工作任務二 經緯儀的構造及使用

一、經緯儀概述

1.經緯儀的型號及標稱精度

我國光學經緯儀按精度可分為DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15和DJ60六個級別，其中“D”、“J”分別為“大地測量”和“經緯儀”的漢語拼音的第一個字母，數字表示儀器的精度，即一測回水平方向中誤差的秒數，書寫時“D”可以省略。工程測量中常用的是DJ6級經緯儀和DJ2級經緯儀。各經緯儀的精度見表2-5。

2.常見經緯儀的型號及參數

常見經緯儀的型號及主要技術參數，見表2-6。

3.經緯儀的功能

測角是所有經緯儀的基本功能。

（1）測水平角。經緯儀可以測量兩個方向間的水平角。

（2）測豎直角。測量傾斜方向與水平方向間所加的豎直角。

（3）視距測量。利用視距測量原理，輔以水準尺，可以測量兩點的水平距離及高差。

二、DJ6級光學經緯儀

1.DJ6級光學經緯儀的構造

圖2-9為DJ6級光學經緯儀，外部各構件及名稱，圖中已表明。光學經緯儀主要由照準部、水平度盤和基座三部分組成，見表2-7和圖2-10。

2.DJ6級光學經緯儀的讀數方法

DJ6級光學經緯儀的水平度盤和豎直度盤的分劃線通過一系列的棱鏡和透鏡作用，成像于望遠鏡旁的讀數顯微鏡內，觀測者用讀數顯微鏡讀取讀數。由于測微裝置的不同，DJ6級光學經緯儀的讀數方法分為以下兩種：

（1）分微尺測微器及其讀數法。如北京光學儀器廠生產的DJ6級光學經緯儀，如圖2-11所示。度盤最小分劃值為1°，分微尺上最小分劃值為1′，每10′做一注記，可估讀至0.1′。

提示：因為估讀至0.1′（6″），所以DJ6級光學經緯儀讀數的秒數應為6的倍數。

讀數時，打開并轉動反光鏡，使讀數窗內亮度適中，調節讀數顯微鏡的目鏡，使度盤和分微尺分劃線清晰，然后，“度”可從分微尺中的度盤分劃線上的注字直接讀得，“分”則用度盤分劃線作為指標，在分微尺中直接讀出，并估讀至0.1′，兩者相加，即得度盤讀數。

水平度盤讀數：130°+01.5′=130° 01.5′=130° 01′ 30″；

豎直度盤讀數：87°+22′00″=87° 22′ 00″。

提示：讀數時，度按實際讀取，可為一位、二位或三位數，分、秒的整數必須是兩位。

（2）單平板玻璃測微器的讀數方法。北京光學儀器廠生產的DJ6型光學經緯儀，采用這種讀數方法讀數。圖2-12所示為單平板玻璃測微器的讀數窗視場，讀數窗內可以清晰地看到測微盤（上）、豎直度盤（中）和水平度盤（下）的分劃像。度盤凡整度注記，每度分兩格，最小分劃值為30′，測微盤把度盤上30′ 弧長分為30大格，一大格為1′，每5′ 一注記，每一大格又分三小格，每小格20″，不足20″的部分可估讀，一般可估讀到四分之一格，即5″。

讀數時，打開并轉動反光鏡，調節讀數顯微鏡的目鏡，然后轉動測微輪，使一條度盤分劃線精確地平分雙指標線，則該分劃線的讀數即為讀數的度數部分，不足30′的部分再從測微盤上讀出，并估讀到5″，兩者相加，即得度盤讀數。每次水平度盤讀數和豎直度盤讀數都應調節測微輪，然后分別讀取，兩者共用測微盤，但互不影響。

水平度盤讀數：49°30′+22′40″=49° 52′ 40″；

豎直度盤讀數：107°+01′40″=107° 01′ 40″。

3.DJ6級光學經緯儀的使用方法

DJ6級光學經緯儀的使用方法是所有經緯儀使用方法的基礎。經緯儀的基本操作包括對中、整平、瞄準和讀數。

（1）對中。指將儀器的縱軸安置到與過測站的鉛垂線重合的位置。首先根據觀測者的身高調整好三腳架腿的長度，張開腳架并踩實，并使三腳架頭大致水平。將經緯儀從儀器箱中取出，用三腳架上的中心螺旋旋入經緯儀基座底板的螺旋孔。對中可利用錘球或光學對中器進行。

小竅門：快速對中

踩實對面腳架，眼睛看著光學對中器，一只腳尖對準地面點，兩只手分別握住靠近自己的左右兩個架腿，做前后、左右移動，可快速對準點位。

要點：移動架腿時要保持架頭大致水平。

1）錘球對中。掛錘球于中心螺旋下部的掛鉤上，調錘球線長度至錘球尖與地面點間的鉛錘距不大于2mm，錘球尖與地面點的中心偏差不大時通過移動儀器，偏差較大時通過平移三腳架，使錘球尖大致對準地面點中心。偏差大于2mm 時，微松連接螺旋，在三腳架頭微量移動儀器，使錘球尖準確對準測站點，旋緊連接螺旋。

2）光學對中器對中。調節光學對點器目鏡、物鏡調焦螺旋，使視場中的標志圓（或十字絲）和地面目標同時清晰。旋轉腳螺旋，令地面點成像于對中器的標志中心，此時，因基座不水平而圓水準器氣泡不居中。調節三腳架腿長度，使圓水準器氣泡居中，進一步調節腳螺旋，使水平度盤水準管在任何方向氣泡都居中。光學對中器對中誤差應小于1mm。

（2）整平。整平的目的是調節腳螺旋使水準管氣泡居中，從而使經緯儀的豎軸豎直，水平度盤處于水平位置。其操作步驟如下。

1）旋轉照準部，使水準管平行于任一對腳螺旋，如圖 2-13（a）所示。轉動這兩個腳螺旋，使水準管氣泡居中。

2）將照準部旋轉90°，轉動第三個腳螺旋，使水準管氣泡居中，如圖2-13（b）所示。

3）按以上步驟重復操作，直至水準管在這兩個位置上氣泡都居中。使用光學對中器進行對中、整平時，首先通過目估初步對中（也可利用錘球），旋轉對中器目鏡看清分劃板上的刻畫圓圈，再拉伸對中器的目鏡筒，使地面標志點成像清晰。轉動腳螺旋使標志點的影像移至刻畫圓圈中心。然后，通過伸縮三腳架腿，調節三腳架的長度，使經緯儀圓水準器氣泡居中，再調節腳螺旋精確整平儀器。接著通過對中器觀察地面標志點，如偏刻畫圓圈中心，可稍微松開連接螺旋，在架頭移動儀器，使其精確對中，此時，如水準管氣泡偏移，則再整平儀器，如此反復進行，直至對中、整平同時完成。

（3）瞄準。指望遠鏡準確瞄準目標，一般需要以下四個步驟。

1）目鏡對光。將望遠鏡對準明亮背景，轉動目鏡對光螺旋，使十字絲成像清晰，即十字絲最細最黑的狀態。

2）粗略瞄準。松開照準部制動螺旋與望遠鏡制動螺旋，轉動照準部與望遠鏡，通過望遠鏡上的瞄準器對準目標，然后旋緊制動螺旋。

3）物鏡對光。轉動位于鏡筒上的物鏡對光螺旋，使目標成像清晰并檢查有無視差存在，如果發現有視差存在，應重新進行對光，直至視差消除。

4）精確瞄準。旋轉微動螺旋，使十字絲準確對準目標。觀測水平角時，應盡量瞄準目標的基部，當目標寬于十字絲雙絲距時，宜用單絲平分，如圖2-14（a）所示。目標窄于雙絲距時，宜用雙絲夾住，如圖2-14（b）所示。觀測豎直角時，用十字絲橫絲的中心部分對準目標位，如圖2-14（c）所示。

（4）讀數。讀數前應調整反光鏡的位置與開合角度，使讀數顯微鏡視場內亮度適當，然后轉動讀數顯微鏡目鏡進行對光，使讀數窗成像清晰，再按上節所述方法進行讀數。

三、DJ2級光學經緯儀

1.DJ2級光學經緯儀的構造

DJ2級光學經緯儀與DJ6級光學經緯儀相比，在軸系結構和讀數設備上均不相同。DJ2級光學經緯儀一般都采用對徑分劃線影像符合的讀數設備，即將度盤上相對180°的分劃線，經過一系列棱鏡和透鏡的反射與折射后，顯示在讀數顯微鏡內，應用雙平板玻璃或移動光楔的光學測微器，使測微時度盤分劃線做相對移動，并用儀器上的測微輪進行操縱。采用對徑符合和測微顯微鏡原理進行讀數。圖2-15為蘇州產DJ2級光學經緯儀。

2.DJ2級光學經緯儀讀數設備特點

與DJ6級光學經緯儀相比，DJ2級光學經緯儀讀數設備有以下特點：

（1）照準部水準管靈敏度高。

（2）望遠鏡放大倍率大。

（3）采用對徑讀數的方法能讀得度盤對徑分劃數的讀數平均值，從而消除了照準部偏心的影響，提高了讀數的精度。

（4）在讀數顯微鏡中，只能看到水平度盤讀數或豎盤讀數，可通過換像手輪分別讀數。

3.DJ2級光學經緯儀的讀數方法

DJ2級光學經緯儀讀數方法較多，不同廠家大多有各自的習慣，大致有以下幾種：

（1）對徑符合讀數。圖2-16所示為一種DJ2級光學經緯儀讀數顯微鏡內符合讀數法的視窗。讀數窗中注記正字的為主像，倒字的為副像。其度盤分劃值為20′，左側小窗內為分微尺影像。分微尺刻畫由0′～10′，注記在左邊。最小分劃值為1″，按每10″注記在右側。

讀數時，先轉動測微輪，使相鄰近的主、副像分劃線精確重合，如圖2-16（b）所示，以左邊的主像度數為準讀出度數，再從左向右讀出相差180°的主、副像分劃線間所夾的格數，每格以10′計。然后在左側小窗中的分微尺上，以中央長橫線為準，讀出分數，10秒數和秒數，并估讀至0.1″，三者相加即得全部讀數。如圖2-16（b）所示的讀數為82°28′51″。

注意：在主、副像分劃線重合的前提下，也可讀取度盤主像上任何一條分劃線的度數，但如與其相差180°的副像分劃線在左邊時，則應減去兩分劃線所夾的格數乘10′，小數仍在分微尺上讀取。例如圖2-16（b）中，在主像分劃線中讀取83°，因副像263°分劃線在其左邊4格，故應從83°中減去40′，最后讀數為83°-40′+8′ 51″=82°28′51″，與根據先讀82°分劃線算出的結果相同。

（2）數字化讀數。近年來生產的DJ2級光學經緯儀采用了新的數字化讀數裝置。如圖2-17所示，中窗為度盤對徑分劃影像，沒有注記；上窗為度和整10′注記，并用小方框標記整10′數；下窗讀數為不足10′的分和秒的讀數。讀數時先轉動測微輪，使中窗主、副像分劃線重合，然后進行讀數。

圖中讀數為64°15′22.6″。

（3）符合讀數。圖2-18是北京光學儀器廠生產的DJ2級光學經緯儀，采用的也是符合讀數裝置，右下方為分劃線重合窗，右上方讀數窗中上面的數字為整度值，中間凸出的小方框中的數字為整10′數，左下方為測微尺讀數窗。

測微尺刻畫有600小格，最小分劃為1″，可估讀到0.1″，全程測微范圍為10′。測微尺的讀數窗中左邊注記數字為分，右邊注記數字為整10″數。

讀數方法如下：

1）轉動測微輪，使分劃線重合窗中上、下分劃線精確重合，由圖2-18（a）到圖2-18（b）。

2）在讀數窗中讀出度數。

3）在中間凸出的小方框中讀出整10′數（顯示數字×10）。

4）在測微尺讀數窗中，根據單指標線的位置，直接讀出不足10′的分數和秒數，并估讀到0.1″。

5）將度數、整10′數及測微尺上讀數相加，即為度盤讀數。

圖2-18（b）所示讀數為：65°+5×10′+4′02.2″=65°54′02.2″。

四、電子經緯儀

1.電子經緯儀的結構

電子經緯儀與光學經緯儀具有類似的外形和結構特征，因此使用方法也基本相同。主要的區別在于讀數系統，光學經緯儀是在360°的全圓上均勻地刻上度（分）的刻劃并注有標記，利用光學測微器讀出分、秒值，電子經緯儀則采用光電掃描度盤和自動顯示系統。

電子經緯儀獲取電信號形式與度盤有關，目前電子測角有編碼度盤、光柵度盤和格區式度盤三種形式。

2.電子經緯儀的特點

電子經緯儀主要體現電子方面的特征：

（1）實現了測量的讀數、記錄、計算、顯示自動一體化，避免了人為的誤差影響。

（2）儀器的中央處理器配有專用軟件，可自動對儀器幾何條件進行檢校。

（3）儲存的數據可通過I/O接口輸入計算機作相應的數據處理。

五、經緯儀的保養與維護

（1）操作過程中，嚴禁碰動經緯儀。儀器必須架穩、架牢，面板螺釘擰緊。經緯儀操作過程中，對各旋鈕用力要輕。在外作業時，經緯儀旁要隨時有人防護，以免造成重大損失。

（2）搬站時，應把經緯儀的所有制動螺旋適度擰緊，搬運過程中儀器腳架必須豎直拿穩，不得橫扛在肩上。若距離遠或者環境情況不好等，應將儀器裝箱搬運。

（3）嚴禁隨便拆開儀器。

（4）經緯儀從儀器箱中取出時，要用雙手握住經緯儀基座部分，慢慢取出，作業完畢后，應將所有微動螺旋旋至中央位置，然后慢慢放入箱中，并固緊制動螺旋，不可強行或猛力關箱蓋，儀器放入箱中后應立即上鎖。

（5）在井下使用經緯儀時，必須架設在頂板完好、無滴水的地方。凡是經緯儀外露部分，上面不能留存油漬，以免積累灰沙。

（6）清潔物鏡和目鏡時，應先用干凈的軟毛刷輕輕拂拭，然后用擦鏡紙擦拭，嚴禁用其他物品擦拭鏡面。

（7）經緯儀上的螺旋不潤滑時不可強行旋轉，必須檢查其原因及時排除，經緯儀任何部位發生故障，不應勉強繼續使用，要立即檢修，否則會加劇損壞的程度。