2精密光学经纬仪与角度测量.

精密光学经纬仪与角度测量第二章精密光学经纬仪与角度测量第一节精密光学经纬仪的基本结构和读数方法一、J2经纬仪光学系统精密光学经纬仪的基本构造主要由照准部、垂直轴系统和基座组成按精度等级的高低:分为J07，J1，J2，J6等规格。J是经纬仪汉语拼音的第一个字母，其数字表示仪器的精度指标，即检定时水平方向观测一测回的中误差。主要轴线：视准轴、横轴、水准管轴、竖轴（旋转轴、垂直轴）精密光学经纬仪与角度测量如图：光线由反射镜1进入，照亮度盘2的一侧，经转像透镜组3以1：1的比例成像于度盘另一侧，再经物镜组4成像于读数窗8，经读数显微镜9看到下图成像。1反光镜2度盘3转像透镜组4物镜组5固定光楔6活动光楔7测微器分划尺8读数窗9读数显微镜度盘格值为20’精密光学经纬仪与角度测量我国仪器系列标准型号国外仪器型号、厂名J1（北光）T3瑞士威特WILDDKM3瑞士克恩KERNNO3英国华兹WATTSOT-02苏联J2（北光、苏光等）T2瑞士威特WILDTheo-010东德蔡司ZEISSDKM2瑞士克恩KERNTheo-2东德Freiberger厂OTC苏联TE-B3匈牙利MOM精密光学经纬仪与角度测量3T2J精密光学经纬仪与角度测量1、用较短的复合物镜焦距，得到等效物镜焦距f较大值。精密光学经纬仪与角度测量二、光学测微器1、双平行玻璃板光学测微器支点支点为了消除或减弱隙动差，规范规定：在使用测微轮读数时，最后旋转方向均应为旋进。隙动差:旋进和旋出测微轮使度盘对径分划重合时，测微器将出现不同的读数。精密光学经纬仪与角度测量2、双光学楔镜光学测微器移动固定18000180测微尺测微尺不存在隙动差精密光学经纬仪与角度测量三、J2经纬仪的读数方法1、度盘对径分划的影像（格值20分）2、测微尺影像（全长10分，格值1秒）3、对径分划重合读数法（p28）旋进测微轮，使度盘正、倒像精确重合，1）读度，找具备下列三个条件的分划线：⑴正倒像相差180度；⑵正像在左，倒像在右；⑶正倒像的对径（度）分划相距最近，以正像的（度）分划线为准读度数。2）读十位分数，将正倒像相应的分划线间所夹的格数乘以度盘分划的一半（如J2型为10分），就是十位分数。3）在测微器（盘）读取个位的分数及秒数。精密光学经纬仪与角度测量三、J2经纬仪的读数方法636489189转动测微轮00891891888度40分+6分34.2秒测微盘上共有10个大格，每一大格又分60小格，共有600个小格，相当于度盘的半个最小分格10′，所以一大格代表1’，一小格代表1″。精密光学经纬仪与角度测量42°57′39.0″174°03′02.7″精密光学经纬仪与角度测量4、光学数字化读数结构J2中将传统的对径重合读数视场变为部分数字化读数视场，即将视场中角度的整分数全部用数字标示出来。6度20分+4分39.2秒6度30分+4分27.6秒精密光学经纬仪与角度测量四、置数照准；测微轮置分数、秒数；换盘手轮置10′数、度数。精密光学经纬仪与角度测量Ｊ２经纬仪读数实习任务：1、熟悉仪器构造，要求弄清各部件的名称和作用；2、练习读数；3、练习置数；0°00′33″，误差30″；4、辨认度盘各条分划线；精密光学经纬仪与角度测量思考题1.为什么一个测回内不得重新调焦？2.为什么测回间要变换度盘？精密光学经纬仪与角度测量补充：全站仪的基本构造一、全站仪基本构造基座水平度盘垂直度盘望远镜读数设备注意：读数设备和度盘与光学经纬仪不同精密光学经纬仪与角度测量全站仪的度盘与读数设备•光栅度盘是在光学玻璃盘上沿径向均匀地刻出许多条纹而制成的。•全站仪有两个光栅度盘，一个是主光栅，即全圆光栅度盘，另一个是指标光栅，即局部光栅度盘。•在度盘两侧分别装有发光管和接收管。接收管发射管光栅度盘指标光栅图2-38精密光学经纬仪与角度测量全站仪的度盘与读数设备•将主光栅度盘与条纹密度相同的指标光栅重叠放置。指标光栅与度盘光栅之间有一微小夹角，当光线同时穿过度盘光栅和指标光栅时，就会形成莫尔条纹。图2-39yx•当指标光栅与度盘在x方向相对移动一格时，明暗相间的莫尔条纹就在y方向移动一个周期。接收管探测到莫尔条纹的光强变化，然后数出光强变化的周期数N及不足一个周期的相位值Δφ，则ΔN=（N+ΔN）τ即为所测角度，其中τ为度盘格值。精密光学经纬仪与角度测量二、全站仪测回法测角•全站仪的安置：对中和整平•开机•盘左，瞄准第一目标，置盘，读数，瞄准第二目标，读数•盘右，瞄准第二目标，读数瞄准第一目标，读数精密光学经纬仪与角度测量第二节经纬仪（全站仪）的三轴误差一、球面三角学的基本知识大圆——过球心的平面与球面的交线。球面角——两大圆弧所在平面之间所夹的二面角。球面三角形——球面上相交于三点的三条大圆弧所围成的球面上的一部分。三个大圆弧称为球面三角形的边，其大小用它们所对的圆心角来表示，常记为a、b、c，三个大圆弧相交成的三个球面角称为球面三角形的角，常记为A、B、C，这三个边和三个角称为球面三角形的六个元素。球面角超——球面三角形的三内角之和与180°之差。2180RsCBA精密光学经纬仪与角度测量精密光学经纬仪与角度测量正弦公式在相邻的四个元素中，B叫夹角，C叫他角，a叫夹边，c叫他边，则余切公式可用文字描述如下：他角余切乘夹角正弦等于他边余切乘夹边正弦，减去夹角夹边余弦乘积。余切公式：ctgCsinB=ctgcsina-cosBcosaCcBbAasinsinsinsinsinsin精密光学经纬仪与角度测量二、视准轴误差1、概念视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线。理想的视准轴OT应当与水平轴HH垂直，而实际的视准轴OT′不与水平轴HH垂直，实际视准轴与理想视准轴之间所夹的角度C称为视准轴误差。由于视准轴有误差C，因而会引起瞄准目标时水平度盘读数也有误差ΔC，ΔC就是C对水平盘读数的影响。HHTT′O精密光学经纬仪与角度测量2、理想视准面和实际视准面如图O是仪器中心，HH′是水平轴，OZ是天顶方向视准轴的正确位置，它与水平轴垂直，上下转动望远镜，OZ旋转形成一个竖直面OZL面，称为理想视准面。实际视准轴OZ’做俯仰转动时，则形成一个圆锥面OZ’T’L’。用实际视准轴以盘左位置照准目标T’时，由于视准轴误差的影响，正确视准轴沿着OZTL垂直照准面指在T点，设水平度盘读数指标线位于正确视准面内的OL位置，读数为L。精密光学经纬仪与角度测量2、理想视准面和实际视准面要使正确的视准轴照准目标T’，就必须将照准部沿顺时针方向转动一个小角度ΔC，即包含OT的垂直照准面应转动到垂直照准面OZT’M的位置。此时水平度盘读数指标线位于OM位置，读数为M，为正确读数。由图可以看出，正确读数M比实际读数L大了一个小角值ΔC，ΔC就是视准轴误差C对水平观测方向值的影响。精密光学经纬仪与角度测量3、理想读数M与实际读数L、R的关系4、视准轴误差对水平方向观测值的影响ΔC与视准轴误差C的关系（由正弦定理推导）M=L+ΔC（1）M±180°=R-ΔC（2）M=（L+R-180°）/2（1）+（2）L+180°-R=2ΔC=2C/cosα（1）-（2）在三角测量中，由于边长较长，所有目标的垂直角α一般均较小，即cosα~1，所以有：L+180°-R=2C9090sin)sin(sinsinCCcossinsinCC精密光学经纬仪与角度测量视准轴误差C对盘左、盘右水平方向观测值的影响大小相等，符号相反。因此，取盘左、盘右的平均值就可以消除视准轴误差的影响，即在一测回中视准轴误差可自动消除。这个结论仅限于C值在一测回观测期间不变的条件下才是正确的。由于调焦透镜运行不正确可以引起视准轴位置的变化，所以《规范》规定在一测回观测期间内不得重新调焦。一测回中各方向2C值的差，J1型仪器不得超过9″，J2型仪器不得超过13″。2C值过大也会给计算带来不便。所以《规范》规定，2C绝对值，J1型仪器应小于20″，J2型仪器应小于30″，否则应进行校正。精密光学经纬仪与角度测量三、水平轴倾斜误差Δi=itgα（水平轴倾斜误差i对水平方向观测值的影响Δi）M=L+ΔiM±180°=R-ΔiM=2Δi=L±180°-R=2itgα2180RL水平轴倾斜误差对水平方向观测值的影响，采用取盘左盘右读数的平均值的办法也可以得到消除。L±180˚-R=2ΔC+2Δi实际上视准轴误差和水平轴倾斜误差往往是同时存在的，它们对盘左、盘右的读数差的综合影响为：精密光学经纬仪与角度测量三、水平轴倾斜误差当照准方向的垂直角超过±3˚时，可以不用该方向的2C值与其它方向的2C值进行比较，而用该方向相邻测回的2C值与之进行比较。tgiCRL22180cosL±180˚-R=2ΔC+2Δi可见，当α=0时，L±180˚-R=2C。即只有在垂直角α等于零时，算出的盘左与盘右的读数差才是真正的2C值。在通常情况下，垂直角α不为零，因此2C值一般为视准轴误差和水平轴倾斜误差的综合影响。精密光学经纬仪与角度测量四、垂直轴倾斜误差Δv=vcosβtgα其中：v为垂直轴倾斜角α为照准视线的垂直角β为观测时水平轴方向与垂直轴倾斜方向的夹角注意：由于垂直轴倾斜的方向和大小不随照准部的转动而变化，即Δv的正负号不随盘左、盘右而改变，因此，不能用取盘左、盘右平均值的方法来消除垂直角倾斜误差对水平方向观测值的影响。减弱措施：a.严格校正水准管轴，保证气泡居中时，垂直轴位于铅垂线位置；b.严格整平仪器，以减小v值；c.每测回开始观测前都要重新整平仪器。精密光学经纬仪与角度测量第一次作业什么是经纬仪的三轴误差？在观测时采用什么措施来减弱或消除它们对水平角观测的影响？精密光学经纬仪与角度测量第三节经纬仪（全站仪）的检验与校正一、光学测微器行差的测定*对径分划线相对移动一格时，测微器读数的实际改变值与理论值之差，称为行差。产生原因：度盘分格成像过宽或过窄转像透镜组位置不正确，使主副像分格成像宽窄不等；物镜组位置不正确，使主副像分格成像同时过宽或过窄精密光学经纬仪与角度测量二、其它1、照准部旋转不正确检验方法：•1)整平仪器，使垂直轴垂直，读记照准部水准器气泡两端读数或中间位置读数；•2)顺时针方向旋转照准部，每旋转45˚，读记水准器气泡读数一次，连续顺转三周；•3)逆时针方向旋转照准部，每旋转45˚，读记水准器气泡读数一次，连续逆转三周。•若照准部旋转正确，在各位置上气泡读数互差均在限差之内。对J2型仪器不应超过1格(按气泡两端读数的和比较则为两格)。若气泡读数变化超出限差，并以照准部旋转两周为周期地进行变化，则说明照准部的旋转是不正常的，须进行修理。精密光学经纬仪与角度测量二、其它2、水平轴倾斜2i•在距仪器5m以外的地方设置两个目标。对两个目标的位置要求是：一为高点，一为低点，两点应大致在同一铅垂线上，用仪器观测两点的垂直角的绝对值应不小于3˚，两垂直角的绝对值应大致相等，其差值不得超过30″。设置目标时用仪器指挥，以满足这些要求。精密光学经纬仪与角度测量二、其它2、水平轴倾斜2i具体测定步骤如下；•1)以6测回观测高低两点方向间的水平角，每测回间应变换水平度盘和测微器的位置，每次变动量按下式计算，J2型：每一测回用正、倒镜两个盘位观测。照准部的旋转方向是：在前三个测回中，一律沿顺时针方向旋转，而在后三个测回中，一律沿逆时针方向旋转。观测限差：2C互差按高、低方向分别比较，在整个测定中，对J2仪器不得超过10″，各测回角值互差J2仪器应小于8″。对超出限差的测回，应进行重测。miim22180精密光学经纬仪与角度测量二、其它2、水平轴倾斜2i•2)观测高低点的垂直角α高和α低，用中丝法测三个测回，垂直角和指标差互差均不得超过10″，超限时应重测。ctgCCiCCC低高低高2121cos计算：精密光学经纬仪与角度测量二、其它3、光学对中器1)投影法(1)在三脚架上整平仪器，三脚架下放一块贴有白纸的测板；(2)用光学对