光学测微器的基本工作原理

水准仪带测微器，测微器原理是什么？~

检测时测微器数值卡50
测量时测微器读数值卡在哪是哪。
不使用高精度的话，倒是可以，但测微器数值必须卡50不能动。

光电测距仪----亦称光速测距仪，用调制的光波进行精密测距的仪器，测程可达25公里左右，也能用于夜间作业。
　　一、光电测距原理
　　光电测距仪根据测定时间t的方式，分为直接测定时间的脉冲测距法和间接测定时间的相位测距法。高精度的测距仪，一般采用相位式。
　　相位式光电测距仪的测距原理是：由光源发出的光通过调制器后，成为光强随高频信号变化的调制光。通过测量调制光在待测距离上往返传播的相位差φ来解算距离。
　　相位法测距相当于用“光尺”代替钢尺量距，而λ/2为光尺长度。
　　相位式测距仪中，相位计只能测出相位差的尾数ΔN，测不出整周期数N，因此对大于光尺的距离无法测定。为了扩大测程，应选择较长的光尺。为了解决扩大测程与保证精度的矛盾，短程测距仪上一般采用两个调制频率，即两种光尺。例如：长光尺（称为粗尺）f1=150kHz，λ1/2=1 000m，用于扩大测程，测定百米、十米和米；短光尺（称为精尺）f2=15MHz，λ2/2=10m，用于保证精度，测定米、分米、厘米和毫米。
　　二、光电测距仪及其使用方法
　　1．仪器结构
　　主机通过连接器安置在经纬仪上部，经纬仪可以是普通光学经纬仪，也可以是电子经纬仪。利用光轴调节螺旋，可使主机的发射——接受器光轴与经纬仪视准轴位于同一竖直面内。另外，测距仪横轴到经纬仪横轴的高度与觇牌中心到反射棱镜高度一致，从而使经纬仪瞄准觇牌中心的视线与测距仪瞄准反射棱镜中心的视线保持平行，
　　配合主机测距的反射棱镜，根据距离远近，可选用单棱镜（1500m内）或三棱镜（2 500m内），棱镜安置在三脚架上，根据光学对中器和长水准管进行对中整平。
　　2．仪器主要技术指标及功能
　　短程红外光电测距仪的最大测程为2 500m，测距精度可达±（3mm+2×10-6×D）（其中D为所测距离）；最小读数为1 mm；仪器设有自动光强调节装置，在复杂环境下测量时也可人工调节光强；可输入温度、气压和棱镜常数自动对结果进行改正；可输入垂直角自动计算出水平距离和高差；可通过距离预置进行定线放样；若输入测站坐标和高程，可自动计算观测点的坐标和高程。测距方式有正常测量和跟踪测量，其中正常测量所需时间为3s，还能显示数次测量的平均值；跟踪测量所需时间为0.8s，每隔一定时间间隔自动重复测距。
　　3．仪器操作与使用
　　（1）安置仪器 先在测站上安置好经纬仪，对中、整平后，将测距仪主机安装在经纬仪支架上，用连接器固定螺丝锁紧，将电池插入主机底部、扣紧。在目标点安置反射棱镜，对中、整平，并使镜面朝向主机。
　　（2）观测垂直角、气温和气压 用经纬仪十字横丝照准觇板中心，测出垂直角α。同时，观测和记录温度和气压计上的读数。观测垂直角、气温和气压，目的是对测距仪测量出的斜距进行倾斜改正、温度改正和气压改正，以得到正确的水平距离。
　　（3）测距准备 按电源开关键“PWR”开机，主机自检并显示原设定的温度、气压和棱镜常数值，自检通过后将显示“good”。
　　若修正原设定值，可按“TPC”键后输入温度、气压值或棱镜常数（一般通过“ENT”键和数字键逐个输入）。一般情况下，只要使用同一类的反光镜，棱镜常数不变，而温度、气压每次观测均可能不同，需要重新设定。
　　（4）距离测量 调节主机照准轴水平调整手轮（或经纬仪水平微动螺旋）和主机俯仰微动螺旋，使测距仪望远镜精确瞄准棱镜中心。在显示“good”状态下，精确瞄准也可根据蜂鸣器声音来判断，信号越强声音越大，上下左右微动测距仪，使蜂鸣器的声音最大，便完成了精确瞄准，出现“*”。
　　精确瞄准后，按“MSR”键，主机将测定并显示经温度、气压和棱镜常数改正后的斜距。在测量中，若光速受挡或大气抖动等，测量将暂被中断，此时“*”消失，待光强正常后继续自动测量；若光束中断30秒，须光强恢复后，再按“MSR”键重测。
　　斜距到平距的改算，一般在现场用测距仪进行，方法是：按“V／H”键后输入垂直角值，再按“SHV”键显示水平距离。连续按“SHV”键可依次显示斜距、平距和高差。
　　三、光电测距的注意事项
　　（1）气象条件对光电测距影响较大，微风的阴天是观测的良好时机。
　　（2）测线应尽量离开地面障碍物1.3m以上，避免通过发热体和较宽水面的上空。
　　（3）测线应避开强电磁场干扰的地方，例如测线不宜接近变压器、高压线等。
　　（4）镜站的后面不应有反光镜和其他强光源等背景的干扰。
　　（5）要严防阳光及其他强光直射接收物镜，避免光线经镜头聚焦进入机内，将部分元件烧坏，阳光下作业应撑伞保护仪器。

测绘信息与工程Journal of Geomatics 2002 Aug：27(4) 23 文章编号：1007—381 7(2002)04—0023—02 中图分类号：P245；TH741 文献标识码：B 光学测微器的原理、检定及误差分析路杰(中国地震局地震研究所．武汉市小洪山中区7o号．430071) 摘要着重讨论了高精度光学测微器的基本工作原理、检定方法及误差分析。关键词测微器；平板玻璃；光楔；检定；误差测微器是光学测量、计量仪器中的主要读数设备．它使得测量更直接快捷、更精确。新的国家计量检定规程对其性能进行了严格的技术要求，下面针对水准仪中高精度光学测微器(单平板测微和单光楔测微)进行探讨。1 基本工作原理1．1 单平板测微光线以一定的入射角a通过平板玻璃后，光线会产生平行移动量z，或平板玻璃旋转a角时，光线也会产生平行移动量Z(如图1所示)．即Z= d{1一Ecos~／(n。一sin。口)]“。)sina 一般采用正切机构有效地补偿平板玻璃的非线性误差，故光线移动量z的简化公式为：Z—tanaEd(n一1)／,1] 当转动平板玻璃．渎出其转角a，即可实现测微。平板玻璃的旋转由齿条机构来带动，齿条图l 平板玻璃光学原理图由装在测微手轮同一轴上的齿轮来带动，其工作原理如图2 所示。当平板玻璃旋转a角时，则有tana：／／R．其中为齿条移动量，为平板玻璃旋转轴至齿条的距离．即一( ／180)0。式中，r为齿轮的半径，为齿轮转角即测微轮转角。故当平板玻璃旋转a角时，光线移动量则为：板玻——、电厂、＼、J，-●_ 一沧r 、■图2 简化机构实现图Z —[(Yl一1)／n]tana—[( 一1)／n (丌r／180R) 可以看出，Z ．故允许平板玻璃对望远镜视轴有较大倾角时，仍满足误差要求。1．2 单光楔测微在凋焦至无穷远的情况下，当光楔旋转一定角度时．光线将产生相对的偏移量，其工作原理如图3所示。当光楔旋旋角时．光线偏移a角，投影到z轴和轴．则产生偏移分量a 和a 。一般观测上下移动量．有一I口l sin／／一(，2—1)Asln／~ 式中．为光楔折射率，为光楔楔角，可以看出ay~CA，因此在设计中无原理误差。2 检定方法按规程JJG 960—2001要求，测微器主要用于检定调焦运行误差时．必须进行示值误差的检定，其中一级测微器示值误差小于等于0．1 5 mm。对正调焦仪器(如DS系列和DSZ 系列)，按规程JJG ．96O一2OO1要求进行检定和数据处理。对负调焦仪器(如JSJ系列检验仪)采取如下方法：可用2～3台同等级正’图3 光楔工作原理图调焦仪器的测微器先进行互比，再以其为标准，检定负调焦仪器测微器；也可用更高等级的测微器直接检定。少数高精度仪器(如JSJ系列检验仪)还包括光楔测微器，可以精度高于此光楔测微器的光电自准直仪作为标准仪器，将JSJ系列检验仪调焦至无穷远，按规程JJG 960-2001要求进行检定和数据处理。3 误差分析3．1 平板测微器1)原理误差。平板测微器因采用正切机构而产生原理误差。已知仪器d一26 rflm，n= 1．516 3，最大角口一29．457。，则AZ?= I [( 一1)／n]tan口一dE1一COSG?／(，2 一sin 口) ]sin~n1a I一0．024 mFi1 在实际中．通过校正行差，使得△z?一0．024 × 4O 一0．01 mm 一10 m 即1—10 m 。2)加工引起的误差：。主要有平板玻璃的加工误差、齿轮齿条的啮合间隙误差以及齿条上的连接头与平板玻璃连接槽之间的间隙误差。a．平板玻璃的加工误差又分为：①平板玻璃的平行差，当< 1 时对光线偏移量的影响可忽略不记。②平板玻璃的最小焦距，当表面光圈N≤O．1时对光线的偏移量没有影响。⑧平板玻璃的厚度差△对光线偏移量的影响。已知△≤0．02 mm，一1．516 3，取口角最大值为29．457。，变换系数取K= ~／3(以下K 均取此值)，则有维普资讯http://www.cqvip.com 24 测绘信息与工程Jou rnal of Geomatics 2002 Aug；27(4) ，2】=△z／K = △[(，2—1)／(Kn)]tans一0．02× [(1．51 6 3—1)／。。。。一(、／3 × 1．51 6 3)]tan29．457= 2 m b．齿轮萏醯哪龊霞湎段蟛睢！S捎诓捎昧说*性机构．啮合间隙在0．5 ～3 之间，已知测微手轮的最小刻线间隔为1OO ，最小刻度单位为0．05 mm，则，”2 2—3／100 × 0．05× 1／K = 1／*m 12．齿条上的连接头与平板玻璃连接槽之间的间隙误差，z s。配合间隙产生转角误差为±As，已知最大配合间隙△= 0．009 mm，到转动轴的距离r 一1 9 mm，则，23一AZ／K = 1／~／3 × [(，2—1)／n]tan2Aa= 1／3 × [26× (1．51 6 3—1)／1．516 3]tan2× (360× 0．009／(2 × 1 9)一5／*m 由此，可得加工的中误差，2= (2。+ 1 + 5 ) 一6／*m 3)人为误差m 。主要有以下几种情况引起：a．瞄准误差挑l。已知Ni002测微器望远镜放大率V一42，P =1 5 ，则，3 一± fi／K 一± P × 5× 10s／(KVp )一± (15 × 5× 10。)／(~／3 × 42× 20 626 5 )一5／*m b．JSJ检验仪平板测微器估读误差已知最小刻度r 一0．05 mm，则，32= r／SK = 0．05／5 ~／3 —6／*m c．Ni002测微器估读误差，已知最小刻度r一0．05 mm，则。一6 m，由此，可得人为的中误差：，3一(5 + 6 + 6。) = 10 m d．比对仪器引入的误差。多次检定Ni002测做器，取试验平均值，一1 5 m。综合3．1节的分析，得出JSJ系列检验仪平板测微器的误差为：平板一( f+ ；+ ；+ ?”一22／*m 3．2 光楔测微器1)加工引起的误差。主要有光楔楔角加工误差引起的示值误差、光楔的最小焦距误差以及机械配合间隙引起的误差。a．光楔楔角加工误差△A 引起的示值误差已知JSJ 仪器楔角误差△A 的最大范围为± 0．5”，一1．51 6 3，口= 90。，则ll—As ／K 一(，z一1)AA?sinAfi／K 一(1．516 3—1)×0．5×sin90／了一o．15，b．光楔的最小焦距误差。当表面光圈N≤0．2时．对光线的偏移量没有影响。c．机械配合间隙引起的误差。。加工精度可以保证间隙在5 ～1 5 之间．则l2=As ／K = (，z一1)AsinAfi／K = 3O”× sin1 5 ／~／3 ：0．08”由此，可得加工引起的中误差l= ( l+ 2)”= o．1 7”2)人为误差。。主要有以下几种情况引起：a．瞄准误差：。。已知o．5”级光电自准直仪放大率为51，取P；一1 5”，则2l=4-(fl／K)= ± (P~／KV)一± (1 5"／~／3 × 51)一0．1 7”b．JSJ检验仪光楔测微器估读误差。：。已知最小刻度z-= 1”，则2 2= r／SK 一1／5 ~／3 = 0．12”c．0．5 级光电自准直仪测微器估读误差。，已知最小刻度r：0．5”，则23一r／SK 一0．5／5 ~／3 = o．06 由此，可得人为的中误差：2= (0．1 7 + o．1 2 + o．06。) 一o．22 综合3．2节的分析，得出jsj系列检验仪光楔测微器的误差为：= ( + ；) 一(0．17。+ 0．22 ) 。= 0．28”4 结束语通过对高精度光学测微器的基本工作原理、检定方法及误差分析的讨论，可以看出，此类测微器可作为高精度计量标准仪器中的读数测微装置。参考文献[1] 唐务浩．陈敬芬．大地测量仪器学[M]．武汉：武汉测绘科技大学出版社．1995．[2] 王尔祺．光学仪器精度分析[M ]、北京：测绘出版社．I988．[3] 苏瑞祥．大地测量仪器[M]．北京：测绘出版社．I979．收稿日期：2002—04—18．作者简介：路杰，工程师．主要从事计量标准仪器研制及计量检定方法研究。PRINCIPLE，VERIFICATION ADN ERROR ANALYSIS OF OPTICAL M ICROMETER LU Jie (Institute of Seism ology·China，Seismology Bureau．70 M iddle Xiaohongshan．W uhan 43007 1．Ohina) ABSTRACT This paper m ainly discusses the basic principle，verification method and error analysis of high accuracy optical m icrometer．KEY WORDS microm eter；plane parallel glass；optical wedge；verification：error 维普资讯http://www.cqvip.com

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