任务三 竖直角观测方法
一、竖盘的构造
为测竖直角而设置的竖直度盘(简称竖盘)固定安置于望远镜旋转轴(横轴)的一端,其刻划中心与横轴的旋转中心重合,在望远镜作竖直方向旋转时,度盘也随之转动。另外有一个固定的竖盘指标,以指示竖盘转动在不同位置时的读数,这与水平度盘是不同的。
竖直度盘的刻划也是在全圆周上刻为360°,但注字的方式有顺时针及逆时针两种。通常在望远镜方向上注以0°及180°,如图3-18所示。在视线水平时,指标所指的读数为90°或270°。竖盘读数也是通过一系列光学组件传至读数显微镜内读取。
对竖盘指标的要求,是始终能够读出与竖盘刻划中心在同一铅垂线上的竖盘读数。为了满足这个要求,它有两种构造形式:一种是借助于与指标固连的水准器的指示,使其处于正确位置,在早期的仪器都属此类;另一种是借助于自动补偿器,使其在仪器整平后,自动处于正确位置。
1.指标带水准器的构造
指标带水准器的构造如图3-19所示,指标装在一个支架上,支架套在横轴的一端,因而可以绕横轴旋转。在支架上方安装一个水准器,下方安装一个微动螺旋,旋转微动螺旋,指标可绕横轴作微小转动,同时水准器的气泡也发生移动,当气泡居中时,指标即居于正确位置。
图3-18 视准轴水平时竖盘读数
图3-19 竖盘结构
2.指标带补偿器的构造
补偿器的构造有两类形式,但都是借助重力作用,以达到自动补偿而读出正确读数的目的。一类是液体补偿器,利用液面在重力作用下自动水平,以达到补偿的目的;另一类是利用吊丝悬挂补偿元件,在重力作用下稳定于某个位置,以达到补偿的目的。现只对液体补偿器的补偿原理加以说明。
液体补偿器的构造原理如图3-20所示。补偿原件是一个盛有透明液体的容器。如果仪器的竖轴位于铅垂位置,则容器内的液体表面水平,容器的底也是水平的,液体相当于一块平面平行玻璃板,而指标I也位于过竖盘刻划中心的铅垂线上,如图3-20(a)所示,当视线水平时,则指标成像于竖盘的90°处。如果仪器有少许倾斜,如图3-20(b)所示,则指标I偏离过竖盘刻划中心的铅垂线,液体容器的底也发生倾斜,但液体表面仍处于水平位置,这时液体实际形成了一个光楔,如果视线是水平的,则指标I的成像通过光楔的折射,仍然成像于度盘的90°处,这就达到了自动补偿的目的。
图3-20 液体补偿器原理
二、竖直角的观测方法
由竖直角的定义已知,它是倾斜视线与在同一铅垂面内的水平视线所夹的角度。由于水平视线的读数是固定的,只要读出倾斜视线的竖盘读数,即可求算出竖直角值。但为了消除仪器误差的影响,同样需要用盘左、盘右观测。其具体观测步骤如下:
(1)在测站上安置仪器,对中,整平。
(2)以盘左照准目标,如果是指标带水准器的仪器,必须用指标微动螺旋使水准器气泡居中,然后读取竖盘读数L,这称为上半测回。
(3)将望远镜倒转,以盘右用同样方法照准同一目标,使指标水准器气泡居中后,读取竖盘读数R,这称为下半测回。
如果用指标带补偿器的仪器,在照准目标后即可直接读取竖盘读数。根据需要可测多个测回。
三、竖直角的计算
竖直角的计算方法,因竖盘刻划的方式不同而异。但现在已逐渐统一为全圆分度,顺时针增加注字,且在视线水平时的竖盘读数为90°。现以这种刻划方式的竖盘为例,说明竖直角的计算方法,如遇其他方式的刻划,可以根据同样的方法推导其计算公式。
如图3-21所示,当在盘左位置且视线水平时,竖盘的读数为90°[图3-21(a)],如照准高处一点A[图3-21(b)],则视线向上倾斜,得读数L。按前述的规定,竖直角应为“+”值,所以盘左时的竖直角应为
图3-21 竖直角测量原理
当在盘右位置且视线水平时,竖盘读数为270°[图3-21(c)],在照准高处的同一点A时[图3-21(d)],得读数R。则竖直角应为
取盘左、盘右的平均值,即为一个测回的竖直角值,即
如果测多个测回,则取各个测回的平均值作为最后成果。观测结果应及时记入手簿,手簿的格式见表3-3。
表3-3 竖直角观测手簿
四、竖盘指标差
如果指标不位于过竖盘刻划中心的铅垂线上,则如图3-22所示,视线水平时的读数不是90°或270°,而相差x。这样用一个盘位测得的竖直角值即含有误差x,这个误差称为竖盘指标差。为求得正确角值α,需加入指标差改正,即
图3-22 竖盘指标差
解上两式可得
从(3-12)式可以看出,取盘左、盘右结果的平均值时,指标差x的影响已自然消除。将式(3-7)、式(3-8)代入式(3-13),可得
即利用盘左、盘右照准同一目标的读数,可按上式直接求算指标差x。如果x为正值,说明视线水平时的读数大于90°或270°;如果x为负值,则情况相反。
以上各公式是按顺时针方向注字的竖盘推导的,同理也可推导出逆时针方向注字竖盘的计算公式。
在竖直角测量中,常常用指标差来检验观测的质量,即在观测的不同测回中或不同的目标时,指标差的较差应不超过规定的限值。用DJ6级经纬仪做一般工作时,指标差的较差要求不超过25″。此外,在单独用盘左或盘右观测竖直角时,按式(3-10)或式(3-11)加入指标差x,仍可得出正确的角值。