第一节　角度测量仪器及其使用

一、经纬仪的型号

根据测角原理设计制造的用以观测水平角、竖直角的仪器称为经纬仪。经纬仪是工程测量中最常用的一种仪器,根据读数系统的不同,经纬仪可分为光学经纬仪和电子经纬仪;按测角精度划分,光学经纬仪可分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15五个等级。其中, DJ为“大地测量”和“经纬仪”首字汉语拼音的声母,下标07、1、2、6、15分别为该仪器一测回方向观测中误差(以秒为单位),即测角精度。不同精度的经纬仪所使用的场合不同,DJ07、DJ1、DJ2型光学经纬仪用于精密角度测量,DJ6、DJ15型光学经纬仪用于普通角度测量。

1.DJ6型光学经纬仪

由于生产厂家及仪器型号不同,光学经纬仪的各部件形状不完全一样,但其基本构造大致相同。光学经纬仪主要由照准部、水平度盘和基座三部分组成,如图3-1所示。

照准部主要由望远镜、读数设备、竖直度盘、支架、照准部水准管、照准部旋转轴和光学对中器等组成;水平度盘是由光学玻璃制成的精密刻度盘,分划从0°至360°,按顺时针注记,用以测量水平角;基座是支撑仪器的底座,包括轴座、脚螺旋、底板、三角压板等。利用中心连接螺旋将经纬仪和脚架连接起来。

2.电子经纬仪

传统的光学经纬仪采用的是玻璃度盘刻划并注记,配以光学测微器读取角值的读数系统;随着科技的发展,采用光电度盘读数系统,利用光电扫描度盘获取照准方向的电信号,通过电路对信号的识别、转换、计数,拟合成相应的角值显示在显示屏上的电子经纬仪已逐渐普及开来。电子经纬仪与光学经纬仪具有相似的外形结构,在仪器的操作方面也具有相同之处。

相比光学经纬仪,电子经纬仪具有以下特点:

(1)实现了测量的读数、记录、计算、显示自动一体化,避免了人为的影响。

(2)仪器的中央处理器配有专用软件,可自动对仪器的几何条件进行检校和各种计算改正。

(3)储存的数据可通过输入/输出(in/out,I/O)接口输入计算机进行相应的数据处理。

(4)与光电测距仪联机可组成组合式全站仪,进行各种测量工作。

电子经纬仪的关键部件是光电度盘,仪器获取的电信号与光电度盘的形式有关。目前电子经纬仪有编码度盘、光栅度盘和格区式度盘三种测角形式的光电度盘。

二、经纬仪读数及使用方法

(一)读数设备及方法

光学经纬仪的读数设备包括度盘、光路系统和测微器。水平度盘和竖直度盘上的分划线,通过一系列棱镜和透镜成像于望远镜旁的读数显微镜内。DJ6光学经纬仪的读数装置可以分为分微尺测微器读数和单平板玻璃测微器读数两种。

1.分微尺测微器读数

分微尺为一块平板玻璃,上面一般刻有60格分划线,并每隔10格注记,安装在光路上的读数窗之前。图3-2所示为在读数显微镜中看到的度盘影像和分微尺影像,上面注有“H”或“水平”的窗口为水平度盘读数窗,下面注有“V”或“竖直”的窗口为竖直度盘读数窗。通常DJ6型光学经纬仪的度盘分划间隔为1°,所以分微尺上的一格就代表1',每10格注记表示整10'。读数时,先读出落在分微尺间的度盘线注记的整度数(如图中的水平度盘为57°),再以度盘分划线为指标线,读取微小角值的整10'数(分微尺注记数,如图中为30'),再读出分数,并估读到0.1'(如图中可读为7.7');然后,将这三部分相加就可得到完整的读数(如图中为57°37.7',记为57°37'42″)。同理,图3-2中竖直度盘的读数为97°17'30″。

2.单平板玻璃测微器

单平板玻璃测微器主要由平板玻璃、测微尺、测微轮和传动装置等组成。图3-3所示为在单平板玻璃测微器经纬仪读数显微镜中看到的影像,共有三个读数窗,上面的小窗口为测微窗,有一根单指标线;中间的窗口为竖直度盘,下面的窗口为水平度盘,均有双指标线。度盘格值为30',测微尺分为30个大格,每大格分为3个小格,因此大格为1',小格为20″。读数前,应先转动测微轮,使某一度盘的分划线位于双指标线的中间读出度数和整30'数[图3-3(a)的读数为7°30'],再读出测微窗中单指标线所指出的测微尺读数[图3-3(a)的读数为8'47″],两者相加即水平度盘的读数7°38'47″。竖直度盘的读数方法与此相同,如图3-3(b)中竖直度盘的读数为97°20'40″。

(二)经纬仪的使用方法

在进行角度测量时,应先将经纬仪安置在测站点(角顶点)上,使水平度盘居于水平位置,然后进行观测。经纬仪的技术操作有对中、整平、照准、读数与配置度盘读数(或置数)等步骤。

1.对中

对中的目的是使水平度盘的中心与测站点(标志中心)位于同一条铅垂线上。对中时可采用垂球对中或光学对中器对中,垂球对中的精度一般在3mm以内,光学对中器的对中精度可达到1mm。

(1)用垂球对中。打开三脚架并调整到合适高度(平胸),将架头大致水平地安放在测站点上,架腿与地面约成75°角。在脚架连接螺旋的下方悬挂垂球,如果垂球尖离中心太远,可以先固定一个脚架尖移动另外两个脚架尖,或将三脚架整体平移,使垂球尖大致对准测站点的中心,再踏紧脚架尖。然后装上经纬仪,旋上连接螺旋(不要旋紧),双手扶好基座,在架头上平移仪器,使垂球尖精确对准测站点。最后,将连接螺旋拧紧。若在架头上移动仪器无法精确对中时,则需要重新调整三脚架的脚位,此时应注意先旋紧中心螺旋,以防仪器摔落。

(2)用光学对中器对中。由于垂球容易摆动,有风时操作更加困难,因此一般采用光学对中器安置经纬仪。利用光学对中器对中时,应先平移脚架,使仪器大致对中,调节光学对中器的目镜,使地面点的影像清晰。此时,可根据地面情况固定一个脚架尖,移动另外两个脚架尖,使地面点的影像进入对中器圆圈中心,若还有微小偏差,可稍松开中心连接螺旋,在架头上移动仪器,使其精确对中,再将脚架的三个架腿踩紧。

2.整平

整平的目的是使仪器竖轴铅垂,使水平度盘处于水平位置。在操作时,分为粗略整平和精确整平两步。

(1)粗略整平。经纬仪的粗略整平主要靠调节脚架达到目的,特别是使用光学对中器的仪器,尤其需要注意不能随便转动脚螺旋。操作时,根据圆水准器中气泡的位置判断脚架各个方向的高低情况,一般保留偏高的架腿不动,将两条偏低的架腿升高,使圆水准器中的气泡居中。在调节过程中,应注意不可使脚架的位置发生变化。

(2)精确整平。将圆水准器中的气泡居中之后,需进一步调节仪器。操作时,松开水平制动螺旋,转动照准部使照准部水准管与任意两个脚螺旋的连线平行。双手相向转动这两个脚螺旋使气泡居中,如图3-4(a)所示(注意气泡移动方向与左手大拇指的移动方向一致);再将照准部旋转90°,调整第三个脚螺旋使气泡居中,如图3-4(b)所示。如此反复操作,直到将仪器转至任意位置,水准管气泡均居中且不超过1格时为止。

需要注意的是,整平与对中是相互影响的,操作时应交替、反复进行,完成整平后,应再次观察对中器是否还在点位中心。如不在中心,应先稍微松开连接螺旋,在架头上轻轻移动仪器,使对中器精确对准点位,再拧紧连接螺旋,重复整平步骤,直至仪器既对中又整平。

3.照准

照准的目的是使望远镜十字丝交点和目标的影像重合。照准时,先松开水平和竖直制动螺旋,调节目镜,使十字丝清晰;再通过望远镜上的照门、准星或光学瞄准器粗略对准目标,拧紧水平和竖直制动螺旋;再进行物镜调焦,以达到能通过望远镜看到最清晰的目标并消除视差的目的。最后,转动水平和竖直微动螺旋,使十字丝分划板的竖丝精确地照准(纵丝平分或夹准)目标,如图3-5所示。测量水平角时,应尽量对准目标底部。

4.读数和置数

读数的目的是读出照准方向的度盘数字。读数时,先将进光反光镜张开适当角度,并转动反光镜使镜面朝向光源,使读数窗明亮且亮度均匀;旋转显微镜调焦螺旋,使分划和注记清晰,然后读数。

为了减小误差和方便测设,有时需要将水平度盘的读数调整到0°00'00″或欲配置数(如169°38'39″),这一操作称为置数。当把水平度盘的读数调整为零时,称为置零。由于仪器不同,置数的方法也有所不同。

(1)复测经纬仪置数。装有度盘离合器的经纬仪称为复测经纬仪。复测经纬仪一般采用“先配盘后瞄准”的方法置数。即先转动测微轮,使测微尺的读数为0°00'00″(或置为指定读数中小于度盘分划值的微小角值,如8'39″);然后将复测扳手往上扳,转动照准部,用水平微动螺旋将度盘0°(或指定读数的度数和整30'数,如169°30')分划线准确夹在双指标线的中央,再将复测扳手往下扳;接着转动照准部准确照准目标后,再将复测扳手往上扳。此时,照准目标方向的水平度盘的读数为0°00'00″(或欲配置数,如169°38'39″)。

(2)方向经纬仪置数。装有度盘拨动手轮的经纬仪称为方向经纬仪,一般采用“先瞄准后配盘”的方法置数。即先转动照准部准确照准目标,制动仪器;再打开度盘拨动手轮的护盖,转动度盘拨动手轮使水平度盘读数为0°00'00″(或欲配置数,如169°38'39″),最后盖上度盘拨动手轮的护盖。