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1、集美大学航海学院 航海教研室 张寿桂求天体真高度求天体真高度航海六分仪航海六分仪(sextant)(sextant) 航海六分仪及其测角原理航海六分仪及其测角原理1 1六分仪的结构六分仪的结构望远镜望远镜 动镜动镜 滤光片滤光片 定镜定镜 指标杆指标杆 刻度弧刻度弧 弹簧夹弹簧夹 鼓轮鼓轮 架体架体 刻度整度数刻度整度数 把手把手航海六分仪航海六分仪(Marine (Marine sextentsextent) )由架体、光学系统和测角读数由架体、光学系统和测角读数 装置等三部分组成。装置等三部分组成。 光学系统包括望远镜、动镜、定镜和滤光片等；光学系统包括望远镜、动镜、定镜和滤光片等； 测角
2、读数装置有刻度弧、指标杆、鼓轮和游标等；测角读数装置有刻度弧、指标杆、鼓轮和游标等； 这些部件全部装在架体上，并通过指标杆将光学系统和这些部件全部装在架体上，并通过指标杆将光学系统和 测角装置联结成一整体。测角装置联结成一整体。望远镜望远镜用于放大物标的单筒正影望远镜，观测前应根据用于放大物标的单筒正影望远镜，观测前应根据测者视力调整焦距。测者视力调整焦距。 刻度弧刻度弧位于架体下端，刻有每隔位于架体下端，刻有每隔1 1 的圆弧。由的圆弧。由0 0 向左向左0 0140140 为正角度，称为主弧；为正角度，称为主弧；0 0 向右向右5 5 左右为左右为负角度，称为余弧，主要用于测定误差。负角度
3、，称为余弧，主要用于测定误差。 指标杆指标杆以刻度弧圆心为转动中心，可沿刻度弧移动的以刻度弧圆心为转动中心，可沿刻度弧移动的杆状半径。末端有度数指标，用以读取测角的度数。杆状半径。末端有度数指标，用以读取测角的度数。 动镜动镜位于刻度弧中心并垂直于刻度弧平面，是可随指标位于刻度弧中心并垂直于刻度弧平面，是可随指标 杆转动的反射镜。移动指标杆可转动动镜方向使物杆转动的反射镜。移动指标杆可转动动镜方向使物标影象反射到定镜的反射镜部分。标影象反射到定镜的反射镜部分。定镜定镜位于望远镜前方，垂直于刻度弧平面，是固定不动的、位于望远镜前方，垂直于刻度弧平面，是固定不动的、 一半可透视、一半可反射的平面镜
4、。望远镜视野中心对准定镜一半可透视、一半可反射的平面镜。望远镜视野中心对准定镜 中心。通过透镜可直接看到物标中心。通过透镜可直接看到物标( (如水天线如水天线) )，同时在反射镜部分，同时在反射镜部分 又可看到动镜反射的另一物标又可看到动镜反射的另一物标( (如天体如天体) )的影象。望远镜光轴与定的影象。望远镜光轴与定 镜平面的交角约固定为镜平面的交角约固定为7575 。弹簧夹和鼓轮弹簧夹和鼓轮装在指标杆末端随指标杆移动的制动夹。捏装在指标杆末端随指标杆移动的制动夹。捏 紧弹簧夹，可使其背面的正切螺丝与刻度弧下端齿槽脱开，从紧弹簧夹，可使其背面的正切螺丝与刻度弧下端齿槽脱开，从 而使指标杆带
5、动鼓轮沿刻度弧自由移动。当松开弹簧夹后，正而使指标杆带动鼓轮沿刻度弧自由移动。当松开弹簧夹后，正 切螺丝便与刻度弧齿槽相啮合，指标杆就不能自由移动了，除切螺丝便与刻度弧齿槽相啮合，指标杆就不能自由移动了，除 非转动装在正切螺丝末端的鼓轮，正切螺丝随之转动，则螺纹非转动装在正切螺丝末端的鼓轮，正切螺丝随之转动，则螺纹 沿着齿槽移动，指标杆随之移动。所以捏紧弹簧夹头，用以粗沿着齿槽移动，指标杆随之移动。所以捏紧弹簧夹头，用以粗 调指标杆位置，转动鼓轮则是微调指标杆位置。鼓轮转动一周，调指标杆位置，转动鼓轮则是微调指标杆位置。鼓轮转动一周， 度数指标沿刻度弧移动度数指标沿刻度弧移动1 1小格，即小格
6、，即1 1 。在鼓轮上均匀地刻着。在鼓轮上均匀地刻着6060格，格， 每格代表每格代表11。鼓轮旁边的游标尺上的第一道刻线是分数指标，。鼓轮旁边的游标尺上的第一道刻线是分数指标， 测角的分数值是根据分数指标读取的。测角的分数值是根据分数指标读取的。游标尺游标尺是装在鼓轮右侧的一把环形短尺，用来读取测角是装在鼓轮右侧的一把环形短尺，用来读取测角分数以下的读数。分数以下的读数。 滤光片滤光片在定镜和动镜前各有一组深浅不一的有色玻璃片，在定镜和动镜前各有一组深浅不一的有色玻璃片，称为滤光片，用于调节物标的亮度。称为滤光片，用于调节物标的亮度。2 2测角原理测角原理 HBA = HBA = OAB +
7、 h OAB + h （ABOABO中，外角中，外角= =不相邻的内角和）不相邻的内角和） h = h = HBA HBA OAB = 2OAB = 23 23 22 = 2(2 = 2(3 3 2)2) （ HBA = 2HBA = 23 3 OAB = 2OAB = 22 2 ） 3 = 3 = 2 + 2 + （ABDABD中）中） = = 3 3 2 2h = 2h = 2在海上从六分仪望远镜中看到天体在海上从六分仪望远镜中看到天体S S反射影像与水天线反射影像与水天线HH相切时，相切时， 天体高度天体高度h h等于定镜和动镜夹角的二倍。在六分仪的制造中，按等于定镜和动镜夹角的二倍。在
8、六分仪的制造中，按 动镜动镜A A实际转动角度的二倍在六分仪刻度弧上刻注度数，因此从实际转动角度的二倍在六分仪刻度弧上刻注度数，因此从刻度弧上可直接读出天体高度入的角度值。刻度弧上可直接读出天体高度入的角度值。 3 3六分仪测角读数的读取法六分仪测角读数的读取法正角读法正角读法负角读法负角读法航海六分仪的检查和校正航海六分仪的检查和校正六分仪的测角误差主要有六个，其中三个为永久性误差，六分仪的测角误差主要有六个，其中三个为永久性误差， 其余为可校正误差。其余为可校正误差。1 1永久性误差永久性误差永久性误差是由于制造工艺的缺陷而引起的系统误差。永久性误差是由于制造工艺的缺陷而引起的系统误差。(
9、1)(1)偏心差偏心差(centering(centering error)error)：指标臂的转轴中心与刻度弧：指标臂的转轴中心与刻度弧的中心不重合所引起的误差。的中心不重合所引起的误差。(2)(2)棱性差棱性差(option(option error)error)：动镜、定镜及滤光片前后镜表面互相：动镜、定镜及滤光片前后镜表面互相不平行，各镜表面不平而引起的偏差。不平行，各镜表面不平而引起的偏差。(3)(3)刻度差（刻度差（wormworm andand rackrack errorerror）：刻度弧、鼓轮和游标）：刻度弧、鼓轮和游标的分划刻度不准所致。的分划刻度不准所致。这三项系统误
10、差统称为六分仪器差这三项系统误差统称为六分仪器差s s，出厂前已测定好，我们可，出厂前已测定好，我们可 以从六分仪箱盖内的六分仪鉴定书中，以测角为引数查取，供以从六分仪箱盖内的六分仪鉴定书中，以测角为引数查取，供 观测高度后修正。观测高度后修正。六分仪器差表六分仪器差表 六分仪器差表六分仪器差表 2 2可校正误差可校正误差(1)(1)垂直差，又称动镜差垂直差，又称动镜差(perpendicularity)(perpendicularity) 产生原因：动镜镜面不垂直于刻度弧平面。产生原因：动镜镜面不垂直于刻度弧平面。 检查与校正：将指标臂移至检查与校正：将指标臂移至3535左右，左手平握六分仪
11、，刻度弧朝左右，左手平握六分仪，刻度弧朝 外。眼睛置于动镜后，如果从动镜中看到的反射刻度弧与直接看外。眼睛置于动镜后，如果从动镜中看到的反射刻度弧与直接看 到的刻度弧成到的刻度弧成连续的弧线时，表示没有垂直差；如果不成一连连续的弧线时，表示没有垂直差；如果不成一连 续的弧线而高低错开时，表明存在动镜差，需要校正。此时可用续的弧线而高低错开时，表明存在动镜差，需要校正。此时可用 校正扳手慢慢转动动镜后面的校正螺丝，边看边转动校正扳手直校正扳手慢慢转动动镜后面的校正螺丝，边看边转动校正扳手直 到反射和实际弧像位于同一弧线上，从而消除垂直差。到反射和实际弧像位于同一弧线上，从而消除垂直差。 垂直差检
12、查垂直差检查垂直差校正垂直差校正(2)(2)边差，又称定镜差边差，又称定镜差(side(side error)error) 产生原因：定镜镜面不垂直于刻度弧平面。产生原因：定镜镜面不垂直于刻度弧平面。 检查与校正：加适当滤光片，将指标臂放在检查与校正：加适当滤光片，将指标臂放在00左右，六分仪保左右，六分仪保 持垂直对准太阳持垂直对准太阳( (或星体或星体) )，慢慢地正、反转动鼓轮，仔细观察，慢慢地正、反转动鼓轮，仔细观察 太阳太阳( (或星体或星体) )和其反射影像是否有左右分开现象。如有，说明和其反射影像是否有左右分开现象。如有，说明 存在边差。可用校正扳手调整定镜后远离架体的校正螺丝，
13、使存在边差。可用校正扳手调整定镜后远离架体的校正螺丝，使 直接影像和反射影像左右不分开，直至完全重合为止。直接影像和反射影像左右不分开，直至完全重合为止。 边差检查边差检查边差校正边差校正(3)(3)指标差指标差i i (index error)(index error) 定义：刻度弧上的定义：刻度弧上的00与动、定两镜平行时的六分仪读数与动、定两镜平行时的六分仪读数mm之差之差 称为指标差称为指标差i i。指标差。指标差i i与读数与读数mm的符号相反，即：的符号相反，即：i=0-m i=0-m 产生原因：当动镜和定镜平行时，指标臂不指产生原因：当动镜和定镜平行时，指标臂不指00。 检查与校
14、正：检查与校正：利用星体测定指标差利用星体测定指标差 观测星体高度时，可利用星体测定指标差。所选用的星体不宜观测星体高度时，可利用星体测定指标差。所选用的星体不宜 太亮，这样能重合得准。为了便于观测，星体高度也不宜过高太亮，这样能重合得准。为了便于观测，星体高度也不宜过高 。测定方法与上述测水天线的方法基本相同。测定方法与上述测水天线的方法基本相同。 利用水天线测定指标差利用水天线测定指标差 指标臂放在指标臂放在00，去掉滤光片，调好焦距。对准水线方向，去掉滤光片，调好焦距。对准水线方向 转动鼓轮，使直射和反射水天线一高一低现象严密相接转动鼓轮，使直射和反射水天线一高一低现象严密相接 成一直线
15、，此时六分仪读数为成一直线，此时六分仪读数为mm，则：，则： i=0-mi=0-m 利用水天线测定指标差利用水天线测定指标差利用星体测定指标差利用星体测定指标差利用太阳测定指标差利用太阳测定指标差 由于测太阳影像较大，重合不易，所以一般采用实像、反射由于测太阳影像较大，重合不易，所以一般采用实像、反射 影像上下相切的方法。指标臂放在影像上下相切的方法。指标臂放在00，选好滤光片对准太阳，选好滤光片对准太阳 ，转动鼓轮，上切一次，其读数为，转动鼓轮，上切一次，其读数为m1m1，再下切一次，其读，再下切一次，其读 数为数为m2m2，两次相切读数的平均值等于两像重合的读数，两次相切读数的平均值等于两像重合的读数mm，即，即 ： 因此，指标差因此，指标差i i为：为：用太阳测定指标差的优点是可以检验观测的质量。下切读数用太阳测定指标差的优点是可以检验观测的质量。下切读数 m2m2与上切读数与上切读数m1m1之差等于太阳视半径的四倍，由观测求出之差等于太阳视半径的四倍，由观测求出 太阳视半径为：太阳视半径为：测定
