电子经纬仪的检定与误差解析

曹洁

摘要：电子经纬仪不仅能作为测角仪器单独完成测量工作，还能与电子手簿、激光测距仪等组成全站仪，或与激光测距机、卫星定位仪、陀螺仪等组成测地系统。本文详细分析了电子经纬仪的误差成因，旨在提高电子经纬仪的测量精度。

关键词：电子经纬仪;鉴定范围;误差解析

计算机技术与微电子技术的快速发展，为传统测绘仪器带来了革命性的变化，电子经纬仪正是在这种科技的冲击下而诞生的一种测量仪器，被广泛应用在建筑、军事等行业，极大提高了现代测绘技术水平。

1.电子经纬仪

电子经纬仪是一款集光学、电子、机械、计算为一体的高精度光学测量仪器，其在光学经纬仪的基础上增加了自动化智能技术、滤波技术以及电子细分控制技术等，能够对测量数据进行智能读取，除被广泛应用在公路、铁路、水利等工程的测量中，还可以用于大型建筑、设备的实地安装地形测量。常见的电子经纬仪主要由：照准部、望远镜、测微器系统、水准器、基座及脚螺旋、光栅盘或光学码盘、读数面板、光学对点器，九大部分组成，具有较高的抗振能力、稳定性、可靠性，以及耗电小、寿命长、温度影响小等优点，适用于各种地形测量、地籍测量、工程测量。

2.进行电子经纬仪检定的主要内容

电子经纬仪是在光学经纬仪基础发展而来，为进一步提升其精确度，我们应熟悉并掌握电子经纬仪的检定工作内容。1）水准器轴与竖轴的垂直度;2）望远镜竖丝铅垂度;3）望远镜视轴对横轴的垂直度;4）横轴误差;5）照准差;6）竖轴误差;7）光学对中器视轴与竖轴重合度;8）望远镜调焦视轴变动误差;9）一测回水平方向标准偏差。

3.电子经纬仪的误差分析

电子经纬仪主要用于边角的角度测量，测量误差是比照国家标准仪器精度来判断的，而国家标准仪器精度指的是一测回水平方向的标准误差。在對电子经纬仪进行误差测量时，需要首先将电子经纬仪的望远镜对准实现选取的目标点A，获得对应角度的测量数值，然后对转目标点B，继续获得相应角度的测量数值，A、B两点测量数值间的误差为目标点间的夹角。在这一测量过程中，需要用到的测量部位有：水准器、望远镜、度盘、读数面板、竖轴和横轴轴系等，这些部位也是影响电子经纬仪测量精度的主要因素。

3.1望远镜的瞄准误差

在使用电子经纬仪对观测目标进行测量时，望远镜的作用主要是对观测目标进行一定倍数的放大，便于测量人员对观测目标进行观测，然而观测主体是人，人的肉眼对观测目标的瞄准度是有极限的，无法对目标点进行精准定位存在视觉上的误差，也就是人们常说的瞄准误差。瞄准误差是一种随机性误差，主要取决于望远镜的实际放大倍数和肉眼瞄准极限偏差，根据不同检测人员的不同视力情况，瞄准误差还存在一定的个体差异。基于此，人们在对瞄准误差按照或然率计算，选取瞄准中误差为瞄准误差值。

3.2度盘的误差

度盘指的是在圆形零件刻划面根据原件设计要求，使用不等分或等分刻划线来表示测量角度的一种角度标准器元件。常见的电子经纬仪使用的度盘有绝对编码盘和光栅盘，其中电子经纬仪使用的光栅度盘的刻划线是呈辐射状的直线，这些辐射状的直线中心一般都与圆度盘的圆心是相互重合的，也被称作中心辐射光栅度盘，其根据使用特征，可以分为振幅光栅和相位光栅，根据光学原理，又可以分为反射光栅和透射光栅。然而无论是哪种光栅度盘其在使用的过程中都会出现误差，根据误差成因的不同，又可以将度盘误差分为刻划误差、偏心误差、度盘变形误差、度盘倾斜误差、直径误差等种类的误差。

其中，刻划误差指的是度盘刻划面刻划线的实际位置与理想位置存在偏差而导致的角度量误差。度盘的安装误差、刻划机调整不良、刻划机刻划误差、温度、湿度等因素都会造成刻划误差的出现，在实际的误差测量中，刻划误差可以用角量、线量（切向误差）来表示。受制于技术条件的限制，即使是当前最精密的刻划机，在最佳的工作状态下，仍旧会产生0.5um作用的线量（切向误差）。

刻划直径大小不会对刻划误差产生影响，真正影响刻划误差的度盘刻划面直径，度盘刻划面直径越大，刻划线误差角度越小;偏心误差主要是度盘安装位置不正确或度盘零件安装不正确造成的，不正确的安装方式会让度盘的旋转中心与刻划面划中心产生偏离，从而导致读书误差，这种误差也被称作偏心误差。

度盘变形误差主要是由于不同材料具有不同的膨胀系数，当它们遇到温度变化时，会产生不同程度的形变，并在装配过程中产生一定的形变压力，引起度盘变形，出现刻线位移现象，进而产生的测量误差。度盘倾斜误差主要是因为读数系统光轴或竖轴不与度盘相互垂直而造成的，当竖轴不与度盘垂直时，且度盘倾斜角度较小时，对测量结果影响较小，在某些情况下可以忽略不计，当读数系统光轴与度盘不垂直时，如果其误差数值符合对径读数而相互抵消，也可以忽略不计。

一般情况下，度盘直径的全中误差不得大于1.5″。属于系统及偶然中误差，如果在测量的过程中，如果按照规定数量进行测回，虽然可以抵消掉大部分的偶然误差，但系统误差的存在仍然会影响到最终的测量结果。

3.3读数系统的误差

读书系统误差包含了细分量化误差、光栅不完全正交误差、以及偏心误差。其中，细分量化误差指的是检测人员在量化时产生的细分误差，检测人员在对cos、sin脉冲的不同状态来进行检测时，可以对角度测量进行进一步的细分化，由于电压与角度间的联系近似线性关系，因此角度细分范围也未直线，可以对A/D进行转换，然后通过测量得到测量目标的角度数据。

需要注意的是，A/D数模在转换时，会出现一个量化误差。此外，光栅信号电压不稳及外界干扰都会产生误差。而光栅不完全正交误差是因为光栅度盘在使用时，光源光线经系统产生的莫尔条纹信号属于非正弦周期函数，两信号的相位既没有正交，也不垂直。在这种情况下，如果一个信号是正弦波，另一个不是标准余弦波的话，就会出现误差。

3.4轴系和度盘偏心的误差

电子经纬仪在进行测量前，必须保障竖轴安置铅垂且三轴正交，这里的三轴指的是横轴、竖轴、视准轴。通常情况下，如果竖轴与横轴不垂直、或横轴与视准轴不垂直，竖轴安置也是不垂直的，造成垂直测角和水平测角的测量误差。其次，测角仪器的度盘会与其相接的轴系产生偏心，这种偏心差也是造成测量误差的主要因素之一，特别是多个偏心误差同时存在时，会让测量误差成因变得复杂。另外，如果使用的电子经纬仪属于双面读数经纬仪，偏心因素对测量结果的误差影响可忽略不计。反之，如果使用的不是双面读数经纬仪，必须在测量的过程中，预先消除偏心因素误差，将偏心误差对测量结果的影响降到最低。

3.5水准器的误差

在运用电子经纬仪进行观测目标测量时，必须先对经纬仪竖轴进行调整，确保其旋转中心和观测目标点处于同一铅垂线上，然后沿着垂直方向，调整仪器的水平度，让仪器保持水平平衡。可以通过观察平衡仪的气泡位置来判定仪器是否处于水平状态，当水准器气泡移到刻度中心位置时，即代表仪器处于水平平衡，由于人的肉眼存在视觉偏差，观察到的气泡位置可能与理想中的中心位置存在偏差，这种情况下会产生整平误差，影响观测结果。

4.结语

综上所述，在对电子经纬仪误差成因进行分析时，要结合实际，具体问题具体分析，只有这样才能保障测量结果的准确性，提高电子经纬仪的测量精度。

参考文献

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