经纬仪培训讲义

1密级：计量培训教材测绘仪器第一章：光学经纬仪基础理论第二章：光学经纬仪的检定第三章：全站仪基础理论第四章：电子经纬仪和全站仪测角部分的检定第五章：光电测距仪和全站仪测距部分的检定第六章：经纬仪检定装置第一章光学经纬仪基础理论2光学经纬仪是用于测量水平角和竖直角的计量器具，我国光学经纬仪按“一测回水平方向标准偏差”划分为如下等级：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ30。其中D代表大地测量仪器；J代表经纬仪；DJ后的数字表示在野外检定时该仪器一测回水平方向标准偏差的限差值。1.1经纬仪概述1.2光学经纬仪结构普通光学经纬仪的结构组成大致可分为照准部、度盘、基座三大部分。1望远镜；2读数显微镜；3竖直度盘；4竖盘进光镜；5竖盘制动螺旋；6测微轮；7瞄准镜；8竖盘微动螺旋；9水平、竖直度盘转换螺旋；10仪器外壳支架；11对中器；12仪器中心旋转轴套；13水平度盘；14水平制动螺旋;15水平微动螺旋；16水平度盘进光镜；17仪器中心旋转轴套制动螺丝；18脚螺旋；19底座连接板1.2光学经纬仪结构望远镜望远镜的作用是观测远处的目标和进行精确照准，现代精密测角仪器都采用内调焦望远镜。内调焦望远镜的长度是固定不变的，也就是十字丝分划板与物镜间的距离是固定不变的，光学系统的物镜一般是由两片以上透镜组成的复合物镜，这是为了较好地消除象差。1.2光学经纬仪结构图1-1图1-231.2光学经纬仪结构内调焦望远镜的视准轴就是等效物镜光心与十字丝中心的连线。由几何光学可知，等效物镜的焦距f与组成它的两个透镜-物镜和调焦镜的焦距和有下列关系：式中:d是物镜与调焦镜间的距离dfffff21211.2光学经纬仪结构水准器水准器在经纬仪中是用来将仪器的某一部件安置成水平或垂直状态以及量测微小角度的标准器。在精密经纬仪上主要有位于照准部上的照准部水准器和位于竖盘读数指标上的竖盘指标水准器。照准部水准器是用以精确整平仪器的（即使仪器的竖轴安置铅直），竖盘指标水准器是用以使竖盘指标处于正确的状态，以便在竖盘上进行读数。一般在仪器上还附有一个概略整平仪器的圆形水准器。1.2光学经纬仪结构过气泡中点作圆弧的切线，就是水准轴，水准轴永远处于水平状态。为便于观察水准管的倾斜量，在水准管的表面刻有间隔为2mm的若干分划并注记，全部分划中间处旋转曲面的切线为水准器轴。当水准器的气泡变动水准管上的一个分格时，水准轴倾度的变化量称为水准器的格值。1.2光学经纬仪结构基座（轴座）和脚螺旋在一测回的观测过程中，水平度盘应严格保持静止不动。水平度盘是安置在与轴座固联的轴套外侧，因此，在一测回观测过程中仪器的基座不应有任何位移。但由于脚螺旋的安置及调节不当，照准部旋转时，会带来基座产生位移。仪器的三个脚螺旋固联在仪器的基座上面。脚螺旋的下部尖端安置在仪器基座底板的槽内。41.2光学经纬仪结构光学对中器1.2光学经纬仪结构在野外测量时通过调整三脚架各脚的高度进行地面目标的对中。1.2光学经纬仪结构脚螺旋1.2光学经纬仪结构竖轴轴系竖轴轴系是精密测角仪器的重要组成部件，它对仪器照准部运转的稳定性起着重要作用。如精密光学经纬仪T3采用半运动式柱型轴。在照准轴套3的上端斜锥面上安置一圈滚珠，下部有一圈很窄的凸出的圆环定向面。51.2光学经纬仪结构度盘经纬仪是一种角度测量仪器，仪器正常工作时，测角系统误差主要来源是度盘和秒盘的分度误差，它有两个圆分度标准器件，它们分别是水平度盘和竖直度盘，度盘的质量直接影响测角的精度。经纬仪上的水平度盘和竖直度盘是测量角度的计量器，度盘的质量直接影响测角的精度。光学经纬仪的度盘是用玻璃制成，在度盘平面的圆周边缘上刻有等间距的分划线。两相邻分划线间距所对的圆心角称为度盘的格值（又称度盘的最小分格值）。1.2光学经纬仪结构读数设备a.带尺显微镜很多DJ6光学经纬仪都采用这种读数设备。它是在显微镜读数窗与场镜上设置一个带有分划尺的分划板，度盘上的分划线经显微镜物镜放大后成像于分划尺之上。1.2光学经纬仪结构1.2光学经纬仪结构b.平板玻璃测微器有的光学经纬仪读数设备是在显微镜的光路中，设置平板玻璃（单或双）和测微分划尺组成的光学测微器。通过平板玻璃的作用，使度盘分划线的影像产生移动，以与固定指标线重合，或者使度盘对径分划线的影像相向移动而符合。分划线影像的移动量反映在测微分划尺上，可在读数窗内读取。61.2光学经纬仪结构1.2光学经纬仪结构c.移动光楔测微器如果把移动光楔设置在读数系统的光路中，则光楔的移动就可使度盘分划线影像产生位移。下图为威特J2经纬仪的读数窗，它采用移动光楔测微器。1.2光学经纬仪结构1.3水平角测量方法测回法a.盘左位置，松开照准部制动钮，瞄准目标A使标杆或测钎准确地夹在双竖丝中间（或用单竖丝去平分）；b.顺时针方向转动照准部，用同样方法瞄准目标B，读记水平度盘读数。以上两步叫做盘左半测回或上半测回。71.3水平角测量方法c.倒转望远镜，使盘左变盘右。按上述方法先瞄准目标B，读记水平度盘读数。d.顺时针方向转动照准部，瞄准左边的目标A，读记读数。以上两步叫做盘右半测回或下半测回。盘左和盘右两个半测回合在一起叫做一测回。两个半测回测得角值的平均值就是一测回观测结果。1.3水平角测量方法方向观测法a.盘左先观测所选定的起始方向（又称零方向）A，再按顺时针方向依观测B、C、D各方向，每观测一个方向均读取水平度盘读数，并记入观测手簿。最后还要回到起始方向A，并读数记录。这最后一步称为“归零”，其目的是为了检查水平度盘的位置在观测过程中是否发生变动。上述全部工作叫做盘左半测回或上半测回。b.倒转望远镜，用盘右位置按逆时针方向依照准A、D、C、B、A，读数并记录。此为盘右半测回或下半测回。上、下半测回合起来为一测回。1.4经纬仪主要误差经纬仪主要轴线仪器的旋转轴VV（竖轴）望远镜旋转轴HH（横轴、水平轴）望远镜的视准轴CC照准部水准管轴LL1.4经纬仪主要误差经纬仪的主要轴线应满足的条件（1）照准部水准管轴应垂直于竖轴；气泡居中竖轴铅垂水平度盘水平（2）横轴应垂直于竖轴;竖轴铅垂横轴水平（3）视准轴应垂直于横轴；横轴水平视准面为竖直平面（4）竖丝应铅垂。81.4经纬仪主要误差度盘偏心经纬仪照准部旋转中心、度盘的刻划中心及水平度盘的旋转中心，理论上要求三心应严格保持一致。照准部旋转中心与水平度盘分划中心不重合引起的误差称为照准部偏心差；水平度盘分划中心与度盘旋转中心不重合引起的误差称为水平度盘偏心差。1.4经纬仪主要误差度盘偏心由下式计算：)sin(MRe1.4经纬仪主要误差由此可见，在度盘不同位置读数将有不同的读数误差；在度盘相差180度的两处（称对径分划）读数中的，其绝对值相同而符号相反，故取它们的平均值将消除度盘偏心的影响。因此为减小经纬仪度盘的偏心差影响，大多采用对径符合读数的方法。1.4经纬仪主要误差照准部水准器轴不垂直于竖轴水准器气泡位置两端读数依照水准器分划方式不同采用两端读数和或差来计算。(a)方式分划，气泡位置为：L=(左+右)/2；5102025（a）105510（b）91.4经纬仪主要误差a图表示，当水准器轴水平后，仪器竖轴倾斜角，当照准部旋转180后，仪器竖轴方向不变（见b图），水准器轴和水平线相差2角，气泡偏离正中的格数是2角的反映。1.4经纬仪主要误差当气泡偏离超限时，应进行校正。此时用校正针拨动水准管一端的校正螺钉，使气泡向正中间位置退回一半，此时水准器轴应垂直于竖轴，再用脚螺旋使气泡居中，竖轴即铅垂。1.4经纬仪主要误差视准轴不垂直于横轴由于安装和调整不正确，使显微镜的十字线中心偏离了正确的位置，这样视准轴就不与横轴正交，从而产生了视准轴误差，由于外界温度的变化也会引起视准轴位置变化。假设视准轴偏向垂直度盘一侧时，C为正，反之为负。1.4经纬仪主要误差设AO为垂直于横轴视准轴，由于存在视准轴误差c，视准轴实际瞄了A，此时A、A两点同高，竖角为，a、a为点在水平位置上的投影。即为C角引起的目标A的读数误差。cxaaOcosc101.4经纬仪主要误差若规定视准轴向左偏斜的c值为正，向右偏斜为负，则对于同一目标若盘左观测时c为正（负），盘右观测即为负（正），而值变，故盘左、盘右的xc值的绝对值相等而符号相反。若取两者的平均值，将消除c角的影响。1.4经纬仪主要误差当c超限时（参考JJG414-2011）需进行校正。较正时，配置水平度盘读数为（盘右位置）或（盘左位置），配置方法是将测微器安置在正确的秒值读数，转动照准部微动螺旋是读数窗上下分划影像重合。此刻十字丝竖丝将偏离目标，打开望远镜分划板调节螺旋的护盖，将十字丝环的左右两校正螺钉一松一紧，移动十字丝环，使十字丝交点对准目标。经过几次重复便可完成校正工作。1.4经纬仪主要误差横轴不水平引起横轴倾斜的主要原因是由于安装或调整不完善引起支承水平轴的二支架不等高造成的，横轴两端的直径不等也是一个原因。在垂直度盘一侧的水平轴一端向下倾斜时，i为正，向上倾斜时，i为负。1.4经纬仪主要误差H为横轴水平（位置）时视准轴照准的目标，h为H点的水平投影，此时平面HOh为一竖面。若横轴倾斜一个i角至位置，竖面HOh将随之倾斜一个i角为倾斜面AOh，此时水平位置Oh不发生变动。A点即为横轴倾斜视准轴照准的目标，为A点的水平位置投影。即为因横轴倾斜i角而产生的水平方向读数影响。tgixi111.4经纬仪主要误差对于同一目标，在竖轴是竖直的情况下，因横轴不垂直于竖轴所引起的横轴倾斜，当盘左观测时i为正（负），则盘右观测i即为负（正）。故盘左、盘右的为绝对值相等而符号相反，取两者的平均值即可消除。1.4经纬仪主要误差当i超限时，应进行校正。在离被检经纬仪4m左右处悬挂一垂球，其悬丝必须细直，垂球浸在油或水内，以防摆动。精确整平经纬仪，用盘左盘右位置分划板十字丝交点瞄准悬丝高点，向下转动望远镜，十字丝交点将偏离悬线下端，此时抬高或降低横轴一端，直至竖丝与悬线下端重合。1.4经纬仪主要误差竖轴不竖直假设三轴关系均已正常，仅由于仪器未严格整平，而使竖轴偏离测站垂线一微小角度，这就是竖轴倾斜误差。图1-171.4经纬仪主要误差cosVivtancosVxv竖轴倾斜对目标A的读数影响xv倾斜角121.4经纬仪主要误差竖轴倾斜误差可由水准气泡偏离格数求得tan41tanbnxvRLb右）左右）左(LRb右）左右）左(水准器刻划左右对称水准器刻划一端向另一端增加1.4经纬仪主要误差十字丝竖丝不铅垂在离被检经纬仪4m左右处悬挂一垂球，其悬丝必须细直，垂球浸在油或水内，以防摆动。精确整平经纬仪，观察分划板竖丝是否与垂球悬丝平行，使竖丝上端与垂线影象重合。观察竖丝下端，不应有目力可见的不重合现象。若不重合，应进行校正。较正时旋下分划板护盖，松开四个压环螺钉，转动目镜筒带动分划板旋转，直到竖丝铅垂为止。1.4经纬仪主要误差光学测微器行差测微器能正确测微的一个重要条件，就是测微度盘由零分划转至最末n分划时,度盘分划应恰好移动半个分格。但是,由于仪器装配误差或受剧烈震动，物镜位置发生了变化，当度盘分划象移动半分格时,测微盘往往并不恰好移动n0个分格,而是转动n个分格，n。与n之差就是测微器行差。行差r是测微度盘上的理论分格值n与实际分格数之差。1.4经纬仪主要误差在行差测定时，由于度盘相对180亮出的分划线在成像过程中所经过的光路不完全对称，因而读数窗正倒分划线影像的间距也不完全相等，所以在检定中按上、下行差观测。显微镜物镜距离度盘分划线远近不同，度盘分划间隔象就有窄有宽，因而产生行差有正负，行差是一种系统误差，物镜位置不变，行差大小及符号不变。131.4经纬仪主要误差竖直角及指标差经纬仪的竖直度盘与横轴相固连且随望远镜而转动，读数指标则固定在横轴上。为了消除垂直轴不严格铅垂带来的误差，将读数指标安装在一个可以绕横轴旋转并附有指标水准器的活动支架上，并使水准器轴同指标线或读数照准系统的光轴正交（或平行）。如果由于校正误差和外界因素的影响，使指标线同指标水准器不严格垂直（或平行），因而在实现严格水平时，指标的实际读数会偏离一小角值，成为指标差。用经纬仪竖直度盘测量角度有两种表达方式，即竖直角和天顶距，若分别以符号和表示，其间关系是1.4经纬仪主要误差DJ07和T3经纬仪竖直角及指标差1255590i55901251255590i5590125图1-181.4经纬仪主要误差DJ07和T3经纬仪视线水平时读数是90，分划线注记是逆时针方向自55-125。180相对出注记相同。注记1的间隔实际上是2的距离，分划线55-125的弧段实际上相当于140iRiL)90(2)90(2右左二式相加除以2得竖直角：=L-R，二式相减除以2得指标差：i=（L+R）-180。1.4经纬仪主要误差J2、T2经纬仪竖直角和指标差这类仪器垂直度盘是由0-360顺时针标记的，它们的读数指标有垂直安置的，也有水平安置的。iRiL27090右左两式中取中数，得两式相减得指标差：)180(21LR)360(1LRi141.4经纬仪主要误差当指标差超限时，应进行校正。打开指标差盖板，调节上下两校正螺钉，、直调到正确读数即可。对于采用指标水准器的仪器，先用测微器和微动螺旋将垂直度盘读数调到正确读数，此时水泡偏离中央，再用校正针拨动水准器校正螺钉，将气泡居中即可。1.5一测回水平方向标准偏差设测站K上有A、B、C.N诸方向，如右图所示.按方向观测法观测了m个测回，各测回的方向观测值ai、bi、ci.ni（i=1、2、.m）ABCNxy定义：在望远镜正倒镜位置观测同一目标所得水平方向值平均值的实验标准偏差。1.5一测回水平方向标准偏差从各测回中求未知数时，各测回应有一个共同的起始位置，这个共同的起始位置与测回起始方向的夹角，称为定向角未知数，用表示。当将各测回中零方向的观测值都化为零时，定向角未知数实际上就是该测回零方向的观测误差。iiiiiiiiiiiintncycbxbaai1.5一测回水平方向标准偏差未知数x、y、.t是各方向各测回观测结果的平均值分别减去起始方向各测回观测结果的平均值，在实际作业中总是将各测回的起始方向归零，这样，取各测回归零方向值的平均值，即得到各方向的最或是值。mamntmambx151.5一测回水平方向标准偏差当测站上观测方向数为n，观测m个测回时，则测站上总的观测量为nm，而未知数为m+（n-1），所以多余观测的个数为：r=nm-（m+n-1）=(m-1)(n-1)r)n)(m(111.5一测回水平方向标准偏差各测回的定向角就等于该测回中各方向第一次偏差的平均值。各改正数就等于每测回中第一次偏差的平均值与相应1)(1inibiaiiVnVVVnniiiiibiiiiiaiiiiiVVnntnVVnbxbVVnaa1111.5一测回水平方向标准偏差22222121iiiiiiiVnVVVnVn1111122122nmn)v(vn-mminjijminjijm1in1j2ijH举例：（单选）1、经纬仪视准轴的二倍照准差计算公式是。A.（L-R）平点B.（L-R）平点与（L-R）高点通用C.（L-R）高点D.（L-R）平点与（L-R）低点通用2、使用和检定经纬仪时，经常使用盘左盘右测量取平均值作为测量结果，这是为了消除。A.度盘直径误差B.发现粗大误差C.消除仪器视准轴误差、横轴与竖轴垂直度等系统误差。D.照准误差3、光学经纬仪的水准轴是。A.水准管全部分划中间处旋转曲面的切线B.水准管气泡中点作圆弧的切线视准轴与竖轴垂直的水平线164、为减小经纬仪影响，大多采用对径符合读数的方法。A.视准轴误差B横轴误差C测微器行差D度盘偏心差5、我国光学经纬仪按划分为五个等级，分别是DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ30。A.一测回水平方向标准偏差B.一测回竖直方向标准偏差C.3D.最大允许误差6、用经纬仪垂直度盘测量角度有两种表达方式，即竖直角和天顶距，若分别以符号和表示，其间关系是A.=180-ZB.=360-ZC.=90-ZD.=90+Z7、型号DJ6的光学经纬仪中DJ后的数字表示。A.一测回水平方向标准偏差的限差值B.一测回竖直角标准偏差的限差值C.测角示值误差D.最大允许误差多选1、以下关于经纬仪必须满足的几个条件中是正确的。A照准部水准轴应垂直于竖轴B.横轴应垂直于竖轴C.竖轴必须竖直D.视准轴应垂直于横轴2、使用和检定经纬仪时，经常使用盘左盘右测量取平均值作为测量结果，这是为了消除消除仪器等系统误差。A.测微器行差B.照准差C.度盘偏心误差D.横轴与竖轴垂直度3、光学经纬仪一般采用等读数设备。A.带尺显微镜B.单平板玻璃测微器4、经纬仪有三轴，是指竖轴和。A.水准轴B.横轴C.视准轴D.机械轴判断1、我国光学经纬仪按“一测回竖直方向标准偏差”划分为如下等级：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ30。2、视准轴误差在视准轴偏向左侧时，C为正，反之为负。3、经纬仪内调焦望远镜的长度是固定不变的，也就是十字丝分划板与物镜间的距离是固定不变的。17第二章JJG414-2011光学经纬仪2.1编制说明依据：该规程是依据科学、合理、适用、有效的原则，参考了国际标准ISO17123-32001推荐的方法，考虑了国内量值溯源的需求，在广泛调研和试验验证的基础上进行了修订。参考：GB/T31612003光学经纬仪ISO17123-32001OpticsandopticalinstrumentsFieldproceduresfortestinggeodeticandsurveyinginstruments-Parts3:theodolitesJJG9492000经纬仪检定装置检定规程JJG20572006平面角计量器具检定系统2.1编制说明取消项目（1）光学测微器隙动差一方面参考了GB/T31612003光学经纬仪的要求，另一方面光学测微器隙动差的检测放在了外观要求上，因为对于经纬仪检定人员来讲，来回转动光学测微器，观察其是否有跳动和阻滞现象，就可判断其是否合格。（2）光学测微器行差在所有输出量中都有其反应。（3）照准部偏心差和水平度盘偏心差。照准部偏心差和水平度盘偏心差检定过程繁琐，大部分单位都不进行此项检定，况且在检定照准部旋转正确性和2C变化量参数时2.1编制说明2术语增加了一测回水平方向标准偏差和一测回竖直角测角标准偏差两个测绘专业术语。3主要检定器具主要检定器具增加了平行光管、竖直角标准装置的技术要求，其指标参考了国内生产厂家的指标以及量值需求。182.1编制说明4照准部旋转正确性照准部旋转正确性主要为了检测其照准部在旋转过程中是否具有双周期误差，新规程在原来基础上由每隔45观察气泡位置改为每隔90观察气泡位置，简化了程序。5视准轴与横轴的垂直度视准轴与横轴的垂直度在原来检测方法外增加了多齿分度台法，并放在了附录中，因为该方法在检测原理上与原方法是一致的，而国内很多单位都建2.1编制说明6横轴与竖轴的垂直度横轴与竖轴的垂直度在原来检测方法外增加了高低点、低平点和高平点上利用经纬仪读数的方法，并放在了附录中。以被检仪器本身的测微器观测读数，而不使用平行光管读数的原因是平行管管本身的分辨力有限，最小格值30，较之DJ2级及以上经纬仪测微器读数分辨力低。低平点和高平点在检测准确度低于高低点，但能满足量值要求，有很多单位都建立了该标准，而没有建立高低点标准。2.1编制说明7、竖盘指标自动补偿误差竖盘指标自动补偿误差采用了GB/T31612003光学经纬仪中的试验方法和技术指标。2.1编制说明8、一测回竖直角测角标准偏差（1）多目标法参考了国际标准ISO17123-32001推荐的方法，利用多目标进行检测，而不需知道其真值。（2）标准竖直角法对竖直角测角示值误差进行检测利用有标准竖直角的装置，根据偏差值即可算出。但根据国内目前拥有的检定装置来说，目标的竖直角可以标定，但其在短时间内会发生变化，而目标之间的角度却会很稳定。因此编写组提出了装置要对其各目标与水平方向之间的角度进行标定给出标准值，其水平方向的竖直角则利用各方向观测的竖直角进行平均得出，则其他目标竖192.1编制说明9、水平方向最大分度间隔误差经纬仪的检定一直是国内计量人士比较头疼的问题，他们认为：一测回水平方向标准偏差只是一个内部符合方面的指标，是仪器准确度的一个组成部分，不能完整的衡量一个仪器的质量特性，示值方面没有进行检定，就无法进行量值溯源。2.1编制说明经纬仪是用于测量水平角和竖直角的精密光学仪器，它的标准器件是水平度盘和竖直度盘，对度盘的分度误差和度盘直径误差进行检定就能实现量值传递。光学经纬仪是利用盘左盘右进行对径读数的仪器，所以对经纬仪进行度盘直径误差进行检测最为恰当。要对经纬仪进行度盘直径误差检测就得利用多齿分度台的整度（例如5、10、15等），而不考虑光学测微器和轴系误差的影响。但国内已经利用552齿多齿分度台建立了大量标准装置进行一测回水平方向标准偏差的检测，而一测回水平方向标准偏差要求利用不同的度分秒分配来检测，这就是说，用多齿分度台进行检测一测回水平方向标准偏差和度盘直径误差就得分别进行检测，工作量加大。2.1编制说明经纬仪编写组综合考虑了经纬仪检测现状，提出了水平方向最大分度间隔误差的概念，即利用经纬仪进行角度观测时，其提供的角度量值和约定真值出现的最大误差。它考虑了度盘和光学测微器的综合影响，在利用多齿分度台进行一测回水平方向标准偏差的同时可以检测水平方向最大分度间隔误差，不至于使检测工作量加大。审定委员会在会议评审中考虑到测绘行业的特殊性，认为水平方向最大分度间隔误差可以放在附录中，仅供使用者参考。2.1编制说明JJG414-2011光学经纬仪检定规程经国家质量监督检验检疫总局于2011年11月14日批准，2012年5月14日实施。202.2光学经纬仪的检定范围首次检定的目的是为了确定新生产的计量器具其计量性能，是否符合其批准时型式所规定的要求；后续检定的目的是为了确定计量器具自上次检定，并在有效期内使用后，其计量性能是否符合所规定的要求。后续检定包括有效期内的检定，周期检定以及修理后的检定。经安装及修理后对计量器具计量性能有重大影响时，其后续检定原则上须按首次检定进行。使用中检验的目的是为了检查计量器具的检定标记或证书是否有效，保护标记是否损坏，检定后的计量器具状态是否受到明显变动，其误差是否超过使用中的2.2光学经纬仪的检定术语一测回水平方向标准偏差在望远镜正倒镜位置观测同一目标所得水平方向值平均值的实验标准偏差。一测回竖直角测角标准偏差在望远镜正倒镜位置观测同一目标所得竖直角平均值的实验标准偏差。表1计量性能一览表（）序号项目计量性能要求DJ07DJ1DJ2DJ6DJ301视准轴与横轴的垂直度56810162横轴与竖轴的垂直度10101520603竖盘指标差10121620324望远镜调焦运行误差661015405竖盘指标自动补偿误差3334.56一测回水平方向标准偏差0.60.81.64207一测回竖直角测角标准偏差2261045注：进口经纬仪的一测回水平方向标准偏差和一测回竖直角测角表2主要检定器具一览表序号主要检定器具技术要求1立式多齿分度台最大分度间隔误差0.32竖直角标准装置最大分度间隔误差1.03平行光管焦距500mm；分划板格值30()/格4准线仪或准线光管目标数5；视准线直线度321表3检定项目一览表序号检定项目检定类别首次检定后续检定使用中检验1外观及各部件的相互作用+2水准器轴与竖轴的垂直度+3照准部旋转正确性+4望远镜十字分划板竖丝的铅垂性+5视准轴与横轴的垂直度+6横轴与竖轴的垂直度+7竖盘指标差+8望远镜调焦运行误差+9光学对中器对中误差+10竖盘指标自动补偿误差+11一测回水平方向标准偏差+12一测回竖直角测角标准偏差+检定类别中，“+”号为需检项目；“”号为不需检项目。2.2光学经纬仪的检定外观及各部件相互作用1.1经纬仪外表应无脱漆、锈蚀和碰伤；零件结合处应齐整，密封良好。1.2望远镜十字分划线、度盘、游标或测微尺分划线应成像清晰、不应有刻线粗细不均、断线等现象。1.3光学部件的表面不应有水迹、油迹及灰尘、擦伤、霉点和麻点，胶合面不应有脱胶现象、镀膜面应无脱膜腐蚀现象。1.4望远镜和读数显微镜视场内应有足够的亮度，且亮度均匀。1.5圆形及管状水准器无松动现象。经纬仪整平后，圆形水准器的气泡不得超出水准器的分划圈。2.2光学经纬仪的检定1.6转动机构及微动机构运转平滑，无跳动和阻滞现象，制动机构的作用平稳可靠。1.7调节望远镜的目镜时，望远镜分划板影像应无明显晃动现象。1.8当望远镜调焦到无穷远时，松开横轴制动螺旋，望远镜应保持平衡，不应有超过视场1/4的自行转动现象。1.9经纬仪应标注制造厂名（或厂标）、出厂编号、型号，国产经纬仪必须有计量器具制造许可证编号及MC标志。对于后续检定和使用中检验的经纬仪，允许有不影响准确度的有关缺陷。2.2光学经纬仪的检定水准器轴与竖轴的垂直度将被检经纬仪安装在检定台上并精确整平，旋转照准部使其管状水准器与任意两脚螺旋连线平行，调整脚螺旋使水准气泡精确居中，旋转照准部180，观测气泡位置，取气泡位置偏移量的一半为垂直度偏差。222.2光学经纬仪的检定照准部旋转正确性精确整平经纬仪，使竖轴铅垂，读取照准部上的管状水准器水准气泡两端读数；顺时针方向旋转照准部，每隔90读取水准气泡一次，顺时针方向进行两周检定逆时针方向旋转照准部，每隔90读取水准气泡一次，共进行两周。取每一周中对径位置读数的平均值，取四周检定中最大值与最小值之差为照准部旋转的正确性。2.2光学经纬仪的检定望远镜分划板竖丝的铅垂度在离被检经纬仪4m左右处悬挂一垂球，其悬丝必须细直，垂球浸在油或水内，以防摆动。精确整平经纬仪，观察分划板竖丝是否与垂球悬丝平行，使竖丝上端与垂线影象重合。观察竖丝下端，不应有目力可见的不重合现象。2.2光学经纬仪的检定视准轴与横轴的垂直度对径法在室内布置两支光轴在同一水平线、相差180的平行光管，其中一支须装有格值不大于30()/格的分划板。光管标有格值的光管经纬仪2.2光学经纬仪的检定精确整平经纬仪，以盘左位置瞄准平行光管的十字丝分划板中心，固定照准部，纵转望远镜180，在平行光管的分划板横丝上读取经纬仪竖丝所在位置的格数b1。旋转照准部180，以倒镜位置重复上述检定并读取格数b2。视准轴与横轴的垂直度按下式计算：tbbc)(4112232.2光学经纬仪的检定附录A.1：多齿分度台法精确整平经纬仪，以正镜位置瞄准平行光管的十字分划板中心，固定照准部，旋转多齿分度台180，纵转望远镜180，在平行光管的分划板横丝上，读取竖丝所在位置的格数b1。旋转照准部180，以倒镜位置重复上述检定并读取格数b2。视准轴与横轴的垂直度按下式计算：tbbc)(41122.2光学经纬仪的检定横轴与竖轴的垂直度将带有十字丝分划板的平行光管按图3布置，平行光管I和平行光管大致处于同一铅垂直面内。高、低两光管相对水平方向的夹角约为30，两夹角对称度小于30。3030经纬仪2.2光学经纬仪的检定高低点光管读数法精确整平经纬仪，以盘左位置瞄准平行光管I的十字丝分划板中心，向下旋转望远镜，在平行光管的横丝上读取望远镜十字线竖丝所在位置的格值A（以实际刻划为准）；以盘右位置重复上述操作并读取格值B。此为一测回。横轴与竖轴垂直度按下式计算：cot4)(tBAi2.2光学经纬仪的检定附录2.2：高低点经纬仪读数法精确整平经纬仪，以正镜位置照准高点平行光管，读取水平度盘读数为L高，旋转望远镜照准低点平行光管，读取水平度盘读数为L低；旋转照准部180，以倒镜位置重复上述检定并读数为R高，R低。横轴与竖轴的垂直度按下式计算：cotRLRLi低低高高41242.2光学经纬仪的检定平低点或平高点经纬仪读数法精确整平经纬仪，以正镜位置照准平点平行光管，读取水平度盘读数为L平，旋转望远镜至低点（或高点）照准平行光管，读取水平度盘读数为L低（或L高）；旋转照准部180，以倒镜位置重复上述检定并读数为R平，R低（或R高）。低低低低平平cotsec21RLRLi高高平平高高cotsec21RLRLi2.2光学经纬仪的检定竖盘指标差精确整平经纬仪，以盘左位置用望远镜分划板十字丝横丝瞄准水平位置平行光管十字丝分划中心，符合水泡符合，然后读取竖直度盘读数，取两次读数的平均值L；望远镜翻转180，旋转照准部，以盘右位置重复上述检定，取两次读数的平均值R。竖盘指标差I按下式计算（公式的选择见仪器说明书）：2360)(RLII=(L+R)-1802.2光学经纬仪的检定望远镜调焦运行误差将经纬仪安置在检定台上，照准管内安置不少于5块分划板的准线仪（或准线光管），各分划板十字丝中心应严格在一条直线上（或有微小误差但有其修正值）调节经纬仪照准部和准线仪微调螺丝，使经纬仪与准线仪无穷远和最短视距十字丝中心重合。以盘左位置从最短视距到无穷远对各目标逐个瞄准，并读取水平角读数，再从无穷远到最短视距进行上述检定作为返测，取各点往返测读数的平均值。以望远镜盘右位置重复上述检定，取平均值。2.2光学经纬仪的检定视轴各点的照准差按下式求得：2180iiiRLC望远镜调焦运行误差按下式计算：iiCCC取绝对值最大值为检定结果。当准线仪（或准线光管）中各目标分划板严格准直后，可通过直接比对检出调焦运行误差。252.2光学经纬仪的检定光学对中器视准轴与竖轴的同轴度对于光学对中器安置在仪器照准部上的经纬仪，固定基座，转动照准部，观测距经纬仪O.6m和1.5m处分划板上的最大变化量。对于光学对中器安置在仪器基座上的经纬仪，固定照准部，转动基座，观测距经纬仪O.6m和1.5m处分划板上的最大变化量。取上述检定所得的最大变化量绝对值的平均值的一半为检定结果。2.2光学经纬仪的检定竖盘指标自动补偿误差将经纬仪安置在带微倾工作台上，使经纬仪望远镜与平行光管物镜相对排列，其视轴大致水平并基本重合，整平经纬仪。以平行光管分划板十字丝为目标，调整微倾装置，使经纬仪先后处于五个状态（经纬仪竖轴位于铅垂、前倾、后倾、左倾、右倾2的整置状态为i=1，2，3，4，5）。每个状态进行2个测回（测回号j=1，2）。读取天顶距Zi以竖轴五个状态的天顶距读数平均值为基准，计算天顶距和竖盘指标差变化量,取（或）的绝对值最大值为检定结果。51iiiiZ51ZZ2.2光学经纬仪的检定一测回水平方向标准偏差A.多目标法沿经纬仪水平方向的圆周上，安置46个平行光管作为照准目标，用全圆方向观测法进行检定。平行光管的布局应呈随机状态，夹角的角值为度、分、秒分布。经纬仪型号DJ07DJ1DJ2DJ6DJ30测回数129644半测回归零差()23412一测回二倍照准差互差()5683090测回差()466182.2光学经纬仪的检定当经纬仪水平角需要观测n个测回时，为了减低度盘分划误差的影响，在每一测回观测完毕之后，应根据测回数n，将度盘读数改变（180/n）度，再开始下一测回的观测。262.2光学经纬仪的检定将经纬仅安置在检定台上，精确调平，整置水平度盘于受检位置。照准部顺时针方向旋转一周后，以盘左位置照准目标l，测微器两次读数，并取平均值为。依次照准目标2、3、n，分别读数，并取平均值。最后照准起始目标1，回零读数，取起始零位与回零读数的平均值为盘左起始方向值。将经纬仪望远镜翻转180，以逆时针方向旋转，分别照准目标1、n、,3、2、1，分别读数取平均值。2.2光学经纬仪的检定在第i测回观测中，目标j相对于目标1的角度值：11)(122212nmnvvsminjijnjmiijH2180218011iiijijijRLRLmiijijijmv11一测回水平方向标准偏差按下式求得：2.2光学经纬仪的检定b.多齿分度台法多齿分度台置于零位，转动照准部对准平行光管目标，转动度盘变换按钮置水平度盘位于0，顺时针旋转照准部一周，望远镜照准平行光管目标，盘左读数两次。多齿分度台按预先部点逆时针方向旋转到第二位置，经纬仪照准部以顺时针方向旋转并照准平行光管目标，盘左读数两次。然后以同样方法检定3、4、，n位置，最终回到零位。回零读数不参与一测回水平方向标准偏差计算，回零差超过表5规定时需重测该测回。望远镜翻转180，逆时针方向旋转照准部照准目标，盘右两次读数，多齿分度台顺时针旋转到第二位置，经纬仪照准部逆时针旋转照准目标，依次检定各位置，最终回到零位。2.2光学经纬仪的检定各受检点的分度误差:标aaaiijij0njijijijn11)1(112nmsminjijH各受检点方向误差:一测回水平方向标准偏差:当测站上观测方向数为n，观测m个测回时，则测站上总的观测量为nm，而未知数为m，所以多余观测的个数为：r=nm-m=m(n-1)272.2光学经纬仪的检定取零起分度误差中最大值和最小值之差为该测回水平方向最大分度间隔误差。取各测回水平方向最大分度间隔误差最大值为最后检定结果。用多齿分度台法检定一测回水平方向标准偏差时，应给出水平方向最大分度间隔误差。水平方向最大分度间隔误差只给实测数据，不作判定合格与否依据。minmaxivv2.2光学经纬仪的检定一测回竖直角标准偏差竖直角目标平行光管经纬仪图4竖直角检定装置检定时，将经纬仪安置在检定台上并精确整平，依次对各目标进行正镜和倒镜观测，得天顶距观测值，至少进行4测回。2.2光学经纬仪的检定多目标法m1iijj1m各目标竖直角平均值：jijij)(minjH1mn112ij各目标残差：当测站上观测方向数为n，观测m个测回时，则测站上总的观测量为nm，而未知数为n个竖直角，所以多余观测的个数为r=nm-n=n(m-1)2.2光学经纬仪的检定标准角法一测回竖直角标准偏差用竖直角检定装置检定，检定装置如图5所示。该装置在30范围内不少于5个目标，每个目标的方向值应为非整度数，它们与水平方向的夹角构成标准竖直角。检定时，将经纬仪安置在检定台上并精确整平，依次对各目标进行盘左和盘右观测，得观测值和。在每一位置观测时，读数两次取平均值。282.2光学经纬仪的检定)1(112nmminjijV其它目标的竖直角为：一测回竖直角标准偏差:对每测回，水平目标竖直角的平均值：njjijn1ijn1ji3d1n1i3jji3iji3d)(vjijij竖直角的残差：当测站上观测方向数为n，观测m个测回时，则测站上总的观测量为mn，而未知数为m个（m个测回有m个水平方向竖直角），所以多余观测的个数为r=mn-m。举例1、用多目标法检定DJ2经纬仪一测回水平方向标准偏差时，为确保检定结果准确度，对半测回归零差进行了限差要求，它的限差为A.3B.4C.6D.122、经安装及修理后对计量器具计量性能有重大影响时，其后续检定原则上须按进行。A.首次检定B.使用中检验C.周期检定D.修理后检定3、以下关于用多齿分度台法检定经纬仪一测回水平方向标准偏差方法中，的描述是错误的。A.检定前，必须精细调平并使经纬仪回转轴与多齿分度台回转中心同轴B.半测回归零差超限时，应重测该测回C.往测时多齿分度台逆时针旋转，返测时多齿分度台顺时针旋转D.回零读数需参与一测回水平方向标准偏差计算4、JJG414-2003规定，用552齿多齿分度台法检定DJ2经纬仪一测回水平方向标准偏差时，需检定测回数和受检点数分别为。A.1测回15点B.1测回23点C.2测回15点D.2测回23点1、对DJ07、DJ1、DJ2级经纬仪，检定整置位置A处光学测微器行差时，需对分划线分别符合进行检定（t为度盘分划线格值）。A.A与A180B.A-t与Al80C.A与Al80-tD.A-t与Al80-t2、以下关于用多目标法检定经纬仪一测回水平方向标准偏差方法中，的描述是错误的。A.沿经纬仪水平方向的圆周上，安置46个平行光管作为照准目标B.半测回归零差超限时，只需重测零方向即可。C.上半测回，以顺时针方向旋转，下半测回，以逆时针方向旋转D.照准目标时，两次照准目标并取平均值为读数值291、当望远镜调焦到无穷远时，松开横轴制动螺旋，望远镜应保持平衡，不应有超过视场1/4的自行转动现象。2、检定一测回水平方向标准偏差时，一测回二倍照准差互差和测回差超限时，重测超限方向即可。3、JJG414-2003规定，进口经纬仪的一测回水平方向标准偏差不得大于其出厂标称值，其它检定项目应本着就高不就低的原则执行。第三章全站仪基础理论3.1全站型电子速测仪简介全站型电子速测仪，简称全站仪，是一种兼有自动测角、测距、计算和数据自动记录及传输功能的自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统。全站仪按其结构分为整体式和组合（积木）式两种。整体式全站仪是指将测距、测角与电子计算单元和仪器的光学机械系统设计成整体；组合（积木）式全站仪则分别由各自独立的光电测距头、电子经纬仪与电子计算单元组成。3.1全站型电子速测仪简介电子经纬仪与光学经纬仪不同，它采用了光电测角方法，不但在准确度上达到甚至超过了光学经纬仪，在数据自动获取和处理上也是光学经纬仪所不能比拟的。可以断言，电子经纬仪将逐渐取代光学经纬仪。光电测角可分为编码法、动态法和增量法。前两种属绝对测角法，后者为相对测角法。303.1全站型电子速测仪简介编码法在玻璃度盘的同心圆不上设置等间隔的透光和不透光的黑区和白区，这些同心圆环称为码道，设码道数为n，则整个度盘可分为2个码区，这样的度盘称为编码度盘，码区呈径向辐射状。每一码区对应一个二进制数，经过译器处理可得到编码度盘上区的绝对位置，故称绝对测角法。图1-193.1全站型电子速测仪简介要提高编码度盘的角度分辨率，就必须增加码道数n。由于度盘尺寸有限，码道若分得太多，则光电二极管就必须作得很小。码区弧长S，码道宽度R，度盘直径R和码道数n有下述关系：nRnRS22)(3.1全站型电子速测仪简介增量法增量法测角所用的度盘是光栅度盘，光栅是在玻璃表面上刻制成等距的透光缝隙和不透光的栅线，光栅度盘也可视为一种特殊的编码度盘，在电子经纬仪测角中所采用的光栅多为幅值透射径向光栅。这种利用累计脉冲数来测角的方法称为增量法。增量法只能测定度盘的绝对位置，故称相对测角法。为了提高测角分辨力，在测角中利用了莫尔纹效应和电子细分技术。3.1全站型电子速测仪简介动态法人们基于度盘全部分划误差的总和等于零这一认识，采用度盘旋转使电子元件对全度盘分划扫描并取均值的方法。这种全新的测角系统称为动态法测角系统。图121313.2全站型电子速测仪单轴补偿器竖轴在视准轴方向的倾斜分量对竖直度盘读数的补偿双轴补偿器竖轴在视准轴方向的倾斜分量对竖直度盘读数的补偿竖轴在横轴方向的倾斜分量对水平度盘读数的补偿。内部程序可消除仪器内部某些系统误差的影响，如照准差，指标差，横轴与竖轴的垂直度等。电子经纬仪各误差项的检定和置入均由指令完成，操作者只须根据指令提示一步一步完成即可。仪器型号不同，指令也不同。3.2全站型电子速测仪电磁波测距基本原理是利用电磁波在空气中传播的速度为已知这一特性，测定电磁波在被测距离上往返传播的时间来求得距离值。置于A点的仪器，发射出电磁波，被B点的反射器反回并为A点的仪器接收。设电磁波在AB距离上往返传播时间为t2D，则距离D写为DtcD2213.2全站型电子速测仪脉冲法测距是一种直接测定电磁波脉冲信号的待测距离上往返传播的时间t2D。首先激光发射器发出一束脉冲，通过光学系统射向被测目标。与此同时，还有一部分光脉冲被送入接收光学系统，转换为电脉冲（主波脉冲），作为计时的起始信号，经触发器去要开电子门，让时脉冲通过，并由计数器记下通过的时标脉冲的个数。激光器发射的光脉冲到达被测目标后，经反射，回光脉冲被光电接收器，并将光脉冲转换为电脉冲（回波脉冲），作为计时终止信号，经放大器送触发器，去关闭电子门，则时标脉冲停止通过。3.2全站型电子速测仪相位法测距采用测定连续正弦波信号（调制光波）往返于测距离上相位差，间接求定距离的方法。2221fCctD)()2(2NNLNDs323.2全站型电子速测仪由于相位计只能辨认的相位差，而不能测出整相位的个数。所以只能求出不足整测尺的距离值。为了求得完整距离，在测距仪上，采用多把测尺，即多个调制频率的方法来解决。3.2全站型电子速测仪周期误差光电信号窜扰而使测距尾数按精测尺长为周期变化。周期误差主要源于仪器内部固定的干扰信号，变化规律呈正弦函数。按照测距结果的尾数大小生变化。加常数测距部光学零点和对点器不一致。乘常数仪器时间基准偏差造成，与距离成比例。幅相误差接受电子线路及自适应系统特性不完善，回光信号存在强弱不同而导致的测距误差。举例1、全站型电子速测仪由组成。A.光电测距单元B.电子测角C.微处理器单元D.电子记录单元2、高精度的电子经纬仪大都具有双轴补偿器，是指A.竖轴在视准轴方向的倾斜分量对竖直度盘读数的补偿B.竖轴在视准轴方向的倾斜分量对水平度盘读数的补偿C.竖轴在横轴方向的倾斜分量对竖直度盘读数的补偿D.竖轴在横轴方向的倾斜分量对水平度盘读数的补偿3、JJG100-2003规定，基础性调整与校准包括调整水准管和电子气泡和等。A.补偿器零位的