十六章 典型仪器的精度分析jiang

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1、第十六章典型仪器的精度分析本章主要介绍电子经纬仪、光电坐标投影仪和万能工具显微镜等三种典型仪器的精度分析。第一节电子经纬仪的精度分析一电子经纬仪的测角原理和基本结构图16－1望远镜瞄准不同目标示意图电子经纬仪是一种精密测角仪器，可用于测量水平角和垂直角。在大地测量、矿山测量和工程建设中，为了确定地面点的位置常常需要进行角度的精密测量。在天文测量中，为了确定星点的位置，亦采用所谓天文经纬仪。此外，在实验室中进行仪器的装配校正和光学测量时，也常用高精度的光电经纬仪作为测角的基准仪器。图16-1为经纬仪测量水平角的基本原理。A、B和C是地面上的三个任意点，为了确定三点之间的水平夹角，通过地面线A

2、B和AC各作一竖直面，这两个竖直面与水平面M的交线为ab和ac，则ab与ac的夹角即为水平角。要用经纬仪测出水平角，光电经纬仪的基本结构应由以下五大部分组成(见图16-3)：1.轴角编码器图16-2光电编码器结构原理图1-光源；2-光学原理；3-码盘；4-狭缝；5-光电探测器；6-放大器；7-逻辑处理；8-显示器；9-竖轴轴角编码器用于测量角度。图16-1中的O点即为编码器码盘中心，OP与OQ所夹的角度即为角。光学经纬仪都是采用玻璃度盘。度盘刻有许多刻线，测角时可读出度和分的读数值。现代光电经纬仪则采用轴角编码器测角。作为光电读数系统之一的光电轴角编码器，采用光电方法将轴角信息转换成电压信

3、息，经电路处理为数字代码形式。光电轴角编码器与光学读数系统相比，前者能给出一串实时输出的数字代码代替人工读数。所以在近代光电经纬仪，电影经纬仪，雷达等设备中均广泛采用。其工作原理如图16-2所示。图中，光源1经光学系统2均匀照明码盘3进入狭缝4，光电探测器5的光敏面上，当码盘绕竖轴旋转时，随着码盘与狭缝的相对位移而改变光通量的大小，形成一交变的光信号经光探测器转换成电信号，经放大器6，逻辑处理7后，将竖轴9的角位移量用数码显示器8显示。因此，光电编码器是一种由光学、精密机械和电子三部分组成的新型测角系统。2.瞄准系统此即带有分划板的望远镜。它能绕水平轴转动，便瞄准(照准)不同高度的目标B和

4、C(图16-1)。分划板上刻有十字丝和视距丝，分别用于照准目标和视距测量。由于目标有远有近，所以采用内调焦望远镜。图16-3电子经纬仪结构简图1-脚螺栓；4-水平轴角编码器；3-水准器；2-垂直轴角编码器；5-横轴；6-望远镜；7-竖轴3．轴系统有竖轴系和横轴系。竖轴系使望远镜能在水平面内旋转以照准不同方位的目标。横轴系使望远镜能在垂直面内绕横轴旋转以照准不同高度的目标。4.安放系统包括基座、三角架和水准器等。基座和三角架用来支承和粗略安放经纬仪于测站上，光学对中器则使竖轴系的轴线O点精确地安放于测点A的正上方，直线OAa应与竖轴的轴线相重合(参看图16-1和图16-3)。脚螺栓和水准器用

5、来调整竖轴使之垂直于水平面M。另外，横轴也要用跨水准器调成水平。除了以上的基本结构之外，经纬仪还有一些辅助装置。如横轴的减荷装置及各种微动机构和锁紧装置等等。经纬仪在测量时通常用测回法工作，参看图16-1。当用望远镜照准目标B和C各一次测得水平角称为半个测回；若用望远镜照准目标B和C各两次(一次正镜，另一次倒镜)而测得水平角称为一个测回。为了提高测角精度，一般要重复测量几个测回，甚至十几个测回。二经纬仪不满足几何条件时所产生的误差经纬仪测角时所产生的测角误差，按其性质可分为随机误差和系统误差两类。这里不研究随机误差，只研究由于经纬仪不满足几何条件时所产生的系统误差。经纬仪应满足的几何条件为

6、：1)视准轴、横轴和竖轴三轴互相垂直。2)视准轴、横轴轴线和竖轴轴线相交于一点o.由于经纬仪在设计、制造和装配等方面的不完善，上述的几何条件不能得到满足，因此必然影响经纬仪的测角精度。现分别讨论如下：1.视准差(照准差)望远镜的视准轴与横轴的不垂直度称为视准差C。当经纬仪存在视准差C时，会给水平角的测量带来误差。图16-4经纬仪视准图如图16-4所示，HH为横轴，OP为视准轴的正确位置，即OP⊥HH，OM为视准轴的实际位置，即∠MOP=C,为目标的高低角，则有由于,所以又由于故(16-1)因为水平角是在两个方向上测得的，故测角误差应为图16-5经纬仪正倒镜测量法（16-2）式中，——一个目

7、标的高低角；——另一个目标的高低角；显然，当=时，=0。因此在进行高精度测量时（例如二等三角测量），应使=≈O°，即目标接近水平，以减小视准差的影响。此外，当≠时，可用正倒镜测量法来消除视准差的影响。如图16-5所示，当正镜和倒镜时C值符号相反，取两个读数的平均值即可消除C的影响。2.横轴倾斜误差横轴与竖轴的不垂直度称为横轴倾斜误差，可用横轴与水平面之间的夹角来表示。当=O时，视准轴绕横轴旋转所产生的轨迹平面为一铅垂平面