模塊3角度測量

1、0ca水平度盤水平度盤 水平面aob A OB3.1.1 水平角和豎直角測量原理水平角和豎直角測量原理 天頂鉛垂線水平線ACAZCZACB090 18027090Zv DJ6 DJ6級光學(xué)經(jīng)緯儀級光學(xué)經(jīng)緯儀的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)0 90 180 270 090180270基座基座水平度盤水平度盤照準(zhǔn)部照準(zhǔn)部圖3-3 分微盡測微器讀數(shù)裝置 光學(xué)經(jīng)緯儀是通過光學(xué)元件，利光學(xué)經(jīng)緯儀是通過光學(xué)元件，利用幾何光學(xué)的放大和折射來進(jìn)行水平用幾何光學(xué)的放大和折射來進(jìn)行水平和豎直刻度盤讀數(shù)的。而全站儀則利和豎直刻度盤讀數(shù)的。而全站儀則利用光電轉(zhuǎn)換原理和微處理機(jī)，自動對用光電轉(zhuǎn)換原理和微處理機(jī)，自動對度盤進(jìn)行讀數(shù)并顯示出來

2、使觀測時操度盤進(jìn)行讀數(shù)并顯示出來使觀測時操作簡單、避免產(chǎn)生讀數(shù)誤差。目前，作簡單、避免產(chǎn)生讀數(shù)誤差。目前，電子測角有三種度盤形式，即電子測角有三種度盤形式，即編碼度編碼度盤盤、光柵度盤光柵度盤和和格區(qū)式度盤格區(qū)式度盤。下面分。下面分述其測角原理。述其測角原理。 1 1編碼度盤編碼度盤 如圖所示編碼度盤。整個度盤被均勻地劃分為如圖所示編碼度盤。整個度盤被均勻地劃分為1616個區(qū)間，每個區(qū)間個區(qū)間，每個區(qū)間的角值相應(yīng)為的角值相應(yīng)為360360 /16 = 22 /16 = 22 30 30 ；以同心圓由里向外劃分為；以同心圓由里向外劃分為4 4個環(huán)帶個環(huán)帶( (每個環(huán)帶稱為每個環(huán)帶稱為1 1條碼道

3、條碼道) )。黑色為透光區(qū)，白色為不透光區(qū)，透光表示二。黑色為透光區(qū)，白色為不透光區(qū)，透光表示二進(jìn)制代碼進(jìn)制代碼“1”1”，不透光表示，不透光表示“0”0”。這樣通過各區(qū)間的。這樣通過各區(qū)間的4 4個碼道的透光個碼道的透光和和 不透光，即可每區(qū)由里向外讀出一組不透光，即可每區(qū)由里向外讀出一組4 4位二進(jìn)制數(shù)來，每組數(shù)代表度盤的位二進(jìn)制數(shù)來，每組數(shù)代表度盤的一個位置，從而達(dá)到對度盤區(qū)間編碼的目的。一個位置，從而達(dá)到對度盤區(qū)間編碼的目的。 為了識別照準(zhǔn)方向落在度盤的區(qū)間的編碼，在度盤上方沿徑向每個碼道安為了識別照準(zhǔn)方向落在度盤的區(qū)間的編碼，在度盤上方沿徑向每個碼道安裝一個發(fā)光二極管組成光源系列；在

4、度盤下方相應(yīng)位置安裝一組光電二極裝一個發(fā)光二極管組成光源系列；在度盤下方相應(yīng)位置安裝一組光電二極管，組成通過碼道所編碼的光信號轉(zhuǎn)化為電信號輸出的接收檢測系列，從管，組成通過碼道所編碼的光信號轉(zhuǎn)化為電信號輸出的接收檢測系列，從而識別了度盤區(qū)間的編碼。通過對兩個方向的編碼識別，即可求得測角而識別了度盤區(qū)間的編碼。通過對兩個方向的編碼識別，即可求得測角值。編碼度盤分化區(qū)間的角值大小值。編碼度盤分化區(qū)間的角值大小( (分辨率分辨率) )取決于碼道數(shù)取決于碼道數(shù)n n，按，按360360 /2/2n n式計算，如需分辨率為式計算，如需分辨率為1010 ，則需要，則需要20482048個區(qū)間，個區(qū)間，11

5、11個碼道，個碼道，即即編碼接收檢測系統(tǒng)編碼接收檢測系統(tǒng) 360360 /2 /21111 = =360360 / 2048 = 10 / 2048 = 10 。顯然，這對有限尺寸顯然，這對有限尺寸的度盤是難以解決的。的度盤是難以解決的。因而在實際中，采用因而在實際中，采用碼道數(shù)和細(xì)分法加測碼道數(shù)和細(xì)分法加測微技術(shù)來提高分辨率微技術(shù)來提高分辨率。2 2光柵度盤光柵度盤 在光學(xué)玻璃圓盤上全圓在光學(xué)玻璃圓盤上全圓360360 均勻均勻而密集地刻劃出許多徑向刻線，構(gòu)成等而密集地刻劃出許多徑向刻線，構(gòu)成等間隔的明暗條紋間隔的明暗條紋光柵，稱做光柵度光柵，稱做光柵度盤，如圖所示。通常光柵的刻線寬度與盤，

6、如圖所示。通常光柵的刻線寬度與縫隙寬度相同，二者之和稱為光柵的柵縫隙寬度相同，二者之和稱為光柵的柵距。柵距所對應(yīng)的圓心角即為柵距的分距。柵距所對應(yīng)的圓心角即為柵距的分劃值。如在光柵度盤上、下對應(yīng)位置安劃值。如在光柵度盤上、下對應(yīng)位置安裝照明器和光電接收管，光柵的刻裝照明器和光電接收管，光柵的刻線不線不光柵度盤光柵度盤 透光，縫隙透光，即可把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。當(dāng)照明器和接收管隨照準(zhǔn)透光，縫隙透光，即可把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。當(dāng)照明器和接收管隨照準(zhǔn)部相對于光柵度盤轉(zhuǎn)動，由計數(shù)器計出轉(zhuǎn)動所累計的柵距數(shù)，就可得到轉(zhuǎn)部相對于光柵度盤轉(zhuǎn)動，由計數(shù)器計出轉(zhuǎn)動所累計的柵距數(shù)，就可得到轉(zhuǎn)動的角度值。因為光柵度盤

7、是累計計數(shù)的，所以通常這種系統(tǒng)為增量式讀動的角度值。因為光柵度盤是累計計數(shù)的，所以通常這種系統(tǒng)為增量式讀數(shù)系統(tǒng)。儀器在操作中會順時針轉(zhuǎn)動和逆時針轉(zhuǎn)動，因此計數(shù)器在累計柵數(shù)系統(tǒng)。儀器在操作中會順時針轉(zhuǎn)動和逆時針轉(zhuǎn)動，因此計數(shù)器在累計柵距數(shù)時也有增有減。例如在瞄準(zhǔn)目標(biāo)距數(shù)時也有增有減。例如在瞄準(zhǔn)目標(biāo)時，如果轉(zhuǎn)動過了目標(biāo)，當(dāng)反向回到時，如果轉(zhuǎn)動過了目標(biāo)，當(dāng)反向回到目標(biāo)時，計數(shù)器就會減去多轉(zhuǎn)的柵距目標(biāo)時，計數(shù)器就會減去多轉(zhuǎn)的柵距數(shù)。所以這種讀數(shù)系統(tǒng)具有方向判別數(shù)。所以這種讀數(shù)系統(tǒng)具有方向判別的能力，順時針轉(zhuǎn)動時就進(jìn)行加法計的能力，順時針轉(zhuǎn)動時就進(jìn)行加法計數(shù)，而逆時針轉(zhuǎn)動時就進(jìn)行減法計數(shù)，數(shù)，而逆時針轉(zhuǎn)

8、動時就進(jìn)行減法計數(shù)，最后結(jié)果為順時針轉(zhuǎn)動時相應(yīng)的角值。最后結(jié)果為順時針轉(zhuǎn)動時相應(yīng)的角值。在在80mm80mm直徑的度盤上刻線密度已達(dá)到直徑的度盤上刻線密度已達(dá)到5050線線/mm/mm，如此之密，而柵距的分劃，如此之密，而柵距的分劃值仍很大，為值仍很大，為1 1 43 43 。為了。為了莫爾條紋度盤莫爾條紋度盤提高測角精度，還必須用電子方法對柵距進(jìn)行細(xì)分，分成幾十至上千等提高測角精度，還必須用電子方法對柵距進(jìn)行細(xì)分，分成幾十至上千等份。由于柵距太小，細(xì)分和計數(shù)都不易準(zhǔn)確，所以在光柵測角系統(tǒng)中都份。由于柵距太小，細(xì)分和計數(shù)都不易準(zhǔn)確，所以在光柵測角系統(tǒng)中都采用了莫爾條紋技術(shù)，借以將柵距放大，再細(xì)

9、分和計數(shù)。莫爾條紋如圖所采用了莫爾條紋技術(shù)，借以將柵距放大，再細(xì)分和計數(shù)。莫爾條紋如圖所示，是用與光柵度盤相同密度和柵距的一段光柵示，是用與光柵度盤相同密度和柵距的一段光柵( (稱為指示光柵稱為指示光柵) )，與光柵，與光柵度盤以微小的間距重疊起來，并使兩光柵刻線互成一微小夾角度盤以微小的間距重疊起來，并使兩光柵刻線互成一微小夾角 ，這時就，這時就會出現(xiàn)放大的明暗交替的條紋，這些條紋就是莫爾條紋。通過莫爾條紋，會出現(xiàn)放大的明暗交替的條紋，這些條紋就是莫爾條紋。通過莫爾條紋，即可使柵距即可使柵距d d 放大至放大至 D D。3 3格區(qū)式度盤格區(qū)式度盤 格 區(qū) 式 度格 區(qū) 式 度盤如圖所示，盤如

10、圖所示，度盤刻有度盤刻有10241024個分劃，每個個分劃，每個分劃間隔包括分劃間隔包括一條刻線和一條刻線和一一個空隙個空隙( (刻線不透光，空隙透光刻線不透光，空隙透光) )，其分劃值為，其分劃值為 0 0 測角時度盤以一定的速測角時度盤以一定的速度旋轉(zhuǎn)，因此稱為動態(tài)測角。度盤上裝有兩個指示光欄，度旋轉(zhuǎn)，因此稱為動態(tài)測角。度盤上裝有兩個指示光欄，L LS S 為固定光欄，為固定光欄，L LR R 可隨照準(zhǔn)部轉(zhuǎn)動，為可動光欄。兩光欄分別安裝在度盤的內(nèi)外緣。測角可隨照準(zhǔn)部轉(zhuǎn)動，為可動光欄。兩光欄分別安裝在度盤的內(nèi)外緣。測角時，可動光欄時，可動光欄L LR R隨照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)，隨照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)，L LS

11、S 與與 L LR R 之間構(gòu)成角度之間構(gòu)成角度 。度盤在馬達(dá)帶。度盤在馬達(dá)帶動下以一定的速度旋轉(zhuǎn)，其分劃被光欄動下以一定的速度旋轉(zhuǎn)，其分劃被光欄 L LS S 和和 L LR R 掃描而計取兩個光欄之掃描而計取兩個光欄之間的分劃數(shù)，從而求得角度值。間的分劃數(shù)，從而求得角度值。 由圖可知，由圖可知， = = n n 0 0 + + ，即，即 角等于角等于n n個整周期個整周期 0 0與不足整周期與不足整周期的的 之和。之和。n n與與 分別由粗測和精測求得。分別由粗測和精測求得。1) 1) 粗測粗測 在度盤同一徑向的外邊緣上設(shè)有兩個標(biāo)記在度盤同一徑向的外邊緣上設(shè)有兩個標(biāo)記 a a 和和 b b

12、，度盤旋轉(zhuǎn)時，從，度盤旋轉(zhuǎn)時，從標(biāo)記標(biāo)記 a a 通過通過L LS S時起，計數(shù)器開始計取整間隔時起，計數(shù)器開始計取整間隔 0 0 的個數(shù)，當(dāng)另一標(biāo)記的個數(shù)，當(dāng)另一標(biāo)記 b b 通過通過L LR R時計數(shù)器停止計數(shù)，此時計數(shù)器所得到的數(shù)值即為時計數(shù)器停止計數(shù)，此時計數(shù)器所得到的數(shù)值即為 0 0 的個數(shù)的個數(shù)n n。3.2.1水平角的測量與記錄水平角的測量與記錄 氣泡居中，1、2等高 1 23123氣泡居中，3與1、2等高 測回法觀測記錄手薄測回法觀測記錄手薄2 2、全圓測回法、全圓測回法 觀測方向數(shù)大觀測方向數(shù)大于于2 2個時，水平角的個時，水平角的觀測方法。觀測方法。零方向 ABCDO全圓測

13、回法示意圖全圓測回法示意圖3 3、一測回的觀測步驟、一測回的觀測步驟盤左 零方向 ABCDO 瞄準(zhǔn)零方向瞄準(zhǔn)零方向A A ，按順時針旋，按順時針旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，依次照準(zhǔn)轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，依次照準(zhǔn)B B、C C、D D各各方向，分別讀取水平度盤讀數(shù)，方向，分別讀取水平度盤讀數(shù)，最后再觀測零方向最后再觀測零方向A A ，以上稱，以上稱為上半測回。為上半測回。 瞄準(zhǔn)零方向瞄準(zhǔn)零方向A A ，逆時針旋，逆時針旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，依次照準(zhǔn)轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，依次照準(zhǔn)D D 、C C、 B B各方向，讀取水平度盤讀數(shù)，各方向，讀取水平度盤讀數(shù)，最后再觀測零方向最后再觀測零方向A A ，以上稱，以上稱為下半測回。為下半測回。盤盤右右 盤

14、左 零方向 ABCDO 上半測回（盤左）和下半上半測回（盤左）和下半測回（盤右）合稱為一測回。測回（盤右）合稱為一測回。OADCB零方向零方向 0 90 180 270 090180270a1 d d1 c c1 b b1 （a1 ）上半測回（盤左半測回）下半測回（盤右半測回）a2 d d2 c c2 b b2 （a2 ）測測站站測測回回目目標(biāo)標(biāo)水平度盤讀數(shù)水平度盤讀數(shù)2C2C平均讀數(shù)平均讀數(shù)歸零后的方歸零后的方向值向值角值角值盤盤 左（左（L L）盤盤 右（右（R R）1 12 23 34 45 56 67 78 89 9O1ABC DA全圓測回法水平角觀測手簿全圓測回法水平角觀測手簿a1b

15、1c1d1a1a2d1-d2a1-a2c1-c2d2c2b2b1-b2a2a1-a2（a1+a2）/2 =（b1+b2）/2 =（c1+c2）/2 =（d1+d2）/2 =（a1+a2）/2=（ + + ）/2 = /2 = = = = = 測測站站測測回回目目標(biāo)標(biāo)水平度盤讀數(shù)水平度盤讀數(shù)2C2C平均讀數(shù)平均讀數(shù)歸零后的方歸零后的方向值向值角值角值盤盤 左（左（L L）盤盤 右（右（R R）/1 12 23 34 45 56 67 78 89 9O O1 1A A0 00 060 00 06180 00 06180 00 060 0 10 100 00 090 00 090 00 000 00 00131 45 02131 45 02B B131 45 18131 45 18311 45 06311 45 06+12+12131 45 12131 45 12131 45 02131 45 02 60 40 57 C C192 26 12192 26 1212 26 0612 26 06+6+6192 26 09192 26 09192 25 59192 25 59 52 51 29D D245 17 39245 17 3965 17 3665 17