经纬仪的检验与校正方法

按照计量法的要求,经纬仪与其他测绘仪器一样,必须定期送法定检测机关进行检测,以评定仪器的性能和状态。但在使用过程中,仪器状态会发生变化,因此,仪器的使用者应经常利用室外方法进行检验和校正,以使仪器经常处于理想状态。

图2-22 竖盘指标差

(a)盘左视准轴水平;(b)盘左瞄准觇点R;(c)盘右视准轴水平;(d)盘右瞄准觇点P

1.经纬仪应满足的主要条件

从测角原理已知,为了能正确地测出水平角和竖直角,仪器要精确地安置在测站点上,同时确保竖轴铅垂,视线绕横轴旋转时,能够形成一个铅垂面,且当视线水平时,竖盘读数应为90°或270°。

为了满足上述要求,仪器应具备下述理想关系:

(1)照准部的水准管轴应垂直于竖轴。如满足这一关系,需要利用水准管整平仪器后,竖轴才可以精确地位于铅垂位置。

(2)圆水准器轴应平行于竖轴。如满足这一关系,则利用圆水准器整平仪器后,仪器竖轴才可粗略地位于铅垂位置。

(3)十字丝竖丝应垂直于横轴。如满足这一关系,则当横轴水平时,竖丝位于铅垂位置。这样,一方面可利用它检查照准的目标是否倾斜,同时,也可利用竖丝的任一部位照准目标,以便于工作。

(4)视线应垂直于横轴。如满足这一关系,则在视线绕横轴旋转时,可形成一个垂直于横轴的平面。

(5)横轴应垂直于竖轴。如满足这一关系,则当仪器整平后,横轴即水平,视线绕横轴旋转时,可形成一个铅垂面。

(6)光学对中器的视线应与竖轴的旋转中心线重合。如果满足这一关系,再利用光学对中器对中后,竖轴旋转中心才能位于过地面点的铅垂线上。

(7)视线水平时竖盘读数应为90°或270°。如果这一条件不满足,则有竖盘指标差存在,给竖直角的计算带来不便。

2.经纬仪的检验和校正方法

经纬仪检验的目的是检查上述各种关系是否满足。如果不能满足,且偏差超过允许的范围时,则需进行校正。检验和校正应按一定的顺序进行,确定这些顺序的原则如下:

(1)如果某一项不校正好,会影响其他项目的检验时,则这一项先做。

(2)如果不同项目要校正同一部位,则会互相影响,在这种情况下,应将重要项目在后边检验,以保证其条件不被破坏。

(3)有的项目与其他条件无关,则先后均可。

现分别说明各项检验与校正的具体方法。

(1)照准部的水准管轴垂直于竖轴。

检验:先将仪器粗略整平后,使水准管平行于一对相邻的脚螺旋,并用这一对脚螺旋使水准管气泡居中,这时水准管轴LL'已居于水平位置。如果两者不相垂直[图2-23(a)],则竖轴VV'不在铅垂位置,然后将照准部平转180°,由于它是绕竖轴旋转的,竖轴位置不动,则水准管轴偏移水平位置,气泡也不再居中,如图2-23(b)所示。如果两者不相垂直的偏差为α,则平转后水准管轴与水平位置的偏移量为2α。

图2-23 水准管轴垂直于竖轴的检验与校正

校正:校正时用脚螺旋使气泡退回原偏移量的一半,则竖轴便处于铅垂位置,如图2-23(c)所示。再用校正装置升高或降低水准管的一端,使气泡居中,则条件满足,如图2-23(d)所示。水准管的构造如图2-24所示。如果要使水准管的右端降低,则先顺时针转动下边的螺旋,再顺时针转动上边的螺旋;反之,则先逆时针转动上边的螺旋,再逆时针转动下边的螺旋。校正好后,应以相反的方向转动上、下两个螺旋,将水准管固紧。

图2-24 水准管的构造

(2)圆水准器轴平行于竖轴。

检验:利用已校好的照准部水准管将仪器整平,这时竖轴已居铅垂位置。如果圆水准器的理想关系满足,则气泡应该居中,否则需要校正。

校正:在圆水准器盒的底部有3个校正螺旋,如图2-25所示。根据气泡偏移的方向,将其旋进或旋出,直至气泡居中则条件满足。校正好后,应将3个校正螺旋旋紧,使其紧固。

图2-25 圆水准器的校正

(3)十字丝竖丝垂直于横轴。

检验:以十字丝竖丝的一端照准一个小而清晰的目标点,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2-26所示。如果目标点到另一端时仍位于竖丝上,则理想关系满足。否则,需要校正。(www.xing528.com)

图2-26 十字丝竖丝垂直于横轴的检验

校正:校正的部位为十字丝分划板,它位于望远镜的目镜端。将护罩打开后,可看到4个固定分划扳的螺旋,如图2-27所示。稍微旋松这4个螺旋,则可将分划板转动,待转动至满足理想关系后,再旋紧固定螺旋,并将护罩上好。

图2-27 十字丝的校正

(4)视线垂直于横轴。

检验:如图2-28所示,选一长约100 m的平坦地面,将仪器架设于中间O处,并将其整平。先以盘左位置照准设于离仪器约50 m的一点A,再固定照准部,将望远镜倒转180°,改为盘右,并在离仪器约50 m处于视线上标出一点B1。如果仪器理想关系满足,则A、O、B1三点必在同一直线上。当用同样方法以盘右照准A点,再倒转望远镜后,视线应落于B1点上。如果第二次的视线未落于B1点上,而是落于另一点B2上,即说明理想关系不满足,需要进行校正。

校正:由图2-28可以看出,如果视线与横轴不垂直,而有一偏差角c,则∠B1OB2=4c。将B1、B2的距离分为4等份,取靠近B2点的等分点B3,则可近似地认为∠BOB3=c。在照准部不动的条件下,将视线从OB2校正到OB,则理想关系可得到满足。

图2-28 视线垂直于横轴的检验

因为视线是由物镜光心和十字丝交点构成的,所以校正的部位仍为十字丝分划板。在图2-27中,校正分划板左、右两个校正螺旋,则可使视线左右摆动。旋转校正螺旋时,可先旋松一个,再旋紧另一个。待校正至正确位置后,应将两个校正螺旋旋紧,以防松动。

(5)横轴垂直于竖轴。绕横轴旋转时构成的是一个倾斜平面。根据这一特点,在做这项检验时,应将仪器架设在一个高的建筑物附近。当仪器整平以后,在望远镜倾斜约30°左右的高处,以盘左照准一清晰的目标点A,然后将望远镜放平,在视线上标出墙上的一点B,如图2-29(a)所示,再将望远镜改为盘右,仍然照准A点,并放平视线,在墙上标出一点C,如图2-29(b)所示。如果仪器理想关系满足,则B、C两点重合。

检验:在竖轴铅垂的条件下,如果横轴不与竖轴垂直,则横轴倾斜。如果视准轴已垂直于横轴,但横轴不是处于水平位置,说明这一理想关系不满足,需要校正。

校正:因为盘左、盘右倾斜的方向相反而大小相等,所以取B、C的中点M,则A、M在同一铅垂面内,然后照准M点,将望远镜抬高,则视线必然偏离A点,而落在A'处,如图2-29(c)所示。在保持仪器不动的条件下,校正横轴的一端,使视线落在A上,如图2-29(d)所示,则完成校正工作。

图2-29 横轴垂直于竖轴的检验

在校正横轴时,需要将支架的护罩打开。其内部的校正装置如图2-30所示,它是一个偏心轴承,当松开3个轴承固定螺旋后,轴承可作微小转动,以迫使横轴端点上下移动。待校正好后,要将固定螺旋旋紧,并上好护罩。

图2-30 横轴的校正

由于这项校正需要打开支架护罩,一般送仪器修理公司或检校部门完成。

(6)光学对中器的视线与竖轴旋转中心线重合。

检验:如果这一理想关系满足,光学对中器的望远镜绕竖轴旋转时,视线在地面上照准的位置不变。否则,视线在地面上照准的轨迹为一个圆圈。

因为光学对中器的构造有在照准部上和在基座上两种,所以检验的方法也不同。

对于安装在照准部上的光学对中器,将仪器架好后,在地面上铺以白纸,在纸上标出视线的位置,然后将照准部平转180°,如果视线仍在原来的位置,则理想关系满足。否则,需要校正。

对于安装在基座上的光学对中器,由于它不能随照准部旋转,不能采用上述方法。可将仪器平置于稳固的桌子上,使基座伸出桌面。在离仪器1.3 m左右的墙面上铺以白纸,在纸上标出视线的位置,然后在仪器不动的条件下将基座旋转180°,如果视线偏离原来的位置,则需校正。

校正:造成光学对中器误差的原因有二:一是在直角棱镜上视线的折射点不在竖轴的旋转中心线上;二是望远镜的视线不与竖轴的旋转中心线垂直,或者直角棱镜的斜面与竖轴的旋转中心线不成45°。因为前一种原因影响极小,所以一般校正后者。不同厂家生产的仪器,可校正的部位也不同。有的是校正对中器的望远镜分划板,如北光的DJ2 E;有的则是校正直角棱镜,如上三光的DJK-6。

因为检验时所得前、后两点之差是由二倍误差造成的,所以在标出两点的中间位置后,校正有关的螺旋,使视线落在中间点上即可。对中器分划板的校正与望远镜分划板的校正方法相同。直角棱镜的校正装置位于两支架的中间,图2-31所示为上三光DJK-6校正装置示意。调节螺旋1,则视线前后移动,调节螺旋2、3,则视线左右移动。

图2-31 上三光DJK-6校正装置示意

(7)竖盘指标差。

检验:检验竖盘指标差的方法,是用盘左、盘右照准同一目标,并读得其读数L和R后,按式(2-10)计算其指标差值。

校正:保持盘右照准原来的目标不变,这时的正确读数应为R-x。用水准管微动螺旋将竖盘读数安置在R-x的位置上,这时水准管气泡必不再居中,调节水准管校正螺旋,使气泡居中即可。

上述的每一项校正一般都需要反复进行几次,直至其误差在容许的范围以内。