具有光电测时信号转换装置的陀螺经纬仪自动定向系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及陀螺定向技术领域，该系统以对称测时法原理为基础，将普通型陀螺经纬仪加装能自动提取测时信号的光电测时信号转换装置，并与袖珍计算机连接，构成自动寻北定向系统，实现陀螺定向的穿过点自动测时与快速寻北定位，其中袖珍计算机根据测时信号由对称测时法解算出陀螺北方向值及测线的方位角。本发明专利技术具有自动化程度高、定向时间短、精度高、轻便、成本低等优点，可广泛应用于地下建筑工程、军事工程等进行精确定向。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及陀螺定向
，具体是一种具有光电测时信号转换装置的陀螺经纬仪自动定向系统。自七十年代以来，随着惯性测量仪器在军事与工程上的应用及电子计算机的迅速推广，发达国家开始致力于高精度自动陀螺定向仪器的研究。德国波鸿斯特伐伦矿山研究院(WBK)所属矿山测量研究所(IFM)历经35年的开发和研究，设计出Gyronat自动陀螺指北系统，其定向精度为3角秒，时间为5～7分钟。此外，美国、匈牙利、瑞士、英国和前苏联等国也推出了各自的自动陀螺经纬仪。我国亦于87年研制出光电积分自动陀螺经纬仪。纵观各种类型的自动陀螺经纬仪，可分为自动跟踪型、光电积分型、力矩器补偿型及穿过点光电记时等，均属下挂式陀螺仪，一般都结构复杂，体积大而笨重，主机重量为16～50公斤不等，而且造价十分昂贵，可达数十万美元一台。故其推广使用受到较大限制。九十年代后，随着陀螺定向理论的深入研究，以及袖珍计算机和光电子技术的飞速发展，研制一种轻便实用的工程型上架式自动陀螺经纬仪，实现普通工程型陀螺经纬仪向自动定向功能的发展，减轻测量人员的劳动强度，满足日益增加的各种地下建设工程的需要，已是势在必行。本专利技术的目的在于提供一种轻便实用、造价低并具有自动寻北及全套操作自动化的智能型陀螺经纬仪自动定向系统，该系统不仅具有人工测点半自动定向方式，而且还能与全站仪等设备相连接，以进一步拓展其功能。本专利技术的技术方案如下本专利技术是由一个能完成陀螺光标线运动轨迹的多点取样与时间测定的光电测时信号转换装置、陀螺经纬仪、电源和计算机等部分构成，光电测时信号转换装置包括光敏读数装置和光电信号处理器，其中光敏读数装置由光源、透镜、光标板、分划板以及光电转换器件构成并沿光路依序排列，光标板的上半部是透明的，其中部有一条不透明的光标线X1，下半部是不透明的，在该不透明部分的对称性的中部有一条透明的光标线X，X的线宽范围为0.15～0.3毫米，视灯泡亮度而定;分划板的上半部是透明的，下半部是不透明的，在该不透明部分的对称性的中部有一条透明的分划线Y2，在分划线Y2的两侧对称地还布有两条透明的分划线Y1和Y3，并分别对应分划板上的刻度(+K，O，-K)，Y2与Y1或Y3的间距范围为0.3～0.7毫米;光源可直接采用灯泡，并与一个可变电阻RL相串联，以便调节灯泡亮度;光电转换器件可采用光电管、光电池、光敏电阻等，当光标线X与分划线Y1、Y2或Y3重合，光电转换器件上则有光照射并产生电信号;光敏读数装置与陀螺经纬仪通过光路相连接，构成对陀螺光标信号的光敏检测，当陀螺光标线穿过时，由光标板和分划板提取反映陀螺位置的光信号，再由光电转换器件接收该光信号并转换成电信号，将该电信号送至光电信号处理器进行放大处理，光电信号处理器分别与光敏读数装置和计算机相连接，它将光敏读数装置传输的微弱电信号放大后直接送入计算机处理，由计算机利用对称测时法按多点测得的信号计算出陀螺的北方向值。由于光敏读数装置中设置了具有一半透明部分的光标板和分划板，通过其透明部分也可传输反映陀螺位置的光信号，因此可通过人工目测该光信号，当光标线X1与分划板上的(+K，0-K)刻度重合时，相应地在计算机上手动按键定点，半自动地完成陀螺光标线运动轨迹的多点取样与时间测定，由计算机进行逻辑性处理与计时，最终计算出陀螺的北方向和测线的方位角。计算机配置了利用所测定的反映陀螺位置的光电测时信号进行计算、处理、分析以最终获得陀螺的北方向值和测线方位角的软件。在整个过程中，计算机先对光电测时信号转换装置或人工目测所检测到的时间信号进行周期差检验，合格后再按陀螺定向的对称测时法的数学模型进行陀螺北方向值的解算与数据处理，自动显示陀螺北方向值及其测定精度，实现自动寻北。陀螺定向的时间观测方法有中天法、时差法等，但对称测时方法具有速度快、精度高等优点。其中对称测时法是通过选择陀螺仪分划板上以零刻划为对称轴的三条分划线(+K，O，-K)进行测时，亦即分划线Y1、Y2和Y3，其计算公式为a×tO= arctg令G＝sin(a×t0-a×t2)+sin(a×t3-a×t0)则 A＝-K/GB＝K×其中a＝2×π/TB是陀螺轴摆动平衡位置的分划板读数，K是选定的对称分划线读数，t0是陀螺轴通过摆动平衡位置的时间，A是陀螺摆幅，T是陀螺自摆周期，t1、t2、t3分别为陀螺轴光标线在分划板上的分划线(+K，O，-K)上的穿过时间。将测到的时间点，由计算机软件利用上述计算公式求出B值，即可利用B值和其它参量由已知的、标准的计算公式求出陀螺北方向值，计算式如下N＝N′+△N△N＝B×S×(1+C)-S×C×δ其中，N’为经纬仪照准部固定在近似北的度盘读数，S为陀螺分划板格值，δ为悬挂带零位，T1为跟踪时的陀螺摆动周期，T2为不跟踪时的陀螺摆动周期，C为扭矩比例常数，C＝(T1/T2)2-1将B值代人上述的计算式即可求得陀螺北方向值N，然后再由6点快测法模式或9点精测法模式，求出6组或16组陀螺北方向值，以及陀螺北方向平均值。设陀螺光标线自左逆点向右逆点运动时为正半周，反之为负半周。6点快测法模式是指陀螺光标线在第一个正半周的(+K，O，-K)三条格线与第一个负半周的(+K，O，-K)三条格线位置时进行测时，即在一个周期内观测六个时间点，通过特定组合可以得出6组时间参数，从而求得6个陀螺北方向值。9点精测法模式是指光标线在第一个正半周的(+K，O，-K)三条格线与第一个负半周的(+K，O，-K)三条格线以及第二个正半周(+K，O，-K)三条格线位置时进行测时，即在一个半周期内观测9个时间点，通过特定组合可以得出16组时间参数，从而求出16个陀螺北方向值。将本专利技术装置通过其中陀螺经纬仪中的陀螺仪，与具有电子测角、光电测距等多功能的全站仪连接，并通过相应的连接器固定，即构成具有电子测角、光电测距、自动测定测点的真北方位及自动定向等多功能的全能经纬仪。本专利技术的这种应用方式是为了提高系统的整体综合性能，使之兼具有全站仪的功能，使其功能得以拓展并提高自动化程度。这种全能经纬仪可迅速完成测点的方位、距离与角度的测量和计算，并提供三维空间坐标。光电测时信号转换装置中的光电信号处理器，具有电信号放大功能，它可由放大器、触发器、和继电器构成，由光敏读数装置中的光电转换器件将电信号传输至放大器中，使微弱信号被放大，再通过触发器使继电器吸合或断开，继电器的两个接点可直接与计算机内部电路相连接。一般来说，继电器的接点与计算机键盘的按键电路相连较好，当光标板的运动使光标线与分划板上的某一分划线重合时，光电转换器件上有光照射并产生电流，该电流经放大器放大后使继电器吸合，即接通计算机按键电路，相当于按下一次键。这就等于完全取代了人眼观察到光标线与分划线重合时进行手动按键记时的过程。而测量的精确度和自动化程度都得以大大的提高。本专利技术中的陀螺经纬仪可采用普通上架式陀螺经纬仪，例如JT15型、GAK1型等，光敏读数装置可安装在陀螺仪内部，光电信号处理器安装在陀螺仪电源内部，这样整个系统不仅成本低、体积小，又达到了将这些非自动陀螺仪改造成自动陀螺仪、从而大大降低观测时的劳动强度并提高测量精度和速度的目的。计算机可采用配以陀螺自动计时软件及对称测时法软件的袖珍计算机，以利用其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有光电测时信号转换装置的陀螺经纬仪自动定向系统，本专利技术的特征在于它是由一个能完成陀螺光标线运动轨迹的多点取样与时间测定的光电测时信号转换装置、陀螺经纬仪、电源和计算机等部分构成，光电测时信号转换装置包括光敏读数装置和光电信号处理器，其中光敏读数装置由光源、透镜、光标板、分划板以及光电转换器件构成并沿光路依序排列，光标板的上半部是透明的，其中部有一条不透明的光标线Ｋ１，下半部是不透明的，在该不透明部分的对称性的中部有一条透明的光标线Ｘ；分划板的上半部是透明的，下半部是不透明的，在该不透明部分的对称性的中部有一条透明的分划线Ｙ↓［２］，在分划线Ｙ↓［２］的两侧对称地还布有两条透明的分划线Ｙ↓［１］和Ｙ↓［３］；光电转换器件可采用光电管、光电池、光敏电阻等；当光标线Ｘ与分划线Ｙ↓［１］、Ｙ↓［２］或Ｙ↓［３］重合时，光电转换器件上则有光照射并产生电信号；光敏读数装置与陀螺经纬仪通过光路相连接，构成对陀螺光标信号的光敏检测，当陀螺光标线穿过时，由光标板和分划板提取反映陀螺位置的光信号，再由光电转换器件接收该光信号并转换成电信号，将该电信号送至光电信号处理器进行放大处理，光电信号处理器分别与光敏读数装置和计算机相连接，它将光敏读数装置传输的微弱电信号放大后直接送入计算机处理，由计算机利用对称测时法按多点测得的信号计算出陀螺的北方向值和测线方位角。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁作仁，张学庄，
申请(专利权)人：中国有色金属工业二三冶第三工程公司，中南工业大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]