工作任务二 经纬仪的构造及使用

一、经纬仪概述

1.经纬仪的型号及标称精度

我国光学经纬仪按精度可分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15和DJ60六个级别，其中“D”、“J”分别为“大地测量”和“经纬仪”的汉语拼音的第一个字母，数字表示仪器的精度，即一测回水平方向中误差的秒数，书写时“D”可以省略。工程测量中常用的是DJ6级经纬仪和DJ2级经纬仪。各经纬仪的精度见表2-5。

2.常见经纬仪的型号及参数

常见经纬仪的型号及主要技术参数，见表2-6。

3.经纬仪的功能

测角是所有经纬仪的基本功能。

（1）测水平角。经纬仪可以测量两个方向间的水平角。

（2）测竖直角。测量倾斜方向与水平方向间所加的竖直角。

（3）视距测量。利用视距测量原理，辅以水准尺，可以测量两点的水平距离及高差。

二、DJ6级光学经纬仪

1.DJ6级光学经纬仪的构造

图2-9为DJ6级光学经纬仪，外部各构件及名称，图中已表明。光学经纬仪主要由照准部、水平度盘和基座三部分组成，见表2-7和图2-10。

2.DJ6级光学经纬仪的读数方法

DJ6级光学经纬仪的水平度盘和竖直度盘的分划线通过一系列的棱镜和透镜作用，成像于望远镜旁的读数显微镜内，观测者用读数显微镜读取读数。由于测微装置的不同，DJ6级光学经纬仪的读数方法分为以下两种：

（1）分微尺测微器及其读数法。如北京光学仪器厂生产的DJ6级光学经纬仪，如图2-11所示。度盘最小分划值为1°，分微尺上最小分划值为1′，每10′做一注记，可估读至0.1′。

提示：因为估读至0.1′（6″），所以DJ6级光学经纬仪读数的秒数应为6的倍数。

读数时，打开并转动反光镜，使读数窗内亮度适中，调节读数显微镜的目镜，使度盘和分微尺分划线清晰，然后，“度”可从分微尺中的度盘分划线上的注字直接读得，“分”则用度盘分划线作为指标，在分微尺中直接读出，并估读至0.1′，两者相加，即得度盘读数。

水平度盘读数：130°+01.5′=130° 01.5′=130° 01′ 30″；

竖直度盘读数：87°+22′00″=87° 22′ 00″。

提示：读数时，度按实际读取，可为一位、二位或三位数，分、秒的整数必须是两位。

（2）单平板玻璃测微器的读数方法。北京光学仪器厂生产的DJ6型光学经纬仪，采用这种读数方法读数。图2-12所示为单平板玻璃测微器的读数窗视场，读数窗内可以清晰地看到测微盘（上）、竖直度盘（中）和水平度盘（下）的分划像。度盘凡整度注记，每度分两格，最小分划值为30′，测微盘把度盘上30′ 弧长分为30大格，一大格为1′，每5′ 一注记，每一大格又分三小格，每小格20″，不足20″的部分可估读，一般可估读到四分之一格，即5″。

读数时，打开并转动反光镜，调节读数显微镜的目镜，然后转动测微轮，使一条度盘分划线精确地平分双指标线，则该分划线的读数即为读数的度数部分，不足30′的部分再从测微盘上读出，并估读到5″，两者相加，即得度盘读数。每次水平度盘读数和竖直度盘读数都应调节测微轮，然后分别读取，两者共用测微盘，但互不影响。

水平度盘读数：49°30′+22′40″=49° 52′ 40″；

竖直度盘读数：107°+01′40″=107° 01′ 40″。

3.DJ6级光学经纬仪的使用方法

DJ6级光学经纬仪的使用方法是所有经纬仪使用方法的基础。经纬仪的基本操作包括对中、整平、瞄准和读数。

（1）对中。指将仪器的纵轴安置到与过测站的铅垂线重合的位置。首先根据观测者的身高调整好三脚架腿的长度，张开脚架并踩实，并使三脚架头大致水平。将经纬仪从仪器箱中取出，用三脚架上的中心螺旋旋入经纬仪基座底板的螺旋孔。对中可利用锤球或光学对中器进行。

小窍门：快速对中

踩实对面脚架，眼睛看着光学对中器，一只脚尖对准地面点，两只手分别握住靠近自己的左右两个架腿，做前后、左右移动，可快速对准点位。

要点：移动架腿时要保持架头大致水平。

1）锤球对中。挂锤球于中心螺旋下部的挂钩上，调锤球线长度至锤球尖与地面点间的铅锤距不大于2mm，锤球尖与地面点的中心偏差不大时通过移动仪器，偏差较大时通过平移三脚架，使锤球尖大致对准地面点中心。偏差大于2mm 时，微松连接螺旋，在三脚架头微量移动仪器，使锤球尖准确对准测站点，旋紧连接螺旋。

2）光学对中器对中。调节光学对点器目镜、物镜调焦螺旋，使视场中的标志圆（或十字丝）和地面目标同时清晰。旋转脚螺旋，令地面点成像于对中器的标志中心，此时，因基座不水平而圆水准器气泡不居中。调节三脚架腿长度，使圆水准器气泡居中，进一步调节脚螺旋，使水平度盘水准管在任何方向气泡都居中。光学对中器对中误差应小于1mm。

（2）整平。整平的目的是调节脚螺旋使水准管气泡居中，从而使经纬仪的竖轴竖直，水平度盘处于水平位置。其操作步骤如下。

1）旋转照准部，使水准管平行于任一对脚螺旋，如图 2-13（a）所示。转动这两个脚螺旋，使水准管气泡居中。

2）将照准部旋转90°，转动第三个脚螺旋，使水准管气泡居中，如图2-13（b）所示。

3）按以上步骤重复操作，直至水准管在这两个位置上气泡都居中。使用光学对中器进行对中、整平时，首先通过目估初步对中（也可利用锤球），旋转对中器目镜看清分划板上的刻画圆圈，再拉伸对中器的目镜筒，使地面标志点成像清晰。转动脚螺旋使标志点的影像移至刻画圆圈中心。然后，通过伸缩三脚架腿，调节三脚架的长度，使经纬仪圆水准器气泡居中，再调节脚螺旋精确整平仪器。接着通过对中器观察地面标志点，如偏刻画圆圈中心，可稍微松开连接螺旋，在架头移动仪器，使其精确对中，此时，如水准管气泡偏移，则再整平仪器，如此反复进行，直至对中、整平同时完成。

（3）瞄准。指望远镜准确瞄准目标，一般需要以下四个步骤。

1）目镜对光。将望远镜对准明亮背景，转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰，即十字丝最细最黑的状态。

2）粗略瞄准。松开照准部制动螺旋与望远镜制动螺旋，转动照准部与望远镜，通过望远镜上的瞄准器对准目标，然后旋紧制动螺旋。

3）物镜对光。转动位于镜筒上的物镜对光螺旋，使目标成像清晰并检查有无视差存在，如果发现有视差存在，应重新进行对光，直至视差消除。

4）精确瞄准。旋转微动螺旋，使十字丝准确对准目标。观测水平角时，应尽量瞄准目标的基部，当目标宽于十字丝双丝距时，宜用单丝平分，如图2-14（a）所示。目标窄于双丝距时，宜用双丝夹住，如图2-14（b）所示。观测竖直角时，用十字丝横丝的中心部分对准目标位，如图2-14（c）所示。

（4）读数。读数前应调整反光镜的位置与开合角度，使读数显微镜视场内亮度适当，然后转动读数显微镜目镜进行对光，使读数窗成像清晰，再按上节所述方法进行读数。

三、DJ2级光学经纬仪

1.DJ2级光学经纬仪的构造

DJ2级光学经纬仪与DJ6级光学经纬仪相比，在轴系结构和读数设备上均不相同。DJ2级光学经纬仪一般都采用对径分划线影像符合的读数设备，即将度盘上相对180°的分划线，经过一系列棱镜和透镜的反射与折射后，显示在读数显微镜内，应用双平板玻璃或移动光楔的光学测微器，使测微时度盘分划线做相对移动，并用仪器上的测微轮进行操纵。采用对径符合和测微显微镜原理进行读数。图2-15为苏州产DJ2级光学经纬仪。

2.DJ2级光学经纬仪读数设备特点

与DJ6级光学经纬仪相比，DJ2级光学经纬仪读数设备有以下特点：

（1）照准部水准管灵敏度高。

（2）望远镜放大倍率大。

（3）采用对径读数的方法能读得度盘对径分划数的读数平均值，从而消除了照准部偏心的影响，提高了读数的精度。

（4）在读数显微镜中，只能看到水平度盘读数或竖盘读数，可通过换像手轮分别读数。

3.DJ2级光学经纬仪的读数方法

DJ2级光学经纬仪读数方法较多，不同厂家大多有各自的习惯，大致有以下几种：

（1）对径符合读数。图2-16所示为一种DJ2级光学经纬仪读数显微镜内符合读数法的视窗。读数窗中注记正字的为主像，倒字的为副像。其度盘分划值为20′，左侧小窗内为分微尺影像。分微尺刻画由0′～10′，注记在左边。最小分划值为1″，按每10″注记在右侧。

读数时，先转动测微轮，使相邻近的主、副像分划线精确重合，如图2-16（b）所示，以左边的主像度数为准读出度数，再从左向右读出相差180°的主、副像分划线间所夹的格数，每格以10′计。然后在左侧小窗中的分微尺上，以中央长横线为准，读出分数，10秒数和秒数，并估读至0.1″，三者相加即得全部读数。如图2-16（b）所示的读数为82°28′51″。

注意：在主、副像分划线重合的前提下，也可读取度盘主像上任何一条分划线的度数，但如与其相差180°的副像分划线在左边时，则应减去两分划线所夹的格数乘10′，小数仍在分微尺上读取。例如图2-16（b）中，在主像分划线中读取83°，因副像263°分划线在其左边4格，故应从83°中减去40′，最后读数为83°-40′+8′ 51″=82°28′51″，与根据先读82°分划线算出的结果相同。

（2）数字化读数。近年来生产的DJ2级光学经纬仪采用了新的数字化读数装置。如图2-17所示，中窗为度盘对径分划影像，没有注记；上窗为度和整10′注记，并用小方框标记整10′数；下窗读数为不足10′的分和秒的读数。读数时先转动测微轮，使中窗主、副像分划线重合，然后进行读数。

图中读数为64°15′22.6″。

（3）符合读数。图2-18是北京光学仪器厂生产的DJ2级光学经纬仪，采用的也是符合读数装置，右下方为分划线重合窗，右上方读数窗中上面的数字为整度值，中间凸出的小方框中的数字为整10′数，左下方为测微尺读数窗。

测微尺刻画有600小格，最小分划为1″，可估读到0.1″，全程测微范围为10′。测微尺的读数窗中左边注记数字为分，右边注记数字为整10″数。

读数方法如下：

1）转动测微轮，使分划线重合窗中上、下分划线精确重合，由图2-18（a）到图2-18（b）。

2）在读数窗中读出度数。

3）在中间凸出的小方框中读出整10′数（显示数字×10）。

4）在测微尺读数窗中，根据单指标线的位置，直接读出不足10′的分数和秒数，并估读到0.1″。

5）将度数、整10′数及测微尺上读数相加，即为度盘读数。

图2-18（b）所示读数为：65°+5×10′+4′02.2″=65°54′02.2″。

四、电子经纬仪

1.电子经纬仪的结构

电子经纬仪与光学经纬仪具有类似的外形和结构特征，因此使用方法也基本相同。主要的区别在于读数系统，光学经纬仪是在360°的全圆上均匀地刻上度（分）的刻划并注有标记，利用光学测微器读出分、秒值，电子经纬仪则采用光电扫描度盘和自动显示系统。

电子经纬仪获取电信号形式与度盘有关，目前电子测角有编码度盘、光栅度盘和格区式度盘三种形式。

2.电子经纬仪的特点

电子经纬仪主要体现电子方面的特征：

（1）实现了测量的读数、记录、计算、显示自动一体化，避免了人为的误差影响。

（2）仪器的中央处理器配有专用软件，可自动对仪器几何条件进行检校。

（3）储存的数据可通过I/O接口输入计算机作相应的数据处理。

五、经纬仪的保养与维护

（1）操作过程中，严禁碰动经纬仪。仪器必须架稳、架牢，面板螺钉拧紧。经纬仪操作过程中，对各旋钮用力要轻。在外作业时，经纬仪旁要随时有人防护，以免造成重大损失。

（2）搬站时，应把经纬仪的所有制动螺旋适度拧紧，搬运过程中仪器脚架必须竖直拿稳，不得横扛在肩上。若距离远或者环境情况不好等，应将仪器装箱搬运。

（3）严禁随便拆开仪器。

（4）经纬仪从仪器箱中取出时，要用双手握住经纬仪基座部分，慢慢取出，作业完毕后，应将所有微动螺旋旋至中央位置，然后慢慢放入箱中，并固紧制动螺旋，不可强行或猛力关箱盖，仪器放入箱中后应立即上锁。

（5）在井下使用经纬仪时，必须架设在顶板完好、无滴水的地方。凡是经纬仪外露部分，上面不能留存油渍，以免积累灰沙。

（6）清洁物镜和目镜时，应先用干净的软毛刷轻轻拂拭，然后用擦镜纸擦拭，严禁用其他物品擦拭镜面。

（7）经纬仪上的螺旋不润滑时不可强行旋转，必须检查其原因及时排除，经纬仪任何部位发生故障，不应勉强继续使用，要立即检修，否则会加剧损坏的程度。