電子經(jīng)緯儀的檢定及誤差分析

摘 要：電子經(jīng)緯儀是廣泛應(yīng)用于天文、大地、工程測(cè)量的精密儀器。本文主要從電子經(jīng)緯儀產(chǎn)生誤差及其檢定出發(fā)，分析了軸系誤差、度盤的誤差、測(cè)角讀數(shù)系統(tǒng)的誤差和水準(zhǔn)器的誤差原因，以便于更好地對(duì)電子經(jīng)緯儀進(jìn)行檢定。

關(guān)鍵詞：電子經(jīng)緯儀；檢定；誤差分析

1 概述

經(jīng)緯儀是一種常規(guī)的測(cè)量?jī)x器，廣泛應(yīng)用于軍事、建設(shè)等諸多行業(yè)。電子經(jīng)緯儀是集光、機(jī)、電、計(jì)算為一體的自動(dòng)化、高精度的光學(xué)儀器，是在光學(xué)經(jīng)緯儀的電子化智能化基礎(chǔ)上，采用了電子細(xì)分、控制處理技術(shù)和濾波技術(shù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量讀數(shù)的智能化。電子經(jīng)緯儀既可單獨(dú)作為測(cè)角儀器完成導(dǎo)線測(cè)量等測(cè)量工作，又可與激光測(cè)距儀、電子手簿等組合成全站儀，與陀螺儀、衛(wèi)星定位儀、激光測(cè)距機(jī)等組成炮兵測(cè)地系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邊角連測(cè)、定位、定向籌各種測(cè)量。

2 電子經(jīng)緯儀的檢定內(nèi)容

電子經(jīng)緯儀是由光學(xué)經(jīng)緯儀發(fā)展起來的，為在研制中提高其精度，需要了解光學(xué)經(jīng)緯儀檢定時(shí)的內(nèi)容。光學(xué)經(jīng)緯儀檢定內(nèi)容有： 1、準(zhǔn)器軸與豎軸的垂直度，2、測(cè)微器行差，3、光學(xué)測(cè)微器分劃誤差，4、光學(xué)測(cè)微器隙動(dòng)誤差，5、照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)正確性，6、望遠(yuǎn)鏡豎絲對(duì)橫軸的垂直度，7、橫軸與豎軸的垂直度，8、照準(zhǔn)差和指標(biāo)差，9、照準(zhǔn)部偏心差和水平度盤偏心差，10、望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦時(shí)視軸變動(dòng)誤差，11、豎盤指標(biāo)自動(dòng)補(bǔ)償器補(bǔ)償誤差，12、水平度盤直徑全誤差，13、一測(cè)回水平方向標(biāo)準(zhǔn)偏差，14、一測(cè)回水平角測(cè)角標(biāo)準(zhǔn)偏差。

3 電子經(jīng)緯儀的誤差分析

電子經(jīng)緯儀有主要用途是測(cè)量角度，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的儀器精度是指在一測(cè)回水平方向的中誤差（即一測(cè)回水平方向標(biāo)準(zhǔn)偏差）。在測(cè)量時(shí)先對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)A，讀取一個(gè)角度值，再對(duì)準(zhǔn)B，讀取相應(yīng)的另一個(gè)角度值，則目標(biāo)點(diǎn)之間的夾角為兩讀數(shù)之差。在這一觀測(cè)中用到儀器的部分有：度盤，度盤讀數(shù)系統(tǒng)，瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，水準(zhǔn)器，豎軸和橫軸軸系等，這些都是電子經(jīng)緯儀的主要誤差源。

3.1 望遠(yuǎn)鏡的瞄準(zhǔn)誤差

在測(cè)量時(shí)，由于望遠(yuǎn)鏡采用放大觀測(cè)目標(biāo)，而人眼對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的瞄準(zhǔn)有一個(gè)極限，也即存在一個(gè)視覺上的瞄準(zhǔn)誤差，這個(gè)誤差就是瞄準(zhǔn)誤差。它取決于人眼瞄準(zhǔn)極限誤差和望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)，是隨機(jī)性的誤差量。根據(jù)人眼的瞄準(zhǔn)特性，這個(gè)誤差按等或然率分布，通常選擇瞄準(zhǔn)中誤差作為其度量值。

3.2 度盤的誤差

度盤誤差是由下列幾項(xiàng)組成：直徑誤差，度盤傾斜誤差，度盤變形誤差。

直徑誤差是由于工藝水平導(dǎo)致的度盤直徑生產(chǎn)上的誤差，一般度盤直徑全中誤差不大于1.5″，由系統(tǒng)及偶然中誤差組成，如果測(cè)量時(shí)按通常要求的測(cè)量六個(gè)以上測(cè)回，則偶然誤差大部分可以自動(dòng)消除，最終影響結(jié)果的主要是系統(tǒng)誤差。

度盤傾斜誤差是指度盤安置不垂直于豎軸及讀數(shù)系統(tǒng)光軸不垂直于度盤。前者傾斜量很小，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響亦很小，可忽略不計(jì)，后者因采用符合對(duì)徑讀數(shù)而相抵銷，因些也不用考慮。

度盤變形誤差是由于在溫度變化時(shí)，由于不同的材料有不同的膨脹系數(shù)，以及在裝配中產(chǎn)生一定的壓力，從而引起度盤變形，將造成刻線最大角位移，造成誤差。

3.3 讀數(shù)系統(tǒng)的誤差

這部分誤差包括度盤分劃的偏心誤差，光柵不完全正交的誤差，細(xì)分量化時(shí)的誤差。

度盤分劃的偏心誤差是度盤在刻線時(shí)，由于生產(chǎn)工藝的原因，度盤刻線的中心不是理論園盤的中心。另外，度盤生產(chǎn)時(shí)以及平時(shí)保養(yǎng)或安裝中的擠壓后，也不一定完全是園形，而實(shí)際上有可能個(gè)近似園形，也即園心存在偏心。

光柵不完全正交的誤差是在采用光柵度盤后，光源發(fā)出的光線經(jīng)系統(tǒng)，形成的莫爾條紋信號(hào)是非正弦周期函數(shù)，但兩信號(hào)在相位上也不是恰好正交，其相位不垂直，也就是說當(dāng)一個(gè)為正弦波時(shí)，另一個(gè)并非為標(biāo)準(zhǔn)余弦波，因此產(chǎn)生了誤差。

細(xì)分量化時(shí)的誤差是在量化時(shí)產(chǎn)生的誤差。通過檢測(cè)不同的sin、cos 脈沖狀態(tài)，可對(duì)角度進(jìn)一步細(xì)分，而對(duì)于細(xì)分范圍內(nèi)近似為直線，即角度與電壓近似為線性關(guān)系，可以通過A/D 轉(zhuǎn)換后測(cè)量得到角度。在數(shù)模轉(zhuǎn)換量化時(shí)存在一個(gè)量化誤差，另外由于光柵信號(hào)電壓不穩(wěn)定和干擾的存在也導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。

3.4 軸系和度盤偏心的誤差

經(jīng)緯儀正確測(cè)量的前提是三軸正交且豎軸安置鉛垂。即視準(zhǔn)軸、橫軸和豎軸在空間上相互正交，測(cè)量時(shí)將豎軸安置鉛垂。一般情況下，視準(zhǔn)軸與橫軸不垂直、橫軸與豎軸不垂直總是存在的，豎軸安置也不可能絕對(duì)鉛垂，因此產(chǎn)生了水平測(cè)角和垂直測(cè)角的測(cè)量誤差。

在測(cè)角儀器中，度盤及其軸系存在偏心，偏心差是影響儀器準(zhǔn)確度的重要因素，尤其是幾個(gè)偏心因素同時(shí)存在時(shí)更為復(fù)雜。當(dāng)照準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，照準(zhǔn)部偏心差和水平度盤偏心差同時(shí)在起作用。電子經(jīng)緯儀不是雙面讀數(shù)經(jīng)緯儀，偏心因素的影響不可以忽略不計(jì)，要在程序中預(yù)先消除這部分誤差。

3.5 水準(zhǔn)器的誤差

在使用經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先要將經(jīng)緯儀豎軸的旋轉(zhuǎn)中心與地面測(cè)站點(diǎn)同（或頭頂目標(biāo)）位于同一鉛垂線上，然后在垂直的兩個(gè)方向上將儀器調(diào)整到水平，即氣泡到中心位置，使儀器整平，但是由于人視覺原因，儀器整平誤差仍然存在。整平誤差對(duì)觀測(cè)結(jié)果同樣產(chǎn)生影響。有的電子經(jīng)緯儀使用電子水泡來進(jìn)行修正。

經(jīng)緯儀未能整平產(chǎn)生的誤差對(duì)角測(cè)量是有影響的。在電子經(jīng)緯儀的研制中，為了使儀器在測(cè)量自動(dòng)方便、精確，要考慮經(jīng)緯儀整平誤差對(duì)水平角和豎直角觀測(cè)的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

由于電子經(jīng)緯儀的級(jí)別要求不一，隨著電子器件的發(fā)展，要求不斷采用更新更好元件來提高儀器的精度是電子經(jīng)緯儀的發(fā)展方向。而使用元件的不同將導(dǎo)致誤差修正的具體方法發(fā)生變化，這就需要我們對(duì)電子經(jīng)緯儀產(chǎn)生誤差的原因和機(jī)理進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)如何修正誤差進(jìn)行研究，考慮分析了軸系誤差、度盤的誤差、測(cè)角讀數(shù)系統(tǒng)的誤差和水準(zhǔn)器的誤差等主要誤差，以更好地對(duì)電子經(jīng)緯儀進(jìn)行檢定。

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作者簡(jiǎn)介：

劉爽，性別：女，出生年月：1981年7月13日，職稱：工程師，工作單位：沈陽(yáng)計(jì)量測(cè)試院，研究方向：光學(xué)儀器、驗(yàn)光設(shè)備 、粗糙度設(shè)備、坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 、測(cè)繪儀器。