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1、大地测量仪器学,第三章 读数设备 31读数设备的构成与分类 一、读数设备的组成 仪器在观测过程中，照准用的望远镜带着与照准部固结在一起的指标，在水平度盘的轴套中旋转，读数设备包括度盘和指标，若要比较精确地测出不满度盘一格的小量，需采用测微装置，为了缩小体积而又能提高精度，读数设备均采用放大或显微装置。 二、读数设备的分类 由于采用不同的测微装置，将读数设备分为： 机械的：游标；光学的：光学游标、显微估计器、显微带尺、光学测微器等；光学机械的：显微测微器；电子读数设备：如编码度盘、光栅度盘等。 三、读数方法,大地测量仪器学,1估读法 估读最小间隔的110。据实验所知，当最小间隔的宽度d=1015
2、毫米，指标线的宽度b为010015毫米时，则估读的极限误差约为d10，按眼睛的明视距离(一般取250毫米)换算成用眼睛直接观测的极限角值P目为：P目=80120这和眼睛的分辨角(60120)相近似。采用估读法的读数设备有显微估计器和带尺显微镜两种。 2平分法 使一条直线对称地处于另外两条直线的中央，称为平分法。据试验，用眼睛直接平分的极限误差为1030，采用平分法的读数设备，常见的有单玻璃平板光学测微器。,大地测量仪器学,3符合法 使一条直线与另一条直线的延伸方向相符合，称为符合法。据实验，用眼睛符合的极限误差为815。采用符合法的读数设备，有游标和符合读数系统的光学测微器(参见图3-3)。,
3、4、电子读数装置,大地测量仪器学,3.2 度盘 一、度盘的构造及分类 测量仪器上的水平度盘和竖直度盘都是用金属或玻璃制成的圆盘。在靠近圆盘边缘的全圆周上，刻有等间隔的格线(分划线)。我国生产的仪器都是采用“60分制”，即全圆周共360，1=60，1=60。 度盘上相邻两格线的圆心角角值，称为度盘的格值(亦称为度盘分划值)。度盘格值的大小随仪器精度的高低有所不同，精度高的仪器一般格值要小些。如J2级经纬仪一般为20，而J6级一般则为1或30。 金属度盘：金属度盘上的格线是刻在银环的表面，而银环是镶嵌在锡青铜制成的圆盘上(图3-5)。由于银层比较致密，可以刻出仅为001毫米细的格线，但由于银质较软
4、，在使用中因与游标接触或因不小心弄上的灰砂等物，极易把度盘擦坏，在维修时更应加倍注意。这种度盘多见于老式的游标经纬仪上。,大地测量仪器学,玻璃度盘：一般均用光学玻璃或优质的窗户玻璃制成，其形状如图3-6所示。这种度盘对玻璃的质量要求较高，透明度要好，内应力要小。对于加工度盘两平面的平直度和平行性均有严格的要求，表面光洁度要求很高，用放大100倍的显微镜检查，在分划部位不能有可察觉的条痕及魔点等。所以在维修过程中，要特别注意防止碰撞和擦伤度盘。 玻璃度盘在构造上又分透射式和反射式两种，前者光线可以直接透过度盘，如图3-7，后者刻线和度盘同时成为一反光镜面，如图3-8所示。为此，还需要在度盘的刻划
5、面上镀镟反射层。,大地测量仪器学,二、度盘的刻制 度盘上格线的刻制方法有下述几种： 1直刻法 将度盘放在圆刻度机上，用金钢石刻刀直接在度盘上刻划，然后对刻划进行填色。此法可以刻出较细的分划，一般约可达23微米。在这么细的刻划中填入涂料是很不容易的。即使刻线较粗，填入的涂料也是容易擦掉的，所以在清洁度盘时必须十分注意。此外，由于刻刀直接在度盘上刻，尤其是在玻璃度盘上刻，刀尖很容易磨损，造成度盘刻划粗细不匀，故此法现已很少采用。,大地测量仪器学,2刻保护层腐蚀法 先在度盘上涂一层薄薄的蜡膜，然后放在圆刻度机上用刻刀刻划蜡膜，再用酸(银质度盘可用硝酸，玻璃度盘可用氢氟酸)将刻线腐蚀出来，最后清洗并清
6、除蜡膜，再对腐蚀的刻划填入涂料。但这种方法并没有解决刻线中涂料易擦掉的问题，例如，北京光学仪器厂在1970年前生产的“红旗号”光学经纬仪的玻璃度盘，就是采用腐蚀着色的。 3刻保护层镀铬法 用上述刻保护层的办法刻好的玻璃度盘，也可不用酸来腐蚀出刻线，而放在真空镀膜机内进行镀铬。由于铬粒子与玻璃的附着力极强，因而留在度盘上的分划线和注记就不易脱落。,大地测量仪器学,4照相复制法 将待制的玻璃度盘涂满薄。薄一层感光膜，烘干后与底板(有分划线的母盘底片)紧贴进行曝光，经显影和定影之后即成。为了保护感光胶层，在有分划线的胶层面上，一般胶有一圈保护玻璃。这种方法工艺简单、成本低、生产效率高，但是由感光形成
7、的度盘分划线，日久后容易慢慢褪色，以致读数困难，所以已被照相镀铬法所取代。 5照相镀铬法 照相的过程同上述一样，不过感光胶层不同。经显影后的度盘，只有分划线部分暴露在外，通过真空镀铬以后，再在硝酸中除去感光胶层，即可获得牢固的度盘分划线铬层。这种镀铬度盘，一般亦胶上一片保护玻璃圈。 目前我国生产的光学经纬仪，大都采用刻保护层真空镀铬或照相真空镀铬这两种方法。,大地测量仪器学,32 单平板玻璃光学测微器 一、测微器原理 单玻璃平板光学测微器的原理如图3-9所示。这是在显微物镜与读数窗指标线之间，安置了一块可以绕着固定轴转动的玻璃平板，利用转动玻璃平板能使通过它的光线产生平行位移的特点而制成的。由
8、式(1-6)可知，当玻璃平板旋转一个小角度i后，光线通过玻璃平板产生的平移量h可按下列近似公式求得：,大地测量仪器学,对于一定尺寸的玻璃平板，它的厚度d和玻璃折射率n均为一常量。例如，K9号玻璃n=15163，取d=10mm，则,式中，i角以度为单位。上式说明，度盘格线的象在指标面上的移动量h是与玻璃平板的旋转角i成正比的。但是，玻璃平板旋转角的本身，还没有告诉我们度盘格线的移动角值，因而还必须通过一种特殊的设备，把玻璃平板旋转角归化为度盘格线的移动角值。这种设备就是利用与玻璃平板连结在一起转动的测微尺(一般是一段圆弧，刻有n个分划)。当度盘格线影象移动一整格时，测微尺移动了n格，于是，测微尺
9、的格值t为,式中V为度盘最小格值。 例如，瑞士WILD T1经纬仪的度盘最小格值t=1，测微尺刻有n=60格，则测微尺格值V=6060=1。,大地测量仪器学,二、北京DJ6-1型经纬仪测微器的构造 北京光学仪器厂生产的DJ6-1型经纬仪所采用的单玻璃平板测微器，其结构比较典型。在图3-10中，与测微手轮1相连结的小齿轮转动时，带动扇形齿2，绕小轴3-3旋转，此时与之固连在一起的玻璃平板4也一同旋转，其转动量通过与之固连在一起的弧形测微尺5表示出来。由于玻璃平板的转动，使度盘格线产生平移，当度盘格线平移至固定双指标线的中央时(视场如图3-11所示)，即可读得度盘读数为51330。,图3-11,大
10、地测量仪器学,图3-10,大地测量仪器学,这种仪器的竖直度盘和水平度盘共用同一测微器，两读数必须分别读取。当读取平盘读数时，固定双指标线必须对准平盘格线的中央，而读取竖盘读数时，双指标线则又必须对准竖盘格线的中央。因此，读数窗指标面6上的两个度盘的影象必须要一样宽才行。这一要求可以通过调节竖盘成象透镜组的位置来达到。 这种测微器的结构，仅仅多了一块玻璃平板及其转动机构，然而度盘的刻划工艺却比较简单，度盘的格线可以允许较粗(00050012mm)，测微器使用也稳定可靠，精度又能满足工程经纬仪的要求，所以在J6级精度的光学经纬仪中，目前应用的也不算少。,大地测量仪器学,33 显微带尺测微器 一、显
11、微估计器 显微估计器是利用显微镜成象的原理，将度盘的格线放大，同时在物镜成象平面处装一指标线(构造如图3-12)，利用指标线可以估读至度盘格值的110。显微估计器的读数视场如图3-13所示，图中的读数为9234。,图3-12,图3-13,大地测量仪器学,显微估计器对度盘格线的放大，并没有很严格的要求，因此不存在行差的问题，故显微物镜组只要一组透镜就可以了。因此，它的构造较为简单，读数也简便，但精度不高。只在一些较为轻便的勘测经纬仪和某些带度盘的水准仪上可以见到。显微估计器在结构和使用上，需要满足下列两项要求： 1度盘格线应该成象在指标线平面上。所以显微物镜必须是可以调节的，一般利用伸缩的物镜筒
12、进行对光。 2指标线必须与度盘格线平行。这一点可以通过旋转显微镜镜筒(连同指标线)来调整。 二、带尺显微镜,大地测量仪器学,带尺显微镜也称显微带尺或显微分划尺，这是在显微物镜的成象平面上用一带尺(也称分划尺)代替显微估计器的单指标线。采用这种方法，在同一度盘直径的情况下，可以提高读数的精度。此外，为了满足对行差的调整，显微物镜组必须由两组透镜所组成。它的构造原理及读数视场如图3-14所示。,图3-14,大地测量仪器学,带尺显微镜应满足下列条件： 1带尺从0n格的总宽度，应等于经显微物镜放大后的度盘格宽，而且度盘格线也应成象在带尺的平面上。亦即应无“行差”和“视差”。 2带尺分划格线应与度盘分划
13、格线平行，其相互位置应有部分重叠，以便于读数。 带尺显微镜的设计应使经显微镜放大后的度盘格线的粗细，最好为01015mm左右，度盘格线的宽度，最好为1015mm左右。过宽和过窄都会影响到读数精度。某些进口仪器由于达不到上述要求，给估读带尺格值的110带来一定的困难。 由于带尺显微镜的读数直观方便，又能保证一定的精度，读数设备的构造也比较简单，所以被广泛地应用于J6级以下的工程经纬仪上，如德国蔡司Theo 030型、意大利沙漠拉T4150NE型等。我国生产的J6级光学经纬仪，除北光厂的北京DJ6-1型以外，都是采用这种类型的结构。,大地测量仪器学,34 光学经纬仪读数设备的检验,由于读数设备直接影响仪器的精度，仪器上采用的读数设备，从设计到加工以及最后的装调质量，是否符合该等级仪器的精度要求，直接关系到成果精度的好坏。在工程测量规范中对测角仪器的检验，专有详细规定。有关度盘偏心差和照准部偏心差的检验，请参阅测量学相关章节内容。,大地测量仪器学,J6经纬仪的检验,1）水准管轴应垂直于数轴的检验与校正；,2）十字丝竖丝垂直于横轴的检验与校正；,3）视准轴应垂直于横轴的检验与校正；,4）光学对电器检验与校正。,大地测量仪器学,J2经纬仪的检验,1水平度盘对径分划线符合一次中误差的测定； 2光学测微器隙动差的测定； 3光学测微器行差的测定； 4光学测微器分划误差的测定。,
