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第二节 经纬仪的结构与使用


（一）光学经纬仪的分类
按物理特性分：游标经纬仪、光学经纬仪和电子经纬仪。
按测角精度分：
DJ07：一测回水平方向中误差0.7″:用于一等三角。
DJ1：一测回水平方向中误差1.0″:用于一、二等三角。
DJ2：一测回水平方向中误差2.0″:用于三、四等三角。
DJ6：一测回水平方向中误差6.0″:用于地形测图、一般工程。
DJ为“大地”、“经纬仪”的汉语拼音缩写。



图1 经纬仪


（二）DJ6光学经纬仪
DJ6经纬仪是一种广泛使用在地形测量、工程及矿山测量中的光学经纬仪。主要由照准部、水平度盘和基座三大部分组成。
1.基座部分
用于支撑基照准部，上有三个脚螺旋，其作用是整平仪器
2.照准部
照准部是经纬仪的主要部件，照准部部分的部件有水准管、光学对点器、支架、横轴、竖直度盘、望远镜、度盘读数系统等。
（1）光学对点器
光学对点器是一个小型外对光式望远镜，在仪器整平的情况下，如果对点器分划板中心与测站点中心重合，则垂直轴位与过测站中心铅垂线重合，这一过程叫做仪器的对中。
（2）望远镜
A.结构
组成：物镜1、目镜2、内调焦透镜3及十字丝分划板4。
B.各部件的作用
物镜：将远处目标成像于十字丝分划板上。
目镜：将物像放大，使十字丝分划板清晰。
内调焦透镜：由于目标距仪器的距离各不相同，调节调焦透镜可使目标总是清晰地成像于十字丝分划板上。它是一组凹透镜。
十字丝分划板：接收物像。
十字丝中心与物镜中心的连线叫做望远镜的视准轴，以确保精确照准目标。
C.望远镜的性能
性能有：放大率、视场角、分辩率。
（1）放大率ν：望远镜所以能望远，是因为它加大了目标对眼睛的张角ω2。
定义：放大率是指通过望远镜所看到的目标影像对人眼张角的正切与该目标直接对人眼张角正切的比值。
ν=tanω2/tanω1=f物/f目 （1）
式中：f物、f目分别为物镜与目镜的焦距。
当目镜焦距一定时，要增大放大率，必须增大物镜的焦距。此时望远镜的长度及仪器体积也就愈大。
（2）视场角2ω：视场角是指人的眼睛通过望远镜所看到的物面范围的边缘对物镜中心的张角。一般为0.5 ～2.0°，
2ω=（2/3）f目ρ′/f物≈2000′/ν （2）
由此可知：视场角与放大率成反比，增大视场角必然缩小放大率。而视场角大，又利于寻找观测目标，提高观测速度。
（3）分辨率α″：分辨率是指望远镜区分开两个相邻物体的能力，用分辨角来表示。一般来说，当两点对肉眼所形成的张角小于60″，就不能分辨清楚，而通过望远镜分辨能力提高了ν倍(ν为放大率)。所以有时采用下列近似公式计算望远镜的分辩角：
α″=60″/ν
D.望远镜的使用方法
目镜对光：使十字丝分划板清晰。
物镜对光：使目标像落在十字丝分划板上。
消除视差：视差是因为目标成像不在十字丝分划板上。
3.度盘部分
DJ6光学经纬仪度盘有水平度盘和垂直度盘，均由光学玻璃制成。水平度盘沿着全圆从0°～360°顺时针刻画，最小格值一般为1°或30′。
4.度盘读数装置及读数方法
光学经纬仪的读数系统包括水平和垂直度盘、测微装置、读数显微镜等几个部分。水平度盘和垂直度盘上的度盘刻划的最小格值一般为1°或30′，在读取不足一个格值的角值时，必须借助测微装置，DJ6级光学经纬仪的读数测微器装置有测微尺和平行玻璃测微器两种。
A.测微尺读数装置：目前新产DJ6级光学经纬仪均采用这种装置。



图2 经纬仪读数装置


在读数显微镜的视场中设置一个带分划尺的分划板，度盘上的分划线经显微镜放大后成像于该分划板上，度盘最小格值（60′)的成像宽度正好等于分划板上分划尺1°分划间的长度，分划尺分60个小格，注记方向与度盘的相反，用这60个小格去量测度盘上不足一格的格值。量度时以零零分划线为指标线。
图所示：
水平度盘读数为100°04′.5
垂直度盘读数为89°06′.3
B.单平行玻璃板测微器读数装置
单平行玻璃板测微器的主要部件有：单平行板玻璃、扇形分划尺和测微轮等。图中，单平板玻璃4用金属机构2和扇形分划尺5连结在—起，通过转动由微轮1，单平行板玻璃和扇形分划尺绕轴3转动，由于平板玻璃可以使通过它的光线平行移动，度盘的影像便可随测微轮1的转动而平行移动。其移动量可在扇形分划尺上反映出来。



图3 读数装置


这种仪器度盘格值为30′，扇形分划尺上有90个小格，格值为30′/90=20″。图3，测角时，当目标瞄准后转动测微轮，用双指标线夹住度盘分划线影像后读数。整度数根据被夹住的度盘分划线读出，不足整度数部分从测微分划尺读出。水平度盘的读数为8°42′08″垂直度盘读数为88°47′24″。
C.读数显微镜
光学经纬仪读数显微镜的作用是将读数成像放大，便于将度盘读数读出。
5.水准器
光学经纬仪上有3个水准器，其作用是使处于工作状态的经纬仪垂直轴铅垂、水平度盘水平，水准器分管水准器和圆水准器两种。
A.管水准器
管水准器安装在照准部上，其作用是仪器正确整平。



图4 水准管


构造原理：管水准器是用内表面经过专门打磨的园弧形玻璃管（曲率半径一般为80-200米），内部填充了冰点低、流动性强的乙醇或乙醚液体，在制成封口前内腔形成一个气泡。当气泡居中时，仪器水平，垂直轴也就处于铅垂位置。
B.水准器的精度
水准管轴：水准管内表面中心O称为水准管零点，过O点与园弧相切的切线LL称为水准管轴。
水准管格值：为了精确的指示气泡的位置，在水准管零点的两边均匀地刻有分划线，格宽为2cm，每格所对的园心角叫做水准管的格值，用τ表示：
（3）
式中R为水准管纵剖面曲率半径，单位为毫米。
由此可见，格值τ与曲率半径成反比，半径愈大，格值愈小，水准器的精度愈高。J6级经纬仪照准部上的水准管格值一般为30″／2mm。
C.圆水准器
圆水准器用于粗略整平仪器。它的灵敏度低，其格值为8″／2mm。