角度测量的仪器与工具

时间：2023-10-10 百科知识版权反馈

【摘要】：角度测量用到的仪器是经纬仪。经纬仪是根据水平角、竖直角测量原理制成的测角仪器。如DJ6表示水平方向测量一测回的方向中误差范围为±6″的大地测量经纬仪。与光学经纬仪比较，电子经纬仪是利用光电转换原理和微处理器自动测量度盘的读数并将测量结果输出到仪器显示窗显示，如将其与电子手簿连接，可以自动储存测量结果。

3.2　角度测量的仪器与工具

角度测量用到的仪器是经纬仪。经纬仪是根据水平角、竖直角测量原理制成的测角仪器。根据读数系统的不同，经纬仪可分为游标经纬仪、光学经纬仪及电子经纬仪。游标经纬仪采用金属圆盘及游标读数设备，其体积大、密封性差，目前已被光学经纬仪所取代。光学经纬仪采用光学玻璃度盘及测微器读数设备，它不但重量轻，稳定性好，而且读数精度高，使用方便。电子经纬仪则采用光电扫描度盘和角—码转换读数设备，测角精度高，自动显示角度值，与光电测距仪、数字记示器结合，使测量工作自动记录、计算和存储，越来越多地应用于建筑施工放样及变形观测之中。

国产光学经纬仪按其精度分为DJ₀₇、DJ₁、DJ₂、DJ₆、DJ₁₅及DJ₆₀等不同等级。其中“D”、“J”分别为“大地测量仪器”和“经纬仪”汉语拼音的第一个字母，数字表示该仪器所能达到的精度指标。如DJ₆表示水平方向测量一测回的方向中误差范围为±6″的大地测量经纬仪。

3.2.1　DJ₆型光学经纬仪的构造及读数装置

1.DJ₆型光学经纬仪的基本构造

图3.3所示为DJ₆型光学经纬仪的外形，它的基本构造可分为照准部、水平度盘和基座三个部分。

图3.3　DJ₆型光学经纬仪

1)照准部

照准部是指水平度盘以上能绕竖轴转动的部分。这一部分主要包括望远镜、竖直度盘、照准部水准管、圆水准器、光学光路系统、测微器等。这一部分装在底部有竖轴的U形支架上，其中望远镜、竖直度盘和横(水平)轴是连在一起并安装在支架上，当望远镜上下转动时，竖直度盘也随之转动;当望远镜绕竖轴水平方向转动时，可在水平度盘上读取分划读数。望远镜无论上下、水平方向转动都可借助于各自的制动螺旋和微动螺旋固定在任何一个部位。

照准部上的光学对中器(或采用垂球)及水准管在安置仪器时可使水平度盘的圆心位于地面点的铅垂线上，并能使水平度盘处于水平位置。

2)水平度盘

水平度盘和竖直度盘都是用玻璃制成而精确刻画的圆盘，按顺时针方向由0～360°进行刻画。

水平度盘的空心外轴套在度盘旋转轴套外，而照准部的竖轴则穿过度盘和外轴中心，插入度盘旋转轴套内，然后再插入基座的轴套内。拧紧轴座固定螺丝就可使照准部连同水平度盘与基座固定在一起。因此，在使用仪器的过程中，切勿松动该螺丝，以免仪器上部与基座脱离而坠地。

水平度盘可根据测角的需要，使用水平度盘读数变换手轮(也称为拨盘手轮)来改变度盘上的读数位置。按下拨盘手轮，可使水平度盘与照准部扣合，转动照准部时，水平度盘一起转动而读数不变。弹起拨盘手轮，可使水平度盘与照准部分离，转动照准部可读取水平度盘上不同方向的读数。瞄准一个目标方向后，采用拨盘手轮可任意设置水平度盘的读数。

3)基座

基座是支撑仪器上部并与三脚架起连接作用的一个构件，它主要由轴座、三个脚螺旋和连接板组成。

仪器与三脚架连接时，必须将三脚架头上的中心螺旋旋入基座的连接板上，并使之固紧。基座上的三个脚螺旋是用来整平仪器而设置的，因脚螺旋升高、降低的幅度较小，所以在整平仪器时，须使三脚架的架头大致水平。否则，三个脚螺旋升高、降低到极限位置也无法整平仪器。

2.测微装置与读数方法

DJ₆型光学经纬仪的水平度盘和竖直度盘直径很小，度盘最小分划一般为1°，小于度盘最小分划的读数必须借助光学测微装置读取。DJ₆型光学经纬仪通常采用测微尺读数装置或单平板玻璃测微器。由于测微装置不同，读数方法也不同，这里只介绍测微尺读数装置。

在光学光路中装一条格尺，在视场中格尺的长度等于度盘最小分划的长度，尺的零分划就是读数的指标线，此种装置称为测微尺。图3.4所示为读数显微镜内所看到的度盘及测微尺的影像，注有“H”(或“水平”)的是水平度盘读数窗;注有“V”(或“竖直”)的是竖直度盘的读数窗。度盘分划为0～360°，每1°为一格，测微尺上刻60小格，恰好等于度盘上每格的宽度，故测微尺上每个小格为1'，可估计到0.1'(即6″)。每10个分划注记一个数字，注记的增加方向与度盘上注记的增加方向相反。

图3.4

读数时，先调节读数显微镜目镜，使度盘及测微尺影像清晰。然后，读取位于测微尺上的度刻线的注记度数，再以度刻线为指标从测微尺零分划开始数整格数(每一格即为1')，不足一格的将其分成10等份，每1份为6″，把各部分相加就为完整的读数。在图3.4中，水平度盘读数为272°53'18″，竖直度盘读数为64°06'00″。

3.2.2　DJ₂型光学经纬仪的构造

图3.5所示为DJ₂型光学经纬仪的外形，各部件的名称如图所注。DJ₂型光学经纬仪的结构与DJ₆型光学经纬仪相比，除了望远镜的放大倍数较大、水平度盘水准管的灵敏度较高、度盘分划值较小外，主要表现在读数的方法不同，其余基本相同。

图3.5　DJ₂型光学经纬仪

DJ₆型光学经纬仪采用单指标读数，受度盘偏心的影响;而DJ₂型光学经纬仪利用度盘180°对径分划线影像重合法(相对于180°对径方向两个指标读数取其平均值)，来读取一个方向上的读数，可消除度盘偏心的影响。

从DJ₂型光学经纬仪读数显微镜中只能看到一种度盘的影像，根据需要转动换像手轮，选择所需度盘的影像，如图3.6所示。读数窗为度盘分划的影像，最小分划值为20'，左图小窗中为测微尺影像，左侧注记为分，右侧注记为秒。从0'刻到10'，最小分划值1″，可估读到0.1″。

这种读数装置是通过一系列光学部件的作用，将度盘直径两端分划的影像同时反映到读数窗内。正字注记为正像，倒字注记为倒像。转动测微轮，使测微尺由0'移动到10'时，度盘的正、倒像分划线做相反方向的移动，各自移动度盘最小分划值的一半(即10')。

读数时，先转动测微轮，使正、倒像分划线精确地重合(图3.6(b))，然后找出正像在左、倒像在右，且相距最近相差180°的一对度盘分划线，按正像注记读出度数，并数出两条相差180°的分划线之间的格数，将此格数乘以度盘分划值的一半(10')，即得到应读的整10'数。利用测微窗的横指标线读取不足10'的分、秒数，三者相加即为完整的读数。如图3.6(b)的读数为62°28'51.0″。

图3.6

为了简化读数，防止读错，新型的DJ₂型光学经纬仪采用了数字化读数。当度盘的正、倒像分划线重合后，10'数由中间小窗(或由符号“▽”指出)直接读取，不足10'的读数从测微窗读取。图3.7(a)的读数为74°47'16.0″，图3.7(b)读数为94°12'44.6″。

图3.7

3.2.3　电子经纬仪

与光学经纬仪比较，电子经纬仪是利用光电转换原理和微处理器自动测量度盘的读数并将测量结果输出到仪器显示窗显示，如将其与电子手簿连接，可以自动储存测量结果。

图3.8所示为南方测绘公司生产的ET－02电子经纬仪，各部件的名称见图中注记。ET－02一测回方向观测中误差为±2"，最小显示角度为1"，竖盘指标自动归零补偿采用液体电子传感补偿器。仪器可与南方测绘、拓普康、徕卡、索佳、常州大地等公司生产的光电测距仪及电子手簿连接，组成速测全站仪，完成野外数据的自动采集。

仪器使用NiMH高能可充电电池供电，一块充满电的电池可供仪器连续使用8～10h;设有双面操作面板，每个操作面板都有完全相同的一个显示窗和7个功能键，便于正、倒镜观测;望远镜的十字丝分划板和显示窗均有照明光源，以便于在黑暗环境中作业。

下面着重介绍一下ET－02电子经纬仪操作面板(图3.9)上各个键的功能和仪器设置的方法。

图3.8　ET－02电子经纬仪

1.键盘功能

仪器操作面板见图3.9所示，右上角的键为电源开关键。当仪器处于关机状态时，按下键2秒后可打开仪器电源;当仪器处于开机状态时，按下键2秒后可关闭仪器电源。在测站安置好仪器，打开仪器电源，显示窗字符“HR”的右边显示的为当前视线方向的水平度盘读数;显示窗字符“V”的右边将显示“OSET”字符，它提示用户应指示竖盘指标归零。向上或向下转动望远镜，当视准轴通过水平视线位置时，显示窗字符“V”右边的字符“OSET”将变成当前视准轴方向的竖盘读数值，即可开始角度测量。

图3.9　ET－02电子经纬仪的操作面板

除电源开关键外，其余6个键都具有两种功能，一般情况下，仪器执行按键上方注记文字的第一功能(测角操作);如先按键，再按其余各键，为执行按键下方注记文字的第二功能(测距操作)。下面只介绍第一功能键的操作。

键:显示右旋/左旋水平角选择键，按键，可使仪器在右旋和左旋之间切换。右旋是仪器向右旋转时，水平度盘读数增加，等价于水平度盘为顺时针注记;左旋是仪器向左旋转时，水平度盘读数增加，等价于水平度盘为逆时针注记。打开电源，仪器自动处于右旋状态，此时，显示窗水平度盘读数前的字符为“HR”，表示右旋;按键，仪器处于左旋，显示窗水平度盘读数前的字符为“HL”。

键:水平度盘读数锁定键。连续按键两次，当前的水平度盘读数被锁定，此时转动照准部，水平度盘读数值保持不变，再按一次键为解除锁定。该功能可将所照准目标方向的水平度盘读数配置为已知角度值，操作方法是，转动照准部，当水平度盘读数接近已知角度值时旋紧水平制动螺旋，转动水平微动螺旋，使水平度盘读数精确地等于已知角度值;连续按键两次，锁定水平度盘读数;精确照准目标后，按键解除锁定即完成水平度盘配置操作。