控制测量学精密光学经纬仪的仪器误差及其检验和校正GL.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流控制测量学精密光学经纬仪的仪器误差及其检验和校正GL.精品文档. 精密光学经纬仪的仪器误差及其检验和校正 前面几节具体介绍了光学经纬仪的主要部件及其相互关系。仪器的制造和安装不论如何精细,也不可能完全满足理论上对仪器各部件及其相互几何关系的要求,加之在仪器使用过程中产生的磨损、变形,以及外界条件对仪器的影响,必然给角度测定结果带来误差影响。这种因仪器结构不能完全满足理论上对各部件及其相互关系的要求而造成的测角误差称为仪器误差。 仪器误差包括三轴误差(视准轴误差、水平轴倾斜误差、垂直轴倾斜误差),照准部旋转误差,分划误差(水平度盘分划误差、测微
2、盘分划误差)以及光学测微器行差等。本节将介绍这些误差的产生原因,消除或减弱其影响的措施及检验方法。 3.4.1 三轴误差 由3.1知,经纬仪的三轴(视准轴、水平轴、垂直轴)之问在测角时应满足一定的几何关系,即视准轴与水平轴正交,水平轴与垂直轴正交,垂直轴与测站铅垂线一致。当这些关系不能满足时,将分别引起视准轴误差、水平轴倾斜误差、垂直轴倾斜误差。图3-26 视准轴误差 1视准轴误差 (1)视准轴误差及其产生原因 望远镜的物镜光心与十字丝中心的连线称为视准轴。假设仪器已整置水平(即垂直轴与测站铅垂线一致),且水平轴与垂直轴正交,仅由于视准轴与水平轴不正交即实际的视准轴与正确的视准轴存在夹角C,称
3、为视准轴误差。如图326。当实际的视准轴偏向垂直度盘一侧时,C为正值,反之C为负值。 产生视准轴误差的原因是由于安装和调整不正确,使望远镜的十字丝中心偏离了正确的位置,造成视准轴与水平轴不正交,从而产生了视准轴误差。此外,外界温度的变化也会引起视准轴的位置变化,产生视准轴误差。 (2)视准轴误差对观测方向值的影响及消除影响的方法 视准轴误差C对观测方向值的影响为 (3-10)式中:为观测目标的垂直角。 由的表达式可知: 1)的大小不仅与C的大小成正比,而且与观测目标的垂直角有关。当越大时,C也越大,反之就越小;当=0时,=C。 2)盘左观测时,实际视准轴位于正确视准轴的左侧,使正确的方向值L0
4、比含有视准轴误差的实际方向值L小,即 纵转望远镜,以盘右观测同一目标时,实际视准轴在正确视准轴的右侧,显然此时对方向值的影响恰好和盘左时的数值相同,符号相反,即正确的方向值较有误差的方向值R大,故 取盘左与盘右的中数,得 (3-11) 可以看出:视准轴误差对观测方向值的影响,在望远镜纵转前后,大小相等,符号相反。因此,取盘左与盘右的中数可以消除视准轴误差的影响。 3)观测一个角度时,如果两个方向的垂直角相等,则视准轴误差的影响可在半测回角度值中得到消除。即使垂直角不相等,如果差异不大且接近于0,其影响也可以忽略。 4)望远镜纵转前后,同一方向的盘左、盘右观测值之差为 (3-12) 视准轴与水平
5、轴的关系是机械的结合,在短时间内,可以认为C是常值。由(3-11)式可知,若各个方向的垂直角a很小,且相差不大时,2C近似等于2C,亦可认为是常值。因此,可将上式写成: (3-13)2C通常被称为二倍照准差。 (3)计算2C的作用及校正2C的方法 在短暂的观测时间里,视准轴受温度等外界因素的影响所产生的变化是很小的。在观测过程中,2C变动的主要原因是观测照准读数等偶然误差的影响。因此,计算2C并规定其变化范围可以作为判断观测质量的标准之一。 另外,2C的常值部分对观测结果是没有影响的,有影响的仅是它的变动部分。但是,2C数值过大时,对记簿计算不太方便,因此2C绝对值过大时需校正。2C的绝对值对
6、于J07 J1型仪器应不大于20,J2型仪器应不大于30。 校正2C的方法如下: 首先选择一个垂直角接近于0的目标,用盘左、盘右观测出2C值,若2C值的绝对值大于规范规定的限差,应进行2C的校正。 对于无目镜测微器的仪器,先按R0=R+C(或L0=LC)算出正确读数。然后用测微盘对准正确读数的不足度盘一格的零数,再用水平微动螺旋使水平度盘的上下分划像重合,使水平度盘读数等于R0或L0,此时望远镜的十字丝中心偏离目标影像。再用十字丝网校正螺旋使十字丝照准目标。图3-27 十字丝校正螺旋 不同类型的仪器,其十字丝校正螺旋亦不尽相同,如图3-27所示。校正时,应注意校正螺旋的对抗性,应先松开一个再紧
7、另一个。校正后,通常应再检测一次,直到达到目的为止。2水平轴倾斜误差 (1)水平轴倾斜误差及产生原因 当视准轴与水平轴正交,且垂直轴与测站铅垂线一致时,仅由于水平轴与垂直轴不正交使水平轴倾斜一个小角i,称为水平轴倾斜误差,见图3-28。 引起水平轴倾斜误差的主要原因是:在仪器安装、调整时不完善,致使仪器水平轴两支架不等高;或者水平轴两端的直径不相等。 (2)水平轴倾斜误差对观测方向值的影响及消除影响的方法 水平轴倾斜误差对观测方向值的影响为图3-28 水平轴倾斜误差 (3-14)式中:为观测目标的垂直角。 由的表达式可知: 1)的大小不仅与的大小成正比,而且与观测目标的垂直角有关,当越接近于9
8、0,亦越大,当=0时,则=0 2)上述情况为盘左时,由于水平轴倾斜,使视准轴偏向垂直度盘一侧,正确的方向值L0较有误差的方向值L小,即 (3-15) 纵转望远镜,在盘右位置观测时,正确读数较有误差的读数为大,故 (3-16) 取盘左和盘右读数的中数,得上式说明,水平轴倾斜误差对观测方向值的影响,在盘左和盘右读数中,可以得到消除。3)观测一个角度时,如果两个方向的垂直角相差不大且接近于0时,水平轴倾斜误差在半测回角度值中可以得到减弱或消除。 4)在望远镜纵转前后,同一方向上的盘左和盘右的观测值之差 (3-17)这说明,即使没有视准轴误差存在,但由于有水平轴倾斜误差的存在,使得同一方向的 盘左和盘
9、右读数之差值中,仍含有水平轴倾斜误差的影响。在山区,一个测站上的各个观测方向的垂直角相差较大,如果视准轴误差和水平轴误差同时存在时,则有 (3-18)这样,就不便于利用2C的变化来判断观测成果的质量。所以,对仪器的角的大小要加以限制,规范规定,J07、J1型仪器的角不得超过10,J2型仪器不得超过15。若超过限差,应对仪器进行校正。 (3)水平轴倾斜误差的检验1)检验公式 式(3-18)为视准轴误差与水平轴倾斜误差同时存在时的盘左和盘右读数之差,即 将式(3-10)和式(3-14)代入上式,为书写简单,省去“180”(下同),得 (3-19) 若观测目标的垂直角0时,称之为高点。在盘左和盘右位
10、置观测高点时,则 (3-20) 若观测目标的垂直角0时,称之为低点。观测低点时,有 (3-21) 在设置高点和低点时,若使 把式(3-20)与式(3-21)相加和相减,可分别得到 (3-22) 若对高点和低点均观测n个测回,则有 (3-23) 令 (3-24) 则 (3-25) 这就是高低点法检验视准轴误差及水平轴倾斜误差的公式。 2)检验方法 此项检验可在室内或室外进行。在室内检验时,可用两个照准器(任何装有十字丝的仪器均可)作为照准目标。在室外检验时,可在距仪器5 m以外的地方设置两个目标。 对两个目标位置的要求是:高点和低点应大致在同一方向上,两目标的垂直角的绝对值应不小于3且大致相等,
11、其差值不得超过30。 检验步骤是: 观测高点和低点间的水平角6测回,并在各测回间均匀分配度盘。在观测过程中,同一测回不得改变照准部的旋转方向,即半数测回顺时针方向旋转照准部,半数测回逆转。观测限差是:各测回角度值互差,J07、J1型仪器应小于3;J2型仪器不得超过8。2C变化,高点和低点的分别比较,J07、J1型仪器不得超过8,J2型仪器不得超过10。 观测高点和低点的垂直角,用中丝法观测3个测回,垂直角、指标差的互差不得超过10(各种类型的仪器要求相同)。 若有超限者,应进行重测。 检验示例见表3-2和表3-3。 顺便指出,当水平轴倾斜误差超限需要对仪器进行校正时,应由仪器检修人员进行。所以
12、,此项误差的校正不再叙述。 3垂直轴倾斜误差 (1)垂直轴倾斜误差及其产生的原因 当仪器三轴问的关系均已正确时,由于仪器未严格整置水平,而使仪器垂直轴偏离测站铅垂线一个微小的角度v,称为垂直轴倾斜误差。如图3-29,OV为与测站铅垂线一致的垂直轴位置,与之正交的水平轴为HH1,OV为与测站铅垂线不一致即倾斜一个小角v的垂直轴的位置,水平轴也随之倾斜至HH1,位置。这样,与水平轴正交的视准轴也偏离了正确位置,当其绕水平轴俯仰时形成的照准面将不是垂直照准面,而是倾斜照准面,从而给水平方向观测带来误差。表3-2 水平轴不垂直于垂直轴之差的测定(一)高、低两点间水平角的测定 仪器:北光J07 No:7
13、1001 1974年5月3日注:120位置为划去测回不采用,重测于后。表3-3 水平轴不垂直于垂直轴之差的测定(二)高、低两点间垂直角的测定仪器:北光J07 :71001 1974年5月3日照准点测回读 数指标差垂直角 盘 左 盘 右 高 点 92 00 01.3 87 58 56.8 01.4 02.7 56.6 113.4 -03.9 +4 00 09.3 92 00 01.3 87 58 57.0 01.3 02.6 57.2 114.2 -03.2 +4 00 08.4 92 00 00.3 87 58 56.6 00.2 00.5 57.0 113.6 -05.9 +4 00 06.
14、9 中数 + 4 00 08.2 低 点I 87 58 57.8 92 00 00.1 58.1 115.9 00.2 00.3 -03.8 -4 00 04.4 87 58 591 92 00 00.2 59.3 118.4 00.3 00.5 -01.1 -4 00 02.1 87 58 582 92 00 00.6 58.5 116.7 00.5 01.1 -02.2 -4 00 04.4 中数 -4 00 03.6 a =4 00 05.9注:水平轴不垂直于垂直轴之差: (2)垂直轴倾斜误差对观测方向值的影响 如图3-30,当垂直轴与测站铅垂线一致时,与之正交的水平轴HH1处于水平位置
15、,若照准部绕垂直轴旋转一周,水平轴HH1将始终处于水平面H1MHM1上。当垂直轴倾斜一个小角v,而处于OV位置时,与之正交的水平轴处于HH1位置,若照准部旋转一周, 图3-29 垂直轴倾斜误差 图3-30 垂直轴倾斜误差对观测方向值的影响水平轴HH1,将始终处于倾斜面H1MHM1上,由此可以看出,由于垂直轴与测站铅垂线不一致,将引起与之正交的水平轴倾斜,从而给水平方向观测值带来误差影响。由图3-30可看出,水平轴HH1,的倾斜量是变化的;当水平轴HH1,与垂直轴倾斜面VOV一致,水平轴倾斜量最大,为v(与垂直轴倾斜的小角v相等);当水平轴HH1转到MOM1位置与垂直轴倾斜面VOV正交时最小为零
16、。也就是说,在水平轴随照准部绕倾斜的垂直轴OV由HOH1位置转动到MOM1位置时,水平轴的倾斜量将由。当水平轴HH1在OH2位置时,设水平轴的倾斜量为,若观测目标的垂直角为,则垂直轴倾斜误差v对水平方向观测值的影响可依式(3-14)写出 (3-26) 为了说明与v的关系,过H2与OV作大圆弧,交MH1于H2。水平轴由OH1转至OH2时的转角为,因为OH1与OM正交,则,在球面三角形MH2H2中,因为依正弦公式得 因为和均为小角度,上式可写成 (3-27)代入式(3-26)可得 (3)垂直轴倾斜误差对观测方向值的影响特性及减弱其影响的措施 通过上述分析可知,有如下特性: 1)垂直轴倾斜的方向和大
17、小,不随照准部转动而变化,所引起的水平轴倾斜方向在望远镜纵转前后是相同的(即的正负号不变),因而,对任一观测方向不能期望通过盘左和盘右观测取中数而消除其误差影响。 2)垂直轴倾斜误差对观测方向值的影响,不仅与垂直轴倾斜量、观测目标的垂直角有关,而且随观测方向方位的不同而不同。 为了减弱或消除垂直轴倾斜误差的影响,作业过程中应采取以下措施: 1)观测前要精密整平仪器,观测过程中要经常注意照准部水准器是否居中,其气泡偏离中央不得超出一格。否则,应停止观测,重新整置仪器水平。 2)在一站的观测过程中,适当的增加重新整平仪器的次数,以便改变垂直轴倾斜的方向,使其对观测结果的影响具有偶然性。 3)当观测
18、目标的垂直角较大时,可对其观测值加入垂直轴倾斜改正。为此,应事先测定仪器照准部水准器格值。在观测方向值中加入垂直轴倾斜改正的方法和测定照准部水准器格值的方法见规范。 3.4.2 偏心差 仪器的水平度盘,不但要求其刻划准确精密,而且要求安装时应使度盘分划中心与照准部旋转中心一致。同时,还要求度盘分划中心与度盘旋转中心一致。即要求三心(照准部旋转中心、度盘分划中心及度盘旋转中心)一致。这个要求如不能满足,就将产生照准部偏心差和水平度盘偏心差,现分别说明如下。 1照准部偏心差 (1)照准部偏心差的影响和性质 在水平角观测中,照准部绕垂直轴转动,若照准部旋转中心与水平度盘分划中心不一 致,产生的误差叫
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