浅谈经纬仪仪器误差的检查与校正

浅谈经纬仪仪器误差的检查与校正

王中将,翁碧琴,朱永康

中国人民解放军31620部队 福建福州 350300

摘  要：经纬仪是一种精密光学仪器，具有精度高、结构紧凑的特点，通过定期检查校正能够及时发现并减小仪器误差，使其保持良好工况。文章概述了了经纬仪四种轴线关系，分别介绍了7种常见影响测角误差因素、4种影响观测误差和外界影响因素，着重就经纬仪7种常见检查校正的轴线关系进行论述，希望为相关行业人员使用经纬仪提供参考。

关键词：经纬仪  仪器误差  检查校正

俗话说：“工欲善其事，必先利其器”。经纬仪是测量作业中常见的精密光学仪器，在搬运、使用过程中受颠簸影响，经纬仪各部件的几何垂直平行关系就会发生一定量的改变。为确保仪器保持较好技术状况，所以，使用仪器之前应对仪器进行检查校正。

检查校正仪器是每名测量工作者需要掌握的基本技能之一。检查时应注重以下四种轴线关系（如图1所示）：一是竖轴，即经纬仪的旋转轴（VV），是镜体旋转的中心轴线，垂直并通水平度盘中心位置。二是横轴，即望远镜在支架的旋转轴（HH），垂直并通高低度盘中心位置。三是视准轴，即望远镜的瞄准线（CC），是指望远镜的十字丝中心与物镜光学中心的连线。四是水准管轴，即水准管内壁圆弧中心的切线（LL），当长水准管内的气泡居中时，水平度盘应为水平状态。

图1  经纬仪轴线图

一、经纬仪常见误差的检查与校正

经纬仪误差的来源主要是因加工制造工艺和校正不完善造成的，其表现为具有规律性的误差，可以在实施测量或测量成果计算整理中通过一定的方法予以消除或者减小。常见误差有：水准管轴不垂于直竖轴、视准轴不垂直于横轴、横轴不垂直于竖轴、照准部照准轴偏心、光学归心器的视准轴不与竖轴重合等。

经纬仪主要轴线关系，应满足下述几何条件（如图2所示）。

图2  经纬仪轴线关系图

1.水准管轴应垂直于仪器竖轴（视准轴）；2.圆水准器轴应平行于竖轴（视准轴）；3.望远镜的十字丝竖丝应垂直于横轴；4.视准轴应垂直于横轴；5.横轴应垂直竖轴；6.光学归心器的视准轴应与竖轴重合；7.视准轴水平时竖盘读数应为90°或270°。

（一）水准管轴垂直竖轴的检验与校正

1.检验。将经纬仪调平后，转动经纬仪镜体至任意位置，此时若水准气泡偏差都不超过水准器分划线的半格，说明仪器满足条件。如果水准管轴与水平轴偏差量为α（如图3a所示），则竖轴未在铅垂位置，需要进行校正。转动镜体180°，旋转后水准管轴与水平位置的偏移量为2α（如图3b所示）。

图3  水准管轴垂直竖轴检查校正示意图

2.校正。镜体保持不动，旋转水平调整螺使管水准气泡退回原偏移量的一半，则竖轴便处于铅垂位置，（如图3c所示）。使用校正针调整校正螺丝升高（降低）水准管使气泡居中（如图3d所示），此步骤需要反复操作，直到镜体转到任意位置，管水准气泡均不超过半格为止。管水准器一般是左侧固定，通过调整右侧调节螺丝从而使水准管升高或降低（如图4所示）。如若使右端降低，则先顺时针转动下端的螺丝，再顺时针转动上边的螺丝；反之，则先逆时针调节上边的螺丝，再逆时针调节下边的螺丝。完成后，紧固上下两颗螺丝，将水准管右端固定紧。

图4  水准管结构图

（二）圆水准器轴平行竖轴的检验与校正

1.检验。当仪器水平时，圆水准气泡应当居中。检查时使用校正好的管水准器将仪器整平，此时竖轴处于铅垂位置。圆水准器的气泡应该居中。否则应当校正。

图5  圆水准器结构图             图6  十字丝竖丝检查示意图

2.校正。在圆水准器的底部有3个校正螺丝（如图5所示），依据气泡偏移的方向，使用校正针调节三颗校正螺丝使圆水准器气泡居中。校正好后旋紧3个螺丝使其紧固。

（三）望远镜分划镜十字丝倾斜的检验与校正

1.检验。调平经纬仪后，望远镜分划镜十字丝应当在垂直面内。在距离仪器3米以外处挂一个垂球，在垂球下端放置一个水桶，使水淹没垂球，以保持垂线的稳定性（如图6所示）。转动镜体用十字丝精确瞄准垂球线，如果十字丝的竖线与垂球线不重合，则需要校正。

2.校正。顺时针旋开望远镜分划板防护罩，使用一字起略松开十字丝环固定螺丝，（如图7a所示）转动接眼镜的外筒，使分划镜内十字丝竖丝与垂球线完全重合（如图7b所示），然后紧定固定螺丝，并重复检查一次，最后将护罩旋上。

图7a  望远镜十字丝分划板        图7b  十字丝调校示意图

（四）望远镜视准轴垂直于横轴的检验与校正

如果视准轴不垂直于横轴，则视准轴在横轴上旋转时就会形成一个圆锥形。望远镜视准轴不垂直于横轴所偏离的角度c称为视准轴误差，且盘左、盘右的c的绝对值相等而符号相反。当视准轴存在偏差，使用同一器材测量同一目标时，对测量成果精度影响的大小相同且符号相反，作业中采取整测回测量并取盘左、盘右平均数，视准轴误差可自然抵消。

1.检验。（如图8a所示），在平坦地形上，选择相距约100m的A、B两点，在中点O的位置整置经纬仪，用“盘左”瞄准约与器材同高的A点处的觇标，在同一方向线、同高的另一端墙壁上横放一把刻度尺。先瞄准A点觇标，保持镜体不动，倒转望远镜180°，在刻度尺上读数B

1，然后盘右再次瞄准A点觇标，倒转望远镜180°，在刻度尺上读数B2，若B1、B2重合，即B1-B2±180°=2c=0，则表示条件成立。对DJ6型经纬仪，若|c|＞1′，需要进行校正，（如图8a所示）。

2.校正。利用公式B正=B2+c计算出现盘右的正确读数B正。在盘右位置旋转方向微动螺旋使水平度盘读数为B正。倒转望远镜180°，取下望远镜的保护罩，稍微松开上方的十字丝校正螺丝（约四分之一圈），然后再调整左右两侧校正螺丝，一松一紧，移动十字丝分划板与A点觇标重合，直到十字丝交点对准目标点,（如图8b所示）。如此反复检查校正。

图8a  视准轴垂直于横轴的检验与校正     图8b 视准轴校正螺丝示意图

（五）横轴垂直于竖轴的检验与校正

如果经纬仪两端支架高度不等，就会出现横轴不垂直于竖轴，其偏差值称为横轴误差。

1.检验。在离一堵高墙约20至30米处整置经纬仪。在盘左状态下，将望远镜抬高约30°左右的高处，照准参照点P，然后将望远镜调整至水平状态，在墙上标出十字丝中点A（如图9所示）。盘右状态下再次瞄准P点，将望远镜调整至水平状态，在墙上标出十字丝中点B（如图9所示）。如果A、B两点未重合需要校正器材。

2.校正。由于盘左盘右倾斜的方向相反而大小相等，量取AB两点的中点M，则P、M两点在同一铅垂线内。然后照准M点，将望远镜抬高，则视线必然偏离P点，而落在P′上，（如图9所示）。在保持仪器不动的条件下，打开支架右侧的保护板，稍微松开偏心轴承的3个固定螺旋后（如图10所示），调节横轴端点上下移动。使十字丝中心落在P上，待校正好后，要将固定螺旋旋紧，并上好护罩，完成校正。

图9  横轴垂直于竖轴检查方法       图10横轴调节螺旋

（六）光学归心器的检验与校正

经纬仪的光学归心器一种装在照准部上，另一种装在仪器的基座上，（如图12所示）。要求光学归心器的十字丝中心与经纬仪的竖轴重合。测量规范中要求误差不得大于1mm。

1.检验。由于归心器位置构造不同，检验的方法也不相同。安装在照准部上的光学归心器检查时，在地面上贴上反光贴片标志，将经纬仪整置好后，使光学归心器十字丝精确对准反光贴片上的十字中心位置，将镜体旋转180°，观察光学归心器十字丝位置，误差大于1mm则需要校正。安装在基座上的光学归心器，可将仪器平置于稳固的桌子上，使基座部分伸出桌面。观察光学归心器十字丝位置，并在离仪器1.5米左右的墙面上贴好反光贴片，并与十字丝相重合。在不移动经纬仪的情况下将基座旋转180°，如果视线偏离原来的位置1mm时需要校正。

2.校正。先将经纬仪光学归心器十字丝中心正对反光贴片十字标志，然后将仪器转动180°，拧下归心器目镜护盖，用校正针调整4个调整螺丝，使贴片十字标志在分划板上影像向分划板中心移动一半，重复以上操作，直至两者始终重合为止。

图12  光学对点器种类及光轴关系

（七）竖盘指标差的检验与校正

利用望远镜盘左、盘右整测回观测竖直角时，指标差的大小不影响结果，但是指标差过大，当只进行半测回时，指标差无法消除须进行校正。

1.检验。整置好仪器后用盘左、盘右分别测出远处同一目标的竖直角，并记录其读数L和R（先瞄准目标后调节竖盘水准管气泡居中然后再读数），计算其指标差值。，当时，应进行校正。

图13  竖盘校正图

2.校正。在盘右状态下瞄准目标，这时的正确读数应为R-I。转动竖盘水准管调节螺旋将竖盘读数在R-I的位置上，此时水准管气泡必然会偏离中心位置，用校正针调节竖盘管水准器调整螺旋，（如图13所示），使气泡居中即可。

上述七种检查校正都需要反复进行，直至其误差在容许的范围以内。

二、校正仪器应注意的事项

为保证检修质量，必须要遵守仪器检修操作规程，防止和避免粗暴操作造成仪器更大程度损伤，为此，检修人员在检修中还应注意以下事项。一是根据故障状况确定维修等级并制订检修方案，不要盲目地拆卸仪器。按照先外后内、先主后次的原则进行，先检查校正基本条件，把影响后续检查的项目先进行检查校正；二是了解仪器的结构原理，熟悉仪器有关技术标准，以便确定需要检校部位；三是遵守哪个部位有故障就先拆卸校正哪个部位的原则，不拆动与故障无关的部位。必须要拆的部位要分批拆卸，不要一下全部拆下来；四是拆卸时要注意零部件的相互位置关系，在拆卸前进行拍照以及在零件上用铅笔划好记号，以便安装时恢复原来位置。特别是一些棱镜的相对位置要标记清楚；五是保持零部件的清洁，尤其是光学零部件和机械零件，在安装前要仔细检查是否擦拭干净。对于拆卸下的小零件要分类装入收纳盒内，防止零件和螺丝丢失。

三、结论

在经纬仪的操作使用过程中应及时检查器材，同时注意外界因素影响，选择使用技术状况较好的仪器进行作业。文章通过结构图分析了经纬仪测量需要保持的四种基本几何关系，并详细说明了日常使用中经常会出现的7种技术状况，从检查和校正两个层面分析存在误差对测量的影响以检查和校正的方法。最后，提出了检查校正时应注意的基本事项。可为装备操作者提供可行的检查校正方法和手段。

参考文献

【1】吴大江，刘宗波.测绘仪器使用与检测[M].黄河水利出版社2012：87-111

【2】赵桂生，刘爱军.测量放线工入门与技巧[M].化学工业出版社2019：57-62

【3】李章树，刘蒙蒙，赵立.工程测量学[M].化学工业出版社2019：47-54

【4】王冰.炮兵测地[M].南京炮兵学院出版社2012：103-107

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