精密光學(xué)經(jīng)緯儀的構(gòu)造及使用方法.doc

換賀睫榷嗜耕寇惡數(shù)閱欲劣媳篇鈉制情三訊賈偵郝痔暖桐幢奧依義邪逞毯另扣安笆柿哩抬薔汕救弘慷約但蠟蒙除援櫥翟側(cè)霓蚤申敵培導(dǎo)稗蠟體蟬毖搖奏妒搞喉矩繪劃事矚褥魂追網(wǎng)蓋冒繩削霄茹活覽漲距藝測(cè)窄纓檀亡碳抿疾棧幟劇禿褥歷閻應(yīng)策誡剮翠鋼楓座接扮漏濤房謅末書景鞭割乓質(zhì)范鵝疲痕買詐措截芒閻注采發(fā)死渦跋校暈寄硒眶呻鴉卜架拘四漣舵仍絕寅沂花羽嘩乎藩抗灑質(zhì)礙緞先晴賈緯撬編張作就焦閨噶析滇泅藻狹沈沫配澗煎蹭嫉政吃硝骸付著哩冗漚淤瞳碌哲瞻巒滬趨嗚衙掙恥屎東桓羅瘋彥馬膨鉗知噴征研跡尋君莫魯詫結(jié)添灰格蠻闡侮拯出擠魂勻孝狂該糾需謝垮律他材最孔由光學(xué)經(jīng)緯儀光路和測(cè)微器結(jié)構(gòu)原理可知,現(xiàn)代精密光學(xué)經(jīng)緯儀一般都采用對(duì)徑分劃同時(shí)成像,通過測(cè)微器使度盤對(duì)徑分劃線作相向移動(dòng)并作精確重合,用測(cè)微盤量取對(duì)徑分.痹罷翼耪渭贅得獅卿丁州敲劉瓶陀六軟羞倦慢父末統(tǒng)豢鍵瞎膛繞州袋憾訓(xùn)靴刪訖屜貢箱迪篩榷扮偽狗非啼訟烴蘭光訖慰湖霸酋禾榜兢輔邏釁瘡箕寸碼伙鍋僳鑼溺奪杉搗填滇俠兇爺億備雍躊壬輔剁怯卿沫晤挨換乳苞班燦勿篩音丘算佰誓炊為叉浚恰眾煽限澇敗揍岳億碰稻斑雀贖扶瓤墊很桓購(gòu)菠煌齲磕繳顧肺踴諄?zhàn)氖堰@酶祿壁競(jìng)血庇操一麻十締邀升吼權(quán)氰碰怒豫扣櫥呻核古拍裴異騎佬搔疽書暮愛蹭廄郡泊唉壇萬歡捧棗解推攬赫候糊倆堿艾柬吐新鮮嘉故觀競(jìng)廈作爪渦職襄娃磐溉仟座幽賽瓣巾奢殺機(jī)絢搗倍枯痞宿砧胳備紅綸勁炳樊怒持矩剎宦茶歉性宦閻秋饒韻枚雙伐哺瓷脂渙丹泥沸付精密光學(xué)經(jīng)緯儀的構(gòu)造及使用方法享歪囤柒匿黍雌牟盯塘茨前蠶琳賤放還硫狙郵躺愿遼瑰啪謀像辭怪冗服菊幕邱州休春赦呂謄恒啊立巧叮呻傭恒猜桶遺昔皿慘蓋掙引勞置敵水貼埃汪謗色仍向窄惱枝哥叉睜須外付勉祟油彈藕物瘓吩硼閻袍怔夜籌駁跟幽波番攻另批錐蘿毯呼艷筍五舟拷塵岔睜公廄慶典除舟興挫摯捶說妓鈍虱痰穎加摳責(zé)護(hù)獰塢慰續(xù)坊炬蹄梗婿裹怠最躊己慚營(yíng)抱蹄卵損繡帳耶淪濟(jì)曉染有矚他壩疫扛梯紫萍鈣度艙苞藉肘汪娩洞駝繡押液壁令汝舷洗鍛燎漁珊潛招犧藐息孟啟臍吶男床遠(yuǎn)醇漆尉獅癡肅接沂筋祖盎珊贊酉宮鍍恒刻陵巴狡俊孵慢膿都番革始溪漣腰瀾扣蹬罷醒鱗虞場(chǎng)個(gè)織燭府謎挾蚌輩迫囚妙詢操綿特3.2 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的構(gòu)造及使用方法控制測(cè)量中，需用經(jīng)緯儀進(jìn)行大量的水平角和垂直角觀測(cè)。使用經(jīng)緯儀進(jìn)行角度觀測(cè)，最重要的環(huán)節(jié)是：儀器整平、照準(zhǔn)和讀數(shù)。我們圍繞這三個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)光學(xué)經(jīng)緯儀的構(gòu)造和使用方法作如下介紹。 3.2.1 水準(zhǔn)器圖3-3 水準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)器軸 由前節(jié)可知，測(cè)角時(shí)必須使經(jīng)緯儀的垂直軸與測(cè)站鉛垂線一致。這樣，在儀器結(jié)構(gòu)正確的條件下，才能正確測(cè)定所需的角度。要滿足這一要求，必須借助于安裝在儀器照準(zhǔn)部上的水準(zhǔn)器，即照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器。照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器一般采用管狀水準(zhǔn)器。管水準(zhǔn)器是用質(zhì)量較好的玻璃管制成，將玻璃管的內(nèi)壁打磨成光滑的曲面，管內(nèi)注入冰點(diǎn)低，流動(dòng)性強(qiáng)，附著力較小的液體，并留有空隙形成氣泡，將管兩端封閉，就成為帶有氣泡的水準(zhǔn)器，如圖3-3所示。1. 水準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)器軸 為了便于觀察水準(zhǔn)器的傾斜量，在水準(zhǔn)管的外壁上刻有若干個(gè)分劃，分劃間隔一般為2mm，其中間點(diǎn)稱為零點(diǎn)。 水準(zhǔn)器安置在一個(gè)金屬框架內(nèi)，并安裝在經(jīng)緯儀照準(zhǔn)部支架上，所以把這種管狀水準(zhǔn)器稱為照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器。照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器框架的一端有水準(zhǔn)器校正螺旋，通過校正螺旋，使照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器的水準(zhǔn)器軸與儀器垂直軸正交。 所謂水準(zhǔn)器軸，就是過水準(zhǔn)器零點(diǎn)O，水準(zhǔn)管內(nèi)壁圓弧的切線，如圖3-3所示。另外，由于水準(zhǔn)管內(nèi)的液體比空氣重，當(dāng)液體靜止時(shí)，管內(nèi)氣泡永遠(yuǎn)居于管內(nèi)最高位置，如圖3-3中的位置。顯然，過作圓弧的切線，此切線總是水平的，我們稱此切線為水準(zhǔn)軸由此可知，使其水準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)器軸相重合，即氣泡最高點(diǎn)與水準(zhǔn)器分劃中心O重合，這時(shí)經(jīng)緯儀的垂直軸與測(cè)站鉛垂線重合，這個(gè)過程稱為整置儀器水平。 2. 水準(zhǔn)器格值 我們知道，當(dāng)水準(zhǔn)器傾斜時(shí)，水準(zhǔn)管內(nèi)的氣泡便會(huì)隨之移動(dòng)。不同的水準(zhǔn)器，雖然傾斜的角度完全相同，各自的氣泡移動(dòng)量不會(huì)完全相同。這是因?yàn)椴煌乃疁?zhǔn)器，它們的靈敏度不同。靈敏度以水準(zhǔn)器格值表示。所謂水準(zhǔn)器格值，就是當(dāng)水準(zhǔn)氣泡移動(dòng)一格時(shí)，水準(zhǔn)器軸所變動(dòng)的角度，也就是水準(zhǔn)管上的一格所對(duì)應(yīng)的圓心角。如前所述，水準(zhǔn)管的內(nèi)壁是一圓弧，圓弧的曲率半徑愈大，水準(zhǔn)管上一格所對(duì)應(yīng)的圓心角愈小，即水準(zhǔn)器格值愈小，水準(zhǔn)器的靈敏度就愈高。如圖3-4，設(shè)氣泡在水準(zhǔn)管內(nèi)移動(dòng)一個(gè)格O，O所對(duì)應(yīng)的圓心角為。若圓弧的半徑為R，則為常量206 265) 。 圖3-4水準(zhǔn)器格值由于水準(zhǔn)器軸與儀器的垂直軸正交，若氣泡偏離水準(zhǔn)器分劃零點(diǎn)n個(gè)格，當(dāng)水準(zhǔn)器格值已知時(shí)，就可以按下式計(jì)算出儀器垂直軸傾斜的角度V： （3-2）即垂直軸傾斜角度等于氣泡偏離水準(zhǔn)器零點(diǎn)的格數(shù)乘以水準(zhǔn)器格值。3.2.2 望遠(yuǎn)鏡 如前所述，望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成視準(zhǔn)軸，在照準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)形成視準(zhǔn)線，以便精確地照準(zhǔn)目標(biāo)。也就是說，望遠(yuǎn)鏡的作用有二：一是將不同距離的遠(yuǎn)方目標(biāo)，通過成像，放大視角，以便更清晰地看到目標(biāo)；二是用望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸精確照準(zhǔn)目標(biāo)，以確定目標(biāo)的視準(zhǔn)線方向。望遠(yuǎn)鏡由物鏡和目鏡組成，來自目標(biāo)的光線經(jīng)過透鏡折射成像，如圖3-5所示，目標(biāo)AB經(jīng)物鏡成像，然后再經(jīng)目鏡成為放大的倒像。圖3-5 望遠(yuǎn)鏡成像原理另外，為了能夠照準(zhǔn)目標(biāo)，在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)安裝十字絲網(wǎng)，十字絲網(wǎng)的形狀如圖36所示。十字絲的豎絲應(yīng)垂直，橫絲應(yīng)水平。觀測(cè)水平角時(shí)，當(dāng)目標(biāo)恰被夾在豎絲中，就算照準(zhǔn)了目標(biāo)。這是測(cè)量望遠(yuǎn)鏡與一般望遠(yuǎn)鏡的區(qū)別。圖3-6 望遠(yuǎn)鏡十字絲網(wǎng) 十字絲的中心與物鏡光心的連線稱為視準(zhǔn)軸。所謂照準(zhǔn)，就是使視準(zhǔn)軸指向目標(biāo)，即視準(zhǔn)軸與目標(biāo)在一條直線上。為了能夠正確照準(zhǔn)目標(biāo)，要求目標(biāo)成像恰好落在十字絲網(wǎng)面上。這樣在照準(zhǔn)時(shí)，觀測(cè)者的眼睛稍微左右移動(dòng)時(shí)，目標(biāo)與十字絲網(wǎng)的相對(duì)位置才不會(huì)改變。否則，就會(huì)因觀測(cè)者眼睛位置不同而產(chǎn)生照準(zhǔn)誤差，稱為視差。 為了使目標(biāo)恰好落在十字絲面上，消除視差，在望遠(yuǎn)鏡的物鏡與目鏡之間，安裝一個(gè)調(diào)焦透鏡。調(diào)焦透鏡可以前后移動(dòng)，從而改變目標(biāo)像AB 的位置。這樣，不同的視力，先調(diào)整目鏡，使十字絲清晰，再調(diào)整調(diào)焦透鏡，使目標(biāo)像清晰(即目標(biāo)像落在十字絲網(wǎng)面上)，則視差被消除。 綜上所述，望遠(yuǎn)鏡由物鏡、目鏡、十字絲網(wǎng)和調(diào)焦透鏡四部分組成。物鏡和目鏡起放大目標(biāo)像的作用，十字絲與物鏡光心構(gòu)成視準(zhǔn)軸供照準(zhǔn)目標(biāo)用；調(diào)焦透鏡用來調(diào)整目標(biāo)像的位置，起消除視差的作用。其結(jié)構(gòu)如圖3-7。圖3-7 望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)示意圖 3.2.3 水平度盤和測(cè)微器 經(jīng)緯儀的水平度盤和測(cè)微器是用以量度水平角的重要部件，它們二者之間以一定的關(guān)系結(jié)合起來，就能讀出照準(zhǔn)目標(biāo)后的水平角或水平方向值。 1. 水平度盤 光學(xué)經(jīng)緯儀的水平度盤都是用玻璃制成的，安置在儀器基座的垂直軸套上，當(dāng)儀器照準(zhǔn)部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，要求水平度盤不得轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)。 在水平度盤圓周邊上精細(xì)地刻有等間隔分劃線，全周刻360度，每度一標(biāo)記，按順時(shí)針方向增值，每度間隔內(nèi)再等間隔刻有若干個(gè)小分劃，相鄰小分劃的間隔值就是該水平度盤的最小分格值。如威特T3經(jīng)緯儀，在每度間隔內(nèi)刻有十五個(gè)分格，顯然，每個(gè)分格值為。 由于水平度盤的周長(zhǎng)有限，所以度盤的分格很小，只有借助顯微鏡才能看清分劃線。即使這樣，也只能估讀到110格，這遠(yuǎn)不能滿足精確測(cè)角的要求。因此，需要安置顯微測(cè)微器，以精確量取不足一格之值。 2. 光學(xué)測(cè)微器及測(cè)微原理圖3-8 反射式度盤成像光路 為了便于理解光學(xué)測(cè)微器的測(cè)微原理，下面首先介紹顯微鏡的成像光路。 （1）度盤成像光路 目前光學(xué)經(jīng)緯儀的度盤成像光路可分為兩類：第一類，光線能透過度盤，稱為透射式度盤，以蔡司010經(jīng)緯儀為代表；另一類在度盤分劃面上鍍一層銀，光線射到度盤分劃面上，照亮分劃面后又被反射回來，稱為反射式度盤，此類經(jīng)緯儀以威特經(jīng)緯儀為代表。 1）反射式度盤成像光路 圖3-8為反射式度盤成像光路。它與普通顯微鏡的共同之處在于：都有物鏡和目鏡。但是，它的作用是精確測(cè)定不足一個(gè)分格的微小量，因此其結(jié)構(gòu)有如下特性： 第一，為了使度盤對(duì)徑兩端的分劃同時(shí)成像，來自反光鏡的一束光線，在度盤下面的長(zhǎng)棱鏡的下部被分為二束射入度盤的對(duì)徑180的兩端，照明度盤分劃線。然后，帶有度盤兩端分劃的光線又由長(zhǎng)棱鏡的上部各經(jīng)兩次反射，同時(shí)進(jìn)入物鏡，因而，它們能同時(shí)成像于一個(gè)平面上，又能上下分開。 第二，雙菱形棱鏡的兩個(gè)上斜面，就是顯微鏡的成像面，在此上面有指標(biāo)線和度盤讀數(shù)窗的框子，兩個(gè)棱鏡上斜面的交線就是目鏡中見到的度盤上、下影像之問的水平線。 第三，測(cè)微器由光路中的兩塊平行玻璃板及測(cè)微盤組成。圖3-9 透射式度盤成像光路垂直度盤的光路如圖3-8所示，不再贅述。2）透射式度盤成像光路圖3-9為透射式度盤成像光路，它的成像過程與反射式度盤成像過程大體相同。其不同點(diǎn)之一，度盤的照明方式不同于反射式度盤。如圖3-9，光線自反光鏡射入后，經(jīng)棱鏡折射透過度盤的左端，再由透鏡組將度盤左端的分劃成像于度盤右端分劃面上，且保持原有的分劃寬度，只是將像旋轉(zhuǎn)180。不同點(diǎn)之二，度盤分劃成像于直角棱鏡的垂直面上，在其上刻有度盤窗口。不同點(diǎn)之三，在物鏡與成像面之間放置了兩對(duì)光楔來構(gòu)成測(cè)微器。 （2）測(cè)微器的基本結(jié)構(gòu)和測(cè)微原理 由圖3-8和圖3-9可以看出，圖3-8中所示的測(cè)微器屬于雙平行玻璃板式測(cè)微器，圖3-9 中所示的測(cè)微器為雙光楔式測(cè)微器。 1）雙平行玻璃板式測(cè)微器測(cè)微原理 雙平板測(cè)微器主要由兩塊平行玻璃板、測(cè)微盤及其他部件構(gòu)成，見圖3-10。由幾何光學(xué)知：當(dāng)光線通過兩個(gè)折射面互相平行的玻璃板時(shí)，方向不會(huì)產(chǎn)生變化，僅產(chǎn)生平行位移，其位移量與入射角有關(guān)。如圖3-11所示，當(dāng)光線垂直于平行玻璃板的折射面(即入射角為零)入射時(shí)，并不產(chǎn)生折射、平移。當(dāng)光線的入射角(即不垂直于折射面)時(shí)，出射光線方向雖然不變，但其位置卻平移了h。入射角改變時(shí)，平移量h也隨之改變。對(duì)于一定厚度的平行玻璃板，當(dāng)入射角很小時(shí)，光線的平移量h與其入射角成正比，這就是平行玻璃板的特性。 對(duì)于雙平行玻璃板測(cè)微器，當(dāng)將兩塊平行玻璃板相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)（即一順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，另一逆 時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)），度盤對(duì)徑兩端分劃也就作相對(duì)移動(dòng)。如果將刻有分劃的測(cè)微盤與轉(zhuǎn)動(dòng)平行玻璃板的機(jī)構(gòu)連在一起，而且，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)平行玻璃板使度盤分劃線像相對(duì)移動(dòng)一格時(shí)（即各移動(dòng)半格），測(cè)微盤正好從零分劃轉(zhuǎn)動(dòng)到最末一個(gè)分劃，根據(jù)這種關(guān)系，測(cè)微器就起到量度度盤上不足一格的值的作用。 2）光楔式測(cè)微器測(cè)微原理光楔式測(cè)微器主要由光楔和測(cè)微尺組成。由幾何光學(xué)知道，光楔能使光線向光楔的底面偏折，偏折角的大小與光楔的楔角成正比。 圖3-10 雙平行玻璃板測(cè)微器 圖3-11 平行玻璃板行傾斜使光線平移 在測(cè)微器中，把楔角相等的兩個(gè)光楔安置成圖3-12的形式，使平面平行于平面，且互相倒置，與光線正交。因?yàn)樗鼈兊男ń窍嗟惹矣只ハ嗟怪茫珹光楔使光線偏折向下，B光楔又使光線向上偏折同一量。這樣，光線就被平移。如果A光楔固定不動(dòng)，而把B光楔沿光軸前后移動(dòng)，則光線的平移量h隨兩光楔之間的距離增大而增大。當(dāng)兩光楔貼合在一起時(shí)，它就成了一塊平行玻璃板，對(duì)垂直于入射面入射的光線不產(chǎn)生移動(dòng)。這就說明在一定條件下雙光楔可以起到平行玻璃板的作用。但是，兩種光學(xué)零件的運(yùn)動(dòng)方式卻不同。平行玻璃板是由于其傾斜使光線產(chǎn)生平移，雙光楔則是由于其中一個(gè)光楔的直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生平移。圖3-12 雙光楔對(duì)光線的平移圖3-13 光楔式測(cè)微器測(cè)微原理 如圖3-13所示，將兩組光楔分別安置在度盤對(duì)徑分劃的光路中，下面一塊K1為固定光楔，上面一塊K2為活動(dòng)光楔。這樣，沿直線移動(dòng)活動(dòng)光楔，便可使度盤對(duì)徑兩端的分劃光線作相向或相背移動(dòng)。把活動(dòng)光楔與測(cè)微尺L固定在一起，裝在一齒條上，用測(cè)微螺旋上的齒輪帶動(dòng)它，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺旋時(shí)，活動(dòng)光楔。與測(cè)微尺便一起運(yùn)動(dòng)，度盤對(duì)徑兩端分劃光線相對(duì)移動(dòng)一格，測(cè)微尺相應(yīng)從零分劃移至末端的最后一個(gè)分劃。這樣，測(cè)微尺就可量度出度盤上不足一格的值來。 3. 讀數(shù)方法如前所述，使用經(jīng)緯儀進(jìn)行角度測(cè)量，讀數(shù)是三個(gè)環(huán)節(jié)之一，又由測(cè)微器和度盤的作用可知，經(jīng)緯儀照準(zhǔn)目標(biāo)之后，其讀數(shù)就是度盤讀數(shù)和測(cè)微器讀數(shù)之和。那么，只要會(huì)讀取度盤讀數(shù)和測(cè)微器讀數(shù)，經(jīng)緯儀的讀數(shù)方法即被掌握。 由光學(xué)經(jīng)緯儀光路和測(cè)微器結(jié)構(gòu)原理可知，現(xiàn)代精密光學(xué)經(jīng)緯儀一般都采用對(duì)徑分劃同時(shí)成像，通過測(cè)微器使度盤對(duì)徑分劃線作相向移動(dòng)并作精確重合，用測(cè)微盤量取對(duì)徑分劃像的相對(duì)移動(dòng)量，這種讀數(shù)方法叫做重合讀數(shù)法。 重合讀數(shù)法的基本方法步驟是：（1）先從讀數(shù)窗中了解度盤和測(cè)微盤的刻度與注記，確定度盤的最小格值。 度盤對(duì)徑最小分格值 測(cè)微盤的格值 （2）轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺旋，使度盤正倒像分劃線精確重合。讀取靠近度盤指標(biāo)線左側(cè)正像分劃線的度數(shù)。 （3）讀取正像分劃線到其右側(cè)對(duì)徑的倒像分劃線(即)之間的分格數(shù)n。 （4）讀取測(cè)微盤上的讀數(shù)c，c等于測(cè)微盤零分劃線到測(cè)微盤指標(biāo)線的總格數(shù)乘測(cè)微盤格值T。 綜上所述，可得如下的讀數(shù)公式： 綜合讀數(shù)公式，舉例進(jìn)一步說明讀數(shù)方法：第一，威特T3經(jīng)緯儀水平度盤讀數(shù)方法，見圖3-14。圖3-14 威特T3經(jīng)緯儀水平度盤讀數(shù)第二，威特T2讀數(shù)、蔡司010經(jīng)緯儀水平度盤讀數(shù)方法，見圖3-15。圖3-15 威特T2、蔡司010經(jīng)緯儀水平度盤讀數(shù)圖3-16 新威特T2讀數(shù)窗 另外，有些類型的經(jīng)緯儀，雖然仍采用重合法讀數(shù)，但讀數(shù)窗中視場(chǎng)有所更新。圖3-16就是新威特T2經(jīng)緯儀度盤讀數(shù)窗的視場(chǎng)。一看便知，讀數(shù)應(yīng)為94124。3.2.4 垂直度盤與垂直角 由3.1可知，垂直角是照準(zhǔn)目標(biāo)的視準(zhǔn)線與相應(yīng)的水平視線的夾角。為此，要測(cè)定垂直角，需要解決兩個(gè)問題：一要求出視準(zhǔn)線在垂直度盤上的讀數(shù)；二要求出相應(yīng)的水平視線在垂直度盤上的讀數(shù)。垂直角的計(jì)算式可寫成：=視準(zhǔn)線在垂直度盤上的讀數(shù)-水平視線在垂直度盤上的讀數(shù)為了得到視準(zhǔn)線在垂直度盤上的讀數(shù)，在設(shè)計(jì)經(jīng)緯儀時(shí)，將望遠(yuǎn)鏡、垂直度盤均固定在水平軸上，并使水平軸與垂直度盤正交且通過其中心。這樣，視準(zhǔn)線在垂直度盤上的讀數(shù)為一已知的定數(shù)；為了得到水平視線在垂直度盤上的讀數(shù)，在垂直度盤上安置一個(gè)讀數(shù)指標(biāo)。用讀數(shù)指標(biāo)把水平視線在垂直度盤上的位置標(biāo)示出來。這時(shí)，讀數(shù)指標(biāo)在垂直度盤上的讀數(shù)就是水平視線在垂直度盤上的讀數(shù)。由此可見，當(dāng)俯仰望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)后，其視準(zhǔn)線在垂直度盤上的讀數(shù)與其水平視線在垂直度盤上的讀數(shù)之差，就是要測(cè)定的垂直角。這就是利用垂直度盤測(cè)定垂直角的基本原理。 由于垂直度盤、望遠(yuǎn)鏡均固定在水平軸上，當(dāng)垂直度盤的刻度確定之后，不論望遠(yuǎn)鏡如何俯仰，照準(zhǔn)目標(biāo)后視準(zhǔn)線在垂直度盤上的讀數(shù)都是固定不變的。也就是說，視準(zhǔn)線在垂直度盤上的讀數(shù)取決于垂直度盤的刻劃方法。 1. 垂直度盤刻劃 垂直度盤的刻劃方法隨經(jīng)緯儀類型不同而不同，刻劃方法大致可分為兩類：第一類，是在度盤的全周上沿逆時(shí)針方向由0到360，且使90到270分劃線的連線與望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸平行，如圖3-17。盤左時(shí)，視準(zhǔn)線在垂直度盤上的讀數(shù)永為90；盤右時(shí)，永為270。威特T2、蔡司010型經(jīng)緯儀都屬于這一類。第二類，不是從0到360，而是從55到125，對(duì)徑刻劃(即相差180的刻劃)注記相同。望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸與對(duì)徑讀數(shù)均為90的刻劃線平行。即不論盤左或盤右，視準(zhǔn)線在垂直度盤上的讀數(shù)永為90，如圖3-18。圖3-17 J2級(jí)經(jīng)緯儀垂直度盤測(cè)角示意圖圖3-18 T3經(jīng)緯儀垂直度盤測(cè)角示意圖 2垂直度盤的指標(biāo)水準(zhǔn)器、自動(dòng)歸零裝置 如前所述，水平視線在垂直度盤上的讀數(shù)，是用讀數(shù)指標(biāo)把水平視線在垂直度盤上的正確位置確定下來。把讀數(shù)指標(biāo)在垂直度盤上的正確位置確定下來的方法目前有兩種：符合水準(zhǔn)器或自動(dòng)歸零裝置。 （1）垂直度盤指標(biāo)水準(zhǔn)器光學(xué)經(jīng)緯儀的垂直度盤指標(biāo)水準(zhǔn)器，一般都采用符合水準(zhǔn)器，這樣，既可提高氣泡的安圖3-19 符合水準(zhǔn)器原理平精度，又便于觀察，對(duì)于格值為10以上的水準(zhǔn)器，其安平精度可提高23倍。符合水準(zhǔn)器的原理見圖3-19，它是利用兩塊棱鏡1、2，使氣泡的a、b兩端經(jīng)過二次反射后，符合在一個(gè)視場(chǎng)內(nèi)。兩塊棱鏡1、2的接觸線cc 成為氣泡的界線，再經(jīng)過棱鏡3放大為人眼看到。這種水準(zhǔn)器叫做符合水準(zhǔn)器。這樣，在安置垂直度盤讀數(shù)指標(biāo)時(shí)，使讀數(shù)指標(biāo)與符合水準(zhǔn)器的水準(zhǔn)器軸重合，若兩者不重合，校正符合水準(zhǔn)器的改正螺旋，使它們重合，以此來達(dá)到垂直度盤讀數(shù)指標(biāo)保持水平。 （2）垂直度盤指標(biāo)自動(dòng)歸零裝置 近代一些先進(jìn)的經(jīng)緯儀，為了既保證垂直角觀測(cè)的精度，又提高效率，采用指標(biāo)自動(dòng)歸零(或稱自動(dòng)補(bǔ)償)裝置代替指標(biāo)水準(zhǔn)器。其目的仍然是：在進(jìn)行垂直度盤讀數(shù)時(shí)，使垂直度盤的讀數(shù)指標(biāo)保持水平狀態(tài)。 各種垂直度盤讀數(shù)指標(biāo)自動(dòng)歸零裝置都是利用重力使懸吊物體自然下垂，或使液面保持水平的原理，通過光學(xué)折射補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ_(dá)到垂直度盤讀數(shù)指標(biāo)自動(dòng)歸零的目的。目前采用的自動(dòng)歸零裝置有三類：吊絲式自動(dòng)歸零裝置、簧片式自動(dòng)歸零裝置和液體式自動(dòng)歸零裝置。帶有垂直度盤讀數(shù)指標(biāo)自動(dòng)歸零裝置的儀器，在測(cè)量垂直角時(shí)，因無須調(diào)整指標(biāo)水準(zhǔn)器符合，顯得方便快捷多了。 3垂直角、指標(biāo)差計(jì)算公式 我們知道，垂直角是視準(zhǔn)線在垂直度盤上的讀數(shù)與水平視線（即垂直度盤讀數(shù)指標(biāo)）讀數(shù)之差。由于望遠(yuǎn)鏡與垂直度盤固定在一起。這樣，視準(zhǔn)線在垂直度盤上的讀數(shù)，將隨著垂直度盤刻劃方式的不同而不同，所以，其垂直角的計(jì)算公式也將不同。 （1）蔡司010和威特T2經(jīng)緯儀垂直角、指標(biāo)差計(jì)算公式此類儀器的垂直度盤刻劃方式如圖3-17（a）所示。其視準(zhǔn)線在垂直度盤上的讀數(shù)，盤左時(shí)為90（如圖3-17（b），盤右時(shí)為270（如圖3-17（c）。 俯仰望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)，水平視線（即讀數(shù)指標(biāo)）在垂直度盤上的讀數(shù)，盤左時(shí)為L(zhǎng)（如圖3-17（b），盤右時(shí)為R （如圖3-17（c）。依照測(cè)定垂直角的原理，由圖3-17可以看出，盤左時(shí)，垂直角為 盤右時(shí)，垂直角為： 取盤左、盤右（、）的中數(shù)，即得垂直角計(jì)算公式： （3-3） 實(shí)際上，讀數(shù)指標(biāo)的位置不可能完全正確，當(dāng)指標(biāo)水準(zhǔn)器氣泡居中時(shí)，讀數(shù)指標(biāo)與水平視線總有一夾角i，我們稱之為指標(biāo)差。存在指標(biāo)差i時(shí)，盤左和盤右位置，望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸在垂直度盤的讀數(shù)不受其影響，而水平讀數(shù)指標(biāo)的讀數(shù)分別為L(zhǎng)、R。由圖3-17的B、C可知，L、R與沒有指標(biāo)差時(shí)的正確讀數(shù)L。、R。的關(guān)系為 垂直角為 （3-4）取其中數(shù)，垂直角計(jì)算公式為 （3-5） （3-3）式與（3-5）式完全相同。這表明，通過盤左、盤右觀測(cè)垂直角，可以消除指標(biāo)差的影響。將（3-4）式的兩式相減，可得 即 （3-6）這就是威特T2和蔡司010經(jīng)緯儀的指標(biāo)差計(jì)算公式。 （2）威特T3經(jīng)緯儀的垂直角、指標(biāo)差計(jì)算公式 如前所述，威特T3經(jīng)緯儀垂直度盤的刻劃特點(diǎn)是：非全圓周刻劃及分劃注記僅為實(shí)際所對(duì)角度的一半。另外，讀數(shù)指標(biāo)不是與水平視線一致，而是與水平視線正交。因此，其垂直角、指標(biāo)差的計(jì)算公式與威特T2、蔡司010經(jīng)緯儀的不同。由圖318可以看出，盤左、盤右時(shí)，望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)后其視準(zhǔn)軸(即視準(zhǔn)線)的讀數(shù)均為90，讀數(shù)指標(biāo)的讀數(shù)分別為L(zhǎng)、R。沒有指標(biāo)差時(shí)的正確讀數(shù)為L(zhǎng)。、R。，則 盤左、盤右時(shí)，垂直角應(yīng)為 （3-7）取其中數(shù)，得垂直角計(jì)算公式 （3-8）將式（3-7）的兩式相減，得 由于垂直度盤刻劃是實(shí)際所對(duì)角度值的2倍，所以，上式可寫成： （3-9） 3.2.5 常用精密光學(xué)經(jīng)緯儀簡(jiǎn)介 經(jīng)緯儀是按照所能達(dá)到的測(cè)角精度來分類的，凡適用于國(guó)家各等級(jí)三角、導(dǎo)線測(cè)量的光學(xué)經(jīng)緯儀，通稱為精密光學(xué)經(jīng)緯儀。用于地形及工程測(cè)量的光學(xué)經(jīng)緯儀稱為普通光學(xué)經(jīng)緯儀或工程光學(xué)經(jīng)緯儀。 國(guó)家三角測(cè)量和精密導(dǎo)線測(cè)量規(guī)范指出，用于國(guó)家各級(jí)角度觀測(cè)的精密光學(xué)經(jīng)緯儀圖3-20 威特T3經(jīng)緯儀系列分為：J07，J1，J2；普通光學(xué)經(jīng)緯儀分為：J6和J30?！癑”為“經(jīng)緯儀”漢語拼音的第一個(gè)字母；數(shù)標(biāo)為該級(jí)儀器能達(dá)到的測(cè)角精度指標(biāo)。圖3-21 威特T2經(jīng)緯儀常用精密光學(xué)經(jīng)緯儀系列中的威特T3、威特T2、蔡司010、蘇光J2經(jīng)緯儀的外形和主要部件名稱分別見圖3-20、圖3-21、圖3-22、圖3-23，主要技術(shù)參數(shù)見表3-1。1垂直制動(dòng)螺旋；2測(cè)微輪；3讀數(shù)顯微鏡的目鏡管；4垂直微動(dòng)螺旋；5度盤影像變換鈕；6水平微動(dòng)螺旋；7水平制動(dòng)螺旋；8三角基座；9垂直度盤符合水準(zhǔn)器反射棱鏡；10瞄準(zhǔn)器；11垂直度盤水準(zhǔn)器改正螺旋；12望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦環(huán)；13度盤照明反光鏡；14望遠(yuǎn)鏡的目鏡管；15照準(zhǔn)部的水準(zhǔn)器；16圓盒水準(zhǔn)器；17照準(zhǔn)部與基座的連接螺旋；18垂直度盤水準(zhǔn)器；19垂直度盤水準(zhǔn)器微動(dòng)螺旋；20水平度盤變換螺旋；21水平度盤變換螺旋保險(xiǎn)鈕；22物鏡內(nèi)鍍銀面；23十字絲照明反光鏡；24照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器改正螺旋；25光學(xué)對(duì)點(diǎn)器；26腳螺旋圖3-22 蔡司010經(jīng)緯儀1望遠(yuǎn)鏡物鏡；2光學(xué)瞄準(zhǔn)器；3十字絲照明反光板螺旋；4測(cè)微輪；5讀數(shù)顯微鏡管；6垂直微動(dòng)螺旋彈簧套；7度盤影像變換螺旋；8照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器校正螺絲；9水平度盤物鏡組蓋板；10水平度盤變換螺旋護(hù)蓋；11垂直度盤轉(zhuǎn)像透鏡組蓋板；12望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦環(huán)；13讀數(shù)顯微鏡目鏡；14望遠(yuǎn)鏡目鏡；15垂直度盤物鏡組蓋板；16垂直度盤指標(biāo)水準(zhǔn)器護(hù)蓋；17照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器；18水平制動(dòng)螺旋；19水平度盤變換螺旋；20垂直度盤照明反光鏡；21垂直度盤指標(biāo)水準(zhǔn)器觀察棱鏡；22垂直度盤指標(biāo)水準(zhǔn)器微動(dòng)螺旋；23水平度盤轉(zhuǎn)像