§3.2 精密光學經緯儀的構造及使用方法
控制測量中，需用經緯儀進行大量的水平角和垂直角觀測。使用經緯儀進行角度觀測，最重要的環節是：儀器整平、照准和讀數。我們圍繞這三個環節，對光學經緯儀的構造和使用方法作如下介紹。
3.2.1 水準器
由前節可知，測角時必須使經緯儀的垂直軸與測站鉛垂線一致。這樣，在儀器結構正確的條件下，才能正確測定所需的角度。要滿足這一要求，必須借助於安裝在儀器照准部上的水準器，即照准部水準器。
照准部水準器一般採用管狀水準器。管水準器是用質量較好的玻璃管製成，將玻璃管的內壁打磨成光滑的曲面，管內注入冰點低，流動性強，附著力較小的液體，並
留有空隙形成氣泡，將管兩端封閉，就成
為帶有氣泡的水準器，如圖3-3所示。
1. 水準軸與水準器軸
為了便於觀察水準器的傾斜量，在水準管的外壁上刻有若干個分劃，分劃間隔一般為2mm，其中間點稱為零點。
水準器安置在乙個金屬框架內，並安裝在經緯儀照准部支架上，所以把這種管狀水準器稱為照准部水準器。照准部水準器框架的一端有水準器校正螺旋，通過校正螺旋，使照准部水準器的水準器軸與儀器垂直軸正交。
所謂水準器軸，就是過水準器零點o，水準管內壁圓弧的切線，如圖3-3所示。另外，由於水準管內的液體比空氣重，當液體靜止時，管內氣泡永遠居於管內最高位置，如圖3-3中的位置。顯然，過作圓弧的切線，此切線總是水平的，我們稱此切線為水準軸由此可知，使其水準軸與水準器軸相重合，即氣泡最高點與水準器分劃中心o重合，這時經緯儀的垂直軸與測站鉛垂線重合，這個過程稱為整置儀器水平。
2. 水準器格值
我們知道，當水準器傾斜時，水準管內的氣泡便會隨之移動。不同的水準器，雖然傾斜的角度完全相同，各自的氣泡移動量不會完全相同。這是因為不同的水準器，它們的靈敏度不同。
靈敏度以水準器格值表示。所謂水準器格值，就是當水準氣泡移動一格時，水準器軸所變動的角度，也就是水準管上的一格所對應的圓心角。
如前所述，水準管的內壁是一圓弧，圓弧的曲率半徑愈大，水準管上一格所對應的圓心角愈小，即水準器格值愈小，水準器的靈敏度就愈高。如圖3-4，設氣泡在水準管內移動乙個格o，o所對應的圓心角為。若圓弧的半徑為r，則為常量206 265圖3-4水準器格值
由於水準器軸與儀器的垂直軸正交，若氣泡偏離水準器分劃零點n個格，當水準器格值已知時，就可以按下式計算出儀器垂直軸傾斜的角度v：
3-2）
即垂直軸傾斜角度等於氣泡偏離水準器零點的格數乘以水準器格值。
3.2.2 望遠鏡
如前所述，望遠鏡構成視准軸，在照准目標時形成視準線，以便精確地照准目標。也就是說，望遠鏡的作用有二：一是將不同距離的遠方目標，通過成像，放大視角，以便更清晰地看到目標；二是用望遠鏡的視准軸精確照准目標，以確定目標的視準線方向。
望遠鏡由物鏡和目鏡組成，來自目標的光線經過透鏡折射成像，如圖3-5所示，目標ab經物鏡成像，然後再經目鏡成為放大的倒像。
圖3-5 望遠鏡成像原理
另外，為了能夠照准目標，在望遠鏡內安裝十字絲網，十字絲網的形狀如圖3—6所示。十字絲的豎絲應垂直，橫絲應水平。觀測水平角時，當目標恰被夾在豎絲中，就算照准了目標。
這是測量望遠鏡與一般望遠鏡的區別。
圖3-6 望遠鏡十字絲網
十字絲的中心與物鏡光心的連線稱為視准軸。所謂照准，就是使視準軸指向目標，即視
準軸與目標在一條直線上。為了能夠正確照准目標，要求目標成像恰好落在十字絲網面上。
這樣在照准時，觀測者的眼睛稍微左右移動時，目標與十字絲網的相對位置才不會改變。否
則，就會因觀測者眼睛位置不同而產生照准誤差，稱為視差。
為了使目標恰好落在十字絲面上，消除視差，在望遠鏡的物鏡與目鏡之間，安裝乙個調
焦透鏡。調焦透鏡可以前後移動，從而改變目標像a′b′ 的位置。這樣，不同的視力，先調整目鏡，使十字絲清晰，再調整調焦透鏡，使目標像清晰(即目標像落在十字絲網面上)，則視差被消除。
綜上所述，望遠鏡由物鏡、目鏡、十字絲網和調焦透鏡四部分組成。物鏡和目鏡起放大目標像的作用，十字絲與物鏡光心構成視准軸供照准目標用；調焦透鏡用來調整目標像的位
置，起消除視差的作用。其結構如圖3-7。
圖3-7 望遠鏡結構示意圖
3.2.3 水平度盤和測微器
經緯儀的水平度盤和測微器是用以量度水平角的重要部件，它們二者之間以一定的關係結合起來，就能讀出照准目標後的水平角或水平方向值。
1. 水平度盤
光學經緯儀的水平度盤都是用玻璃製成的，安置在儀器基座的垂直軸套上，當儀器照准部轉動時，要求水平度盤不得轉動和移動。
在水平度盤圓周邊上精細地刻有等間隔分劃線，全周刻360度，每度一標記，按順時針方向增值，每度間隔內再等間隔刻有若干個小分劃，相鄰小分劃的間隔值就是該水平度盤的最小分格值。如威特t3經緯儀，在每度間隔內刻有十五個分格，顯然，每個分格值為。 由於水平度盤的周長有限，所以度盤的分格很小，只有借助顯微鏡才能看清分劃線。
即使這樣，也只能估讀到1／10格，這遠不能滿足精確測角的要求。因此，需要安置顯微測微器，以精確量取不足一格之值。
2. 光學測微器及測微原理
為了便於理解光學測微器的測微原理，下面首先介紹顯微鏡的成像光路。
（1）度盤成像光路
目前光學經緯儀的度盤成像光路可分為兩類：第一類，光線能透過度盤，稱為透射式度盤，以蔡司010經緯儀為代表；另一類在度盤分劃面上鍍一層銀，光線射到度盤分劃面上，照亮分劃面後又被反射回來，稱為反射式度盤，此類經緯儀以威特經緯儀為代表。
1）反射式度盤成像光路
圖3-8為反射式度盤成像光路。它與普通顯微鏡的共同之處在於：都有物鏡和目鏡。但是，它的作用是精確測定不足乙個分格的微小量，因此其結構有如下特性：
第一，為了使度盤對徑兩端的分劃同時成像，來自反光鏡的一束光線，在度盤下面的長稜鏡的下部被分為二束射入度盤的對徑180°的兩端，照明度盤分劃線。然後，帶有度盤兩端分劃的光線又由長稜鏡的上部各經兩次反射，同時進入物鏡，因而，它們能同時成像於乙個平面上，又能上下分開。
第二，雙菱形稜鏡的兩個上斜面，就是顯微鏡的成像面，在此上面有指針線和度盤讀數
窗的框子，兩個稜鏡上斜面的交線就是目鏡中見到的度盤上、下影像之問的水平線。
第三，測微器由光路中的兩塊平行玻璃板及測微盤組成。
垂直度盤的光路如圖3-8所示，不再贅述。
2）透射式度盤成像光路
圖3-9為透射式度盤成像光路，它的成像過程與反射式度盤成像過程大體相同。其不同點之一，度盤的照明方式不同於反射式度盤。如圖3-9，光線自反光鏡射入後，經稜鏡折射透過度盤的左端，再由透鏡組將度盤左端的分劃成像於度盤右端分劃面上，且保持原有的分劃寬度，只是將像旋轉180°。
不同點之二，度盤分劃成像於直角稜鏡的垂直面上，在其上刻有度盤視窗。不同點之三，在物鏡與成像面之間放置了兩對光楔來構成測微器。
（2）測微器的基本結構和測微原理
由圖3-8和圖3-9可以看出，圖3-8中所示的測微器屬於雙平行玻璃板式測微器，圖3-9 中所示的測微器為雙光楔式測微器。
1）雙平行玻璃板式測微器測微原理
雙平板測微器主要由兩塊平行玻璃板、測微盤及其他部件構成，見圖3-10。
由幾何光學知：當光線通過兩個折射面互相平行的玻璃板時，方向不會產生變化，僅產生平行位移，其位移量與入射角有關。如圖3-11所示，當光線垂直於平行玻璃板的折射面(即入射角為零)入射時，並不產生折射、平移。
當光線的入射角(即不垂直於折射面)時，出射光線方向雖然不變，但其位置卻平移了h。入射角改變時，平移量h也隨之改變。對於一定厚度的平行玻璃板，當入射角很小時，光線的平移量h與其入射角成正比，這就是平行玻璃板的特性。
對於雙平行玻璃板測微器，當將兩塊平行玻璃板相對轉動時（即一順時針轉動，另一逆時針轉動），度盤對徑兩端分劃也就作相對移動。如果將刻有分劃的測微盤與轉動平行玻璃板的機構連在一起，而且，當轉動平行玻璃板使度盤分劃線像相對移動一格時（即各移動半格），測微盤正好從零分劃轉動到最末乙個分劃，根據這種關係，測微器就起到量度度盤上不足一格的值的作用。
2）光楔式測微器測微原理
光楔式測微器主要由光楔和測微尺組成。由幾何光學知道，光楔能使光線向光楔的底面偏折，偏折角的大小與光楔的楔角成正比。
圖3-10 雙平行玻璃板測微器圖3-11 平行玻璃板行傾斜使光線平移
在測微器中，把楔角相等的兩個光楔安置成圖3-12的形式，使平面平行於平面，且互相倒置，與光線正交。因為它們的楔角相等且又互相倒置，a光楔使光線偏折向下，b光楔又使光線向上偏折同一量。這樣，光線就被平移。
如果a光楔固定不動，而把b光楔沿光軸前後移動，則光線的平移量△h隨兩光楔之間的距離增大而增大。當兩光楔貼合在一起時，它就成了一塊平行玻璃板，對垂直於入射面入射的光線不產生移動。這就說明在一定條件下雙光楔可以起到平行玻璃板的作用。
但是，兩種光學零件的運動方式卻不同。平行玻璃板是由於其傾斜使光線產生平移，雙光楔則是由於其中乙個光楔的直線運動產生平移。
圖3-12 雙光楔對光線的平移
如圖3-13所示，將兩組光楔分別安置在度盤對徑分劃的光路中，下面一塊k1為固定光楔，上面一塊k2為活動光楔。這樣，沿直線移動活動光楔，便可使度盤對徑兩端的分劃光線作相向或相背移動。把活動光楔與測微尺l固定在一起，裝在一齒條上，用測微螺旋上的齒輪帶動它，轉動測微螺旋時，活動光楔。
與測微尺便一起運動，度盤對徑兩端分劃光線相對移動一格，測微尺相應從零分劃移至末端的最後乙個分劃。這樣，測微尺就可量度出度盤上不足一格的值來。
經緯儀使用方法
1 hr 右旋 順時針 水平角，hl 左旋 逆時針 水平角。2 經緯儀的操作步驟 光學對中法 1 架設儀器 將經緯儀放置在架頭上，使架頭大致水平，旋緊連線螺旋。2 對中 目的是使儀器中心與測站點位於同一鉛垂線上。可以移動腳架 旋轉腳螺旋使對中標誌準確對準測站點的中心。3 整平 目的是使儀器豎軸鉛垂，...
經緯儀的使用方法
第三節經緯儀的使用 一 安置儀器 安置儀器是將經緯儀安置在測站點上，包括對中和整平兩項內容。對中的目的是使儀器中心與測站點標誌中心位於同一鉛垂線上 整平的目的是使儀器豎軸處於鉛垂位置，水平度盤處於水平位置。1 初步對中整平 1 用鎚球對中，其操作方法如下 1 將三腳架調整到合適高度，張開三腳架安置在...
經緯儀結構及使用
光學系統圖 圖 1tdj2e 型光學系統 儀器結構圖 4 儀器結構功能 l 本儀器結構緊湊，攜帶方便，讀數迅速。儀器設計採用近代最新結構。選用優質材料，採用精密工藝製造，儀器使用效能穩定可靠。l 本儀器採用 x 型長擺式豎盤指標自動補償器，具有良好的抗高頻振動效能，並採用本廠獨特設計的具有極可靠的空...