第三节　光学经纬仪的检验与校正

为了测得正确、可靠的水平角和竖直角,使之达到规定的精度标准,作业开始之前必须对经纬仪进行检验和校正。

一、经纬仪主要轴线及应满足几何关系

如图3-17所示,经纬仪的主要几何轴线有视准轴C1C1、横轴H1H1、照准部水准管轴L1L1和仪器竖轴V1V1。为使经纬仪正确工作,其轴线应满足下列条件:

(1)照准部水准管轴应垂直于竖轴(L1L1⊥V1V1)。

(2)十字丝竖丝应垂直于横轴。

(3)视准轴应垂直于横轴(C1C1⊥H1H1)。

(4)横轴应垂直于竖轴(H1H1⊥V1V1)。

(5)竖盘指标差x应为零。

(6)光学对中器的视准轴应与竖轴重合。

二、经纬仪的检验和校正

(一)照准部水准管轴垂直于竖轴的检验和校正

1.检校目的

整平仪器后(照准部水准管气泡居中后),应保证竖轴和垂线方向一致(L1L1⊥V1V1),从而使水平度盘处于水平位置。

2.检校方法

检验方法:先将仪器粗略整平后,使水准管平行于任意两个脚螺旋,并用两个脚螺旋使水准管气泡精确居中。然后将照准部旋转180°,若气泡仍然居中,则说明此条件满足。若偏移量超过1格则应进行校正。

若L1L1不垂直于V1V1,则气泡居中时(L1L1水平),V1V1不铅垂,它与铅垂线有一个夹角α,如图3-18(a)所示;当绕倾斜的V1V1旋转180°后,L1L1便与水平线形成2α的夹角,如图3-18(b)所示,它反映为气泡的总偏移量。

校正方法:调节与水准管平行的脚螺旋,使气泡回移总偏移量的一半,如图3-18 (c)所示。用校正针拨动水准管一端的校正螺丝,使气泡居中,如图3-18(d)所示。反复检校几次,直至满足要求。

(二)十字丝竖丝垂直于横轴的检验和校正

1.检校目的

满足在水平角测量时,保证十字丝竖丝与照准面一致,满足十字丝竖丝垂直于横轴H1H1。

2.检校方法

检验方法:整平仪器后,用十字丝竖丝的一端照准一个小而清晰的目标点,拧紧水平制动螺旋和望远镜制动螺旋,再用望远镜的微动螺旋使目标点移动到竖丝的另一端,如图3-19(a)所示。若目标点此时仍位于竖丝上,则此条件满足;否则需要校正。或者在墙壁上挂一根细垂线,用望远镜竖丝瞄准该垂线,若竖丝与垂线重合,则此条件满足;否则需要校正。

校正方法:校正十字丝分划板的位置,它位于望远镜的目镜端。将护罩打开后,有四个分划板固定螺旋,如图3-19(b)所示。稍稍拧松这四个螺旋,慢慢转动分划板,直至条件满足。最后,旋紧固定螺旋,并将护罩盖好。

(三)视准轴垂直于横轴的检验和校正

1.检校目的

望远镜视准轴是物镜光心与十字丝交点的连线。望远镜物镜光心是固定的,而十字丝交点的位置是可以变动的。所以,视准轴是否垂直于横轴,取决于十字丝交点是否处于正确位置。当十字丝交点不在正确位置时,使得视准轴与横轴不垂直,偏离一个小角度c,称为视准轴误差。这个视准轴误差使视准面不是一个平面而成为一个锥面,这样对于同一铅垂面内不同高度的目标,其水平度盘的读数将不同,导致测角误差的出现,所以这项检验工作的目的就是保证经纬仪视准轴垂直于横轴,从而使视准面成为平面。

2.检校方法

检验方法:如图3-20所示,选一块长约100m的平坦地面,在一条直线上确定A、O、B三点(OB长度大于10m),将仪器安置在O点。在A点设一个照准目标,在B点横放一把有毫米分划的小尺。先以盘左位置照准A点目标,固定照准部,纵转望远镜,在B点小尺上读数得B1点。然后用同样方法以盘右照准A点,固定照准部,再纵转望远镜,在B点小尺上读数得B2点,若B1和B2重合则条件满足,若不重合则条件不满足,需要进行校正。视准轴不垂直于横轴,相差一个c角,则盘左照准A时纵转望远镜后照准B1点所得B1B长为2c的反映,盘右照准A时纵转望远镜后照准B2点所得B2B长也为2c的反映,所以B1B2是长为4c的反映。则视准误差c为

校正方法:在图3-20中,若视线与横轴不垂直,存在视准误差c,∠B1OB2=4c,则只校正一个c角。取靠近B2点的B1B2的1/4处P点,认为∠POB2=c,在照准部不动的条件下,校正分划板校正螺旋,使十字丝交点左右移动,使其对准P点,则此条件即可满足。

另外,也可采用水平度盘读数法进行检验,方法是分别用盘左和盘右照准同一目标,得盘左和盘右读数,两读数应相差180°,若不相差180°,则存在视准误差,即c=(αL-αR±180°)/2。校正时,盘右位置水平度盘的读数应为,用水平微动螺旋使水平度盘读数为应读数,此时十字丝交点不再对准目标,利用十字丝校正螺丝校正十字丝分划板的位置,使交点对准目标即可。这种校正方法只对水平度盘无偏心或偏心差影响小于估读误差时有效;若偏心差过大,则用这种校正方法将得不到正确结果。

(四)横轴垂直于竖轴的检验和校正

1.检校目的

当仪器整平后,使横轴处于水平位置,在满足上述几个条件的前提下,上下转动望远镜将形成一个铅垂平面。若横轴不垂直于竖轴,则仪器整平后,即竖轴处于铅垂位置时,横轴不水平而是与水平线有一个夹角i,此时即使上述几个条件均满足,望远镜照准面也将为一个倾斜平面,其倾角也为i,此角称为横轴误差。横轴误差产生的原因是横轴两端的高度不相等。因此,该检验目的是使仪器满足横轴垂直于竖轴的条件,当望远镜绕横轴旋转时,视准轴的轨迹为一个铅垂面而不是一个斜面。

2.检校方法

检验方法:在竖轴铅垂的情况下,若横轴不与竖轴垂直,则横轴倾斜。若视准轴已垂直于横轴,则视准轴绕横轴旋转时构成的是一个倾斜平面。在进行这项检验时,应将仪器架设在一个高墙附近,如图3-21所示。在距离墙面20～30m处将仪器整平以后,盘左照准墙壁高处一个清晰的目标点P(倾角大于30°),然后将望远镜放平,在墙上标出一点P1,再将望远镜改为盘右,仍然照准P点,放平视线,在墙上标出一点P2,若P1和P2两点重合,则此条件满足;否则需计算i值,i值的计算式为

校正方法:取P1、P2的中点PM,则P与PM在同一条铅垂线上。照准PM点,将望远镜抬高使其与P点同高,则视线必然偏离P点。校正时保持仪器不动,校正横轴的一端,将横轴支架的护罩打开,松开偏心轴承的三个固定螺旋,转动轴承,使横轴端点上下移动。使视线落在P点上,校正好后,旋紧固定螺旋,并上好护罩。这项校正需打开支架护罩,不宜在室外进行,应在无尘的室内环境中进行,并使用专用的平行光管进行操作。

(五)竖盘指标差x为零的检验和校正

1.检校目的

使竖盘指标差x为零,当指标水准管气泡居中时,使竖盘读数指标处于正确位置。

2.检校方法

检验方法:检验竖盘指标差的方法是用盘左、盘右照准同一个目标,并读得其读数αL、αR后,按指标差的计算公式来计算其值x,若不符合限差则需校正。

校正方法:保持盘右照准原来的目标不变,这时的正确读数应为αR-x。用指标水准管微动螺旋将竖盘读数安置在αR-x的位置上,这时水准管气泡不再居中,调节指标水准管校正螺旋使气泡居中即可。对有竖盘指标自动补偿器的仪器应校正竖盘自动补偿装置。

(六)光学对中器的视准轴与竖轴重合的检验和校正

1.检校目的

满足光学对中器视准轴与仪器竖轴重合的条件。安置好仪器后,水平度盘的刻划中心、仪器竖轴和测站点应位于同一条铅垂线上。

2.检校方法

检验方法:在平坦的地面上安置仪器,严格整平,在地面脚架中央固定一张白纸,用光学对中器调焦,在纸上标记出视线的位置P,将光学对中器旋转180°,观察视线的位置P是否离开原来的位置或偏离超限;若是,则需要进行校正。

校正方法:在纸板上面画出分划圈的中心与P点的连线,取中点P'。通过调节对中器上相应的校正螺丝使P点移至P'点。反复1～2次,直到照准部旋转到任何位置时目标都落在分划圈的中心为止。

上述的每一项校正,一般都需要反复进行几次,直到误差在容许范围内且满足条件为止。