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1、大地測量儀器學(xué)第三章第三章 讀數(shù)設(shè)備讀數(shù)設(shè)備31讀數(shù)設(shè)備的構(gòu)成與分類讀數(shù)設(shè)備的構(gòu)成與分類一、讀數(shù)設(shè)備的組成一、讀數(shù)設(shè)備的組成 儀器在觀測過程中，照準(zhǔn)用的望遠鏡帶著與照準(zhǔn)部固儀器在觀測過程中，照準(zhǔn)用的望遠鏡帶著與照準(zhǔn)部固結(jié)在一起的指標(biāo)，在水平度盤的軸套中旋轉(zhuǎn)，結(jié)在一起的指標(biāo)，在水平度盤的軸套中旋轉(zhuǎn)，讀數(shù)設(shè)備包讀數(shù)設(shè)備包括度盤和指標(biāo)括度盤和指標(biāo)，若要比較精確地測出不滿度盤一格的小量，若要比較精確地測出不滿度盤一格的小量，需采用測微裝置，為了縮小體積而又能提高精度，讀，需采用測微裝置，為了縮小體積而又能提高精度，讀數(shù)設(shè)備均采用放大或顯微裝置。數(shù)設(shè)備均采用放大或顯微裝置。二、讀數(shù)設(shè)備的分類二、讀數(shù)設(shè)備

2、的分類 由于采用不同的測微裝置，將讀數(shù)設(shè)備分為：由于采用不同的測微裝置，將讀數(shù)設(shè)備分為： 機械的機械的：游標(biāo)游標(biāo)；光學(xué)的光學(xué)的：光學(xué)游標(biāo)、顯微估計器、顯光學(xué)游標(biāo)、顯微估計器、顯微帶尺、光學(xué)測微器等微帶尺、光學(xué)測微器等；光學(xué)機械的光學(xué)機械的：顯微測微器顯微測微器；電子電子讀數(shù)設(shè)備讀數(shù)設(shè)備：如編碼度盤、光柵度盤等如編碼度盤、光柵度盤等。三、讀數(shù)方法三、讀數(shù)方法大地測量儀器學(xué)1估讀法估讀法 估讀最小間隔的110。據(jù)實驗所知，當(dāng)最小間隔的寬度d=1015毫米，指標(biāo)線的寬度b為010015毫米時，則估讀的極限誤差約為d10，按眼睛的明視距離(一般取250毫米)換算成用眼睛直接觀測的極限角值P目為：P目=

3、80120這和眼睛的分辨角(60120)相近似。采用估讀法的讀數(shù)設(shè)備有顯微估計器和帶尺顯微估計器和帶尺顯微鏡顯微鏡兩種。2平分法平分法 使一條直線對稱地處于另外兩條使一條直線對稱地處于另外兩條直線的中央，稱為平分法。直線的中央，稱為平分法。據(jù)試驗，用眼睛直接平分的極限誤差為1030，采用平分法的讀數(shù)設(shè)備，常見的有單玻璃平板光學(xué)測微器單玻璃平板光學(xué)測微器。大地測量儀器學(xué)3符合法符合法 使一條直線與另一條直線的延伸方向相符合，稱為符使一條直線與另一條直線的延伸方向相符合，稱為符合法。合法。據(jù)實驗，用眼睛符合的極限誤差為據(jù)實驗，用眼睛符合的極限誤差為815。采用。采用符合法的讀數(shù)設(shè)備，有游標(biāo)和符合讀

4、數(shù)系統(tǒng)的光學(xué)測微符合法的讀數(shù)設(shè)備，有游標(biāo)和符合讀數(shù)系統(tǒng)的光學(xué)測微器器(參見圖參見圖3-3)。 4、電子讀數(shù)裝置、電子讀數(shù)裝置大地測量儀器學(xué)3.2 度盤度盤一、度盤的構(gòu)造及分類一、度盤的構(gòu)造及分類 測量儀器上的水平度盤和豎直度盤都是用金屬或玻璃測量儀器上的水平度盤和豎直度盤都是用金屬或玻璃制成的圓盤。在靠近圓盤邊緣的全圓周上，刻有等間隔的制成的圓盤。在靠近圓盤邊緣的全圓周上，刻有等間隔的格線格線(分劃線分劃線)。我國生產(chǎn)的儀器都是采用“60分制”，即全圓周共360，1=60，1=60。 度盤上相鄰兩格線的圓心角角值，稱為度盤的格值度盤上相鄰兩格線的圓心角角值，稱為度盤的格值(亦稱為度盤分劃值亦稱

5、為度盤分劃值)。度盤格值的大小隨儀器精度的高低有所不同，精度高的儀器一般格值要小些。如J2級經(jīng)緯儀一般為20，而J6級一般則為1或30。 金屬度盤金屬度盤：金屬度盤上的格線是刻在銀環(huán)的表面，而銀環(huán)是鑲嵌在錫青銅制成的圓盤上(圖3-5)。由于銀層比較致密，可以刻出僅為001毫米細的格線，但由于銀質(zhì)較軟，在使用中因與游標(biāo)接觸或因不小心弄上的灰砂等物，極易把度盤擦壞，在維修時更應(yīng)加倍注意。這種度盤多見于老式的游標(biāo)經(jīng)緯儀上。 大地測量儀器學(xué) 玻璃度盤玻璃度盤：一般均用光學(xué)玻璃或優(yōu)質(zhì)的窗戶玻璃制成，其形狀如圖3-6所示。這種度盤對玻璃的質(zhì)量要求較高，透明度要好，內(nèi)應(yīng)力要小。對于加工度盤兩平面的平直度和平

6、行性均有嚴格的要求，表面光潔度要求很高，用放大100倍的顯微鏡檢查，在分劃部位不能有可察覺的條痕及魔點等。所以在維修過程中，要特別注意防止碰撞和擦傷度盤。 玻璃度盤在構(gòu)造上又分透射式和反射式透射式和反射式兩種，前者光線可以直接透過度盤，如圖3-7，后者刻線和度盤同時成為一反光鏡面，如圖3-8所示。為此，還需要在度盤的刻劃面上鍍鏇反射層。大地測量儀器學(xué)二、度盤的刻制二、度盤的刻制 度盤上格線的刻制方法有下述幾種： 1直刻法直刻法 將度盤放在圓刻度機上，用金鋼石刻刀直接在度盤上刻劃，然后對刻劃進行填色。此法可以刻出較細的分劃，一般約可達23微米。在這么細的刻劃中填入涂料是很不容易的。即使刻線較粗，

7、填入的涂料也是容易擦掉的，所以在清潔度盤時必須十分注意。此外，由于刻刀直接在度盤上刻，尤其是在玻璃度盤上刻，刀尖很容易磨損，造成度盤刻劃粗細不勻，故此法現(xiàn)已很少采用。大地測量儀器學(xué) 2刻保護層腐蝕法刻保護層腐蝕法 先在度盤上涂一層薄薄的蠟?zāi)ぃ缓蠓旁趫A刻度機上用刻刀刻劃蠟?zāi)?，再用?銀質(zhì)度盤可用硝酸，玻璃度盤可用氫氟酸)將刻線腐蝕出來，最后清洗并清除蠟?zāi)?，再對腐蝕的刻劃填入涂料。但這種方法并沒有解決刻線中涂料易擦掉的問題，例如，北京光學(xué)儀器廠在1970年前生產(chǎn)的“紅旗號”光學(xué)經(jīng)緯儀的玻璃度盤，就是采用腐蝕著色的。 3刻保護層鍍鉻法刻保護層鍍鉻法 用上述刻保護層的辦法刻好的玻璃度盤，也可不用酸來

8、腐蝕出刻線，而放在真空鍍膜機內(nèi)進行鍍鉻。由于鉻粒子與玻璃的附著力極強，因而留在度盤上的分劃線和注記就不易脫落。大地測量儀器學(xué) 4照相復(fù)制法照相復(fù)制法 將待制的玻璃度盤涂滿薄。薄一層感光膜，烘干后與底板(有分劃線的母盤底片)緊貼進行曝光，經(jīng)顯影和定影之后即成。為了保護感光膠層，在有分劃線的膠層面上，一般膠有一圈保護玻璃。這種方法工藝簡單、成本低、生產(chǎn)效率高，但是由感光形成的度盤分劃線，日久后容易慢慢褪色，以致讀數(shù)困難，所以已被照相鍍鉻法所取代。5照相鍍鉻法照相鍍鉻法 照相的過程同上述一樣，不過感光膠層不同。經(jīng)顯影后的度盤，只有分劃線部分暴露在外，通過真空鍍鉻以后，再在硝酸中除去感光膠層，即可獲得

9、牢固的度盤分劃線鉻層。這種鍍鉻度盤，一般亦膠上一片保護玻璃圈。 目前我國生產(chǎn)的光學(xué)經(jīng)緯儀，大都采用刻保護層真空目前我國生產(chǎn)的光學(xué)經(jīng)緯儀，大都采用刻保護層真空鍍鉻或照相真空鍍鉻這兩種方法。鍍鉻或照相真空鍍鉻這兩種方法。大地測量儀器學(xué) 32 單平板玻璃光學(xué)測微器單平板玻璃光學(xué)測微器一、測微器原理一、測微器原理 單玻璃平板光學(xué)測微器的原理如圖單玻璃平板光學(xué)測微器的原理如圖3-9所示。這是在顯微物鏡與讀數(shù)窗指標(biāo)線之所示。這是在顯微物鏡與讀數(shù)窗指標(biāo)線之間，安置了一塊可以繞著固定軸轉(zhuǎn)動的玻間，安置了一塊可以繞著固定軸轉(zhuǎn)動的玻璃平板，利用轉(zhuǎn)動玻璃平板能使通過它的璃平板，利用轉(zhuǎn)動玻璃平板能使通過它的光線產(chǎn)生平

10、行位移的特點而制成的。由式光線產(chǎn)生平行位移的特點而制成的。由式(1-6)可知，當(dāng)玻璃平板旋轉(zhuǎn)一個小角度可知，當(dāng)玻璃平板旋轉(zhuǎn)一個小角度i后，光線通過玻璃平板產(chǎn)生的平移量后，光線通過玻璃平板產(chǎn)生的平移量h可可按下列近似公式求得：按下列近似公式求得：1nhdin大地測量儀器學(xué)對于一定尺寸的玻璃平板，它的厚度對于一定尺寸的玻璃平板，它的厚度d和玻璃折射率和玻璃折射率n均為均為一常量。例如，一常量。例如，K9號玻璃號玻璃n=15163，取，取d=10mm，則，則11.5163 110()0.06 ()1.516357.296nihdii mmn式中，式中，i角以度為單位。上式說明，角以度為單位。上式說明

11、，度盤格線的象在指標(biāo)面度盤格線的象在指標(biāo)面上的移動量上的移動量h是與玻璃平板的旋轉(zhuǎn)角是與玻璃平板的旋轉(zhuǎn)角i成正比的。成正比的。但是，玻但是，玻璃平板旋轉(zhuǎn)角的本身，還沒有告訴我們度盤格線的移動角璃平板旋轉(zhuǎn)角的本身，還沒有告訴我們度盤格線的移動角值，因而還必須通過一種特殊的設(shè)備，把玻璃平板旋轉(zhuǎn)角值，因而還必須通過一種特殊的設(shè)備，把玻璃平板旋轉(zhuǎn)角歸化為度盤格線的移動角值。這種設(shè)備就是利用與玻璃平歸化為度盤格線的移動角值。這種設(shè)備就是利用與玻璃平板連結(jié)在一起轉(zhuǎn)動的測微尺板連結(jié)在一起轉(zhuǎn)動的測微尺(一般是一段圓弧，刻有一般是一段圓弧，刻有n個分個分劃劃)。當(dāng)度盤格線影象移動一整格時，測微尺移動了。當(dāng)度盤格

12、線影象移動一整格時，測微尺移動了n格，格，于是，測微尺的格值于是，測微尺的格值t為為Vtn式中式中V為度盤最小格值。為度盤最小格值。例如，瑞士例如，瑞士WILD T1經(jīng)緯儀的度盤最小格值經(jīng)緯儀的度盤最小格值t=1，測微尺，測微尺刻有刻有n=60格，則測微尺格值格，則測微尺格值V=6060=1。大地測量儀器學(xué)二、北京二、北京DJ6-1型經(jīng)緯儀測微器型經(jīng)緯儀測微器的構(gòu)造的構(gòu)造 北京光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的北京光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的DJ6-1型經(jīng)型經(jīng)緯儀所采用的單玻璃平板測微器，緯儀所采用的單玻璃平板測微器，其結(jié)構(gòu)比較典型。在圖其結(jié)構(gòu)比較典型。在圖3-10中，與測中，與測微手輪微手輪1相連結(jié)的小齒輪轉(zhuǎn)動時，帶相連

13、結(jié)的小齒輪轉(zhuǎn)動時，帶動扇形齒動扇形齒2，繞小軸，繞小軸3-3旋轉(zhuǎn)，此時與旋轉(zhuǎn)，此時與之固連在一起的玻璃平板之固連在一起的玻璃平板4也一同旋也一同旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)動量通過與之固連在一起轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)動量通過與之固連在一起的弧形測微尺的弧形測微尺5表示出來。由于玻璃表示出來。由于玻璃平板的轉(zhuǎn)動，使度盤格線產(chǎn)生平移，平板的轉(zhuǎn)動，使度盤格線產(chǎn)生平移，當(dāng)度盤格線平移至固定雙指標(biāo)線的當(dāng)度盤格線平移至固定雙指標(biāo)線的中央時中央時(視場如圖視場如圖3-11所示所示)，即可讀，即可讀得度盤讀數(shù)為得度盤讀數(shù)為51330。圖3-11大地測量儀器學(xué)圖3-10大地測量儀器學(xué) 這種儀器的豎直度盤和水平度盤共用同一測微器，兩讀這種儀器的

14、豎直度盤和水平度盤共用同一測微器，兩讀數(shù)必須分別讀取。當(dāng)讀取平盤讀數(shù)時，固定雙指標(biāo)線必須數(shù)必須分別讀取。當(dāng)讀取平盤讀數(shù)時，固定雙指標(biāo)線必須對準(zhǔn)平盤格線的中央，而讀取豎盤讀數(shù)時，雙指標(biāo)線則又對準(zhǔn)平盤格線的中央，而讀取豎盤讀數(shù)時，雙指標(biāo)線則又必須對準(zhǔn)豎盤格線的中央。因此，讀數(shù)窗指標(biāo)面必須對準(zhǔn)豎盤格線的中央。因此，讀數(shù)窗指標(biāo)面6上的兩個上的兩個度盤的影象必須要一樣寬才行。度盤的影象必須要一樣寬才行。這一要求可以通過調(diào)節(jié)豎這一要求可以通過調(diào)節(jié)豎盤成象透鏡組的位置來達到。盤成象透鏡組的位置來達到。 這種測微器的結(jié)構(gòu)，僅僅多了一塊玻璃平板及其轉(zhuǎn)動這種測微器的結(jié)構(gòu)，僅僅多了一塊玻璃平板及其轉(zhuǎn)動機構(gòu)，然而度盤

15、的刻劃工藝卻比較簡單，度盤的格線可以機構(gòu)，然而度盤的刻劃工藝卻比較簡單，度盤的格線可以允許較粗允許較粗(00050012mm)，測微器使用也穩(wěn)定可靠，測微器使用也穩(wěn)定可靠，精度又能滿足工程經(jīng)緯儀的要求，所以在精度又能滿足工程經(jīng)緯儀的要求，所以在J6級精度的光學(xué)級精度的光學(xué)經(jīng)緯儀中，目前應(yīng)用的也不算少。經(jīng)緯儀中，目前應(yīng)用的也不算少。大地測量儀器學(xué)33 顯微帶尺測微器顯微帶尺測微器一、顯微估計器一、顯微估計器 顯微估計器是利用顯微鏡成象的原理，將度盤的格線放顯微估計器是利用顯微鏡成象的原理，將度盤的格線放大，同時在物鏡成象平面處裝一指標(biāo)線大，同時在物鏡成象平面處裝一指標(biāo)線(構(gòu)造如圖構(gòu)造如圖3-12

16、)，利，利用指標(biāo)線可以估讀至度盤格值的用指標(biāo)線可以估讀至度盤格值的110。顯微估計器的讀數(shù)。顯微估計器的讀數(shù)視場如圖視場如圖3-13所示，圖中的讀數(shù)為所示，圖中的讀數(shù)為9234。圖3-12圖3-13大地測量儀器學(xué) 顯微估計器對度盤格線的放大，并沒有很嚴格的要求，顯微估計器對度盤格線的放大，并沒有很嚴格的要求，因此不存在行差的問題，故顯微物鏡組只要一組透鏡就可以因此不存在行差的問題，故顯微物鏡組只要一組透鏡就可以了。因此，它的構(gòu)造較為簡單，讀數(shù)也簡便，但精度不高。了。因此，它的構(gòu)造較為簡單，讀數(shù)也簡便，但精度不高。只在一些較為輕便的勘測經(jīng)緯儀和某些帶度盤的水準(zhǔn)儀上可只在一些較為輕便的勘測經(jīng)緯儀和

17、某些帶度盤的水準(zhǔn)儀上可以見到。以見到。顯微估計器在結(jié)構(gòu)和使用上，需要滿足下列兩項要顯微估計器在結(jié)構(gòu)和使用上，需要滿足下列兩項要求：求： 1度盤格線應(yīng)該成象在指標(biāo)線平面上。所以顯微物鏡度盤格線應(yīng)該成象在指標(biāo)線平面上。所以顯微物鏡必須是可以調(diào)節(jié)的，一般利用伸縮的物鏡筒進行對光。必須是可以調(diào)節(jié)的，一般利用伸縮的物鏡筒進行對光。 2指標(biāo)線必須與度盤格線平行。這一點可以通過旋轉(zhuǎn)指標(biāo)線必須與度盤格線平行。這一點可以通過旋轉(zhuǎn)顯微鏡鏡筒顯微鏡鏡筒(連同指標(biāo)線連同指標(biāo)線)來調(diào)整。來調(diào)整。二、帶尺顯微鏡二、帶尺顯微鏡大地測量儀器學(xué) 帶尺顯微鏡也稱顯微帶尺或顯微分劃尺，這是在顯微物帶尺顯微鏡也稱顯微帶尺或顯微分劃尺

18、，這是在顯微物鏡的成象平面上用一帶尺鏡的成象平面上用一帶尺(也稱分劃尺也稱分劃尺)代替顯微估計器的代替顯微估計器的單指標(biāo)線。采用這種方法，在同一度盤直徑的情況下，可單指標(biāo)線。采用這種方法，在同一度盤直徑的情況下，可以提高讀數(shù)的精度。此外，為了滿足對行差的調(diào)整，顯微以提高讀數(shù)的精度。此外，為了滿足對行差的調(diào)整，顯微物鏡組必須由兩組透鏡所組成。它的構(gòu)造原理及讀數(shù)視場物鏡組必須由兩組透鏡所組成。它的構(gòu)造原理及讀數(shù)視場如圖如圖3-14所示。所示。圖3-14大地測量儀器學(xué)帶尺顯微鏡應(yīng)滿足下列條件：帶尺顯微鏡應(yīng)滿足下列條件： 1帶尺從帶尺從0n格的總寬度，應(yīng)等于經(jīng)顯微物鏡放大格的總寬度，應(yīng)等于經(jīng)顯微物鏡放

19、大后的度盤格寬，而且度盤格線也應(yīng)成象在帶尺的平面上。后的度盤格寬，而且度盤格線也應(yīng)成象在帶尺的平面上。亦即應(yīng)無亦即應(yīng)無“行差行差”和和“視差視差”。 2帶尺分劃格線應(yīng)與度盤分劃格線平行，其相互位帶尺分劃格線應(yīng)與度盤分劃格線平行，其相互位置應(yīng)有部分重疊，以便于讀數(shù)。置應(yīng)有部分重疊，以便于讀數(shù)。 帶尺顯微鏡的設(shè)計應(yīng)使經(jīng)顯微鏡放大后的度盤格線的帶尺顯微鏡的設(shè)計應(yīng)使經(jīng)顯微鏡放大后的度盤格線的粗細，最好為粗細，最好為01015mm左右，度盤格線的寬度，最左右，度盤格線的寬度，最好為好為1015mm左右。過寬和過窄都會影響到讀數(shù)精左右。過寬和過窄都會影響到讀數(shù)精度。某些進口儀器由于達不到上述要求，給估讀帶

20、尺格值度。某些進口儀器由于達不到上述要求，給估讀帶尺格值的的110帶來一定的困難。帶來一定的困難。 由于帶尺顯微鏡的讀數(shù)直觀方便，又能保證一定的精由于帶尺顯微鏡的讀數(shù)直觀方便，又能保證一定的精度，讀數(shù)設(shè)備的構(gòu)造也比較簡單，所以被廣泛地應(yīng)用于度，讀數(shù)設(shè)備的構(gòu)造也比較簡單，所以被廣泛地應(yīng)用于J6級以下的工程經(jīng)緯儀上，如德國蔡司級以下的工程經(jīng)緯儀上，如德國蔡司Theo 030型、意大利型、意大利沙漠拉沙漠拉T4150NE型等。我國生產(chǎn)的型等。我國生產(chǎn)的J6級光學(xué)經(jīng)緯儀，除北級光學(xué)經(jīng)緯儀，除北光廠的北京光廠的北京DJ6-1型以外，都是采用這種類型的結(jié)構(gòu)。型以外，都是采用這種類型的結(jié)構(gòu)。大地測量儀器學(xué)3

21、4 光學(xué)經(jīng)緯儀讀數(shù)設(shè)備的檢驗光學(xué)經(jīng)緯儀讀數(shù)設(shè)備的檢驗 由于讀數(shù)設(shè)備直接影響儀器的精度，儀器上由于讀數(shù)設(shè)備直接影響儀器的精度，儀器上采用的讀數(shù)設(shè)備，從設(shè)計到加工以及最后的裝調(diào)采用的讀數(shù)設(shè)備，從設(shè)計到加工以及最后的裝調(diào)質(zhì)量，是否符合該等級儀器的精度要求，直接關(guān)質(zhì)量，是否符合該等級儀器的精度要求，直接關(guān)系到成果精度的好壞。在系到成果精度的好壞。在工程測量規(guī)范工程測量規(guī)范中對中對測角儀器的檢驗，專有詳細規(guī)定。有關(guān)度盤偏心測角儀器的檢驗，專有詳細規(guī)定。有關(guān)度盤偏心差和照準(zhǔn)部偏心差的檢驗，請參閱測量學(xué)相關(guān)章差和照準(zhǔn)部偏心差的檢驗，請參閱測量學(xué)相關(guān)章節(jié)內(nèi)容。節(jié)內(nèi)容。 大地測量儀器學(xué)J6經(jīng)緯儀的檢驗經(jīng)緯儀的檢驗1）水準(zhǔn)管軸應(yīng)垂直于數(shù)軸的檢驗與校正；）水準(zhǔn)管軸應(yīng)垂直于數(shù)軸的檢驗與校正； 2）十字絲豎絲垂直于橫軸的檢驗與校正；）十字絲豎絲垂直于橫軸的檢驗與校正；3）視準(zhǔn)軸應(yīng)垂直于橫軸的檢驗與校正；）視準(zhǔn)軸應(yīng)垂直于橫軸的檢驗與校正；4）光學(xué)對電器檢驗與校正。）光學(xué)對電器檢驗與校正。大地測量儀器學(xué)J2經(jīng)緯儀的檢驗經(jīng)緯儀的檢驗 1水平度盤對徑分劃線符合一次中誤差的測定；水平度盤對徑分劃線符合一次中誤差的測定； 2光學(xué)測微器隙動差的測定；光學(xué)測微器隙動差的測定； 3光學(xué)測微器行差的測定；光學(xué)測微器行差的測定； 4光學(xué)測微器分劃誤差的測定。光學(xué)測微器分劃誤差的測定。