基本介紹
- 中文名：經緯儀
- 分類：光學經緯儀和電子經緯儀
- 作用：測量水平角和豎直角
- 原理：測角原理
- 發明時間：1730年
- 發明人：西森
歷史,構造,分類,作用,套用,自製方法,
歷史
經緯儀最初的發明與航海有著密切的關係。在十五 十六世紀，英國、法國等一些已開發國家，因為航海和戰爭的原因，需要繪製各種地圖、海圖。最早繪製地圖使用的是三角測量法，就是根據兩個已知點上的觀測結果，求出遠處第三點的位置,但由於沒有合適的儀器，導致角度測量手段有限，精度不高，由此繪製出的地形圖精度也不高。而經緯儀的發明，提高了角度的觀測精度，同時簡化了測量和計算的過程，也為繪製地圖提供了更精確的數據。後來經緯儀被廣泛地使用於各項工程建設的測量上。
經緯儀是由英國機械師西森(Sisson)約於1730年首先研製的，後經改進成型，正式用於英國大地測量中。1904年，德國開始生產玻璃度盤經緯儀。隨著電子技術的發展，60年代出現了電子經緯儀。在此基礎上，70年代製成電子速測儀。
構造
經緯儀的結構（主要常用部件）：
1. 望遠鏡制動螺旋 2. 望遠鏡 3. 望遠鏡微動螺旋 4.水平制動 5. 水平微動螺旋 6. 腳螺旋7. 光學瞄準器8.物鏡調焦 9.目鏡調焦 10. 度盤讀數顯微鏡調焦 11. 豎盤指標管水準器微動螺旋 12. 光學對中器 13.基座圓水準器 14.儀器基座 15. 豎直度盤 16. 垂直度盤照明鏡 17. 照準部管水準器18. 水平度盤位置變換手輪
經緯儀
經緯儀望遠鏡與豎盤固連，安裝在儀器的支架上，這一部分稱為儀器的照準部，屬於儀器的上部。望遠鏡連同豎盤可繞橫軸在垂直面內轉動，望遠鏡的視準軸應與橫軸正交，橫軸應通過水盤的刻畫中心。照準部的數軸（照準部旋轉軸）插入儀器基座的軸套內，照準部可以作水平轉動。
分類
經緯儀根據度盤刻度和讀數方式的不同，分為電子經緯儀和光學經緯儀。目前我國主要使用光學經緯儀和電子經緯儀，游標經緯儀早已淘汰。
電子經緯儀
電子經緯儀光學經緯的水平度盤和豎直度盤用玻璃製成，在度盤平面的周圍邊緣刻有等間隔的分劃線，兩相鄰分劃線間距所對的圓心角稱為度盤的格值，又稱度盤的最小分格值。一般以格值的大小確定精度，分為：
DJ6 度盤格值為1° DJ2 度盤格值為20′ DJ1 （T3）度盤格值為4′
按精度從高精度到低精度分：DJ0.7,DJ1,DJ2,DJ6,DJ30等（D,J分別為大地和經緯儀的首字母）
經緯儀是測量任務中用於測量角度的精密測量儀器，可以用於測量角度、工程放樣以及粗略的距離測取。整套儀器由儀器、腳架部兩部分組成。
作用
經緯儀套用
此類架台結構簡單，成本較低，主要配合地面望遠鏡（大地測量、觀鳥等用途）使用，若用來觀察天體，由於天體的日周運動方向通常不與地平線垂直或平行，因此需要同時轉動兩軸並隨時間變換轉速才能追蹤天體，不過視場中其它天體會相對於目標天體旋轉，除非加上抵消視場旋轉的機構，否則不適合用於長時間曝光的天文攝影。
套用舉列(已知A、B兩點的坐標，求取C點坐標)：
是在已知坐標的A、B兩點中一點架設儀器（以儀器架設在A點為例），完成安置對中的基礎操作以後對準另一個已知點（B點），然後根據自己的需要配置一個讀數1並記錄，然後照準C點（未知點）再次讀取讀數2。讀數2與讀數1的差值既為角BAC的角度值，再精確量取AC、BC的距離，就可以用數學方法計算出C點的精確坐標。
自製方法
一、赤經及赤緯 在茫茫大海中，航行的船隻遇到危險，求急救時，第一就是要讓救援的人知道船隻的所在處，也就是說要將船隻所在的經緯度告知救援的人。經緯度不僅能在海洋上指出船隻的位置。它的最大好處是能將一個物體的確實位置，很簡潔地讓大家都能明了。同樣的，在無際無涯的夜空星海中，一旦發現了新的星體，你如何將它的正確位置，公諸於世呢？你是否想到應該有一種類似經緯度的度量系統，來標定星球位置，製作星圖呢？天文學家所使用的度量系統是赤經（Rightascension）及赤緯（Declination），赤緯的單位是度（Degrees），赤經單位是時（Hours）、分（Minutes），我們對這些也許並不熟悉，但要了解也並不難。
由於星辰距我們甚遠，單靠眼睛實在辨別不出它們之間的遠近差別，因此這些星球在我們看來都好像同樣遠近。我們就假想有一懸空之球殼罩住了整個地球，這個假想的球就叫做天球（Celestialsphere），而這些星星就固定在球殼內面，每次我們只能看到半個球面。因為地球自轉的結果，天球便好像由東至西不斷地繞著我們旋轉，而天球北（南）極恰在地球地理北（南）極的正上空，天球赤道也恰在地球赤道的正上空，即位在二天極的中央。像地球一樣，我們將天球刻劃上了經緯度，在天文學中這相當於地球緯（經）度的，便叫做赤緯（赤經）。從天極到天球赤道間，赤緯共分90°；而赤經共分24時，1時又分60分，即1h=60m=15°，這是因為地球或天球每小時旋轉15°而得名。這套決定天體位置的方法，看起來相當複雜，但是它有許多好處。例如，天球不斷旋轉，所以星星的視位置不斷改變，像是由東至西橫過夜空；同時，又因地球公轉結果，雖在同一時刻，隔幾天后，星星位置也稍稍偏西；或是你由北向南行走時，星星對地平線之相對位置，也都有所改變。既然星星之視位置，如此善變，故要依照所見來說明其位置，是相當困難的，只能藉著赤經、赤緯來說明了，因為每一個星球恰與一組赤經緯度相對應。但也由於星象瞬息萬變，到底應如何去測量其赤經及赤緯呢？
二、經緯儀之製作經緯儀（Theodolite）是用來量度赤經、赤緯的，它是一種具有許多天文望遠鏡特性的觀測裝置。介紹一種簡單的經緯儀做法，所須材料列於表一，各材料之尺寸大小僅供參改，可自斟酌，但各零件之相關位置必須弄清。製作之前先看看圖1，圖2，圖3，及作法：1.用厚(3/8)"之三夾板，鋸下二個圓盤，直徑比量角器（分度器）稍大約(1/2)"即可。以強力膠在每一圓盤上，黏上二塊量角器，量角器底邊中點，須確實黏在圓盤中心上。（見圖2）。2.把一個圓盤用二根螺絲釘，固定在D上，圓盤之圓心與90°之連線，必須與D之中線重疊，在D之兩端各釘上一個螺絲圈，（注意不是釘在有圓盤的那一面，見圖2）視線便可通過兩個小圈觀察。3.在另一圓盤圓心處，鑿一(1/4)"的洞，這洞要同時穿過A、C，（見圖3），用一螺絲穿過栓好，調整一下鬆緊程度，使C很容易旋轉。4.從附於D之量角器圓心鑿洞，以木栓或螺絲將D、C旋緊。但D、C間要能轉動，不要固定。5.用鐵片截取三個三角形，以螺絲釘或小釘子將它們附於C上，三角形之尖端必須平貼於量角器上。6.以鉸鏈將A、B接好。（見圖1）7.G、H上距一端(3/4)"處鑿一小洞，距此洞1"處起，沿每一木絛之中線，鑿一寬(3/16)"之細縫，直到距另一端1"處。在小洞處以螺絲釘將G、H栓在A之二邊，再用座鑽通過細縫將G、H栓在B之邊上，這是用來調整角度x的。釘螺絲或座鑽時，應釘在適當位置，以致當調整至細縫末端時，A、B能夠重合。經緯儀這時便可使用了。
三、經緯儀之使用將經緯儀支在架子上，像椅子、像機三角架均可，目的只在使視線容易通過D之螺絲圈觀察。把經緯儀面向南方放好，首先視臂D不要舉起，（即緯度表E指在零），調整B板之傾斜，使視線沿視臂看到地平線，將B板固定在這位置，此時B板即保持水平，現在旋轉C、D觀察天體，則E即指示出天體之地平緯度（Altitude）。現在將經緯儀A板舉高至x角，x=90°－（測量地之緯度），例如，你在台北測量，緯度大約25°3'，角x就等於64°57'；另一個法子是將視臂指向北極星，D保持在這方向，而移動A板，使緯度表E之讀數為90°，此時A板即與B成x角了，當然你稍微想想便知道，可用這種方法來測量你所在地的緯度了，為什麽這樣子A與B就成x角呢？（注一）仰望天極（即北極星處）時仰角即為你的緯度，因此當E讀數為零時，將板A舉起x角後，視臂即指向天球赤道，為什麼？（注二）調整x角之目的，在於求得星星對天球赤道面之仰角（即赤緯度），而不須顧慮到因觀測地之緯度不同，所引起之星星視位置之變化。此時由西至東旋轉視臂，便畫出了天球赤道位置。為了測度赤經，你必經將經度表F刻成赤經單位——時，每隔15°為1時，由零度起反時針方向刻。現在移動視臂注視南天之一已知星，從星圖、天文日曆或其它參考星源，決定此星之赤經、赤緯，旋轉經度表F，使C之指針指向適當之赤經值。此時緯度表應即自動指在了正確的赤緯值，否則儀器便有了偏差。將F固定住，現在旋轉C、D，把視臂指向另一星球，此時從E、F就可讀出，此星球之赤緯度、赤經度了。在天球赤道以北之星球赤緯度為正，在天球赤道以南之星赤緯度為負，即E盤上朝開口處之量角器度數為正，另一個為負。例如：角宿大星（Spica），在四、五、六月夜空均可見，它的赤經度(R.A.)=13h23m37s，赤緯度(D.)=-11°00'19''，將視臂指向角宿大星，此時緯度表E讀數應約為-11°，調整經度表F至13h23m37s。現在旋轉視臂D，注視軒轅大星（Regulus），此時在E上就可讀出約12°06'，F上約10h07m，於是知道軒轅大星之R.A.=10h07m，D.=12°06'。再舉個例，在冬季夜空可見天狼星（Sirius）R.A.約為6h44m，D.約為-16°40'，將F調整至6h44m後，將視臂舉高約在25°赤緯度，再向西旋轉到赤經度約為3h45m，此時通過D上之螺絲圈，你就可以看到昴宿（Pleiades）了。在秋冬夜晚較早時，在飛馬座（Pegasus）大正方形附近，可見朦朧亮帶，那是仙女座大星雲（Andromeda），它是漩渦星雲中唯一能被肉眼清晰看見的，你有興趣求求它的概略位置嗎？大約是R.A.=0h40m，D.=41°。用這樣方法求赤經、赤緯的好處，便在於不必顧慮到觀測時間不同，引起星球視位置改變的因素，為什麼？因為A板經x角修正後，即與天球赤道面重合，E求得的是星星對A板（即天球赤道面）之仰角，自然就是赤緯度了。又天球雖然不斷旋轉，但各星星差不多全是極遠處之恆星，它們之間的相對位置均不變，我們已知一星之赤經度，以此為準，自然便可由此星與他星之夾角，而求出另一星的赤經度了，所以不論你在什麼緯度，什麼季節，什麼時間觀察，你所求得星星之赤經、赤緯度數均不會有所差別。一些參考星源列於表二。許多偉大的實驗，它所需要的裝置，往往是相當簡單的，所以你不要小看經緯儀，很可能有一天，你利用它標定出一顆從未為人發現的星球的位置，而馳名於世呢？原文系摘自“ChallengeoftheUriverse”117頁“ProjectsandExperiments”1962年由“NationalScienceTeachersAssociation”出版。原文僅說明製作法，並不討論原理，譯者加入一些原理的簡單說明而成。注一：見圖4，B板指向南方地平線，D指向天球北極，A板與D垂直，∠Y即觀測地之緯度，因北極星距地球甚遠，故指向天球北極之D，與北極至地心之聯線平行，很容易的我們就可證出∠Z=∠Y，而∠x+∠Z=90°，因此∠x=90°-∠Z=90°-∠Y=90°-（觀測地之緯度）。注二：E讀數為零時，D與A平行，見圖4知，A與天球北極成直角，即指向天球赤道，故D也指向天球赤道。原理 經緯儀是根據測角原理設計的。為了測定水平角，必須在通過空間兩方向線交點的鉛垂線上，水平地放置一個帶有角度分劃的圓盤──水平度盤（圖2）。圖上，OAA1豎直面與水平度盤的交線在度盤上得到讀數ɑ,OBB1豎直面與水平度盤的交線在度盤上得到讀數b,b減ɑ就是圓心角β,即為水平角A1O1B1的角值β1。為了測定豎直角,又必須豎放一個圓盤──豎直度盤。由於豎直角的一個方向是特定的方向（水平方向或天頂方向），所以只需在豎直度盤上讀取視線指向欲測目標時的讀數，即可獲得豎直角值。類別 經緯儀的種類很多，按精度可分為普通經緯儀和精密經緯儀，有一定的系列標準。中國生產的精密光學經緯儀，一測回水平方向中誤差不大於±0.7″,其望遠鏡放大倍數為56倍、45倍、30倍,水平度盤直徑158毫米，最小讀數值0.2″，豎直度盤直徑88毫米,最小讀數值 0.4″。經緯儀按讀數設備分為游標經緯儀、光學經緯儀和電子經緯儀；按軸系又可分為複測經緯儀和方向經緯儀。目前最常用的是光學經緯儀。為使作業方便，提高效率，這類儀器在原有基礎上又有所改進。例如採用正像望遠鏡；快調焦、慢調焦機構；同軸制動、微動機構；度盤讀數數位化，用帶有分劃尺的讀數顯微鏡或帶有光學測微器的讀數顯微鏡；兩個度盤影像呈現不同顏色；粗、精配置度盤機構以及豎盤指標自動歸零裝置等。還有某些具有特殊功能的經緯儀，例如，帶有光學測距裝置的視距經緯儀；利用磁針定磁北方位的羅盤經緯儀；將陀螺儀和經緯儀組合，能測定真北方位的陀螺經緯儀（見礦山測量）；利用雷射形成可見視準軸，能進行導向、定位和準直測量的雷射經緯儀；進行地面攝影的攝影經緯儀；自動跟蹤測量的電影經緯儀；自動測角和記錄的電子經緯儀；以及將電子經緯儀、電磁波測距裝置、微型信息處理機和記錄器等綜合成單體整機的電子速測儀。電子速測儀不僅可在現場迅速獲得斜距、平距、高差（或高程）和坐標增量（或坐標）等數據，並能自動顯示、列印和穿孔記錄，或在磁帶上存貯數據，還可建立數字地形模型，或利用專用接口與計算機連線自動成圖。在如隧道工程等黑暗環境下作業時，利用 LDT520對測點發射的可見雷射束可高效率實施方向控制和點位定位。陰天環境下，雷射束有效作業半徑達600m，黑暗環境下則更遠。
光斑直徑 | 聚焦光束 | 2.1mm@20m / 10.3mm@100m / 15.5mm@150m |
平行光束 | 15.1mm@20m / 15.3mm@100m / 15.5mm@150m | |
望遠鏡放大倍率 | 30X | |
最小顯示 | 1"/ 5"可選 | |
精度(ISO17123-3:2001) | 5" | |
標準電池使用時間 | 13.5小時（1mw功率輸出） | |
重量 ( 含電池 ) | 5.7 kg |
