大地測(cè)量?jī)x器學(xué)3課件

1、大地測(cè)量?jī)x器學(xué),第三章 讀數(shù)設(shè)備 31讀數(shù)設(shè)備的構(gòu)成與分類 一、讀數(shù)設(shè)備的組成 儀器在觀測(cè)過程中，照準(zhǔn)用的望遠(yuǎn)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)，讀數(shù)設(shè)備包括度盤和指標(biāo)，若要比較精確地測(cè)出不滿度盤一格的小量，需采用測(cè)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。 二、讀數(shù)設(shè)備的分類 由于采用不同的測(cè)微裝置，將讀數(shù)設(shè)備分為： 機(jī)械的：游標(biāo)；光學(xué)的：光學(xué)游標(biāo)、顯微估計(jì)器、顯微帶尺、光學(xué)測(cè)微器等；光學(xué)機(jī)械的：顯微測(cè)微器；電子讀數(shù)設(shè)備：如編碼度盤、光柵度盤等。 三、讀數(shù)方法,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),1估讀法 估讀最小間隔的110。據(jù)實(shí)驗(yàn)所知，當(dāng)最小間隔的寬度d=1015

2、毫米，指標(biāo)線的寬度b為010015毫米時(shí)，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(cè)的極限角值P目為：P目=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(jì)器和帶尺顯微鏡兩種。 2平分法 使一條直線對(duì)稱地處于另外兩條直線的中央，稱為平分法。據(jù)試驗(yàn)，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(cè)微器。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),3符合法 使一條直線與另一條直線的延伸方向相符合，稱為符合法。據(jù)實(shí)驗(yàn)，用眼睛符合的極限誤差為815。采用符合法的讀數(shù)設(shè)備，有游標(biāo)和符合讀數(shù)系統(tǒng)的光學(xué)測(cè)微器(參見圖3-3)。,

3、4、電子讀數(shù)裝置,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),3.2 度盤 一、度盤的構(gòu)造及分類 測(cè)量?jī)x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，刻有等間隔的格線(分劃線)。我國(guó)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(亦稱為度盤分劃值)。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(jí)經(jīng)緯儀一般為20，而J6級(jí)一般則為1或30。 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(xì)的格線，但由于銀質(zhì)較軟

4、，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(shí)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(cè)量?jī)x器學(xué),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(duì)玻璃的質(zhì)量要求較高，透明度要好，內(nèi)應(yīng)力要小。對(duì)于加工度盤兩平面的平直度和平行性均有嚴(yán)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(diǎn)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(shí)成為一反光鏡面，如圖3-8所示。為此，還需要在度盤的刻劃

5、面上鍍鏇反射層。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),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 將度盤放在圓刻度機(jī)上，用金鋼石刻刀直接在度盤上刻劃，然后對(duì)刻劃進(jìn)行填色。此法可以刻出較細(xì)的分劃，一般約可達(dá)23微米。在這么細(xì)的刻劃中填入涂料是很不容易的。即使刻線較粗，填入的涂料也是容易擦掉的，所以在清潔度盤時(shí)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(xì)不勻，故此法現(xiàn)已很少采用。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),2刻保護(hù)層腐蝕法 先在度盤上涂一層薄薄的蠟?zāi)?，然后放在圓刻度機(jī)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

6、除蠟?zāi)?，再?duì)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(hào)”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(hù)層鍍鉻法 用上述刻保護(hù)層的辦法刻好的玻璃度盤，也可不用酸來腐蝕出刻線，而放在真空鍍膜機(jī)內(nèi)進(jìn)行鍍鉻。由于鉻粒子與玻璃的附著力極強(qiáng)，因而留在度盤上的分劃線和注記就不易脫落。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),4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(jìn)行曝光，經(jīng)顯影和定影之后即成。為了保護(hù)感光膠層，在有分劃線的膠層面上，一般膠有一圈保護(hù)玻璃。這種方法工藝簡(jiǎn)單、成本低、生產(chǎn)效率高，但是由感光形成

7、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(hù)玻璃圈。 目前我國(guó)生產(chǎn)的光學(xué)經(jīng)緯儀，大都采用刻保護(hù)層真空鍍鉻或照相真空鍍鉻這兩種方法。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),32 單平板玻璃光學(xué)測(cè)微器 一、測(cè)微器原理 單玻璃平板光學(xué)測(cè)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)線之間，安置了一塊可以繞著固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的玻璃平板，利用轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃平板能使通過它的光線產(chǎn)生平行位移的特點(diǎn)而制成的。由

8、式(1-6)可知，當(dāng)玻璃平板旋轉(zhuǎn)一個(gè)小角度i后，光線通過玻璃平板產(chǎn)生的平移量h可按下列近似公式求得：,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),對(duì)于一定尺寸的玻璃平板，它的厚度d和玻璃折射率n均為一常量。例如，K9號(hào)玻璃n=15163，取d=10mm，則,式中，i角以度為單位。上式說明，度盤格線的象在指標(biāo)面上的移動(dòng)量h是與玻璃平板的旋轉(zhuǎn)角i成正比的。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(dòng)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(dòng)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(dòng)的測(cè)微尺(一般是一段圓弧，刻有n個(gè)分劃)。當(dāng)度盤格線影象移動(dòng)一整格時(shí)，測(cè)微尺移動(dòng)了n格，于是，測(cè)微尺

9、的格值t為,式中V為度盤最小格值。 例如，瑞士WILD T1經(jīng)緯儀的度盤最小格值t=1，測(cè)微尺刻有n=60格，則測(cè)微尺格值V=6060=1。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),二、北京DJ6-1型經(jīng)緯儀測(cè)微器的構(gòu)造 北京光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的DJ6-1型經(jīng)緯儀所采用的單玻璃平板測(cè)微器，其結(jié)構(gòu)比較典型。在圖3-10中，與測(cè)微手輪1相連結(jié)的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)扇形齒2，繞小軸3-3旋轉(zhuǎn)，此時(shí)與之固連在一起的玻璃平板4也一同旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)動(dòng)量通過與之固連在一起的弧形測(cè)微尺5表示出來。由于玻璃平板的轉(zhuǎn)動(dòng)，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)線的中央時(shí)(視場(chǎng)如圖3-11所示)，即可讀得度盤讀數(shù)為51330。,圖3-11,大

10、地測(cè)量?jī)x器學(xué),圖3-10,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),這種儀器的豎直度盤和水平度盤共用同一測(cè)微器，兩讀數(shù)必須分別讀取。當(dāng)讀取平盤讀數(shù)時(shí)，固定雙指標(biāo)線必須對(duì)準(zhǔn)平盤格線的中央，而讀取豎盤讀數(shù)時(shí)，雙指標(biāo)線則又必須對(duì)準(zhǔn)豎盤格線的中央。因此，讀數(shù)窗指標(biāo)面6上的兩個(gè)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)豎盤成象透鏡組的位置來達(dá)到。 這種測(cè)微器的結(jié)構(gòu)，僅僅多了一塊玻璃平板及其轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，然而度盤的刻劃工藝卻比較簡(jiǎn)單，度盤的格線可以允許較粗(00050012mm)，測(cè)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J6級(jí)精度的光學(xué)經(jīng)緯儀中，目前應(yīng)用的也不算少。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),33 顯微帶尺測(cè)微器 一、顯

11、微估計(jì)器 顯微估計(jì)器是利用顯微鏡成象的原理，將度盤的格線放大，同時(shí)在物鏡成象平面處裝一指標(biāo)線(構(gòu)造如圖3-12)，利用指標(biāo)線可以估讀至度盤格值的110。顯微估計(jì)器的讀數(shù)視場(chǎng)如圖3-13所示，圖中的讀數(shù)為9234。,圖3-12,圖3-13,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),顯微估計(jì)器對(duì)度盤格線的放大，并沒有很嚴(yán)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了。因此，它的構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，讀數(shù)也簡(jiǎn)便，但精度不高。只在一些較為輕便的勘測(cè)經(jīng)緯儀和某些帶度盤的水準(zhǔn)儀上可以見到。顯微估計(jì)器在結(jié)構(gòu)和使用上，需要滿足下列兩項(xiàng)要求： 1度盤格線應(yīng)該成象在指標(biāo)線平面上。所以顯微物鏡必須是可以調(diào)節(jié)的，一般利用伸縮的物鏡筒

12、進(jìn)行對(duì)光。 2指標(biāo)線必須與度盤格線平行。這一點(diǎn)可以通過旋轉(zhuǎn)顯微鏡鏡筒(連同指標(biāo)線)來調(diào)整。 二、帶尺顯微鏡,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),帶尺顯微鏡也稱顯微帶尺或顯微分劃尺，這是在顯微物鏡的成象平面上用一帶尺(也稱分劃尺)代替顯微估計(jì)器的單指標(biāo)線。采用這種方法，在同一度盤直徑的情況下，可以提高讀數(shù)的精度。此外，為了滿足對(duì)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(chǎng)如圖3-14所示。,圖3-14,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),帶尺顯微鏡應(yīng)滿足下列條件： 1帶尺從0n格的總寬度，應(yīng)等于經(jīng)顯微物鏡放大后的度盤格寬，而且度盤格線也應(yīng)成象在帶尺的平面上。亦即應(yīng)無“行差”和“視差”。 2帶尺分劃格線應(yīng)與度盤分劃

13、格線平行，其相互位置應(yīng)有部分重疊，以便于讀數(shù)。 帶尺顯微鏡的設(shè)計(jì)應(yīng)使經(jīng)顯微鏡放大后的度盤格線的粗細(xì)，最好為01015mm左右，度盤格線的寬度，最好為1015mm左右。過寬和過窄都會(huì)影響到讀數(shù)精度。某些進(jìn)口儀器由于達(dá)不到上述要求，給估讀帶尺格值的110帶來一定的困難。 由于帶尺顯微鏡的讀數(shù)直觀方便，又能保證一定的精度，讀數(shù)設(shè)備的構(gòu)造也比較簡(jiǎn)單，所以被廣泛地應(yīng)用于J6級(jí)以下的工程經(jīng)緯儀上，如德國(guó)蔡司Theo 030型、意大利沙漠拉T4150NE型等。我國(guó)生產(chǎn)的J6級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀，除北光廠的北京DJ6-1型以外，都是采用這種類型的結(jié)構(gòu)。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),34 光學(xué)經(jīng)緯儀讀數(shù)設(shè)備的檢驗(yàn),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(jì)到加工以及最后的裝調(diào)質(zhì)量，是否符合該等級(jí)儀器的精度要求，直接關(guān)系到成果精度的好壞。在工程測(cè)量規(guī)范中對(duì)測(cè)角儀器的檢驗(yàn)，專