[发明专利]一种基于静态模式的力矩反馈陀螺全站仪

权利要求书

1.一种基于静态模式的力矩反馈陀螺全站仪，其特征在于，包括照准系统、陀螺仪测角系统、盘位转换系统、支承系统、陀螺灵敏部、力矩反馈控制系统、稳定检测系统、激光对中系统、数据处理及控制系统；其中：

所述照准系统包括上对中支架、照准部支架、照准部测角装置、望远镜和第一微型计算机，其中，上对中支架安装在照准部支架顶端且与照准部支架形成门形结构，上对中支架中心位置设有上对中标识；望远镜通过旋转轴安装于照准部支架上，且能够在竖直面内绕HH轴自由旋转；照准部支架上设有竖直制动微动螺旋和水平制动微动螺旋；照准部支架底部设有一照准部水准管，照准部支架下方安装第一微型计算机，且第一微型计算机与照准部支架均安装在一水平旋转部上，水平旋转部能够在水平面内绕自身轴线旋转，从而带动第一微型计算机及其以上的结构整体在水平面内绕VV轴自由旋转；水平旋转部内安装照准部测角装置，照准部测角装置与第一微型计算机连接；所述VV轴为陀螺全站仪的中心轴线，HH轴为望远镜旋转轴的轴线；

数据处理及控制系统包括第二微型计算机、接口组、两个陀螺仪显示屏和两个操作按钮组；其中，接口组、陀螺仪显示屏和操作按钮组分别连接第二微型计算机；外壳上部的两侧均设有一陀螺仪显示屏和一操作按钮组；接口组安装在外壳底部外侧，接口组包括电力接口、陀螺仪通讯接口和存储接口；接口组的陀螺仪通讯接口可与照准部通讯接口相互连接，实现第二微型计算机与第一微型计算机的连接；

陀螺仪测角系统位于外壳内的顶部，包括陀螺仪测角装置，陀螺仪测角装置与第二微型计算机连接；

盘位转换系统位于陀螺仪测角装置的正下方；盘位转换系统包括驱动电机、轮盘和滚珠盘；其中，滚珠盘固定在壳体内壁，轮盘安装在滚珠盘上，且位于陀螺仪测角装置的正下方，轮盘能够相对于滚珠盘绕VV轴转动，轮盘的转动角度由陀螺仪测角装置测定；驱动电机通过齿轮组连接轮盘；驱动电机连接第二微型计算机；

支承系统包括上部连接盘和下部连接盘，上部连接盘固定在轮盘下方；上部连接盘下方中心处固定有悬挂带，下部连接盘为中空圆盘；下部连接盘顶面边缘沿周向等距设有四个触头；下部连接盘下方正对固定在外壳内壁的带有中心孔的圆形的支撑台，支撑台上方以VV轴为中心均匀设有四个电感线圈，每个电感线圈上套有一弹簧，每个弹簧上端水平固定有一压片；电感线圈连接第二微型计算机；

陀螺灵敏部包括陀螺马达房和陀螺马达，陀螺马达房通过连接部与其上方的下部连接盘连接为一体，同时，悬挂带的下端穿过下部连接盘和连接部后固定陀螺马达房的顶板中心；陀螺马达房内固定有与第二微型计算机连接的陀螺马达；当电感线圈处于断电状态时，支撑台上的弹簧处于压缩状态，弹簧通过压片向上顶住下部连接盘，使得下部连接盘的触头与上部连接盘下表面接触，此时，由于下部连接盘、连接部和陀螺灵敏部为一整体，因此悬挂带处于不受力状态；当电感线圈处于通电状态时，压片受到向下的电磁力而带动弹簧使其进一步压缩，压片下移与下部连接盘脱离；陀螺灵敏部的重力将悬挂带向下拉紧；

力矩反馈控制系统包括与第二微型计算机连接的第一力矩器转子、第一力矩器定子、第二力矩器转子和第二力矩器定子，它们用于在数据处理及控制系统的控制下完成力矩反馈控制；第一力矩器转子套装在连接部外，第一力矩器定子固定在外壳内壁上且将第一力矩器转子套于内部；第二力矩器转子固定在陀螺马达房的底板下方，第二力矩器定子固定在外壳内壁上且将第二力矩器转子套于内部；

陀螺马达用于感知地球自转角动量，陀螺马达带动陀螺马达房旋转，从而带动第一力矩器转子和第二力矩器转子转动；力矩器定子固定在外壳上；力矩器转子与力矩器定子之间通电后形成水平电磁场，相互感应；力矩器转子与陀螺灵敏部一体；

稳定检测系统包括支承稳定检测装置、水平力矩稳定检测装置和竖直力矩稳定检测装置；其中，支承稳定检测装置由安装在支撑台的上的反射镜组以及与其相对应安装在下部连接盘外侧面的光电传感器组成；水平力矩稳定检测装置由安装在外壳内壁的反射镜组以及与其相对应安装在陀螺马达房外侧面的光电传感器组成；竖直力矩稳定检测装置由安装在第二力矩器转子下部的光电传感器以及其下方与其对应的反射镜组成；光电传感器与第二微型计算机相连接，接收到的光束信号传输至第二微型计算机；

激光对中系统包括激光发射模块，激光发射模块安装在外壳底面，外壳底板中心处上开有通光孔，激光发射模块发射的竖直向下的激光由通光孔射出；激光对中系统用于在测站点上进行仪器摆放时的对中；激光发射模块连接第二微型计算机；第二微型计算机根据操作按钮组的开关动作控制激光发射模块的开启关闭；

数据处理及控制系统受第二微型计算机控制；数据处理及控制系统加载有以下功能模块：

马达启动加速模块：第二微型计算机控制陀螺马达的启动及加速；

盘位转换模块：第二微型计算机控制驱动电机驱动轮盘转动，根据陀螺仪测角装置发送的轮盘的转动角度控制轮盘转动；

电流及光电信号采集模块：第二微型计算机按设定采集次数采集第一力矩器转子、第一力矩器定子、第二力矩器转子和第二力矩器定子内部电流数据；第二微型计算机按设定采集次数采集支承稳定检测装置、水平力矩稳定检测装置、竖直力矩稳定检测装置的光电传感器的光电信号数据；

支承锁定模块：第二微型计算机控制电感线圈断电，磁性消失，压缩状态的弹簧通过压片向上顶住下部连接盘，下部连接盘上的触头与上部连接盘接触；并向上拉动连接部、第一力矩器转子、陀螺灵敏部和第二力矩器转子的整体，使得悬挂带不受力松弛；

支承解锁模块：第二微型计算机控制电感线圈通电，压片收到磁力向下进一步压缩弹簧，压片与下部连接盘脱离连接；由于下部连接盘、连接部、第一力矩器转子、陀螺灵敏部和第二力矩器转子整体的重力作用，使悬挂带受力拉紧；

稳定检测模块：第二微型计算机将力矩角度位移数据采集模块得到的角度位移量与设定阈值相比较，如果不超过设定阈值，则陀螺灵敏部处于稳定状态，否则不稳定；

当支承稳定检测装置、水平力矩稳定检测装置、竖直力矩稳定检测装置三组入射光与反射光光路均满足设定的稳定条件时，陀螺灵敏部处于稳定状态；

力矩反馈控制模块：第二微型计算机根据电流及光电信号采集模块得到的力矩值控制第一力矩器转子、第一力矩器定子、第二力矩器转子和第二力矩器定子的内部电流，使得力矩器定子和其对应转子间形成与陀螺灵敏部摆动力矩大小相等、方向相反的合力矩，直至陀螺灵敏部稳定。