模块3角度测量

1、0ca水平度盘水平度盘 水平面aob A OB3.1.1 水平角和竖直角测量原理水平角和竖直角测量原理 天顶铅垂线水平线ACAZCZACB090 18027090Zv DJ6 DJ6级光学经纬仪级光学经纬仪的结构的结构0 90 180 270 090180270基座基座水平度盘水平度盘照准部照准部图3-3 分微尽测微器读数装置 光学经纬仪是通过光学元件，利光学经纬仪是通过光学元件，利用几何光学的放大和折射来进行水平用几何光学的放大和折射来进行水平和竖直刻度盘读数的。而全站仪则利和竖直刻度盘读数的。而全站仪则利用光电转换原理和微处理机，自动对用光电转换原理和微处理机，自动对度盘进行读数并显示出来

2、使观测时操度盘进行读数并显示出来使观测时操作简单、避免产生读数误差。目前，作简单、避免产生读数误差。目前，电子测角有三种度盘形式，即电子测角有三种度盘形式，即编码度编码度盘盘、光栅度盘光栅度盘和和格区式度盘格区式度盘。下面分。下面分述其测角原理。述其测角原理。 1 1编码度盘编码度盘 如图所示编码度盘。整个度盘被均匀地划分为如图所示编码度盘。整个度盘被均匀地划分为1616个区间，每个区间个区间，每个区间的角值相应为的角值相应为360360 /16 = 22 /16 = 22 30 30 ；以同心圆由里向外划分为；以同心圆由里向外划分为4 4个环带个环带( (每个环带称为每个环带称为1 1条码道

3、条码道) )。黑色为透光区，白色为不透光区，透光表示二。黑色为透光区，白色为不透光区，透光表示二进制代码进制代码“1”1”，不透光表示，不透光表示“0”0”。这样通过各区间的。这样通过各区间的4 4个码道的透光个码道的透光和和 不透光，即可每区由里向外读出一组不透光，即可每区由里向外读出一组4 4位二进制数来，每组数代表度盘的位二进制数来，每组数代表度盘的一个位置，从而达到对度盘区间编码的目的。一个位置，从而达到对度盘区间编码的目的。 为了识别照准方向落在度盘的区间的编码，在度盘上方沿径向每个码道安为了识别照准方向落在度盘的区间的编码，在度盘上方沿径向每个码道安装一个发光二极管组成光源系列；在

4、度盘下方相应位置安装一组光电二极装一个发光二极管组成光源系列；在度盘下方相应位置安装一组光电二极管，组成通过码道所编码的光信号转化为电信号输出的接收检测系列，从管，组成通过码道所编码的光信号转化为电信号输出的接收检测系列，从而识别了度盘区间的编码。通过对两个方向的编码识别，即可求得测角而识别了度盘区间的编码。通过对两个方向的编码识别，即可求得测角值。编码度盘分化区间的角值大小值。编码度盘分化区间的角值大小( (分辨率分辨率) )取决于码道数取决于码道数n n，按，按360360 /2/2n n式计算，如需分辨率为式计算，如需分辨率为1010 ，则需要，则需要20482048个区间，个区间，11

5、11个码道，个码道，即即编码接收检测系统编码接收检测系统 360360 /2 /21111 = =360360 / 2048 = 10 / 2048 = 10 。显然，这对有限尺寸显然，这对有限尺寸的度盘是难以解决的。的度盘是难以解决的。因而在实际中，采用因而在实际中，采用码道数和细分法加测码道数和细分法加测微技术来提高分辨率微技术来提高分辨率。2 2光栅度盘光栅度盘 在光学玻璃圆盘上全圆在光学玻璃圆盘上全圆360360 均匀均匀而密集地刻划出许多径向刻线，构成等而密集地刻划出许多径向刻线，构成等间隔的明暗条纹间隔的明暗条纹光栅，称做光栅度光栅，称做光栅度盘，如图所示。通常光栅的刻线宽度与盘，

6、如图所示。通常光栅的刻线宽度与缝隙宽度相同，二者之和称为光栅的栅缝隙宽度相同，二者之和称为光栅的栅距。栅距所对应的圆心角即为栅距的分距。栅距所对应的圆心角即为栅距的分划值。如在光栅度盘上、下对应位置安划值。如在光栅度盘上、下对应位置安装照明器和光电接收管，光栅的刻装照明器和光电接收管，光栅的刻线不线不光栅度盘光栅度盘 透光，缝隙透光，即可把光信号转换成电信号。当照明器和接收管随照准透光，缝隙透光，即可把光信号转换成电信号。当照明器和接收管随照准部相对于光栅度盘转动，由计数器计出转动所累计的栅距数，就可得到转部相对于光栅度盘转动，由计数器计出转动所累计的栅距数，就可得到转动的角度值。因为光栅度盘

7、是累计计数的，所以通常这种系统为增量式读动的角度值。因为光栅度盘是累计计数的，所以通常这种系统为增量式读数系统。仪器在操作中会顺时针转动和逆时针转动，因此计数器在累计栅数系统。仪器在操作中会顺时针转动和逆时针转动，因此计数器在累计栅距数时也有增有减。例如在瞄准目标距数时也有增有减。例如在瞄准目标时，如果转动过了目标，当反向回到时，如果转动过了目标，当反向回到目标时，计数器就会减去多转的栅距目标时，计数器就会减去多转的栅距数。所以这种读数系统具有方向判别数。所以这种读数系统具有方向判别的能力，顺时针转动时就进行加法计的能力，顺时针转动时就进行加法计数，而逆时针转动时就进行减法计数，数，而逆时针转

8、动时就进行减法计数，最后结果为顺时针转动时相应的角值。最后结果为顺时针转动时相应的角值。在在80mm80mm直径的度盘上刻线密度已达到直径的度盘上刻线密度已达到5050线线/mm/mm，如此之密，而栅距的分划，如此之密，而栅距的分划值仍很大，为值仍很大，为1 1 43 43 。为了。为了莫尔条纹度盘莫尔条纹度盘提高测角精度，还必须用电子方法对栅距进行细分，分成几十至上千等提高测角精度，还必须用电子方法对栅距进行细分，分成几十至上千等份。由于栅距太小，细分和计数都不易准确，所以在光栅测角系统中都份。由于栅距太小，细分和计数都不易准确，所以在光栅测角系统中都采用了莫尔条纹技术，借以将栅距放大，再细

9、分和计数。莫尔条纹如图所采用了莫尔条纹技术，借以将栅距放大，再细分和计数。莫尔条纹如图所示，是用与光栅度盘相同密度和栅距的一段光栅示，是用与光栅度盘相同密度和栅距的一段光栅( (称为指示光栅称为指示光栅) )，与光栅，与光栅度盘以微小的间距重叠起来，并使两光栅刻线互成一微小夹角度盘以微小的间距重叠起来，并使两光栅刻线互成一微小夹角 ，这时就，这时就会出现放大的明暗交替的条纹，这些条纹就是莫尔条纹。通过莫尔条纹，会出现放大的明暗交替的条纹，这些条纹就是莫尔条纹。通过莫尔条纹，即可使栅距即可使栅距d d 放大至放大至 D D。3 3格区式度盘格区式度盘 格 区 式 度格 区 式 度盘如图所示，盘如

10、图所示，度盘刻有度盘刻有10241024个分划，每个个分划，每个分划间隔包括分划间隔包括一条刻线和一条刻线和一一个空隙个空隙( (刻线不透光，空隙透光刻线不透光，空隙透光) )，其分划值为，其分划值为 0 0 测角时度盘以一定的速测角时度盘以一定的速度旋转，因此称为动态测角。度盘上装有两个指示光栏，度旋转，因此称为动态测角。度盘上装有两个指示光栏，L LS S 为固定光栏，为固定光栏，L LR R 可随照准部转动，为可动光栏。两光栏分别安装在度盘的内外缘。测角可随照准部转动，为可动光栏。两光栏分别安装在度盘的内外缘。测角时，可动光栏时，可动光栏L LR R随照准部旋转，随照准部旋转，L LS

11、S 与与 L LR R 之间构成角度之间构成角度 。度盘在马达带。度盘在马达带动下以一定的速度旋转，其分划被光栏动下以一定的速度旋转，其分划被光栏 L LS S 和和 L LR R 扫描而计取两个光栏之扫描而计取两个光栏之间的分划数，从而求得角度值。间的分划数，从而求得角度值。 由图可知，由图可知， = = n n 0 0 + + ，即，即 角等于角等于n n个整周期个整周期 0 0与不足整周期与不足整周期的的 之和。之和。n n与与 分别由粗测和精测求得。分别由粗测和精测求得。1) 1) 粗测粗测 在度盘同一径向的外边缘上设有两个标记在度盘同一径向的外边缘上设有两个标记 a a 和和 b b

12、，度盘旋转时，从，度盘旋转时，从标记标记 a a 通过通过L LS S时起，计数器开始计取整间隔时起，计数器开始计取整间隔 0 0 的个数，当另一标记的个数，当另一标记 b b 通过通过L LR R时计数器停止计数，此时计数器所得到的数值即为时计数器停止计数，此时计数器所得到的数值即为 0 0 的个数的个数n n。3.2.1水平角的测量与记录水平角的测量与记录 气泡居中，1、2等高 1 23123气泡居中，3与1、2等高 测回法观测记录手薄测回法观测记录手薄2 2、全圆测回法、全圆测回法 观测方向数大观测方向数大于于2 2个时，水平角的个时，水平角的观测方法。观测方法。零方向 ABCDO全圆测

13、回法示意图全圆测回法示意图3 3、一测回的观测步骤、一测回的观测步骤盘左 零方向 ABCDO 瞄准零方向瞄准零方向A A ，按顺时针旋，按顺时针旋转望远镜，依次照准转望远镜，依次照准B B、C C、D D各各方向，分别读取水平度盘读数，方向，分别读取水平度盘读数，最后再观测零方向最后再观测零方向A A ，以上称，以上称为上半测回。为上半测回。 瞄准零方向瞄准零方向A A ，逆时针旋，逆时针旋转望远镜，依次照准转望远镜，依次照准D D 、C C、 B B各方向，读取水平度盘读数，各方向，读取水平度盘读数，最后再观测零方向最后再观测零方向A A ，以上称，以上称为下半测回。为下半测回。盘盘右右 盘

14、左 零方向 ABCDO 上半测回（盘左）和下半上半测回（盘左）和下半测回（盘右）合称为一测回。测回（盘右）合称为一测回。OADCB零方向零方向 0 90 180 270 090180270a1 d d1 c c1 b b1 （a1 ）上半测回（盘左半测回）下半测回（盘右半测回）a2 d d2 c c2 b b2 （a2 ）测测站站测测回回目目标标水平度盘读数水平度盘读数2C2C平均读数平均读数归零后的方归零后的方向值向值角值角值盘盘 左（左（L L）盘盘 右（右（R R）1 12 23 34 45 56 67 78 89 9O1ABC DA全圆测回法水平角观测手簿全圆测回法水平角观测手簿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 = = = = = 测测站站测测回回目目标标水平度盘读数水平度盘读数2C2C平均读数平均读数归零后的方归零后的方向值向值角值角值盘盘 左（左（L L）盘盘 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