任务2.8 了解精密经纬仪及电子经纬仪的构造和使用

2.8.1 DJ2光学经纬仪

1.与DJ6光学经纬仪的不同点及其适用

DJ2级经纬仪一测回方向观测中误差不大于2″，其测角精度显然高于J6级光学经纬仪，它是一种精密光学测角仪器，广泛用于国家和城市的三等、四等三角测量、精密导线测量以及角度放样、归化准直、精密定线、投点等精密工程测量中。同时亦可用于铁路、公路、桥梁、水利、矿山及大型企业的建筑，大型机器的安装和计量等工作。

DJ2级经纬仪的基本构造与J6级光学经纬仪相类似，它的构造也包括照准部、水平度盘和基座三大部分。图2.8.1为苏州第一光学仪器厂生产的J2-1自动补偿光学经纬仪，各部件名称的编号如图所注。

尽管基本构造二者类似，但它们还是有许多不同之处，除测角精度、望远镜放大倍数及水准管灵敏度不同外，主要不同点如下：

（1）在DJ2级经纬仪的构造中增设了换像手轮装置（图2.8.1）。由于J2级经纬仪的读数显微镜内只能看到水平度盘或者竖直度盘纵的一种影像，利用换像手轮可以变换读数显微镜内度盘分划的影像，当进行水平角观测时，将手轮上的指示线呈水平位置，通向竖盘的光路不通，在数显微镜内只读取水平方向值；当进行竖直角观测时，将手轮上的指示线呈竖直位置，通向水平度盘的光路即不通，从而在数显微镜只看到竖盘分划的影像。

（2）DJ2级经纬仪的光学读数系统，一般都采用对径分划线影像符合的读数设备。它是将度盘上相对180°的分划线，经过一系列棱镜和透镜的反射和折射的作用后，同时显现于读数显微镜内，并分别位于一条横线的上、下方，成为正像和倒像，如图2.8.2所示，采用对径符合和测微显微镜原理进行读数。为了测微时获得度盘分划线得相对移动，绝大部分的仪器应用了双平板玻璃的光学测微器。

这种测微器由测微手轮、秒盘（也称测微分划盘或测微尺）和一对平板玻璃组成。当转动测微手轮时，测微尺随之转动，一对平板玻璃则作等量的相反方向的移动，这样可使度盘的分划线影像作相向移动而彼此符合，这个等量的相对移动量可在测微尺相应的转动量上显示出。

如图2.8.2所示，当测微尺读数为0时，可设想在读数显微镜内度盘上相对180°的分划线影像的窗口中间有一条读数指标线（图中的虚线），按指标线进行读数，正像读数为284°40′+a，倒像读数为104°40′+b，如图2.8.2（a）所示，转动测微手轮，使正像的284°40和倒像的104°40分划线在指标线处符合，这时两条分划线各自相向移动了（a+b）/2，测微尺上的读数由零增加至（a+b）/2，如图2.8.2（b）所示，由此可见度盘分划线重合（又称对径符合）是读数的关键性依据，并以对径线（如284°与104°）互为度盘上读数的指标线。

2.DJ2光学经纬仪的读数方法

DJ2级经纬仪的度盘最小分划格值为20′度盘影像的上下分划线的最大移动量为度盘最小分划格值的一半（10′），也即测微尺上的读数范围是10′，因而不到10′的分值和秒值可由测微尺读出，测微尺全长分成10个大格，每大格代表1′，又分成60小格，每小格代表1″，可估读到0.1″。

读数时先转动测微手轮使正、倒像分划符合，如图2.8.2（b）所示，读数以正像注记为准，并选定在正像的右边能找到一个相差180°的倒像注记，且以二者相隔最近的正像注记为度数，该正像和其倒像注记之间所夹的格数乘以10′作为大于10′的分值（一格为10′），不足10′的分、秒值由测微尺读出，即得度盘最终的读数。

例如，图2.8.2（b）所示的读数为284°（度盘上的度数）+40′（度盘上正、倒像间相差格数乘10′）+2′32.5″（测微尺上的分秒数），即284°42′32.5″。

为了读数更为方便以及防止读数出错，现代生产的J2级光学经纬仪采用了数字化的读数方法。如图2.8.3所示，读数显微镜内有三个窗口，上窗口为度数和整10′的注记，其中突出的小框中为10′的整倍数，中间的窗口为对径分划线影像的符合窗，没有注记，下面的窗口为不足10的分秒读数。

读数时，转动测微手轮，同时观察读数显微镜中的中间的窗口，直至中窗口的上下4分划线符合，此时上窗口两端注记数字较小的为度数，上窗口的小框中数字乘以10即为大于10′的分数，再以下窗口的指标线读出不足10′的分秒数，并估读到0.1″。总的读数：上窗口读数为45°30′，下窗口读数为5′35.2″，即总读数为45°35′35.2″。

为消除竖轴倾斜对竖直角测量的影响，DJ2级光学经纬仪同DJ6一样，都采用竖盘水准管与竖盘指标相连，每次进行竖直角读数前，均应使竖盘指标水准管的气泡居中，保持竖盘指标归零。近年来，许多的DJ2级经纬仪都采用自动归零补偿器装置代替竖盘水准管结构，这样极大简化了操作程序，同时也加快了观测速度，又提高了测量精度。

3.DJ2光学经纬仪的水平度盘置数方法

同DJ6级经纬仪一样，为提高测角的精度，往往水平角观测需要多个测回，此时为减小由于度盘刻划误差的影响以及计算水平角方向方便，各测回之间的起始方向度盘读数应变换一个角度σ，σ按下式计算

式中 n——测回数；

i′——度盘最小分划值；

j——测回序号；

ω——测微盘分格数。

对于J2级经纬仪来说：i取10′，ω取600″。

然后，通过水平度盘变换手轮拨盘配置度和大于10′的分值，小于10′的分秒值则需要测微手轮配置。例如，在DJ2光学经纬仪上配置125°47′55″，具体的过程为：瞄准目标后，将照准部锁定，转动测微手轮使测微尺上的读数为7′55″，然后打开水平度盘变换手轮护盖，拨动水平度盘变换手轮，使水平度盘读数为125°40′，并使上下分划线符合（即上下分划线对齐）。

至于用J2级经纬仪进行水平角的观测及记录方法，完全同J6级经纬仪，只不过其各项观测数据的限差要求更高，精度也较高，这里不再作详细的叙述。

2.8.2 电子经纬仪简介

近年来，随着微电子技术及计算机的发展和综合运用，新一代具有数字显示、自动记录、数据自动传输等功能及测角精度高的电子经纬仪的应用愈加广泛，而且这种仪器配有适当的外接接口，可将野外电子手簿记录的数据直接输入计算机，实现数据处理和绘图的自动化。目前，电子经纬仪将逐步取代传统的光学经纬仪。

1.电子经纬仪的结构

电子经纬仪与光学经纬仪的外部结构类似，主要包括照准部、测角装置和基座三大部分。图2.8.4所示为苏州第一光学仪器厂生产的DJD2电子经纬仪，各部件名称的编号如图所注。

电子经纬仪的基座都采用分离式三爪基座，三点强制对中结构，仪器照准部与基座通过闭锁扳手固连，部分三爪基座设有激光对点装置。电子经纬仪的测角装置采用光电测角装置，利用光栅度盘或光电编码盘等，将角值的光信号转换成电信号，再对电信号进行处理，最后用数字显示或自动记录。电子经纬仪的照准部同光学经纬仪类似，它主要由望远镜、光学瞄准器和照准控制机构等组成。

2.电子经纬仪的键盘功能及水平角的观测

以拓普康（Topcon）DT100和苏州第一光学仪器厂生产的DJD2电子经纬仪为例介绍电子经纬仪的键盘功能及简单的使用。

（1）电子经纬仪的键盘功能及信息显示。

1）仪器键盘功能。电子经纬仪的键盘如图2.8.5所示，各操作键功能见表2.8.1。

2）仪器信息显示。电子经纬仪多为LCD（液晶显示屏）双面两行显示，中间两行为观测数据和提示信息显示区，两边为显示内容、单位、符号区。其一般显示内容见表2.8.2。

（2）电子经纬仪水平角的观测方法。

1）观测前的准备工作。主要包括正确安装电池，并检查供电情况参数的设置；打开仪器电源开关，检查电压和电池的工作状态；进行水平角的初始化设置。

初始化设置的项目主要有角度测量单位、角度最小显示单位、自动断电关机时间等。

2）角度测量操作。按“左—右—右—左”观测方法：①仪器的安置（对中、整平）；②照准左方目标，置零按［OSET］；③松开制动螺旋，顺时针转动仪器照准右方目标，读数［HR］即为盘左所测水平角；④盘右照准右方目标，置零按［OSET］；⑤逆时针方向转动仪器，照准左方目标，读数［HL］即为盘右所测水平角。

上面为一测回的观测操作，记录方法与前述测回法相同，观测限差参考有关规范。

2.8.3 激光经纬仪简介

激光是一种方向性极、能量十分集中的光辐射。激光经纬仪正是利用激光的这一特性，来实现测量过程中的高精度、方便及自动化。激光经纬仪是在电子经纬仪的基础上，增加激光发射系统改制而成，多数仪器采用半导体激光发射器，由半导体激光发射器所发射的激光通过仪器的望远镜发射出去，与望远镜照准轴保持同轴、同焦，而且所发射的是一条可见的激光束。

激光经纬仪可向天顶方向垂直发射激光束，成为一台激光垂准仪，当将望远镜照准轴精确调平后，又可作激光水准仪或者激光扫平仪来使用。当然，其望远镜可绕支架进行盘左盘右地角度测量，完全可将其作为电子经纬仪使用，进行高精度的水平角的观测。

由于这种经纬仪兼顾电子测角和激光投点的功能，又可使用微型计算机技术进行测量、计算、显示和存储等多项功能，所以可用于高精度的角度坐标测量，也可进行大型构件的架设、大型建筑物的位移测量、重型机器安装与校正、天顶和水平方向的定向准直以及精密的水准测量，因而有着广泛的用途。