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1、南京工业大学土木学院,1,第三章 精密测角仪器和水平角观测,3.1精密测角仪器的基本构造 精密光学经纬仪的结构和测角原理与一般 的经纬仪相同，只是对结构的稳定性和精度 比一般经纬仪要求高。 3.2精密光学经纬仪WildT3的构造特点（见下页）,南京工业大学土木学院,2,3.2.1望远镜光学系统,南京工业大学土木学院,3,1垂直水准器观测棱镜； 2垂直度盘照明反光镜； 3望远镜调焦螺旋； 4十字丝校正螺旋； 5垂直度盘水准器微动螺旋； 6望远镜目镜； 7照准部制动螺旋； 8仪器装箱扣压垛； 9水平度盘照明反光镜； 10望远镜制动螺旋； 11十字丝照明转轮； 12测微螺旋； 13换像螺旋； 14望
2、远镜微动螺旋； 15照准部水准器； 16测微器读数目镜； 17照准部微动螺旋； 18水平度盘变位螺旋的护盖； 19脚螺旋调节螺丝； 20脚螺旋； 21基座底板,南京工业大学土木学院,4,T3光学经纬仪及现代的精密测角仪器都采 用内调焦望远镜，其镜筒长度是固定不变 的，也就是十字丝分划板与物镜的长度是固 定不变的。是由物镜与调焦镜组成的物镜 组、十字丝分划板和目镜等三部分组成。为 了提高望远镜系统的质量，物镜、调焦镜和 目镜均为 复合透镜。 视准轴：等效物镜的光心与十字丝中心的连线,南京工业大学土木学院,5,3.2.2 水准器 T3光学经纬仪有照准部水准器和垂直度 盘指标水准器 衡量水准器的精度
3、主要由水准器的格值 照准部水准器格值: 垂直度盘指标水准器格值: 3.2.3 垂直轴轴系 T3光学经纬仪采用半运动式柱形轴,南京工业大学土木学院,6,3.2.4 照准部的制微动机构 T3光学经纬仪制微动机构采用杠杆结构 3.2.5 水平度盘 T3光学经纬仪水平度盘直径为140mm，格值 为 两相邻分划间距约为0.09mm。度盘刻 划有长（ ）短（ ）周期误差 长周期系统误差可达:,南京工业大学土木学院,7,短周期系统误差可达: 偶然误差一般小于: 为了消除的削弱长短周期误差，测回之间度 盘位置应变动:,南京工业大学土木学院,8,3.2.6 垂直度盘 T3光学经纬仪垂直度盘分划和注记的设计 有其
4、独特之处。 当视线水平时读数为： ；分划注记在 度盘的两个弧段按逆时针方向自度盘对镜处 的分划注记相同。度盘把 的实际格值注记 为 名义值， 度盘上从 名义间隔为 ， 而实际为 其最小分划名义格值为： 实际为：,南京工业大学土木学院,9,垂直角 在盘左时的正确读数为： 垂直角 在盘右时的正确读数为： 不难求得计算垂直角 和指标差 的公式,南京工业大学土木学院,10,3.2.7 基座 3.2.8 底盘 3.2.9 基座 T3光学经纬仪的主要技术规格,南京工业大学土木学院,11,望远镜： 放大倍数 24，30，40 物镜有效孔径 60mm 望远镜长度 260mm 最短视距（盲区） 4.6m 度盘：
5、 水平度盘直径 140mm 垂直度盘直径 95mm 水平度盘最小分格值 垂直度盘最小分格值,南京工业大学土木学院,12,照准部水准器格值： 垂直度盘指标水准器格值： 重量： 仪器重量： 11.0kg 仪器盒重量： 3.8kg,南京工业大学土木学院,13,3.3 WildT3光学经纬仪的度盘读数显微镜的光学系统 度 分 秒 读数： 度盘读数： xxx xx 测微器读数： xx.x g xx.x g,南京工业大学土木学院,14,度为读数窗内左边的正像； 分为对镜分划之间的格数乘以2； 秒为测微器读得的格数乘以2，或两次读数相加加。,南京工业大学土木学院,15,新式的T3可直接读出小于度盘最小分划格
6、 值的二分之一，即 以内的数,南京工业大学土木学院,16,J2型光学经纬仪的读数方法,老式苏光:,0,0,0,1,173,174,175,354,355,353,0,0,南京工业大学土木学院,17,7,3,0,173,174,175,355,353,354,4,7,南京工业大学土木学院,18,南京工业大学土木学院,19,南京工业大学土木学院,20,新式苏光:,南京工业大学土木学院,21,北光J2,实际的窗没这么大,南京工业大学土木学院,22,北光J2,南京工业大学土木学院,23,南京工业大学土木学院,24,3.4 双平行玻璃板光学测微器的构造及其 测微原理,南京工业大学土木学院,25,3.5
7、双平行玻璃板光学测微器的检验 3.5.1光学测微器隙动差 顺时针旋进和逆时针旋出测微螺旋使度盘 对镜分划线接合时,在测微器分划盘上可能得 到不同的读数,读数之差称为光学测微器隙动 差：,南京工业大学土木学院,26,为了减弱这种误差影响,操作上规定最后 必须以测微螺旋旋进方向使度盘对镜分划线 接合。 若在度盘的不同位置测定 次，则可得 光学测微器隙动差：,南京工业大学土木学院,27,3.5.2光学测微器行差 1.行差的定义和行差改正数的计算 当测微器分划盘由0分划线转至最末 分 划线时，也就是测微分划盘转动了 格时度 盘分划线恰好移动了半格，这是测微器能够 正确测定小于度盘最小分格值一半的尾数的
8、 一个重要条件。 设测微分划盘一个分格值为 ，度盘一 个分格值为 则有： 即：,南京工业大学土木学院,28,当读数显微镜光具组的位置不正确，使读 数显微镜中度盘分格的宽度不能得到正确的 放大，或宽度过大，或宽度过小，这时，度 盘分划线平移半格时，测微分划盘往往并不 恰好转动 格 ，而是转动了 格 （ ）， 与 之差就是光学测 微器行差，以 表示，则有：,南京工业大学土木学院,29,若以秒表示，则： 对T3光学经纬仪而言 大格， 所以测微分划盘 每一个大格之格值,南京工业大学土木学院,30,行差改正数的计算： 设测微器分划盘读数为： 相应的行 差改正数： 则： 式中 为小于度盘最小分划的一半。,
9、南京工业大学土木学院,31,2.光学测微器行差的测定 （1）将测微分划盘置于0分划线附近，转动照准部，并利 用水平微动螺旋使分划线 与 接合，再 转动测微螺旋使分划线 与 精密接合， 此时测微分划盘上读数为 ，读数 在0分划线附近 （大于0为正，小于0为负；正负不能超过 ）。,读得读数为,读得读数为,读得读数为,南京工业大学土木学院,32,（2）转动测微螺旋使分划线 与 精密 接合，测微分划盘上读数为 ，读数 在 分划线附 近（大于 为正，小于 为负）。 则得： （3）在分划线 与 精密接合时，分划 线 与 已基本接合，现在再稍许转动测 微螺旋使分划线 与 精密接合，测微分 划盘上读数为 ，读
10、数 在 分划线附近（大于 为正，小于 为负）。 则得： 所以：,南京工业大学土木学院,33,3.6 经纬仪的三轴误差 经纬仪的主要轴线有 (1)视准轴( ) (2)水平轴( ) (3)垂直轴( ) 它们之间应该满足的几何关系是 (1)视准轴垂直于水平轴( ) (2)水平轴垂直于垂直轴( ) (3)垂直轴应处于铅垂线方向( 铅垂) 如果它们之间不满足上述几何关系,则仪器存在三 轴误差,南京工业大学土木学院,34,(1)视准轴误差( ) (2)水平轴倾斜误差( ) (3)垂直轴倾斜误差( ) 以上称为经纬仪的三轴误差。 本节将分别讨论经纬仪三轴误差的产生原因、对观测成 果的影响及其规律等问题。为讨
11、论方便起见，在讨论其中 任何一种误差时都假设不存在其他两种误差希望同学们注 意。 首先讨论视准轴误差 3.6.1.视准轴误差 1.产生原因: 视准轴是望远镜等效物镜光心与十字丝中心的连线，引 起视准轴不垂直于水平轴而产生视准轴误差的原因主要有 以下三点。,南京工业大学土木学院,35,（1）十字丝分划板位置安装不正确； （2）调焦镜位置不正确或调焦镜运行时晃动引起 等效物镜光心偏心； （3）气温变化引起仪器部件的涨缩，特别是仪器 受热不均匀使视准轴位置变化。 2.视准轴误差对水平方向观测值的影响 视准轴偏离了与水平轴正交的方向而产生视准轴差 , 规定视准轴偏向垂直度盘一侧时, 为正值,反之为负值
12、。 测量学中已经证明，视准轴误差 对水平方向观 测值的影响为,南京工业大学土木学院,36,3.视准轴误差对水平方向观测值的影响规律 4.消除视准轴误差的方法 有上述公式可知，视准轴误差对水平方向观测 值的影响大小相等，正负号相反，因此，取盘 左、盘右实际读数的中数，就可以消除视准轴误 差对水平方向观测值的影响。 同时有： 当观测目标的垂直角 较小时， 1，故 则,南京工业大学土木学院,37,3.6.2.水平轴倾斜误差 1.产生原因: 仪器的水平轴不于垂直轴正交，所产生的误差 叫水平轴倾斜误差。仪器左右两端支架不等高、水 平轴两端轴经不相等都会产生水平轴倾斜误差。 2.水平轴倾斜误差对水平方向观
13、测值的影响 垂直轴垂直，水平轴不与其正交而倾斜了一个 角，这个 角就是水平轴倾斜误差。 测量学中已经证明，水平轴倾斜误差 ，对水平方向观 测值的影响为,南京工业大学土木学院,38,3.水平轴倾斜误差对水平方向观测值的影响规律 4.消除水平轴误差的方法 取盘左、盘右读数的平均值，得 实际上在观测时，仪器的视准轴误差和水平轴倾斜误差 是同时存在的，它们的影响将同时反映在盘左和盘右的读 数差中，因此，可写成：,南京工业大学土木学院,39,由上式可知：当 时， 在一般情况，随着 角的增大，等号右端第一项变化 慢，而第二项则变化较为显著。现设,南京工业大学土木学院,40,可见，在比较各方向的 互差时不可
14、忽略 的 影响 ，如果个别方向的垂直角 较大，则受水平轴倾斜 误差的影响也较大，若将垂直角较大的方向的 值与其它垂 直角较小的方向的 相比较，就显得不合理了，所以国 家规范规定，当照准目标的垂直角超过 时，该方向的值不与其它方向的 值作比较，而与该方向在相邻测 回的 值进行比较，从同一时段内同一方向相邻测回间 值的稳定程度来判断观测质量的好坏。 下面我们讨论水平轴倾斜误差检验 水平轴倾斜误差，即水平轴不垂直于垂直轴之差。国家,南京工业大学土木学院,41,规范规定用高低点法测定水平轴倾斜误差，测定 时，在水平方向线上、下对称位置各设一个照准目 标。 检验步骤（目标设置一定要用仪器指挥） 注意：一
15、定要使垂直度盘指标水准管精密 符合后才能读数，自动安平的要将 旋钮拨到“ ON ”,南京工业大学土木学院,42,(1)首先测定仪器的指标差: (2)按 将测微器读数配到 的尾数 ，再松开望远镜制动螺旋，使垂直度盘读数为 制动，转动望远镜微动螺旋使测微器中小缺口读数为 ，这时垂直度盘盘左读数为 ，照次读数设置的垂直角即为 （例如: 则: ）,南京工业大学土木学院,43,（3）高点设置好以后，紧接着将垂直角测三测 回， 并将三测回的平均值 作为设置低点 的依据。 （4）按 计算出低点的读数 按高点设置相同的方法设置好低点（因为低 点垂直角为负值，故上式中应为“+”号）。 （5）低点设置好以后，紧接着将垂直角测三测 回， 并将三测回的平均值 和 比较， 若它们的绝对值之差小于 则目标设置成 功。,南京工业大学土木学院,44,（6）接
