專利名稱：新型磁懸浮陀螺全站儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可廣泛應(yīng)用于城市地鐵工程、穿山隧道、江河海底隧道等許多大型地下貫通工程的磁懸浮陀螺全站儀。
背景技術(shù)：
在城市地鐵工程、礦山開采以及江河隧道等許多地下工程建設(shè)中，確保隧道安全 準(zhǔn)確的貫通是一項(xiàng)十分重要的測量工作。然而由于地下工程特殊環(huán)境的種種限制，一些地 面高精度的測量技術(shù)手段往往不能夠在地下工程中實(shí)施。隨著地下采掘工作面的不斷延 伸，隧洞的方向誤差就會不斷的累積，最終導(dǎo)致貫通不能順利進(jìn)行，甚至引發(fā)重大的工程事 故。因此，在地下工程測量中，通常使用陀螺定向的方法對隧洞掘進(jìn)方向的誤差進(jìn)行校正， 以保證貫通工作的順利進(jìn)行。傳統(tǒng)的陀螺定向是利用懸掛帶式陀螺經(jīng)緯儀來進(jìn)行的，即當(dāng)隧道的采掘工作面達(dá) 到一定的深度時，對控制采掘方向的地下導(dǎo)線邊進(jìn)行一次陀螺定向測量，以校正因誤差累 積而造成的采掘方向偏差。其工作原理是通過高速旋轉(zhuǎn)的陀螺敏感地球角動量，進(jìn)而測定 地球上任意點(diǎn)處的真北方向，據(jù)此可以測量地下導(dǎo)線邊的方位角。由于地球的旋轉(zhuǎn)角動量 是一定的，因此利用陀螺經(jīng)緯儀測得的任意導(dǎo)線邊的方位角也是等精度的，不存在誤差累 積。而這種陀螺經(jīng)緯儀采用懸掛帶將陀螺靈敏部殼體懸掛起來，并通過逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法和中天法 等方法進(jìn)行尋北觀測，測定真北方向，再利用經(jīng)緯儀照準(zhǔn)目標(biāo)測定測線的方位角。在實(shí)際應(yīng) 用中，這種陀螺經(jīng)緯儀存在故障率高、懸掛帶易損壞、操作難度大和定向時間長等缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種定向精度高、定向速度快、操作簡便、自動化程度高 的新型磁懸浮陀螺全站儀，本實(shí)用新型在實(shí)際應(yīng)用中可大幅縮短定向時間、提高工作效率， 降低停工成本。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案新型磁懸浮陀螺全站儀，包括定向照準(zhǔn)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、測角系統(tǒng)、陀螺回 轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)以及磁懸浮系統(tǒng)，其中，陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)及磁懸浮 系統(tǒng)均設(shè)于金屬殼體內(nèi)，金屬殼體底部中心位置設(shè)有下對中標(biāo)識孔，金屬殼體上設(shè)有北向 指示標(biāo)；定向照準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)于金屬殼體上，其包括照準(zhǔn)部支架，照準(zhǔn)部支架上設(shè)有望遠(yuǎn)鏡，望 遠(yuǎn)鏡通過一水平的旋轉(zhuǎn)軸安裝于照準(zhǔn)部支架上，所述望遠(yuǎn)鏡(5)的內(nèi)部中心點(diǎn)為VV軸、HH 軸及LL軸三軸的交點(diǎn)，且望遠(yuǎn)鏡可在豎直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，照準(zhǔn)部支架外側(cè)與旋轉(zhuǎn)軸交會處標(biāo)有 儀器高量取標(biāo)識，照準(zhǔn)部支架上設(shè)有豎直制動微動螺旋、水平制動微動螺旋及水準(zhǔn)管，照準(zhǔn) 部支架通過一水平旋轉(zhuǎn)部安裝于金屬殼體上；計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)包括微型計(jì)算機(jī)、顯示裝置、輸入裝置、開關(guān)以及數(shù)據(jù)傳輸口 ；測角系統(tǒng)包括安裝在照準(zhǔn)部支架上的第一測角裝置和安裝在水平旋轉(zhuǎn)部下方的第二測角裝置，第二測角裝置與金屬殼體固連； 光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)為反射棱鏡組；螺旋回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括安裝于第二測角裝置下方的回轉(zhuǎn)馬達(dá)及通過齒輪組與回轉(zhuǎn)馬 達(dá)連接的回轉(zhuǎn)軸承，回轉(zhuǎn)馬達(dá)和回轉(zhuǎn)軸承均設(shè)于金屬殼體內(nèi)；回轉(zhuǎn)軸承內(nèi)設(shè)有一回轉(zhuǎn)殼體，磁懸浮系統(tǒng)包括安裝于回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)頂壁中心位置的 第一電感線圈，以第一電感線圈為中心均勻分布設(shè)置多個第二電感線圈；第二電感線圈的 自由端均設(shè)有一彈簧，彈簧自由端設(shè)置一壓片；第一電感線圈下方設(shè)有一可沿VV軸上下浮 動的連動桿，連動桿包括主桿體和垂直于主桿體的平面，主桿體頂部設(shè)置一磁浮球，平面上 設(shè)有多個與第二電感線圈位置相對應(yīng)的觸頭；連動桿底部固連一陀螺馬達(dá)房，陀螺馬達(dá)房 內(nèi)設(shè)陀螺馬達(dá)，陀螺馬達(dá)房下部固連力矩器轉(zhuǎn)子，力矩器轉(zhuǎn)子底部設(shè)置一下落椎；回轉(zhuǎn)殼體的內(nèi)底面中心位置處設(shè)有一與下落椎位置相對應(yīng)的落體槽，回轉(zhuǎn)殼體內(nèi) 安裝有與力矩器轉(zhuǎn)子之間可形成水平電磁場的力矩器定子；陀螺馬達(dá)房、力矩器轉(zhuǎn)子以及 下落錐均居中于W軸上；反射棱鏡組設(shè)于回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)側(cè)壁上，在連動桿平面的下方位置安裝有與反射棱鏡 組位置相對應(yīng)的光電傳感器，光電傳感器的發(fā)射/接收面與反射棱鏡組的反射面的有效面 積大小相等；當(dāng)連動桿處于懸浮狀態(tài)時，彈簧處于壓縮狀態(tài)；當(dāng)連動桿由懸浮狀態(tài)回落時，下落 錐落入落體槽中，壓片與觸頭相接觸，系統(tǒng)處于鎖定狀態(tài)。由以上可見，本實(shí)用新型采用磁懸浮技術(shù)，取代了傳統(tǒng)的懸掛帶支承技術(shù)，解決了 傳統(tǒng)懸掛帶式陀螺吊絲易損壞、定向時間長，操作繁瑣等問題。具有自動化程度高、定向快 速、整體性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型第一實(shí)施例處于待機(jī)狀態(tài)時的示意圖；圖3為本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的模塊示意圖；圖4為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型第二實(shí)施例處于待機(jī)狀態(tài)時的示意圖。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的磁懸浮陀螺全站儀，主要包括定向照準(zhǔn)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、測角 系統(tǒng)、陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)以及磁懸浮系統(tǒng)。如圖1及圖2所示，VV軸為本實(shí)用 新型的磁懸浮陀螺全站儀的中心軸線，也是金屬殼體19的中心軸線，HH軸為望遠(yuǎn)鏡5旋轉(zhuǎn) 軸的軸線，LL軸為望遠(yuǎn)鏡5的視準(zhǔn)軸，該三軸相互垂直，且相交于望遠(yuǎn)鏡5的內(nèi)部中心點(diǎn)。 H’ H’軸為水準(zhǔn)管的軸線，其與HH軸保持平行，且垂直于VV軸。利用磁懸浮陀螺全站儀外 部的腳螺旋對全站儀進(jìn)行整平時，若水準(zhǔn)管10中的氣泡居中，則表示磁懸浮陀螺全站儀在 H’ H’的軸向方向上處于水平狀態(tài)。定向照準(zhǔn)系統(tǒng)[0025]定向照準(zhǔn)系統(tǒng)包括上對中支架1，上對中支架1中心位置設(shè)有上對中標(biāo)識2，上對 中支架1安裝在照準(zhǔn)部支架3頂部，與照準(zhǔn)部支架3形成門形，上對中支架1與照準(zhǔn)部支架 3之間可通過螺釘固定連接，以保證上對中標(biāo)識2位于磁懸浮陀螺全站儀的中心軸線VV軸 上。照準(zhǔn)部支架3的外側(cè)與HH軸交會處標(biāo)有用于測量照準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡中心距離點(diǎn)位垂直高度 的儀器高量取標(biāo)識4。望遠(yuǎn)鏡5通過旋轉(zhuǎn)軸7安裝于照準(zhǔn)部支架3上且可在豎直面內(nèi)繞HH 軸自由旋轉(zhuǎn)。照準(zhǔn)部支架3上設(shè)有豎直制動微動螺旋8和水平制動微動螺旋12，通過豎直 制動微動螺旋8可精確調(diào)整望遠(yuǎn)鏡5在豎直面內(nèi)所指向的方向，并根據(jù)測角系統(tǒng)測定望遠(yuǎn) 鏡5所指向的方向(LL軸方向)的豎直角角度值；通過水平制動微動螺旋12精確調(diào)整望遠(yuǎn) 鏡5在水平面內(nèi)所指向的方向，再根據(jù)測角系統(tǒng)即可測定望遠(yuǎn)鏡所指向的方向(LL軸方向) 的水平角角度值。本實(shí)施例中，水準(zhǔn)管10設(shè)在照準(zhǔn)部支架3底部。 望遠(yuǎn)鏡5由測距系統(tǒng)、棱鏡組及鏡頭照明燈6組成，可以對目標(biāo)實(shí)施精確照準(zhǔn)，并 測量望遠(yuǎn)鏡中心(三軸交點(diǎn))到目標(biāo)點(diǎn)的距離。優(yōu)選設(shè)置的鏡頭照明燈6可用于地下測量， 便于觀測者看清望遠(yuǎn)鏡5中的十字絲，精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)。計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)包括微型計(jì)算機(jī)14、顯示裝置15、輸入裝置16、開關(guān)17以及數(shù)據(jù) 傳輸口 18，其中，顯示裝置15可為液晶顯示屏，輸入裝置16可為鍵盤。微型計(jì)算機(jī)14設(shè)置于照準(zhǔn)部支架3的下部，微型計(jì)算機(jī)14與照準(zhǔn)部支架3 —起 安裝在水平旋轉(zhuǎn)部11上，通過水平旋轉(zhuǎn)部11，微型計(jì)算機(jī)14及其以上的結(jié)構(gòu)可整體在水平 面內(nèi)繞VV軸自由旋轉(zhuǎn)。測角系統(tǒng) 測角系統(tǒng)包括第一測角裝置9和第二測角裝置13，其中，第一測角裝置9安裝在照 準(zhǔn)部支架3上，其內(nèi)設(shè)有豎直度盤；第二測角裝置13與金屬殼體19固連，安裝在水平旋轉(zhuǎn) 部11的下方，其內(nèi)設(shè)有水平度盤。第二測角裝置13與第一測角裝置9 二者均可利用電子 度盤測量出望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸LL軸方向的精確方位。不同之處在于第二測角裝置13下部加 裝了 RDC測角電路，可測量出陀螺尋北方向與第二測角裝置13中的水平度盤零刻劃之間的 角度。陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)螺旋回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括回轉(zhuǎn)馬達(dá)20以及回轉(zhuǎn)軸承21。回轉(zhuǎn)馬達(dá)20安裝于第二測角 裝置13的下方，回轉(zhuǎn)馬達(dá)20和回轉(zhuǎn)軸承21均設(shè)于金屬殼體19內(nèi)?；剞D(zhuǎn)馬達(dá)20與回轉(zhuǎn)軸 承21通過齒輪組連接，可使回轉(zhuǎn)殼體與回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)的光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)與磁懸浮系統(tǒng)整體 繞VV軸進(jìn)行任意方位回轉(zhuǎn)；并可結(jié)合第二測角裝置13中的RDC電路，測量回轉(zhuǎn)角度位置。光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)安裝于回轉(zhuǎn)馬達(dá)20下方，其為一反射棱鏡組22，包括一組透鏡和 反射鏡，反射棱鏡組22沿VV軸方向的截面形狀也呈門形，其用來配合磁懸浮系統(tǒng)中的光電 傳感器檢測懸浮的狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)閉路。磁懸浮系統(tǒng)磁懸浮系統(tǒng)包括安裝于反射棱鏡組22內(nèi)的靈敏部殼體23，靈敏部殼體23沿VV軸 方向的截面形狀呈門形，其內(nèi)壁沿W軸方向設(shè)有第一電感線圈24，第一電感線圈24下方設(shè) 有一磁浮球26，磁浮球26下方固連一連動桿27。靈敏部殼體23內(nèi)壁上以VV軸為中心，在八個方向上均勻分布設(shè)置了 8個第二電感線圈25，每個第二電感線圈25的自由端均設(shè)有一彈簧28，彈簧28下方設(shè)置壓片29。連動桿27包括主桿體270和垂直于主桿體270的平 面271，平面271上設(shè)有與8個與第二電感線圈25位置相對應(yīng)的觸頭30。反射棱鏡組22 下方設(shè)置力矩器殼體38，力矩器殼體38沿VV軸方向的截面形狀為倒門形，其底部的內(nèi)壁 中心位置設(shè)有一落體槽37。力矩器殼體38的頂部與反射棱鏡組22的底部對接，一起組成 回轉(zhuǎn)殼體。連動桿27下端與陀螺馬達(dá)房32固定連接，陀螺馬達(dá)房32內(nèi)設(shè)有陀螺馬達(dá)33。 陀螺馬達(dá)房32下部固連力矩器轉(zhuǎn)子34，力矩器轉(zhuǎn)子34底部設(shè)置一下落椎36。力矩器殼體 38底部安裝有力矩器定子35，力矩器定子35與力矩器轉(zhuǎn)子34之間可形成水平電磁場，相 互感應(yīng)。陀螺馬達(dá)房32、力矩器轉(zhuǎn)子34以及下落錐36均嚴(yán)格居中于中心線VV軸上。力矩 器轉(zhuǎn)子34、力矩器定子35、陀螺馬達(dá)房32均位于力矩器殼體38內(nèi)。連動桿27下部兩端安裝有光電傳感器31，光電傳感器31水平長度與陀螺馬達(dá)房 32水平長度一致。當(dāng)連動桿27處于懸浮狀態(tài)時，光電傳感器31的發(fā)射/接受面正好與光 路自準(zhǔn)直系統(tǒng)的反射表面相對正平齊(如圖1)。靈敏部殼體23底部設(shè)有沿自身徑向向內(nèi) 突出的鎖定部(未標(biāo)號)，該鎖定部與連動桿27的平面271相接觸限位鎖定，優(yōu)選的，該接 觸面為斜面。當(dāng)?shù)谝浑姼芯€圈24斷電，連動桿27由懸浮狀態(tài)回落，下落錐36準(zhǔn)確落在落 體槽37內(nèi)，以保證連動桿27每次浮起和下落位置的唯一性及連動桿27的中心線均位于VV 軸上，然后第二電感線圈25斷電，彈簧28立刻變?yōu)樯扉L狀態(tài)，將壓片29下壓，通過連動桿 27上的觸頭30將懸浮部分鎖定。當(dāng)壓片29與連動桿27上的觸頭30相接觸，即磁懸浮陀螺全站儀處于待機(jī)狀態(tài)時 (如圖2)，通過八個彈簧28的彈力以及靈敏部殼體23底部的小斜面將連動桿27處于鎖定 狀態(tài)。當(dāng)連動桿27需要浮起時，第二電感線圈25通電，將壓片29吸起，彈簧28處于壓縮 狀態(tài)，連動桿27即解鎖。在金屬殼體19下方中心位置設(shè)有下對中標(biāo)識孔39，可連接激光對點(diǎn)器或懸掛鉛 垂。設(shè)于金屬殼體19頂部的北向指示標(biāo)40正好是第二測角裝置13的零位方向。下面對計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)作進(jìn)一步的說明微型計(jì)算機(jī)14可將第一測角裝置9和第二測角裝置13測得的望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)方向 (LL軸)的水平角度、豎直角度的角度值實(shí)時顯示出來，也可讀取望遠(yuǎn)鏡5中的測距器測量 的距離值；同時將力矩器定子35、力矩器轉(zhuǎn)子34在測量過程中采集的電流值實(shí)時存儲。微 型計(jì)算機(jī)14主要接收第一測角裝置9、第二測角裝置13、望遠(yuǎn)鏡5及矩器定子35、力矩器轉(zhuǎn) 子34在測量過程中采集的信號值。參照圖3，本實(shí)用新型的磁懸浮陀螺全站儀的微型計(jì)算機(jī)14中具有兩套彼此獨(dú)立 的測量程序模塊，一套是陀螺定向模塊，另一套是常規(guī)測量模塊。用戶可以通過數(shù)據(jù)傳輸口 18將實(shí)測數(shù)據(jù)的文本下載。計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)的陀螺定向程序包括以下幾個子模塊馬達(dá)啟動加速模塊使陀螺馬達(dá)33瞬時啟動，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。解鎖模塊使第二電感線圈25通電，由于磁性作用，將壓片29吸起，迫使彈簧28 處于壓縮狀態(tài)；力矩器轉(zhuǎn)子34、力矩器定子35通電，形成水平電磁場。浮起模塊使第一電感線圈24通電，由于磁性及重力作用，磁浮球26帶動連動桿 27，拉動陀螺馬達(dá)房32、光電傳感器31以及力矩器轉(zhuǎn)子34和下落錐36 —同浮起，且處于懸浮狀態(tài)。閉路模塊使光電傳感器31向光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)的反射棱鏡組22發(fā)射紅外光束，并接受反射棱鏡組(22)的反射光，并根據(jù)入射光與反射光光路判定懸浮部分是否處于合理 的穩(wěn)定狀態(tài)。力矩器數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)力矩器轉(zhuǎn)子34與力矩器定子35之間形成的電磁場，實(shí) 時測量力矩器轉(zhuǎn)子35與力矩器定子34之間的力矩值，并將其記錄并存儲在微型計(jì)算機(jī)14 中。下落鎖定模塊使第一電感線圈24斷電，磁性消失，懸浮部分在重力作用下回落， 下落錐36準(zhǔn)確落到落體槽37中；第二電感線圈25斷電，磁性消失，壓片29在彈簧28彈力 的作用下迅速下落，配合靈敏部殼體23將懸浮部分鎖定?；剞D(zhuǎn)模塊使回轉(zhuǎn)馬達(dá)20根據(jù)第二測角裝置13的指令，使光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)和磁浮 系統(tǒng)整體向預(yù)定位置回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)到位后，第二測角裝置13測量回轉(zhuǎn)位置，判斷回轉(zhuǎn)是否到 位。下面對本實(shí)用新型的工作過程及原理說明一、安置儀器將磁懸浮陀螺全站儀架設(shè)在指定的測站點(diǎn)處，根據(jù)上對中標(biāo)識2或下對中標(biāo)識39 以及水準(zhǔn)管10，利用外部整平對中設(shè)備，使磁懸浮陀螺全站儀處于水平狀態(tài)，北向指示標(biāo) 40大致指北(士 10°以內(nèi))，且VV軸通過測站點(diǎn)；二、陀螺定向測量啟動微型計(jì)算機(jī)，運(yùn)行陀螺定向程序；首先進(jìn)行尋北測量本實(shí)用新型的磁懸浮陀螺全站儀的尋北過程分為三個位置尋北a.第一個位置為粗尋北首先執(zhí)行微型計(jì)算機(jī)14的馬達(dá)啟動加速模塊，然后執(zhí)行 回轉(zhuǎn)模塊，使陀螺馬達(dá)軸33向第二測角裝置13的零位方向(北向標(biāo)識方向)回轉(zhuǎn)；然后按 順序執(zhí)行解鎖模塊、浮起模塊、閉路模塊、力矩器數(shù)據(jù)采集模塊和下落鎖定模塊；至此，一位置粗尋北測量結(jié)束，根據(jù)一位置采集的數(shù)據(jù)，微型計(jì)算機(jī)14可計(jì)算出 第二測角裝置13的零位方向(北向標(biāo)識方向)偏離真北方向的夾角，根據(jù)這個夾角值，第 二測角裝置13控制陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)執(zhí)行回轉(zhuǎn)模塊，使陀螺馬達(dá)33軸向方向嚴(yán)格向北向回轉(zhuǎn)， 然后開始進(jìn)行第二個位置的尋北測量。b.第二個位置的尋北測量為精尋北當(dāng)系統(tǒng)回轉(zhuǎn)到第二位置后，按順序執(zhí)行解鎖 模塊、浮起模塊、閉路模塊、力矩器數(shù)據(jù)采集模塊和下落鎖定模塊。至此，第二位置尋北測量結(jié)束，第二測角裝置13控制回轉(zhuǎn)系統(tǒng)執(zhí)行回轉(zhuǎn)模塊，使 陀螺馬達(dá)33軸向方向回轉(zhuǎn)180°，然后開始進(jìn)行第三個位置的尋北測量。c.第三個位置的尋北測量仍為精尋北當(dāng)系統(tǒng)回轉(zhuǎn)到第三位置后，按順序執(zhí)行解 鎖模塊、浮起模塊、閉路模塊、力矩器數(shù)據(jù)采集模塊和下落鎖定模塊。至此，整個尋北測量過程全部結(jié)束，微型計(jì)算機(jī)14根據(jù)第二、第三兩個精尋位置 采集的數(shù)據(jù)，計(jì)算出第二測角裝置13中的零位與陀螺測得的真北方向的夾角，并將計(jì)算的 結(jié)果存儲/顯示在微型計(jì)算機(jī)14中。尋北測量結(jié)束后，開始進(jìn)行照準(zhǔn)測量[0066]用望遠(yuǎn)鏡5照準(zhǔn)目標(biāo)，此時保證第一測角裝置9位于觀測方向的左邊，第二測角裝 置13將照準(zhǔn)測線方向(LL方向)與0位之間的夾角存儲并顯示在微型計(jì)算機(jī)14中； 再將望遠(yuǎn)鏡5在豎直方向與水平方向分別旋轉(zhuǎn)180度，再次照準(zhǔn)測線方向，第二測 角裝置13即將照準(zhǔn)測線方向(LL方向)與0位之間的夾角存儲并顯示在微型計(jì)算機(jī)14中； 至此定向照準(zhǔn)系統(tǒng)完成一次目標(biāo)照準(zhǔn)過程；依據(jù)同樣的方法，定向照準(zhǔn)系統(tǒng)在一次尋北定 向測量完成后應(yīng)進(jìn)行兩次照準(zhǔn)測量。三、測量結(jié)束，依據(jù)陀螺尋北測量和照準(zhǔn)測量的結(jié)果即可計(jì)算得到測線的真北方 位角。此外，本實(shí)用新型中的定向照準(zhǔn)系統(tǒng)、測角系統(tǒng)和微型計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)還可以共 同配合完成水平角測量、豎直角測量、距離測量以及坐標(biāo)放樣等常規(guī)測量工作。參照圖4和圖5，為本實(shí)用新型的另一實(shí)施例。與前一實(shí)施例不同的地方在于照 準(zhǔn)部支架3上不設(shè)置上對中支架1，當(dāng)不設(shè)置上對中支架1時，可利用第一測角裝置9中的 豎直度盤以及望遠(yuǎn)鏡5上的對中標(biāo)識來調(diào)整，使望遠(yuǎn)鏡5的LL軸處于水平位置。本實(shí)施例 中的回轉(zhuǎn)軸承21內(nèi)設(shè)有一單獨(dú)的回轉(zhuǎn)殼體41，回轉(zhuǎn)殼體41內(nèi)頂壁的中心位置設(shè)置第一電 感線圈24，以第一電感線圈24為中心均勻分布設(shè)置8個第二電感線圈25 ；第二電感線圈25 的自由端也設(shè)有彈簧28，彈簧28自由端設(shè)置壓片29 ；主桿體270頂部設(shè)置磁浮球26，平面 271上設(shè)有8個與第二電感線圈25位置相對應(yīng)的觸頭30 ；連動桿27底部固連陀螺馬達(dá)房 32 ；回轉(zhuǎn)殼體41內(nèi)底壁的中心位置處同樣設(shè)有一與下落椎36位置相對應(yīng)的落體槽37，回 轉(zhuǎn)殼體41內(nèi)安裝有與力矩器轉(zhuǎn)子34之間可形成水平電磁場的力矩器定子35 ；陀螺馬達(dá)房 32、力矩器轉(zhuǎn)子34以及下落錐36均居中于VV軸上?；剞D(zhuǎn)殼體41內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有徑向向內(nèi) 突出的鎖定部，鎖定部與平面271的下表面相接觸鎖定。同樣的，鎖定部與平面271之間的 接觸面也可為斜面。回轉(zhuǎn)殼體41側(cè)壁上安裝有反射棱鏡組22，在連動桿27的位于平面271的下方位 置設(shè)有與反射棱鏡組22位置相對應(yīng)的光電傳感器31，光電傳感器31的發(fā)射面與反射棱鏡 組22的反射面的有效面積大小相等。當(dāng)連動桿27處于懸浮狀態(tài)時，彈簧28處于壓縮狀態(tài)；當(dāng)連動桿27由懸浮狀態(tài)回 落時，下落錐36落入落體槽37中處于鎖定狀態(tài)，壓片29與觸頭30相接觸。本實(shí)施例其它 部件的工作方式與第一實(shí)施例的相同。本實(shí)用新型的磁懸浮陀螺全站儀更優(yōu)選的方案是，磁浮頭26為扁圓球型，可增大 懸浮部分受力面積，有利于保證靈敏部的懸浮穩(wěn)定。本實(shí)用新型的磁懸浮陀螺全站儀更優(yōu)選的方案是，觸頭30的接觸表面為平面，可 使彈簧28壓力全部均衡的作用于連動桿27，保證彈簧垂直施力。本實(shí)用新型的磁懸浮陀螺全站儀更優(yōu)選的方案是，連動桿27上反射棱鏡組或光 電傳感器的豎直高度與陀螺房豎直高度保持一致，這樣便于更加精確的反應(yīng)連動桿27的 懸浮狀態(tài)。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過力矩器定轉(zhuǎn)子之間的磁場反應(yīng)尋北力矩，消除 了由于因引出線、懸掛帶或其它因素所形成的干擾力矩影響；且通過下落錐和回落槽保證 靈敏部浮起和下落位置的唯一。誠然，本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思并不僅限于上述實(shí)施例，還可以依據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)思得到許多不同的具體方案，例如，本實(shí)用新型磁懸浮陀螺全站儀的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)可 以一體設(shè)于照準(zhǔn)部支架上，也可以與全站儀相分離，如采用如PDA等手持設(shè)備進(jìn)行信號處 理、測量計(jì)算等步驟；北向標(biāo)識也可以刻在金屬殼體相應(yīng)位置，諸如此等改變以及等效變換均應(yīng)包含在權(quán)利要求所述的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求新型磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于包括定向照準(zhǔn)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、測角系統(tǒng)、陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)以及磁懸浮系統(tǒng)，其中，所述陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)及磁懸浮系統(tǒng)均設(shè)于金屬殼體(19)內(nèi)，所述金屬殼體(19)底部中心位置設(shè)有下對中標(biāo)識孔(39)，金屬殼體(19)上設(shè)有北向指示標(biāo)(40)；所述定向照準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)于金屬殼體(19)頂部，包括照準(zhǔn)部支架(3)，所述照準(zhǔn)部支架(3)上設(shè)有望遠(yuǎn)鏡(5)，望遠(yuǎn)鏡(5)通過一水平設(shè)置的旋轉(zhuǎn)軸(7)安裝于照準(zhǔn)部支架(3)上，所述望遠(yuǎn)鏡(5)的內(nèi)部中心點(diǎn)為VV軸、HH軸及LL軸三軸的交點(diǎn)，且望遠(yuǎn)鏡(5)可在豎直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述照準(zhǔn)部支架(3)外側(cè)與旋轉(zhuǎn)軸(7)交會處標(biāo)有儀器高量取標(biāo)識(4)，照準(zhǔn)部支架(3)上設(shè)有豎直制動微動螺旋(8)、水平制動微動螺旋(12)以及水準(zhǔn)管(10)，所述照準(zhǔn)部支架(3)通過一水平旋轉(zhuǎn)部(11)安裝于金屬殼體(19)上；所述計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)包括微型計(jì)算機(jī)(14)、顯示裝置(15)、輸入裝置(16)、開關(guān)(17)以及數(shù)據(jù)傳輸口(18)；所述測角系統(tǒng)包括安裝在所述照準(zhǔn)部支架(3)上的第一測角裝置(9)和安裝在水平旋轉(zhuǎn)部(11)下方的第二測角裝置(13)，所述第二測角裝置(13)與金屬殼體(19)固連；所述光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)為反射棱鏡組(22)；所述螺旋回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括安裝于所述第二測角裝置(13)下方的回轉(zhuǎn)馬達(dá)(20)及通過齒輪組與所述回轉(zhuǎn)馬達(dá)(20)連接的回轉(zhuǎn)軸承(21)，回轉(zhuǎn)馬達(dá)(20)和回轉(zhuǎn)軸承(21)均設(shè)于金屬殼體(19)內(nèi)；所述回轉(zhuǎn)軸承(21)內(nèi)設(shè)有一回轉(zhuǎn)殼體(41)，所述磁懸浮系統(tǒng)包括安裝于所述回轉(zhuǎn)殼體(41)內(nèi)頂壁中心位置的第一電感線圈(24)，以所述第一電感線圈(24)為中心均勻分布設(shè)置多個第二電感線圈(25)；所述第二電感線圈(25)的自由端均設(shè)有一彈簧(28)，所述彈簧(28)自由端設(shè)置一壓片(29)；所述第一電感線圈(24)下方設(shè)有一可沿VV軸上下浮動的連動桿(27)，所述連動桿(27)包括主桿體(270)和垂直于主桿體(270)的平面(271)，所述主桿體(270)頂部設(shè)置一磁浮球(26)，所述平面(271)上設(shè)有多個與所述第二電感線圈(25)位置相對應(yīng)的觸頭(30)；所述連動桿(27)底部固連陀螺馬達(dá)房(32)，陀螺馬達(dá)房(32)內(nèi)設(shè)陀螺馬達(dá)(33)，所述陀螺馬達(dá)房(32)下部固連力矩器轉(zhuǎn)子(34)，力矩器轉(zhuǎn)子(34)底部設(shè)置一下落椎(36)；所述回轉(zhuǎn)殼體(41)內(nèi)底面的中心位置處設(shè)有一與下落椎(36)位置相對應(yīng)的落體槽(37)，所述回轉(zhuǎn)殼體(41)內(nèi)安裝有與力矩器轉(zhuǎn)子(34)之間可形成水平電磁場的力矩器定子(35)；所述陀螺馬達(dá)房(32)、力矩器轉(zhuǎn)子(34)以及下落錐(36)均位于VV軸上；所述反射棱鏡組(22)設(shè)于所述回轉(zhuǎn)殼體(41)內(nèi)側(cè)壁上，所述連動桿(27)的位于所述平面(271)的下方位置安裝有與所述反射棱鏡組(22)位置相對應(yīng)的光電傳感器(31)，所述光電傳感器(31)的發(fā)射/接收面與反射棱鏡組(22)的反射面的有效面積大小相等；當(dāng)連動桿(27)處于懸浮狀態(tài)時，所述彈簧(28)處于壓縮狀態(tài)；當(dāng)連動桿(27)由懸浮狀態(tài)回落時，所述下落錐(36)落入所述落體槽(37)中，所述壓片(29)與所述觸頭(30)相接觸，處于鎖定狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的新型磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述微型計(jì)算機(jī)(14)設(shè) 置于所述照準(zhǔn)部支架(3)下部且安裝在水平旋轉(zhuǎn)部(11)上，水平旋轉(zhuǎn)部(11)旋轉(zhuǎn)時帶動 微型計(jì)算機(jī)(14)及其以上結(jié)構(gòu)整體在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的新型磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述微型計(jì)算機(jī)(14)中 內(nèi)設(shè)陀螺定向模塊以及常規(guī)測量模塊，所述陀螺定向模塊包括以下子模塊馬達(dá)啟動加速 模塊、解鎖模塊浮起模塊、閉路模塊、力矩器數(shù)據(jù)采集模塊、下落鎖定模塊以及回轉(zhuǎn)模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的新型磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述望遠(yuǎn)鏡(5)由測距 系統(tǒng)、棱鏡組及鏡頭照明燈(6)組成。
5.如權(quán)利要求1所述的新型磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述第二測角裝置(13) 下部設(shè)有RDC測角電路，可測量出陀螺馬達(dá)(33)軸線方向在水平電子度盤上的精確方位 值，并計(jì)算出陀螺測定的真北方向與第二測角裝置(13)中水平度盤零位之間的夾角。
6.如權(quán)利要求1所述的新型磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述磁浮頭為扁圓球型。
7.如權(quán)利要求1所述的新型磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)側(cè)壁上 設(shè)有徑向向內(nèi)突出的鎖定部，所述鎖定部與所述平面(271)的下表面相接觸鎖定。
8.如權(quán)利要求7所述的新型磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述鎖定部與所述平面 (271)之間的接觸面為斜面。
9.如權(quán)利要求1所述的新型磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述照準(zhǔn)部支架(3)頂 部設(shè)有上對中支架(1)，上對中支架(1)中心位置設(shè)有上對中標(biāo)識(2)。
10.如權(quán)利要求1所述的新型磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述回轉(zhuǎn)殼體(41)由 沿VV軸的截面形狀為門形的反射棱鏡組(22)和一固接于反射棱鏡組(22)底部的沿VV 軸方向截面形狀為倒門形的力矩器殼體(38)組成；所述磁懸浮系統(tǒng)包括安裝于反射棱鏡 組(22)內(nèi)的靈敏部殼體(23)，所述靈敏部殼體(23)內(nèi)頂壁的中心位置設(shè)置第一電感線圈 (24)，以所述第一電感線圈(24)為中心均勻分布設(shè)置多個第二電感線圈(25)；所述力矩器 殼體(38)內(nèi)底面中心位置設(shè)有一與下落椎(36)位置相對應(yīng)的落體槽(37)，所述力矩器殼 體(38)內(nèi)安裝與力矩器轉(zhuǎn)子(34)之間可形成水平電磁場的力矩器定子(35)；所述連動桿 (27)的位于所述平面(271)的下方位置設(shè)有光電傳感器(31)，所述光電傳感器(31)的發(fā) 射面與反射棱鏡組(22)的反射面的有效面積大小相等；所述靈敏部殼體(23)內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有徑向向內(nèi)突出的鎖定部，所述鎖定部與所述平面 (271)的下表面相接觸鎖定。
專利摘要新型磁懸浮陀螺全站儀，包括定向照準(zhǔn)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、測角系統(tǒng)、陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)以及磁懸浮系統(tǒng)，其中，陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)及磁懸浮系統(tǒng)均設(shè)于金屬殼體內(nèi)，金屬殼體底部中心位置設(shè)有下對中標(biāo)識孔，金屬殼體頂部設(shè)有北向指示標(biāo)；當(dāng)磁懸浮系統(tǒng)中的連動桿處于懸浮狀態(tài)時，彈簧處于壓縮狀態(tài)，光電傳感器的上表面與光路自準(zhǔn)直系統(tǒng)的接收表面相平齊；當(dāng)靈敏部殼體由懸浮狀態(tài)回落時，壓片與觸頭相接觸，下落錐落入落體槽中處于鎖定狀態(tài)。采用磁懸浮技術(shù)取代了傳統(tǒng)的懸掛帶支承技術(shù)，解決了傳統(tǒng)懸掛帶式陀螺吊絲易損壞、定向時間長，操作繁瑣等問題，具有自動化程度高、定向快速、整體性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。
文檔編號G01C5/00GK201600134SQ20102011012
公開日2010年10月6日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者楊帥, 楊建華, 楊志強(qiáng), 石震 申請人:長安大學(xué)