3.2 角度测量仪器
可进行角度测量的仪器有光学经纬仪、电子经纬仪和全站仪。以前普遍使用的是光学经纬仪，随着电子测角技术的突破，电子经纬仪得到了发展，电子测距技术的出现大大提高了测量的野外工作效率，目前全站仪已经相当普及。本教材测角仪器部分简要介绍DJ6光学经纬仪的主要结构、读数方法，侧重讲述全站仪（以NIKON DTM 452C为例）测
角的操作方法。
光学经纬仪按精度不同可分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15五个等级，其中“D”、“J”
分别是“大地测量”和“经纬仪”汉语拼音的首字母，后面的下标数字代表该仪器一测回方向中误差，以“″”为单位。
3.2.1 DJ6光学经纬仪
3.2.1.1DJ6光学经纬仪的结构
各品牌的DJ6光学经纬仪结构大致相同，如图32所示，主要有照准部、水平度盘和基座三部分组成。
图32 DJ6光学经纬仪
1—对光螺旋；2—目镜；3—读数显微镜；4—照准部水准管；5—脚螺旋；6—物镜；7—望远镜制动螺旋；8—望远镜微动螺旋；9—中心锁紧螺旋；10—竖直度盘；11—竖盘指标水准管微动螺旋；12—光学对点器；
13—水平微动螺旋；14—水平制动螺旋；15—竖盘指标水准管；16—反光镜；17—度盘变换手轮；
18—保险手柄；19—竖盘指标水准管反光镜；20—托板；21—压板
（1）照准部。照准部主要由望远镜及其支架、竖直度盘、照准部水准管、读数显微镜和竖轴等部分组成。
1）望远镜：这用来瞄准远方目标，它固定在横轴上，可绕竖轴在水平面内转动、由水平制动螺旋和微动螺旋控制；可绕横轴做仰俯转动，用望远镜的制动螺旋和微动螺旋控
制。经纬仪的构造要保证视准轴（CC）⊥横轴（HH），同时横轴（HH）⊥竖轴（VV）。
这样，当望远镜绕横轴旋转，视线扫过的就是一个铅垂面；
2）竖直度盘：竖直度盘与望远镜的横轴连在一起，用来测量竖直角；3）照准部水准管：照准部水准管用来检查仪器是否水平；
4）光学读数系统：光学读数系统由一系列棱镜和透镜组成，光线通过棱镜的折射，将水平度盘和竖直度盘的刻度及分微尺的刻划投影到读数显微镜内，以便进行读数；
5）读数显微镜：读数显微镜是用来读取水平度盘和竖直度盘的读数；
6）竖轴：这是照准部的旋转轴，它插入水平度盘的外轴，整个照准部可以在水平度盘上转动。
（2）水平度盘部分。水平度盘是光学玻璃制成的圆盘，圆周上顺时针方向刻有0°～360°的分划线。相邻两条分划线所对的圆心角，称为度盘分划值，DJ6型光学经纬仪的度盘分划值一般为1°。DJ6型光学经纬仪上安置的度盘变换手轮或复测器扳手，主要是用于角度多测回测量时，对起始角度进行配置，用以减少度盘刻划不均匀对测量结果的影响。若采用的是度盘变换手轮，可瞄准目标，拨动度盘变换手轮，当显示角度为所需要角度
图33 分微尺读数方法
时，关上保险即可。若采用的是复测器扳手，将复测器扳手扳上，此时水平度盘和照准部分离，水平旋转照准部到需要配置角度的方向；然后扳下复测器扳手，此时水平度盘和照准部结合在一起，水平旋转照准部，瞄准测量目标，再将复测器扳手扳上，望远镜瞄准方向的角度即为配置的角度。
（3）基座。基座即仪器的底部，通过脚架上的螺杆将仪器和脚架连接起来。基座上有三个脚螺旋，用于整平仪器。
3.2.1.2DJ6光学经纬仪的读数方法
DJ6型光学经纬仪度盘读数一般采用分微尺读数装置和单平板玻璃测微器读数装置两种。
（1）分微尺读数装置的读数方法如图33所
示，在读数显微镜里的成像，度盘分划值为1°，分微尺又分成6大格，每大格又分成10小格共60小格，每小格为1′，估读到0.1′，即6″。读数时首先读出分微尺上度盘分划线的度数，然后再读出该分划线在分微尺上所示的分数。如图33示水平度盘 H读数为
100°06′30″，竖直度盘V读数为82°53′30″。
图34 单平板玻璃测微器读数方法
（2）单平板玻璃测微器读数装置的读数方法如图34所示，转动测微轮，单平行玻璃与测微尺同时转动，使某一分划线夹在双指标线中间，由双指标线读出整度数和半度数，不足半度的由测微尺上的单指标线所指读数读出，如图34，读数为79°+22′00″=
79°22′00″。
3.2.2 全站仪
全站型电子速测仪又称电子全站仪，简称“全站仪”，是一种兼具测距、测角、计算和数据记录及传输功能的自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统，它由光电测距单元、电子测角及微处理器单元以及电子记录单元组成，在一个测站点能快速进行三维坐标测量、定位和自动数据采集、处理、存储等工作，较完善地实现了测量和数据处理过程的电子化和一体化，是目前广泛应用于控制测量、地形测量、地籍与房产测量、工业测量、施工放样及近海定位等用途的电子测量仪器。
全站仪测角精度用mβ表示，如NIKON DTM 452C全站仪的标称测角精度为mβ=±2″。国家计量检定规程《全站型电子速测仪检定规程》（JJG100—2003）将全站仪的准确度等级划分为四个等级，见表31。
表3 1
全站仪的准确度等级
图3 5 NIKON DTM 452C全站仪结构
1—瞄准管；2—竖盘；3—物镜调焦螺旋；4—目镜调焦螺旋；5—目镜；6—管水准器；7—显示窗；
8—RS232C串口；9—基座；10—脚螺旋；11—圆水准器；12—水平制动扳手；13—水平微动螺旋；
14—竖直制动扳手；15—竖直微动螺旋；16—电池；17—望远镜；18—物镜；
19—仪器中心标志；20—光学对点器及调焦螺旋
3.2.2.1 全站仪的结构
全站仪按其结构，可分为积木式与整体式两大类。积木式结构是整台仪器由各自独立的光电测距头、电子经纬仪与电子计算单元组成；整体式结构是将测距、测角与电子计算功能单元和仪器的光学与机械系统设计成整体。图3 5所示是NIKON DTM 452C全站仪，其是整体式结构。可见测距、测角都用同一望远镜，瞄准目标后，可同时测距、测角。因此整体式结构全站仪，集测距、测角、电子计算等功能单元和仪器的光学与机械系统于一体，可减少仪器配件，减少仪器尺寸；而且各功能单元于一体，减少了各单元的连
接误差，可提高观测精度。3.2.2.2 全站仪的测角原理
全站仪电子测角的原理与光学经纬仪测角原理不同，其采用光电扫描、电子元件进行自动读数和液晶显示。电子测角虽然仍采用度盘，但其不是按照度盘上的分划线用光学读数法读取角度值，而是从度盘上获取电信号，再将电信号转换为数字并显示出来。电子测角的度盘主要有编码度盘、光栅度盘、动态度盘三种形式，因此，电子测角就有编码测角、光栅测角和动态测角等形式。这里只简要介绍度盘编码法测角原理。
度盘编码法测角采用的是编码度盘，是在玻璃度盘上设置n个等间隔的同心圆环，每个圆环称为一个码道。同时沿直径方向将度盘圆周等分为2n个同心角扇形，此扇形区域
图36 编码度盘示意图
称为码区，这样构成了编码度盘。如图36所示为一个n=4的编码度盘，共有4个码道和16个码区，每个码区的角值为360°/16=22.5°，按一定规则将扇形圆环涂成透光和不透光的区域，分别对应用“1”和“0”表示。这样沿径向从里到外所经过区域可表示成1个二进制数，内圈为高位数、外圈为低位数。在编码度盘的上方沿径向对每个码道安置一个发光二极管，下方每个码道安置一个接收二极管。当这一组发光二极管和接收二极管组成的光电探测器位于某码区时，接收二极管可收到通过透光区的光、而不透光区无光透过，各接收二极管依据是否接收到光而分别输出电信号“1”或
“0”，从而用一组二进制数据的形式表示出了编码度盘上码区的位置。
编码度盘的分辨率取决于码道数n的多少，即确定度盘的位置只能精确到360°/2n。码道数n越大，分辨率越高，但受制于制造工艺及仪器度盘尺寸的限制，n不可能太大。因此电子经纬仪测角是采用码道和其他各种细分的方法结合进行读数的。
3.2.2.3 全站仪按键功能简介
本教材全站仪主要介绍NIKONDTM 452C，可以在网站www.zhinc.com.cn下载全站仪
使用说明书及模拟器进行练习使用。这样在学习过程中，即使在没有上实验课的时候，也可以练习使用全站仪。全站仪操作键盘及显示屏幕如图37所示，各键的主要功能见表32。
图37 全站仪操作键盘
表3 2
NIKON DTM 452C全站仪按键主要功能
续表
3.2.2.4 全站仪使用的注意事项
为确保安全生产，避免造成人员伤害及财产损失，在全站仪操作过程中应注意如下几方面：
（1）禁止在高粉尘、潮湿环境中使用仪器，严禁自行拆卸和重装仪器，严禁用望远镜观测经棱镜或其他反光物体反射的阳光，严禁用望远镜直接瞄准太阳。
（2）禁止使用电压不符的电源，严禁给电池加热，确保使用指定的充电器为电池充电。
（3）确保脚架的固定螺旋可靠、基座与脚架的螺杆连接可靠。
（4）确保正确上好电池，套好数据输出接口和外接电源插口的保护套，禁止仪器受潮，保证仪器箱干燥。
（5）防止仪器遭受剧烈冲击或震动；观测者不得远离仪器；迁站时必须把仪器关机再从脚架上取下，装入箱子里拿走；仪器长期不用情况下，应至少三个月通电检查，防止电路板受潮。