電子經緯儀的檢定及誤差分析

摘 要：電子經緯儀是廣泛應用于天文、大地、工程測量的精密儀器。本文主要從電子經緯儀產生誤差及其檢定出發，分析了軸系誤差、度盤的誤差、測角讀數系統的誤差和水準器的誤差原因，以便于更好地對電子經緯儀進行檢定。

關鍵詞：電子經緯儀；檢定；誤差分析

1 概述

經緯儀是一種常規的測量儀器，廣泛應用于軍事、建設等諸多行業。電子經緯儀是集光、機、電、計算為一體的自動化、高精度的光學儀器，是在光學經緯儀的電子化智能化基礎上，采用了電子細分、控制處理技術和濾波技術，實現測量讀數的智能化。電子經緯儀既可單獨作為測角儀器完成導線測量等測量工作，又可與激光測距儀、電子手簿等組合成全站儀，與陀螺儀、衛星定位儀、激光測距機等組成炮兵測地系統，實現邊角連測、定位、定向籌各種測量。

2 電子經緯儀的檢定內容

電子經緯儀是由光學經緯儀發展起來的，為在研制中提高其精度，需要了解光學經緯儀檢定時的內容。光學經緯儀檢定內容有： 1、準器軸與豎軸的垂直度，2、測微器行差，3、光學測微器分劃誤差，4、光學測微器隙動誤差，5、照準部旋轉正確性，6、望遠鏡豎絲對橫軸的垂直度，7、橫軸與豎軸的垂直度，8、照準差和指標差，9、照準部偏心差和水平度盤偏心差，10、望遠鏡調焦時視軸變動誤差，11、豎盤指標自動補償器補償誤差，12、水平度盤直徑全誤差，13、一測回水平方向標準偏差，14、一測回水平角測角標準偏差。

3 電子經緯儀的誤差分析

電子經緯儀有主要用途是測量角度，國家標準的儀器精度是指在一測回水平方向的中誤差（即一測回水平方向標準偏差）。在測量時先對準目標點A，讀取一個角度值，再對準B，讀取相應的另一個角度值，則目標點之間的夾角為兩讀數之差。在這一觀測中用到儀器的部分有：度盤，度盤讀數系統，瞄準望遠鏡，水準器，豎軸和橫軸軸系等，這些都是電子經緯儀的主要誤差源。

3.1 望遠鏡的瞄準誤差

在測量時，由于望遠鏡采用放大觀測目標，而人眼對目標點的瞄準有一個極限，也即存在一個視覺上的瞄準誤差，這個誤差就是瞄準誤差。它取決于人眼瞄準極限誤差和望遠鏡的放大倍數，是隨機性的誤差量。根據人眼的瞄準特性，這個誤差按等或然率分布，通常選擇瞄準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致的度盤直徑生產上的誤差，一般度盤直徑全中誤差不大于1.5″，由系統及偶然中誤差組成，如果測量時按通常要求的測量六個以上測回，則偶然誤差大部分可以自動消除，最終影響結果的主要是系統誤差。

度盤傾斜誤差是指度盤安置不垂直于豎軸及讀數系統光軸不垂直于度盤。前者傾斜量很小，對測量結果影響亦很小，可忽略不計，后者因采用符合對徑讀數而相抵銷，因些也不用考慮。

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

3.3 讀數系統的誤差

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，細分量化時的誤差。

度盤分劃的偏心誤差是度盤在刻線時，由于生產工藝的原因，度盤刻線的中心不是理論園盤的中心。另外，度盤生產時以及平時保養或安裝中的擠壓后，也不一定完全是園形，而實際上有可能個近似園形，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，光源發出的光線經系統，形成的莫爾條紋信號是非正弦周期函數，但兩信號在相位上也不是恰好正交，其相位不垂直，也就是說當一個為正弦波時，另一個并非為標準余弦波，因此產生了誤差。

細分量化時的誤差是在量化時產生的誤差。通過檢測不同的sin、cos 脈沖狀態，可對角度進一步細分，而對于細分范圍內近似為直線，即角度與電壓近似為線性關系，可以通過A/D 轉換后測量得到角度。在數模轉換量化時存在一個量化誤差，另外由于光柵信號電壓不穩定和干擾的存在也導致誤差的產生。

3.4 軸系和度盤偏心的誤差

經緯儀正確測量的前提是三軸正交且豎軸安置鉛垂。即視準軸、橫軸和豎軸在空間上相互正交，測量時將豎軸安置鉛垂。一般情況下，視準軸與橫軸不垂直、橫軸與豎軸不垂直總是存在的，豎軸安置也不可能絕對鉛垂，因此產生了水平測角和垂直測角的測量誤差。

在測角儀器中，度盤及其軸系存在偏心，偏心差是影響儀器準確度的重要因素，尤其是幾個偏心因素同時存在時更為復雜。當照準目標時，照準部偏心差和水平度盤偏心差同時在起作用。電子經緯儀不是雙面讀數經緯儀，偏心因素的影響不可以忽略不計，要在程序中預先消除這部分誤差。

3.5 水準器的誤差

在使用經緯儀進行測量時，首先要將經緯儀豎軸的旋轉中心與地面測站點同（或頭頂目標）位于同一鉛垂線上，然后在垂直的兩個方向上將儀器調整到水平，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。整平誤差對觀測結果同樣產生影響。有的電子經緯儀使用電子水泡來進行修正。

經緯儀未能整平產生的誤差對角測量是有影響的。在電子經緯儀的研制中，為了使儀器在測量自動方便、精確，要考慮經緯儀整平誤差對水平角和豎直角觀測的影響。

4 結語

由于電子經緯儀的級別要求不一，隨著電子器件的發展，要求不斷采用更新更好元件來提高儀器的精度是電子經緯儀的發展方向。而使用元件的不同將導致誤差修正的具體方法發生變化，這就需要我們對電子經緯儀產生誤差的原因和機理進行分析，進而對如何修正誤差進行研究，考慮分析了軸系誤差、度盤的誤差、測角讀數系統的誤差和水準器的誤差等主要誤差，以更好地對電子經緯儀進行檢定。

參考文獻：

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[2] 周維虎、王會生.誤差修正技術在電子經緯儀中的應用[J].宇航計測技術，2012.

[3] 楊俊志.電子經緯儀豎盤指標自動補償誤差的檢定問題[J].測繪通報，2011.

[4] 姜晨光.經緯儀整平誤差對豎直角觀測的影響[J].北京測繪，2014.

作者簡介：

劉爽，性別：女，出生年月：1981年7月13日，職稱：工程師，工作單位：沈陽計量測試院，研究方向：光學儀器、驗光設備 、粗糙度設備、坐標測量機 、測繪儀器。