任務2.8 了解精密經緯儀及電子經緯儀的構造和使用

2.8.1 DJ2光學經緯儀

1.與DJ6光學經緯儀的不同點及其適用

DJ2級經緯儀一測回方向觀測中誤差不大于2″，其測角精度顯然高于J6級光學經緯儀，它是一種精密光學測角儀器，廣泛用于國家和城市的三等、四等三角測量、精密導線測量以及角度放樣、歸化準直、精密定線、投點等精密工程測量中。同時亦可用于鐵路、公路、橋梁、水利、礦山及大型企業的建筑，大型機器的安裝和計量等工作。

DJ2級經緯儀的基本構造與J6級光學經緯儀相類似，它的構造也包括照準部、水平度盤和基座三大部分。圖2.8.1為蘇州第一光學儀器廠生產的J2-1自動補償光學經緯儀，各部件名稱的編號如圖所注。

盡管基本構造二者類似，但它們還是有許多不同之處，除測角精度、望遠鏡放大倍數及水準管靈敏度不同外，主要不同點如下：

（1）在DJ2級經緯儀的構造中增設了換像手輪裝置（圖2.8.1）。由于J2級經緯儀的讀數顯微鏡內只能看到水平度盤或者豎直度盤縱的一種影像，利用換像手輪可以變換讀數顯微鏡內度盤分劃的影像，當進行水平角觀測時，將手輪上的指示線呈水平位置，通向豎盤的光路不通，在數顯微鏡內只讀取水平方向值；當進行豎直角觀測時，將手輪上的指示線呈豎直位置，通向水平度盤的光路即不通，從而在數顯微鏡只看到豎盤分劃的影像。

（2）DJ2級經緯儀的光學讀數系統，一般都采用對徑分劃線影像符合的讀數設備。它是將度盤上相對180°的分劃線，經過一系列棱鏡和透鏡的反射和折射的作用后，同時顯現于讀數顯微鏡內，并分別位于一條橫線的上、下方，成為正像和倒像，如圖2.8.2所示，采用對徑符合和測微顯微鏡原理進行讀數。為了測微時獲得度盤分劃線得相對移動，絕大部分的儀器應用了雙平板玻璃的光學測微器。

這種測微器由測微手輪、秒盤（也稱測微分劃盤或測微尺）和一對平板玻璃組成。當轉動測微手輪時，測微尺隨之轉動，一對平板玻璃則作等量的相反方向的移動，這樣可使度盤的分劃線影像作相向移動而彼此符合，這個等量的相對移動量可在測微尺相應的轉動量上顯示出。

如圖2.8.2所示，當測微尺讀數為0時，可設想在讀數顯微鏡內度盤上相對180°的分劃線影像的窗口中間有一條讀數指標線（圖中的虛線），按指標線進行讀數，正像讀數為284°40′+a，倒像讀數為104°40′+b，如圖2.8.2（a）所示，轉動測微手輪，使正像的284°40和倒像的104°40分劃線在指標線處符合，這時兩條分劃線各自相向移動了（a+b）/2，測微尺上的讀數由零增加至（a+b）/2，如圖2.8.2（b）所示，由此可見度盤分劃線重合（又稱對徑符合）是讀數的關鍵性依據，并以對徑線（如284°與104°）互為度盤上讀數的指標線。

2.DJ2光學經緯儀的讀數方法

DJ2級經緯儀的度盤最小分劃格值為20′度盤影像的上下分劃線的最大移動量為度盤最小分劃格值的一半（10′），也即測微尺上的讀數范圍是10′，因而不到10′的分值和秒值可由測微尺讀出，測微尺全長分成10個大格，每大格代表1′，又分成60小格，每小格代表1″，可估讀到0.1″。

讀數時先轉動測微手輪使正、倒像分劃符合，如圖2.8.2（b）所示，讀數以正像注記為準，并選定在正像的右邊能找到一個相差180°的倒像注記，且以二者相隔最近的正像注記為度數，該正像和其倒像注記之間所夾的格數乘以10′作為大于10′的分值（一格為10′），不足10′的分、秒值由測微尺讀出，即得度盤最終的讀數。

例如，圖2.8.2（b）所示的讀數為284°（度盤上的度數）+40′（度盤上正、倒像間相差格數乘10′）+2′32.5″（測微尺上的分秒數），即284°42′32.5″。

為了讀數更為方便以及防止讀數出錯，現代生產的J2級光學經緯儀采用了數字化的讀數方法。如圖2.8.3所示，讀數顯微鏡內有三個窗口，上窗口為度數和整10′的注記，其中突出的小框中為10′的整倍數，中間的窗口為對徑分劃線影像的符合窗，沒有注記，下面的窗口為不足10的分秒讀數。

讀數時，轉動測微手輪，同時觀察讀數顯微鏡中的中間的窗口，直至中窗口的上下4分劃線符合，此時上窗口兩端注記數字較小的為度數，上窗口的小框中數字乘以10即為大于10′的分數，再以下窗口的指標線讀出不足10′的分秒數，并估讀到0.1″。總的讀數：上窗口讀數為45°30′，下窗口讀數為5′35.2″，即總讀數為45°35′35.2″。

為消除豎軸傾斜對豎直角測量的影響，DJ2級光學經緯儀同DJ6一樣，都采用豎盤水準管與豎盤指標相連，每次進行豎直角讀數前，均應使豎盤指標水準管的氣泡居中，保持豎盤指標歸零。近年來，許多的DJ2級經緯儀都采用自動歸零補償器裝置代替豎盤水準管結構，這樣極大簡化了操作程序，同時也加快了觀測速度，又提高了測量精度。

3.DJ2光學經緯儀的水平度盤置數方法

同DJ6級經緯儀一樣，為提高測角的精度，往往水平角觀測需要多個測回，此時為減小由于度盤刻劃誤差的影響以及計算水平角方向方便，各測回之間的起始方向度盤讀數應變換一個角度σ，σ按下式計算

式中 n——測回數；

i′——度盤最小分劃值；

j——測回序號；

ω——測微盤分格數。

對于J2級經緯儀來說：i取10′，ω取600″。

然后，通過水平度盤變換手輪撥盤配置度和大于10′的分值，小于10′的分秒值則需要測微手輪配置。例如，在DJ2光學經緯儀上配置125°47′55″，具體的過程為：瞄準目標后，將照準部鎖定，轉動測微手輪使測微尺上的讀數為7′55″，然后打開水平度盤變換手輪護蓋，撥動水平度盤變換手輪，使水平度盤讀數為125°40′，并使上下分劃線符合（即上下分劃線對齊）。

至于用J2級經緯儀進行水平角的觀測及記錄方法，完全同J6級經緯儀，只不過其各項觀測數據的限差要求更高，精度也較高，這里不再作詳細的敘述。

2.8.2 電子經緯儀簡介

近年來，隨著微電子技術及計算機的發展和綜合運用，新一代具有數字顯示、自動記錄、數據自動傳輸等功能及測角精度高的電子經緯儀的應用愈加廣泛，而且這種儀器配有適當的外接接口，可將野外電子手簿記錄的數據直接輸入計算機，實現數據處理和繪圖的自動化。目前，電子經緯儀將逐步取代傳統的光學經緯儀。

1.電子經緯儀的結構

電子經緯儀與光學經緯儀的外部結構類似，主要包括照準部、測角裝置和基座三大部分。圖2.8.4所示為蘇州第一光學儀器廠生產的DJD2電子經緯儀，各部件名稱的編號如圖所注。

電子經緯儀的基座都采用分離式三爪基座，三點強制對中結構，儀器照準部與基座通過閉鎖扳手固連，部分三爪基座設有激光對點裝置。電子經緯儀的測角裝置采用光電測角裝置，利用光柵度盤或光電編碼盤等，將角值的光信號轉換成電信號，再對電信號進行處理，最后用數字顯示或自動記錄。電子經緯儀的照準部同光學經緯儀類似，它主要由望遠鏡、光學瞄準器和照準控制機構等組成。

2.電子經緯儀的鍵盤功能及水平角的觀測

以拓普康（Topcon）DT100和蘇州第一光學儀器廠生產的DJD2電子經緯儀為例介紹電子經緯儀的鍵盤功能及簡單的使用。

（1）電子經緯儀的鍵盤功能及信息顯示。

1）儀器鍵盤功能。電子經緯儀的鍵盤如圖2.8.5所示，各操作鍵功能見表2.8.1。

2）儀器信息顯示。電子經緯儀多為LCD（液晶顯示屏）雙面兩行顯示，中間兩行為觀測數據和提示信息顯示區，兩邊為顯示內容、單位、符號區。其一般顯示內容見表2.8.2。

（2）電子經緯儀水平角的觀測方法。

1）觀測前的準備工作。主要包括正確安裝電池，并檢查供電情況參數的設置；打開儀器電源開關，檢查電壓和電池的工作狀態；進行水平角的初始化設置。

初始化設置的項目主要有角度測量單位、角度最小顯示單位、自動斷電關機時間等。

2）角度測量操作。按“左—右—右—左”觀測方法：①儀器的安置（對中、整平）；②照準左方目標，置零按［OSET］；③松開制動螺旋，順時針轉動儀器照準右方目標，讀數［HR］即為盤左所測水平角；④盤右照準右方目標，置零按［OSET］；⑤逆時針方向轉動儀器，照準左方目標，讀數［HL］即為盤右所測水平角。

上面為一測回的觀測操作，記錄方法與前述測回法相同，觀測限差參考有關規范。

2.8.3 激光經緯儀簡介

激光是一種方向性極、能量十分集中的光輻射。激光經緯儀正是利用激光的這一特性，來實現測量過程中的高精度、方便及自動化。激光經緯儀是在電子經緯儀的基礎上，增加激光發射系統改制而成，多數儀器采用半導體激光發射器，由半導體激光發射器所發射的激光通過儀器的望遠鏡發射出去，與望遠鏡照準軸保持同軸、同焦，而且所發射的是一條可見的激光束。

激光經緯儀可向天頂方向垂直發射激光束，成為一臺激光垂準儀，當將望遠鏡照準軸精確調平后，又可作激光水準儀或者激光掃平儀來使用。當然，其望遠鏡可繞支架進行盤左盤右地角度測量，完全可將其作為電子經緯儀使用，進行高精度的水平角的觀測。

由于這種經緯儀兼顧電子測角和激光投點的功能，又可使用微型計算機技術進行測量、計算、顯示和存儲等多項功能，所以可用于高精度的角度坐標測量，也可進行大型構件的架設、大型建筑物的位移測量、重型機器安裝與校正、天頂和水平方向的定向準直以及精密的水準測量，因而有著廣泛的用途。