05-光学测角仪器
光学测角仪的调整及使用实验报告
光学测角仪的调整及使用实验报告
1. 任务背景
2. 仪器简介
• 2.1 光学测角仪的原理
• 2.2 光学测角仪的组成部分
• 2.3 光学测角仪的工作原理
3. 实验目的
4. 实验步骤
4.1 调整光学测角仪
4.1.1 仪器的放置
4.1.2 调整目镜和测微器
4.1.3 调整测角杆
4.2 使用光学测角仪测量角度
4.2.1 准备工作
• 4.2.1.1 准备所需要的样品
• 4.2.1.2 确保仪器处于稳定状态
4.2.2 设置仪器
• 4.2.2.1 将目镜对准基准线
• 4.2.2.2 调整测微器至零刻度
4.2.3 进行测量
• 4.2.3.1 将样品放置在光学测角仪上• 4.2.3.2 用目镜对准样品的边缘
• 4.2.3.3 通过测微器读取角度值
4.3 数据处理
4.3.1 计算平均值
• 4.3.1.1 求取多次测量结果的平均值• 4.3.1.2 计算平均值的标准差
4.3.2 比较实验结果
• 4.3.2.1 将实验结果与理论值对比
• 4.3.2.2 讨论实验结果的可靠性和精确度
5. 实验结果与分析
6. 结论
参考文献
•参考文献 1
•参考文献 2
致谢。
角度仪工作原理
角度仪工作原理
角度仪是一种用于测量角度的仪器，它的工作原理基于光的干涉现象。
具体工作原理如下：
1. 光源发出的光经过凸透镜聚焦成平行光束。
2. 平行光束通过一个半透镜，一部分光将经过半透镜被反射，另一部分光透过半透镜。
3. 反射光和透射光分别进入两个光程管道。
4. 光程管道分别包含两个光滤波器，光滤波器的主要作用是选择特定波长的光信号。
5. 每个光程管道的光滤波器后面接一个光敏元件，光敏元件用于感受光信号。
6. 光敏元件感受到的光信号经过放大电路，转化为电信号。
7. 电信号经过处理电路，最终输出一个电压信号表示角度大小。
通过测量两个光信号的干涉情况，角度仪可以确定物体或构件相对于基准位置的角度大小。
当两个光波经过光滤波器后的振幅相等时，电压信号为最大值，物体的角度为零。
当物体发生偏转时，两个光波相位差发生变化，振幅之差会引起电压信号的变化，通过测量电压信号的变化，可以确定物体的相对偏转角度大小。
第三章 精密测角仪器和水平角观测1
三、精密测角的误差影响
假定在一个测回的短时间观测过程中，空气温度的变化 与时间成比例，那么可以采用按时间对称排列的观测程序 来削弱这种误差对观测结果的影响。所谓按时间对称排列 的观测程序，是假定在一测回的较短时间内，气温对仪器 的影响是均匀变化的，上半测回依顺时针次序观测各目标， 下半测回依逆时针次序观测各目标，并尽量做到观测每一 目标的时间间隔相近，这样做，上、下半测回观测每一目 标时刻的平均数相近，可以认为各目标是在同一平均时刻 观测的，这样可以认为同一方向上、下半测回观测值的平 均值中将受到同样的误差影响，从而由方向求角度时可以 大大削弱仪器受气温变化影响而引起的误差。
OO i i i tg AO 3）水平轴倾斜误差对水平方向观测影响规律 ⑴不仅与i有关，而且还与α 有关。 ⑵由盘左和盘右的观测方向值求平均值，可以消除水平轴倾 斜误差对水平方向观测的影响，而得到正确的方向值。
盘左，左高右低， L0 L i
盘右，左低右高， R0 R i
二、经纬仪的三轴误差
4）水平轴倾斜误差的检验 （高低点法）：
2C 对于高点有： R)高 (L 2itg cos 2C 对于低点有： R)低 (L 2itg cos
两式相加和相减分 别得C角和i角。
高 3 低 3 高 低 30 高 低
f 2 df ( ) du u
1、用较短的复合物镜焦距，得到等效物镜焦距 f较大值。
2、平均边长3KM以上的三角网，如各目标与测站的距离相差 1KM，在一测回的观测中，各目标不重新调焦是不会影响照准精 度的。
一、精密测角仪器
一、精密测角仪器
7 t 2 mm (T 3) R 20 (T 2) （管上两相邻分划线间 2 mm
测角仪工作原理
测角仪工作原理
测角仪是一种用来测量角度大小的仪器，它基于光学原理工作。
其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 光源发射：测角仪内部嵌有一种高亮度的光源，比如LED
灯或者激光器。
该光源会发射大量的光束。
2. 光束分割：光束会经过一系列的光学元件，如分束镜或棱镜，将光束分割成两束。
这两束光束会被引导到测角仪的两个光束投射系统中。
3. 投射光束：在光束投射系统中，分割出的两束光束会被投射到待测的角度上。
4. 反射光束：当光束照射到待测角度上时，它们会被反射或折射。
根据光学原理，入射角等于反射角或折射角。
5. 检测光束：反射或折射后的光束会进入光束检测系统。
该系统包含光电传感器，可以测量光束的位置和角度。
6. 角度计算：通过测量光束的位置和角度，测角仪可以计算出待测角度的大小。
通常，测角仪会将测得的角度显示在仪器的屏幕上。
需要注意的是，测角仪的准确性和精度取决于光束的分割和测量系统的精密度，以及待测角度表面的光学特性。
一些高级的
测角仪还可以进行自动校准和误差修正，以提高测量结果的准确性。
HC005系列 金属多面棱体
HC005系列金属多面棱体产品名称：金属多面棱体产品型号：HC-4\5\8\12\17\23\24\36设备概述：正多面棱体是一种高精度角度标准器具。
它主要用于检定光学分度头、分度台、测角仪等圆分度仪器的分度误差，在高精度的机械加工中或测量中也可以作为角度的定位基准。
随着圆分度技术的发展，正多面棱体已从单一的偶数面（如12、24面等），发展到具有综合功能的奇数面（如17、23面等），前者的工作角为整度数，它用于检定圆分度器具轴系的大周期误差，还可以进行对径测量；而后者的工作角为非整度数，它可以综合检定圆分度器具轴系的大周期误差和测微器的小周期误差，能较正确地确定圆分度器具的不确定度。
用户可根据工作需要，从4面到72面，自由选用您需要的棱体。
技术指标：棱体厚度： 17mm回转中心孔径：φ25mm材料： GCr15硬度： HRC62—65工作面平面度： 0级：0.03um；1级：0.05um；2级：0.1um工作面对基准面的垂直度： 0级：5″；1级：10″；2级：20″工作面表面粗糙度： Ra≤0.025um上表面与基准面平行度： 2um工作角偏差： 0级：±1″ 1级：±2″ 2级：±5″工作角测量不确定度： 0级：0.2″ 1级：0.5″ 2级：1.0″工作面有效工作面积： S≥φ15mm的圆面积棱体工作角的含义：棱体工作角是指各工作面与第一工作面所对应的中心角（即两工作面中心法线之间的夹角）。
如图所示，以12面体为例，第一面为0°工作面，其它各面与第一面组成11个工作角。
工作角偏差是指实际工作角与其理论工作角之差。
使用说明：棱体一般要与自准直仪配合使用。
以自准直仪的光轴模拟工作面的中心法线。
由于棱体存在着工作面平面度误差和工作面与定位面的垂直度误差，为了保证精度，在使用棱体时，请注意以下几方面的安装调整。
1. 棱体的回转中心应与被测装置的回转中心尽可能重合，高精度检测时应小于0.02mm。
光学测角仪的调整与使用
光学测角仪的调整与使用一、光学测角仪的调整1.准备工作：将光学测角仪放置在水平的台面上，确保仪器稳定。
关闭仪器上的开关，放置调节器在仪器的中央。
打开仪器的螺丝，将测角仪密封盖抬起。
2.垂直调整：通过调节调节器左下角的纵向调节螺丝，使目镜能够与水平线成垂直状。
具体调整时，先将目镜对准棱镜的一侧，通过观察目镜中的视线是否与水平线平行，并调整螺丝直到完全垂直。
3.检查水平调整：通过调节调节器右侧的水平调节螺丝，使测量轴线与水平线平行。
具体调整时，通过观察目镜中的视线是否与水平线平行，并调整螺丝直到完全平行。
4.检查旋转调整：通过调整旋转螺丝，使测量轴线能够与目标物体的轴线对齐。
具体调整时，通过观察目镜中视线的位置，并旋转螺丝直到对齐。
二、光学测角仪的使用1.定点测量：确定需要测量的目标物体，并将其放置在需要测量的位置。
保持仪器的稳定，通过调整仪器上的刻度盘定位到初始位置。
2.观察目标：通过目镜观察测量物体，并仔细观察目标物体上的细节和特征。
3.测量角度：通过调整光学测角仪的刻度盘，使测角仪的测量轴对准目标物体的轴线。
通过目镜观察目标物体中的视线位置，并记录测量仪器上的刻度值。
这个刻度值就是目标物体的角度值。
三、注意事项1.在使用光学测角仪之前，要进行校准工作，以确保测量的准确性和精度。
2.在使用过程中，要保持仪器的稳定，避免任何颤动和震动。
3.使用时，要仔细观察目标物体上的细节和特征，确保精确测量。
4.使用刻度盘时要小心调整，避免过度调整或错误的调整。
5.使用完毕后，要及时关闭仪器的开关，并进行必要的清洁和保养工作。
总结：光学测角仪的调整和使用是相对简单的过程，但需要细心和耐心。
通过正确调整和操作，可以获得准确和精确的测量结果。
在实际应用中，光学测角仪广泛应用于建筑、测绘、机械等领域，对精度要求较高的角度测量提供了重要的工具。
光学测角仪的调整与使用
光学测角仪的调整与使用实验光的反射定律和折射定律定量描述了光线在传播过程中发生偏折时角度间的相互关系。
同时，光在传播过程中的衍射、散射等物理现象也都与角度有关。
一些光学量如折射率、光波波长、衍射极大和极小位置等都可通过直接测量角度去确定。
故在光学技术中，精确测量光线偏折的角度，具有十分重要的意义。
光学测角仪（又称分光计）是一种能精确测量角度的典型光学仪器，常用来测量折射率、光波波长、色散率和观测光谱等。
由于该装置比较精密，操纵控制部件较多而复杂，故使用时必须按一定的规则严格调整，方能获得较高精度的测量结果。
对于初学者来说，往往会感到一些困难，但只要在调整、实验过程中，明确调整要求，注意观察现象，并努力运用已有的理论知识去分析、指导操作，一般也是能够掌握的。
光学测角仪的调整思想、方法与技巧，在光学仪器中有一定的代表性，学会对它的调节和使用，有助于掌握操作更为复杂的光学仪器。
【实验目的】1、了解光学测角仪的主要构造;2、掌握光学测角仪的调节；3、学会使用光学测角仪的方法。
【仪器介绍】光学测角仪又称分光计，是一种精密测量平行光线偏转角的光学仪器，它常被用于测量棱镜顶角、光波波长和观察光谱等。
附图1 JJY-1型分光计外形图1-狭缝装置；2-狭缝装置锁紧螺钉；3-平行光管镜筒；4-游标盘制动架；5-载物台；6-载物台调平螺钉（3只）；7-载物台锁紧螺钉；8-望远镜镜筒；9-目镜筒锁紧螺钉；10-阿贝式自准直目镜；11-目镜视度调节手轮；12-望远镜光轴仰角调节螺钉；13-望远镜光轴水平方位调节螺钉；14-支撑臂；15-望远镜方位微调螺钉；16-转座与度盘止动螺钉；17-望远镜止动螺钉；18-望远镜制动架；19-底座；20-转盘平衡块；21-度盘；22-游标盘；23-立柱；24-游标盘微调螺钉；25-游标盘止动螺钉；26—平行光管光轴水平方位调节螺钉；27-平行光管光轴仰角调节螺钉；28-狭缝宽度调节手轮1、结构光学测角仪的型号很多，结构基本相同，都有四个部件组成：平行光管、自准直望远镜、载物小平台和读数装置（参阅附图1）。
测角仪的工作原理
测角仪的工作原理
测角仪是一种用于测量两个物体之间的角度的仪器，其工作原理是基于三角学的原理。
测角仪通常由两个旋转装置组成，分别固定在两个物体上。
这两个旋转装置可以分别旋转到待测角度的位置，并且可以被固定在该位置上。
在使用测角仪进行测量时，首先将两个测角仪放置在待测角度的物体上，然后通过旋转装置将它们旋转到该物体与参考物体之间的夹角位置。
随后可以固定旋转装置，使它们保持在该位置上。
接下来，可以使用测角仪上的刻度尺或者指示器来读取角度的值。
测角仪上的刻度尺通常是以度数或者弧度表示的，可以根据需要选择合适的单位。
需要注意的是，测角仪的测量结果可能会受到一些误差的影响，例如测量时的人为误差或者测角仪本身的误差。
因此，在进行精确的角度测量时，需要进行校准和相应的误差修正。
综上所述，测角仪通过旋转装置和刻度尺或指示器，利用三角学的原理来测量两个物体之间的角度。
通过操作测角仪和读取刻度尺上的数值，可以获得角度的测量结果。
光学测试技术-第3章-光学测角技术1
率的测量，该测量方法标准不确定度一般可以达到10-5量级。
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§3.2 测角技术的应用
本方法实际上是通过测量角度来完成折射率的测量。偏折角的测量 误差包括下列因素： （1）度盘的刻线误差 ； （2）对准望远镜的对准误差 ； （3）读数显微镜的读数误差 。 偏折角的测量标准不确定度为：
d/2
调节望远镜俯仰调节螺钉向上 移动1/2d
望远镜主轴垂直于仪器转轴 -------用各 半调节法将绿十字像调至与上方叉丝重合， 反复调节，使两面的十字像均与上叉丝重 合。注意：此步以后望远镜水平调节螺丝 不可再动！
绿“十”反射像
上方叉丝
调节载物台
调节载物台水平 ----- 重新放置双面镜（与原位置 成90°）调节螺钉c使十字像与上方叉丝重合。
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§3.2 测角技术的应用
1、测量原理 精密测角仪上测量角度可以有两种不同的光路：方法一：只使用自
准直望远镜，用自准直望远镜分别对准构成棱镜角度的两个平面，测量
时工作台与度盘固定。当自准像与分划板本身刻线重合时，表示自准直
望远镜视轴与棱镜平面1法线重合。这时从度盘上可以得到一读数。转动
读数。
问题：使用前的调整？
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测角仪器使用前的调节
测量前应调节分光计满足三方面要求： ① 平行光管出射平行光，即提供无穷远目标 ② 望远镜调焦于无穷远 ③ 平行光管和望远镜的光轴共面，且应与载物台
旋转轴垂直
1、望远镜调焦到无穷远
①
目镜
调节要点
• 目测粗调: 望远镜与平行光管等高且其主轴 垂直于中心轴，载物台基本水平，各螺钉应 位于中间可调位置；
测绘技术中常用的测角仪器介绍与操作技巧
测绘技术中常用的测角仪器介绍与操作技巧随着科技的进步和社会的发展，测绘技术在各个领域中的应用越发广泛。
而测角仪作为测绘技术中的重要工具之一，则扮演着至关重要的角色。
本文将介绍一些常用的测角仪器并分享一些操作技巧，以帮助读者更好地理解和运用测绘技术中的测角仪器。
一、光学测角仪光学测角仪是测绘工程师常用的测角仪器之一，它利用光学原理来测量物体之间的角度。
这类仪器通常具有高度精确的测量功能，并可以在各种环境下进行测量。
其操作相对简单，只需将目标对象对准测角仪的目镜，然后根据刻度线上的读数来获得所测角度。
当然，使用光学测角仪时要注意保持仪器的稳定性，以避免误差的产生。
二、全站仪全站仪是一种集光学、机械、电子技术于一体的复杂仪器，它在测量过程中能够提供更多的信息和功能。
全站仪通常可以测量角度、坐标和距离等多种参数，非常适用于大型工程的测量和控制。
操作全站仪时，需要对仪器进行一定的设置和校准，以确保测量结果的准确性。
此外，全站仪还可以通过数据传输功能将测量结果直接传输至电脑或其他设备，方便后续的数据处理和分析。
三、卫星定位系统（GPS）卫星定位系统（GPS）是现代测绘技术中的一项重大突破，它利用卫星信号来精确测量和定位物体的位置。
GPS可以提供全球范围内的高精度定位信息，并且具有自动化和高效性的特点。
在测绘工程中，GPS可以用于测量地面的三维坐标、行进路线以及相对位置等参数。
操作GPS时，需要保持接收器的稳定性，避免遮挡物对信号的影响，以确保测量结果的准确性。
四、雷达测角仪雷达测角仪是一种利用雷达波测量物体角度的仪器。
相比于其他测角仪器，雷达测角仪不受天气和环境的限制，在恶劣天气和遭遇障碍物时仍能够正常工作。
雷达测角仪通常具备自动测量和追踪功能，能够准确地检测和记录目标物体的位置和运动轨迹。
在使用雷达测角仪时，需要注意保持仪器的稳定性和正确操作，以获得可靠的测量结果。
五、红外测角仪红外测角仪是一种利用红外线技术进行测量的仪器。
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§3.1 精密测角仪器的基本构造
2. 经纬仪的基本组成
按照上下部分： 照准部、基座、三脚架
照准部
视
竖
准
直
轴
度
盘
水平度盘 竖直度盘 光路系统和测微装置 机械装置
轴系 竖直轴（简称竖轴） 水平轴（简称横轴） 视准轴
水平轴
照
支
支
准水平度盘
显微镜
基
座
三
竖
脚
度指标，即检定时水平方向观测一测回的中误差。
§3.1 精密测角仪器的基本构造
4.我国光学经纬仪精度系列划分
§3.1 精密测角仪器的基本构造
4.我国光学经纬仪精度系列划分
§3.1 精密测角仪器的基本构造
4.我国光学经纬仪精度系列划分
§3.1 精密测角仪器的基本构造
4.我国光学经纬仪精度系列划分
直
架
轴
§3.1 精密测角仪器的基本构造
2. 经纬仪的基本组成
§3.1 精密测角仪器的基本构造
3.主要部件的相互关系
垂直轴与照准部水准器轴垂直 水平轴应与垂直轴正交 视准轴应与水平轴垂直 垂直轴与水平度盘正交，且同心 水平轴与垂直度盘正交，且同心 当指标水准器气泡居中时，垂直度盘的读数指标必须水
当入射角为0时，位移量为0。
转动测微轮两平行玻璃板作相 对等量转动，分别来自正倒度盘 对径分划影像作等量相对移动。 当对径分划线重合时，测微盘转 到一定分划位置，其读数 K 就 是所需要测量的微小量值。
§3.3 T3光学经纬仪
平行移动量与入射角相关，
垂直入射时，移动量为零；入射
角为 i 时， 移动量为Δi。i 变化时，
Δ 随之发生平移。
i=0
Δ=0
i
光学测微器分划度盘的转动与两平行玻璃板的倾斜动作同步
§3.3 T3光学经纬仪
4. 测微器及其原理 平行玻璃板测微器
光线通过平行玻璃板时产生平 行位移，当入射角为小量时，位 移量与入射角成正比。
水准器的灵敏度
定义：气泡产生可以查觉的最小位移时，水准器轴倾 斜变化的角值
表示：气泡移动0.1格的角值 比较：圆水准器 < 管状水准器
§3.3 T3光学经纬仪
3. 度盘及光学系统
度盘的构成 T3经纬仪度盘由厚6mm,直径140mm的光学玻璃制成。
刻划 T3经纬仪水平度盘全周刻划360，每注记，顺时针增值。 每分15等份，每份宽度为0.078mm，刻划值为4。
光学系统 由照明、光学度盘、光学读数、光学测微器等构成。
§3.3 T3光学经纬仪
3. 度盘及光学系统
§3.3 T3光学经纬仪
3. 度盘及光学系统
蔡司010光路图
§3.3 T3光学经纬仪
3. 度盘及光学系统
WildT2光路图
§3.3 T3光学经纬仪
3. 度盘及光学系统
长周期系统误差
可以达到± 2。
短周期系统误差 ±1.0″--- ±1.5″ 度盘分划误差可以通过对径读数来削弱,同时还采用分 配度盘和同方向各测回均匀分布测微器的削弱措施
§3.3 T3光学经纬仪
4. 测微器及其原理
测微器的分类
双平行玻璃板测微器： T3、T2、J05
双光楔测微器：蔡司010、苏光J2
Δ
双平行玻璃板测微器原理：
第三章 精密测角仪器 和水平角观测
测量工程与装备系: 范 百 兴
2019年9月5日
§3.1 精密测角仪器的基本构造
本次课程主要内容： 光学经纬仪(Optical Theodolite)简介 光学经纬仪的系统组成 光学经纬仪测角 光学经纬仪测角误差 光学经纬仪的调校
§3.1 精密测角仪器的基本构造
§3.3 T3光学经纬仪
1. 望远镜
作用 放大目标、精确照准
结构 物镜、调焦透镜、十字丝板、目镜
目标照准的标准 从目镜中看到十字丝中心与目标影像一致。
§3.3 T3光学经纬仪
1. 望远镜
视差 由于目标影像面与十字丝面不一致，使两者相对位置随人眼 位置而变化，这种现象称为视差。
视差的产生原因： 目标影像与十字丝板的相对位置不正确。
1. 水平角和垂直角
水平角 两视准线在水平面上的投影线（即水平视线）构成的角度 范围：0～360 顺时针量取
垂直角(竖直角) 视线与相应水平面的夹角。若方向线在水平面之上，竖直角
为正，为仰角，否则竖直角为负，为俯角。 范围：－90～＋90 天顶距：方向线与铅垂线天顶方向的夹角， ＝90－Z 。
焦？
§3.3 T3光学经纬仪
2. 水准器
管状水准器
结构：
管内：冰点低、流动性强、附着力小的液体 管壁：玻璃管，腰鼓状曲面，刻有分划线 固定：金属框架，透明罩，校正螺旋 两轴： 水准轴和水准器轴 整平 调节角螺旋使水准气泡居中，水准器的两轴重合，这个过
程 称“整平”。 气泡在各个方向都已居中，垂直轴与测站铅垂线一致，垂
平或垂直
§3.1 精密测角仪器的基本构造
4.我国光学经纬仪精度系列划分
经纬仪的测角精度主要取决于轴系误差和读数误差。 我国光学经纬仪系列划分： J07（如北光厂DJ07、1002厂J07） J1（如Wild厂T3、Kern厂DKM3） J2（如Wild厂T2、苏一光J2、Zeiss厂Theo 010） J6 J为经纬仪汉语拼音的第一个字母，数字表示仪器的精
视差的消除： ① 望远镜指向天空，调节目镜，使十字丝清晰； ② 将望远镜指向目标，调节调焦透镜，使目标清晰，稍
改变眼睛位置，若目标像与十字丝相对位置不变即可。
§3.3 T3光学经纬仪
1. 望远镜
§3.3 T3光学经纬仪
1. 望远镜
物镜调焦的目的？ 目镜调焦的目的？ 什么是望远镜的盲区、最短视距？ 在精密测角时，为何规定一测回内不准重新调
直于测站水平面。
§3.3 T3光学经纬仪
2. 水准器 圆形水准器
精度 比管状水准器低，用于概略整平
结构 上部：球冠面，有同心分划圆； 下部：带分咀的玻璃座；外部：金属底壳
§3.3 T3光学经纬仪
2. 水准器 水准器的格值
定义：相邻分划线形成的一格宽度所对应的圆心角值 表示：＝t / R " = t / R 其中：：格值； t：格值宽度 R：圆弧半径； ：常数；