礦山測量設備的改進綜述

摘要：目前在金屬礦山和非金屬礦山中的一些工程施工中，常常用懸掛式指針羅盤儀指導工程施工，雖然它有許多優點，如單人作業、體積小、質量輕，但是它也存在著施工時誤差太大的問題和為了提高精度需要較長的時間測量。為了提高精度和效率可以對礦用懸掛式羅盤做出一些改進。

關鍵詞：礦山測量 激光測距 電子羅盤 激光投線

1 背景技術

目前在金屬礦山和非金屬礦山中的一些工程施工中，常常用懸掛式指針羅盤儀指導工程施工，雖然羅盤的精度不如全站儀經緯儀的精度高，但是在相對獨立的小工程施工中和工程剛剛開始的時候已經滿足需求，這給工程的施工帶來了很大的方便，這樣使工程技術人員就沒有必要整天背著沉重的全站儀或者經緯儀下井施工，不僅減輕了技術人員的勞動強度，在滿足了精度要求的情況下，也大大的提高了工作效率。

正是因為以上所述的優點，用羅盤指導工程施工是比較普及的。但是用羅盤施工的時候也有許多的不方便，具體體現以下幾點。

①在懸掛式羅盤使用過程中如果羅盤不夠水平，會影響指針的所指度數，造成錯誤的數據，給施工放樣和井下測量工作帶來錯誤。

②在用羅盤的過程中，極易讀錯數值，如本來羅盤度數是267度，有可能看成273度，有甚者讀成87度，在實際的生產過程中此類事件時有發生。

③在用羅盤給方向線的時候，我們是用細線繩把羅盤懸掛起來，左右挪動線繩來放樣出設計的角度值，然后再用手電把線繩投影到頂板上，用油漆畫出方向線。因為人工用手電投影這時候畫出的方向線可能偏差很大。

④當我們使用懸掛式羅盤時，就是我們讀數正確的情況下，也存在著人為誤差，因為用指針讀數每個人讀出的數值也不完全相同。如一個數值有的人讀3.6度，有的人可能讀3.4度。羅盤的系統誤差加上人為的讀數誤差使我們工程施工的精度再次降低。

2 技術創新

以上問題如果不加以細心防范很容易給工程施工帶來很大的錯誤。為了給我們施工帶來更大的方便，我們要做到既保留現有羅盤的優點，又對現有的缺點加以消除，故設計一個新型的測量設備，暫命名為全能儀。全能儀主要由以下幾個主要系統組成。

2.1 三維電子羅盤系統

三維電子羅盤由三維磁阻傳感器、雙軸傾角傳感器和MCU構成。三維磁阻傳感器用來測量地球磁場，雙軸傾角傳感器來測量俯仰和側傾角。當儀器發生傾斜時，方位值的準確性將要受到很大的影響，該誤差的大小取決于儀器所處的位置和傾斜角的大小。為減少該誤差的影響，采用雙軸傾角傳感器來測量俯仰和側傾角，這個俯仰角被定義為由前向后方向的角度變化；而側傾角則為由左到右方向的角度變化。電子羅盤將俯仰和側傾角的數據經過轉換計算，將磁力儀在三個軸向上的矢量在原來的位置“拉”回到水平的位置，提高了測量方位的精度。

電子羅盤技術現在比較成熟。在現實生活中應用比較廣泛，除了有專門的電子羅盤設備，電子羅盤技術也經常的應用到手持GPS、智能手機中，因此把該技術移植到“全能儀”設備中是不難的。

三維電子羅盤具有以下特點：

①三維電子羅盤在其內部加入了傾斜角補償傳感器，當羅盤傾斜時進行傾斜改正，這樣即使不水平羅盤顯示出來的值也是正確的。

②具有指向零點修正功能，可以通過校準去掉當地的磁偏角，讀出來的數值就是當地的真是方位角。

③液晶屏幕數字顯示方位角數值。

2.2 激光測距系統

激光測距的原理是根據從發出的激光遇到目標后至返回來的時間來測出距離的。手機測距儀、全站儀測距就是這個原理（有的全站儀用脈沖式測距，有的用光柵式測距）。

它的優點是：

①測距精度高，精度可達1.5毫米。

②單人作業即可。

③可以測出人員不能進入的危險區的距離。

2.3 激光投線系統

激光投線技術比較成熟，施工中也經常用到。如房屋裝修中經常用到的激光投線儀，它是利用激光束通過柱透鏡或玻璃棒形成扇形激光面，投射形成水平或鉛垂激光線。

目前許多投線儀投出的線條在5米內線寬不超過2毫米，大大提高了投線的精度。把該技術應用到井下工程施工中，使投出的激光線方向就是儀器所指的方向，會給工程施工帶來極大的方便同時也極大的提高了精度。

井下施工時直接把激光線投射到頂板上，方便用油漆畫出來，或者直接在頂板投線的線條上打上眼用木樁定出方向線。代替了目前用手電把線繩投影到頂板，這樣做不僅僅提高了精度而且也提高了作業效率。

2.4 液晶顯示屏系統

在用該儀器工作時，方位角以及用激光測出的距離都顯示在屏幕上。這樣極大的避免了我們讀錯數值，同時也消除了我們人為的讀數誤差。

圖1是目前我們使用的羅盤。結構如圖1所示。

對圖1中的主機部分改進后的內部結構示意圖如下（圖2）所示。

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圖2 改進后的結構示意圖

注釋：1：電源開關；2：激光測距控制開關；3：激光投線開關；4：液晶顯示屏；5：電子羅盤裝置；6：激光投線裝置；7：激光測距頭；8：激光測距裝置；9操作控制面板；10：可重復充電電池；11：激光投線發射孔。

3 使用說明

3.1 用掛鉤掛在線繩上：在重力的作用下，使主機的上層表面與水平面大體相平行。

3.2 按1鍵電源鍵：這時可以從液晶屏幕上讀出前進方向的方位角度數值。

3.3 當要測距離時候，可以按下2測距鍵，可以測出距離，并顯示在液晶顯示屏上。

3.4 當要放樣時，通過移動線繩使液晶顯示屏上的角度值是要放樣的角度時，按3激光開關鍵，打開激光，這時激光投射到頂板上，此時可以指導工程前進方向。再次按3鍵，激光關掉。

4 總結

為了礦山工程施工有更高精度更高效率，對現行的測量設備、測量技術做出新的方案探索。根據目前激光技術、電子羅盤技術的成熟程度，相信一定能夠在測量設備上提高礦山工程施工的精度和施工的效率。

參考文獻：

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