3.2　光学经纬仪

经纬仪是主要用来测量角度的仪器。根据读数设备不同，可分为光学经纬仪和电子经纬仪。根据测角精度不同，我国的经纬仪系列分为DJ₀₇、DJ₁、DJ₂、DJ₆、DJ₁₀等几个等级。其中D和J分别是“大地测量”和“经纬仪”两词汉语拼音的第一个字母，脚标的数字表示该经纬仪一测回方向观测中误差不超过的秒数，即表示该仪器能达到的精度指标。

经纬仪中目前最常用的是DJ₆和DJ₂级光学经纬仪。图3-3是DJ₆级光学经纬仪的外貌，图3-9是DJ₂级光学经纬仪的外貌。本节主要讲述DJ₆级光学经纬仪。

各种类型的光学经纬仪，其外形及仪器零部件的形状、位置不尽相同，但基本构造都是一致的，一般都包括照准部、水平度盘和基座三大部分，如图3-4所示。下面分别说明光学经纬仪各种装置的具体构造。

3.2.1　DJ₆光学经纬仪的基本构造

DJ₆级光学经纬仪是一种中等精度的测角仪器。经纬仪主要由照准部、水平度盘和基座三部分组成。

3.2.1.1　照准部

照准部是指位于水平度盘之上，能绕其旋转轴旋转部分的总称。照准部包括望远镜、竖盘装置、读数显微镜、水准管、光学对中器、照准部制动和微动螺旋、望远镜制动和微动螺旋、横轴及其支架等部分。照准部旋转所绕的几何中心线称为经纬仪的竖轴。照准部制动和微动螺旋控制照准部的水平转动。

经纬仪的望远镜与水准仪的望远镜大致相同，它与其旋转轴固定在一起，安装在照准部的支架上，并能绕其旋转轴旋转，旋转轴的几何中心线称为横轴。望远镜制动螺旋和微动螺旋用于控制望远镜的上下转动。

竖盘装置用于测量竖直角，其主要部件包括竖直度盘（简称竖盘）、竖盘指标、竖盘水准管和水准管微动螺旋（有的仪器已采用竖盘补偿器进行替代）。

读数显微镜用于读取水平度盘和竖盘的读数。仪器外部的光线经反光镜反射进入仪器后，通过一系列透镜和棱镜，分别把水平度盘和竖盘的影像映射到读数窗内，然后通过读数显微镜可得到度盘影像的读数。

光学对中器用于使水平度盘中心（也称仪器中心）位于测站点的铅垂线上，称为对中。对中器由目镜、物镜、分划板和直角棱镜组成。当水平度盘处于水平位置时，如果对中器分划板的刻划圈中心与测点标点相重合，则说明仪器中心已位于测站点的铅垂线上。

照准部水准管用于使水平度盘处于精确水平位置，它的分划值一般为30″/2mm。若照准部旋转至任何位置，水准管气泡均居中，则说明水平度盘已水平。

3.2.1.2　水平度盘

水平度盘是一个刻有分划线的光学玻璃圆盘，用于量测水平角。水平度盘按顺时针方向注有数字。水平度盘与照准部是分离的，观测角度时，其位置相对固定，不随照准部一起转动。若需改变水平度盘的位置，可通过照准部上的水平度盘位置变换手轮或复测扳手将度盘变换到所需要的位置，主要用于水平度盘的配盘。

3.2.1.3　基座

经纬仪基座的构成与作用和水准仪的基座基本相同，主要由轴座、脚螺旋、连接板组成。另外还有一个轴座固定螺旋，用来将照准部与基座固连在一起。因此，操作仪器时，切勿松动此螺旋，以免仪器上部与基座分离而坠落摔坏。

3.2.1.4　读数设备

打开照准部上的反光镜并调整其位置，必要时调节读数显微镜目镜的调焦螺旋，使读数窗内的影像明亮、清晰，即可读数。读数时，分位和秒位必须两位数齐全。

不同精度、不同厂家的产品其基本结构是相似的，但由于采用的读数设备不同，读数方法差异也很大。现只介绍常见的几种读数方法：分微尺法、单平板玻璃测微器法和对径符合法。

（1）分微尺法

分微尺法也称带尺显微镜法。由于这种方法操作简单、读数方便、不含隙动差，大部分DJ₆级经纬仪都采用这种测微器，如国产的TDJ₆，Leica T16等。

这种测微器是一个固定不动的分划尺，它有60个分划，度盘分划经过光路系统放大后，其1°的间隔与分微尺的长度相等。即相当于把1°又细分为60格，每格代表1'，从读数显微镜中看到的影像如图3-5所示。图中H代表水平度盘，V代表竖直度盘。度盘分划注字向右增加，而分微尺注字则向左增加。分微尺的0分划线即为读数的指标线，度盘分划线则作为读取分微尺读数的指标线。从分微尺上可直接读到1'，还可以估读到0.1'。图3-5中的水平度盘读数为115°17'18″。

（2）单平板玻璃测微器法

这种测微方法也适用于DJ₆级经纬仪。由于操作不便，且有隙动差，现已较少采用。但旧仪器中还可见到，如Wild T₁和部分国产DJ₆的读数装置即属此类。

单平板玻璃测微器的结构原理如图3-6所示。度盘影像在传递到读数显微镜的过程中，要通过一块平板玻璃，故称单平板玻璃测微器。在仪器支架的侧面有一个测微手轮，它与平板玻璃及一个刻有分划的测微尺相连，转动测微手轮时，平板玻璃产生转动。由于平板玻璃的折射，度盘分划的影像则在读数显微镜的视场内产生移动，测微分划尺也产生位移。测微尺上刻有60个分划，如果度盘影像移动一格，则测微尺刚好移动60个分划，因而通过它可读出不到1°的微小读数。

在读数显微镜读数窗内，所看到的影像如图3-7所示。图内下面的读数窗为水平度盘的影像，中间为竖直度盘的影像，上面则为测微尺的影像。水平及竖直度盘不足1°的微小读数，都利用测微尺的影像读取。读数时需转动测微手轮，使度盘刻划线的影像移动到读数窗中间双指标线的中央，并根据这指标线读出度盘的读数。这时测微尺读数窗内中间单指标线所对的读数即为不足1°的微小读数。将两者相加即为完整的读数。例如图3-7（b）中的水平度盘读数为42°45.6'。

如图3-8所示，如果度盘的刻划中心O与照准部的旋转中心不相重合，它会使读数产生误差x，这个误差称偏心差。为了能在读数过程中将这个误差消除，一些精度较高（如DJ₂级以上）的仪器，都利用直径两端的指标读数，以取其平均值。这种仪器在构造上有两种：双平行玻璃板法和双光楔法。由于两种构造的作用相同，现只对双平行玻璃板法加以说明。

3.2.2　DJ₂光学经纬仪的基本构造

我国生产的DJ₂级光学经纬仪如图3-9，简称J₂经纬仪。它的测量精度比J₆经纬仪高一等级，可用于精密导线测量，三、四等三角测量和精密的工程测量。

J₂经纬仪的构造与J₆经纬仪基本相同，但在读数装置和读数方法上却有较大的差异。J₂经纬仪的显微读数窗内，只能观察一个度盘影像。为此，仪器增设了一个度盘换像手轮。测水平角时，转动手轮使其标志刻线置于水平位置，读数窗内的影像为水平度盘；测竖直角时，将标志线置于竖直位置，读数窗内即为竖直度盘影像，从而防止读错度盘。另外还采用了对径符合法读数。采用此方法，不仅提高了读数精度，还可消除度盘偏心差的影响。

采用双平行玻璃板构造的仪器，其原理如图3-10所示。位于支架一侧的测微手轮也与两块平行玻璃板及测微分划尺相连。度盘直径两端的影像，通过一系列光学组件，分别传至两块平行玻璃板，再传至读数显微镜。当旋转测微手轮时，两块平行玻璃板以相同的速度作相反方向的旋转。因而在读数窗内，度盘直径两端的刻划影像也作相反方向的移动。当移动到对径两端的刻划线互相对齐后，则可从相差180°的两条刻划线上读出度数及10'数，再从测微分划尺上读出不足10'的分数及秒数，两者相加，即为完整的读数。

对径两端的刻划线对齐后，读数窗内的影像如图3-11（a）所示，读数为295°57'36.4″。

上述读数方法，在读取10'数时十分不便，而且极易出错。所以现在新的仪器产品，都改为“光学数字读法”。这种读数方法，读数显微镜的视场内如图3-11（b）所示。中间小窗为度盘直径两端的影像，上面的小窗可读取度数及10'数，下面小窗即为测微分划尺影像。当旋转测微手轮，使中间小窗的上下刻划线对齐后，可从上面小窗读出度数及10'数，再从下面小窗的测微尺上读出不足10'的分、秒数。因此在图3-11（b）读数应为176°38'25.8″。

在使用这种仪器时，读数显微镜不能同时显示水平度盘及竖直度盘的读数。在支架左侧有一个刻有直线的旋钮，当直线水平时，所显示的是水平度盘读数；而直线竖直时，则显示的是竖直度盘读数。