CN110718128A - 经纬仪测量原理演示模型的安装和测量方法 - Google Patents

Abstract

经纬仪测量原理演示模型的安装和测量方法，属于教学工具领域，为了解决水平角测量和竖直角测量结合用于测量原理教学演示，且降低测量误差的问题，将水平度盘指针套装到照准部转动臂上，并将转动臂安装在基座的槽内，随后安装水平制动螺旋和水平度盘固定螺旋，安装后拧紧；将水平轴穿过望远镜并由照准部相对设置的两个承重臂支撑，安装望远镜制动螺旋和望远镜固定螺旋，安装后拧紧，通过操作产品，精确模拟经纬仪每一个功能，形象的演示水平角和竖直角测量原理。

Description

经纬仪测量原理演示模型的安装和测量方法

技术领域

本发明属于教学工具领域，更具体地讲是经纬仪测量原理演示模型的安装和测量方法。

背景技术

经纬仪，测量水平角和竖直角的仪器。是根据测角原理设计的。目前最常用的是光学经纬仪。经纬仪根据度盘刻度和读数方式的不同，分为游标经纬仪，光学经纬仪和电子经纬仪。目前我国主要使用光学经纬仪和电子经纬仪，游标经纬仪早已淘汰。光学经纬的水平度盘和竖直度盘用玻璃制成，在度盘平面的周诶边缘刻有等间隔的分划线，两相邻分划线间距所对的圆心角称为度盘的格值，又称度盘的最小分格值。一般以格值的大小确定精度，分为：DJ6度盘格值为1°，DJ2度盘格值为20′，DJ1(T3)度盘格值为4′。按精度从高精度到低精度分：DJ0.7,DJ1,DJ2,DJ6,DJ30等(D,J分别为大地和经纬仪的首字母)。经纬仪是测量任务中用于测量角度的精密测量仪器，可以用于测量角度、工程放样以及粗略的距离测取。经纬仪结构以及测量原理复杂，很难直观形象学习和认识。为了更好的认识与学习测量中对经纬仪的使用，设计经纬仪工作原理模型，学生可以通过自己动手切身体会测量原理，加深理解。

发明内容

为了解决水平角测量和竖直角测量结合用于测量原理教学演示，且降低测量误差的问题，本发明提出如下技术方案：一种经纬仪测量原理演示模型的安装和测量方法：

一.安装方法包括：

将水平度盘指针套装到照准部转动臂上，并将转动臂安装在基座的槽内，随后安装水平制动螺旋和水平度盘固定螺旋，安装后拧紧；

将水平轴穿过望远镜并由照准部相对设置的两个承重臂支撑，安装望远镜制动螺旋和望远镜固定螺旋，安装后拧紧；

将竖直度盘安装到水平轴一个端部的轴部上，随后安装竖盘固定臂，并将其作为竖盘读数窗口，用竖直度盘指针固定螺旋将竖直度盘指针固定到竖盘固定臂上并拧紧；竖盘固定臂扣住竖直度盘，可以掰开，随时拆卸反装；

二.测量方法包括：

水平度盘在不使用时，通过水平度盘固定螺旋锁止，在使用时，松开水平度盘固定螺旋，水平度盘可在水平面上自由转动，模拟经纬仪水平度盘初始刻度调整；

通过使用水平制动螺旋，照准部可在水平面内自由转动，也可用水平制动螺旋锁止，模拟经纬仪的照准部自由转动和锁止功能；

使用时，用望远镜大致瞄准目标，模拟经纬仪真实测量场景，水平度盘指针与照准部固定并同步转动，在照准部转动时，水平度盘被锁止，模拟经纬仪测水平角，使望远镜瞄准两个不同目标，两次水平度盘指针位置的夹角为水平角；

望远镜模型通过望远镜固定螺旋与水平轴固结为整体，在模拟测量竖直角时，当水平轴转动时，竖直度盘与其同步转动，在水平轴需要停止转动时，通过望远镜制动螺旋实现锁止，模拟经纬仪测竖直角，使望远镜瞄准两个不同目标，两次竖直度盘指针位置的夹角为竖直角，通过透明材质的竖向臂作为读数窗口读出两个目标之间的竖直角。

进一步的，竖直度盘具有两个尺寸完全相同颜色不同的指针，同时用竖直度盘指针固定螺旋固定在竖盘固定臂模拟竖盘指标差。

有益效果：本发明可以模拟经纬仪工作原理以及误差计算原理，也可以实现降低水平角以及竖直角测量误差。通过操作产品，精确模拟经纬仪每一个功能，形象的演示水平角和竖直角测量原理。在使用时可以很简单的对竖直度盘换面使用。

附图说明

图1是照准部安装示意图；

图2是水平轴和望远镜安装示意图；

图3是竖盘固定臂的安装示意图；

图4是竖直度盘指针安装示意图；

图5是竖盘固定臂安装结构示意图，5-1是主视图，5-2是左视图，5-3是右视图，5-4是俯视图；

图6是承重臂安装结构示意图，6-1是主视图，6-2是左视图，6-3是右视图，6-4是俯视图；

图7是竖盘固定臂和承重臂安装后的示意图；

图8是圆筒内安装的螺栓的结构示意图；

图9是插销的结构示意图，9-1是主视图，9-2是左视图，9-3是右视图，9-4是俯视图；

图10是变截面安装的结构示意图；

图11是演示模型的主视图；

图12是图11的左视图；

图13是图11的右视图。

其中：

1-基座 8-水平度盘固定螺旋

2-水平度盘 9-水平度盘指针

3-照准部承重臂 10-竖盘固定臂兼竖盘读数窗口

4-水平轴 11-竖直度盘指针

5-望远镜制动螺旋 12-竖直度盘指针固定螺旋

6-望远镜 13-竖直度盘

7-水平制动螺旋 14-望远镜固定螺旋

具体实施方式

实施例：一种经纬仪测量原理演示模型，主要用于演示经纬仪测量原理，为了模拟经纬仪水平度盘以及竖直度盘的可调性以及说明误差问题，设计水平度盘2和竖直度盘13可调，水平度盘2可以通过水平度盘固定螺旋8锁止，可以调节需要的刻度；竖直度盘固定臂兼读数窗口10则固定竖直度盘，使之在竖直面内转动同时可在读数窗口读得角度，竖直度盘固定臂10兼读数窗口，是可以向左掰开，进一步可以将竖直度盘13反装实现经纬仪竖直度盘顺逆时针的两种模拟。一套产品包括附图标记为1～10的部件各一个；尺寸相同竖直度盘指针11两个；附图标记为12～14的部件各一个。两个竖直度盘指针11一个为蓝色，另一个为红色。

除水平度盘指针9为橡胶材料外，其余各部分均为不锈金属材质。产品螺栓对应处开孔，均按照螺栓尺寸。

为了进一步对本发明的结构说明，结合图11-13，对本发明的具体结构进行阐述，在一种方案中，所述经纬仪测量原理演示模型，包括基座1、照准部、度盘，照准部连接基座，使得照准部可以在水平面内转动。度盘连接照准部使得当望远镜模型14大致瞄准目标时，度盘可以按照其设计竖直度盘13与望远镜模型同步转动、水平度盘2与基座固定。

水平度盘2连接基座1并通过水平度盘固定螺旋8锁止，使水平度盘2可以固定并根据需要调节初始状态，其特征在于，水平度盘2插进基座1，基座上相应位置留有螺旋孔，用螺栓穿过基座1直接固定水平度盘2。

照准部包括望远镜模型6、水平轴4、竖直度盘13和照准部大臂3等，当照准部转动时，由于水平度盘2已被锁止，形成相对转动。，其特征在于水平度盘指针9为橡胶材质，由于橡胶的弹性使之与照准部大臂3固定并与之同步转动，进一步可以通过水平度盘指针(9)与水平度盘的(2)的相对关系得到照准部两次瞄准目标始末位置的水平角度。

水平轴4与望远镜模型6通过望远镜固定螺旋14固定为一体。竖直度盘13与水平轴4连接，要点是连接采用方形卯榫结构，只需将竖直度盘13放到水平轴上就可以使竖直度盘13与水平轴同步转动。

望远镜6与水平轴4固定同步转动，水平轴4与竖直度盘13同步转动，进一步当望眼镜大致瞄准两个目标时，可以通过竖直度盘指针11所指的始末位置刻度读出竖直角度，并且在操作时可通过望远镜制动螺旋(5)锁止。

竖直度盘13为正反两面分别顺时针和逆时针刻度，进一步通过正装和装竖直度盘(13)实现模拟真实经纬仪竖直度盘的两种刻度方式。

竖盘固定臂兼竖盘读数窗口10有自己的灵活性，可以掰开，很便捷的完成竖直度盘13换面。并且竖盘固定臂兼竖盘读数窗口10留有读数窗口，进一步通过固定在竖盘固定臂兼竖盘读数窗口10上的竖盘度数指针11读得角度数值。

通过水平轴4、望远镜模型6和竖直度盘13的同步转动，竖直度盘指针11读数，模拟经纬仪竖直角测量原理；其特征在于望远镜模型6与照准部大臂3在水平面内同步转动，水平度盘指针9与照准部大臂3同步转动，水平度盘9读出所指位置的角度读数。

竖盘固定臂10与照准部大臂3的连接有两种方案，其一是设计插销，拔出插销即可掰开竖盘固定臂10，调整完毕后再插入卡销固定。其二是利用凸轮原理设计连接部分为变截面，可以很容易掰开竖盘固定臂10，合上时，由于轴处为变截面，会卡住，实现与其一相同的效果。

在另一种方案中，所述经纬仪测量原理演示模型，包括基座1、水平度盘2、照准部、水平轴4、望远镜6、竖直度盘13以竖盘固定臂10；

所述照准部包括转动臂、底座及承重臂3，相对设置的两个承重臂3，其底部固定在底座上平面，底座下平面连接竖向转动臂；所述水平度盘2包括中央具有开口的盘体、与该开口连接且位于盘体下部的套筒，盘体开口及其下部的套筒，被套装在所述转动臂上部分的外周，盘体、套筒与转动臂间具有缝隙；基座1在竖向具有供照准部的转动臂和水平度盘2套筒位于其内的深槽，照准部的转动臂可于深槽内转动；

转动臂的位于水平度盘2与照准部底座间的臂体部分，指针环套接于其上，且水平度盘指针9安装在套环上，使得指针随转动臂而同步转动；水平度盘2的盘体下表面与基座1顶面接触，且该顶面具有深槽开口，水平度盘2的套筒自深槽开口进入深槽，并被盘体与基座1的接触连接而限位在深槽的入口段，使得水平度盘2套装于转动臂上部分的外周而不与转动臂同步转动；

基座1下部分的位置设置水平制动螺旋7，可将基座1与位于深槽内下部分的转动臂紧固，而无法转动照准部；基座1的对应深槽内套筒所在的位置设置水平度盘固定螺旋8，可将基座1与位于深槽内上部分的套筒紧固，而无法转动水平度盘2；

照准部相对设置的两个承重臂3间的上部分，由水平轴4连接，望远镜6安装在所述水平轴4的轴体，且由望远镜固定螺旋14可将其与轴体固定；

水平轴4的两个端部从各自侧的承重臂3的内侧进入其内，并能够使承重臂3作为水平轴4的支撑而使得水平轴4转动；水平轴4的一侧端部安装有望远镜制动螺旋5，可将水平轴4的该侧固定在该侧承重臂3；

水平轴4的另一侧端部贯穿该侧承重臂3并位于其外侧，该端部具有供竖直度盘13随其转动的轴部，该侧端部与竖直度盘13连接，竖直度盘13的外侧面是竖盘固定臂10，且竖盘固定臂10包括竖向臂和与竖向臂连接的横向臂，竖向臂是透明材质的竖向臂，其底部低于竖直度盘13的底部，横向臂可活动连接在该侧承重臂3外侧；在竖盘固定臂10外侧，位于其与所述轴部等高的位置，安装有竖直度盘指针固定螺旋12，竖直度盘指针11具有指针环，指针环被套接在所述竖直度盘指针固定螺旋12而使得指针可被固定。

横向臂可活动连接在该侧承重臂3外侧，其活动连接结构包括：竖向臂及位于其下部分并与其一体成型的横向臂，横向臂的外边棱是圆筒凹面，中央部分的圆筒凹面与相应的圆筒固定，两边部分仍是圆筒凹面；还包括承重臂3外侧及位于其下部分并与其一体成型的横向重臂，横向重臂的外边棱是圆筒凹面，两边部分圆筒凹面与相应的圆筒固定，中央部分仍是圆筒凹面；横向臂中央部分的圆筒与横向重臂中央部分的圆筒凹面嵌接，且横向重臂两边部分的圆筒与横向臂两边部分的圆筒凹面嵌接，使得圆筒同轴排列而使得横向臂和横向重臂能够相对转动。

同轴排列的所述圆筒间通过螺柱贯通，并以螺栓固定连接。

横向臂和横向重臂通过同轴排列的圆筒连接，其连接接触的缝隙的左右两侧，开出固定孔，通过插销将两个固定孔连接以阻止横向臂和横向重臂通过同轴排列的圆筒相对转动，所述插销是一个梯形块，具有两个突出端及一个凹面，突出端被插入固定孔，凹面对应设置在所述接触的缝隙的位置。

或者横向臂中央部分的圆筒，其圆筒上的靠近圆筒凹面上端面的部分为变截面，该部分圆筒厚度大于其他部分，以在横向臂中央部分的圆筒向横向重臂两边部分的两个圆筒间的圆筒凹面嵌接时，由变截面与该横向重臂两边部分的两个圆筒的接触面挤压而锁紧。

竖直度盘指针11具有两个，是两个颜色不同的相同的指针。

为了进一步对本发明说明，详细提供产品组装及各部分部件连接说明：

产品组装遵循由下至上的原则，具体说明如下：

1、将水平度盘指针9套装到照准部大臂3上，按照图1所示方法组装；随后如图1所示安装水平制动螺旋7和水平度盘固定螺旋8安装后拧紧。

2、将水平轴4按图2所示，穿过望远镜模型6，安装到照准部大臂3上，进一步安装望远镜制动螺旋5和望远镜固定螺旋14安装后拧紧。

3、如图3所示，将竖直度盘13安装到水平轴4上，随后安装竖盘固定臂10，其兼竖盘读数窗口，为了解决竖盘固定臂10的可活动性，满足产品使用时的功能即在使用中竖直度盘13可随时拆卸反装，其具体结构详细见下文竖盘固定臂10的安装说明。

4、按照图4所示，用竖直度盘指针固定螺旋12将两个竖直度盘指针11固定到竖盘固定臂10上并拧紧。

[注]竖直度盘指针11包括两个尺寸完全相同颜色不同的指针，同时用竖直度盘指针固定螺旋12固定。

产品使用操作及部件间的相对运动的动态说明

产品根据测量原理打造，可以模拟经纬仪工作原理以及误差计算原理，也可以实现无误差要求的水平角以及竖直角测量。安装完成后，使用时的各部件相对动态说明如下：

水平度盘2，在使用时可以通过水平度盘固定螺旋8锁止，根据使用时具体情况，可松开水平度盘固定螺旋8，水平度盘2即可在水平面上自由转动，即为模拟经纬仪水平度盘初始刻度调整。

照准部可以在水平面内自由转动，同时也可用水平制动螺旋7锁止。主要模拟经纬仪的照准部自由转动和锁止功能。使用时，可用望远镜大致瞄准目标，模拟经纬仪真实测量场景。由图3可见，水平度盘指针9与照准部固定并同步转动。在照准部转动时，水平度盘2被锁止，此过程可模拟经纬仪测水平角的基本原理，即望远镜瞄准两个不同目标，两次指针位置的夹角即为水平角。

竖直度盘13，与水平轴4连接，连接方式为正方形的卯榫结构，当水平轴4转动时，竖直度盘13与之同步转动。竖盘固定臂10可以掰开，相当于扣住竖直度盘13。望远镜模型6通过望远镜固定螺旋14与水平轴4固结为整体。在水平轴4转动时，并通过望远镜制动螺旋5实现锁止。在模拟测量竖直角时，望远镜模型6转动时，竖直度盘13与之同步转动，如图4可通过“读数窗口”读出两个目标之间的竖直角。同时，竖直度盘指针11为两个材质尺寸相同指针颜色不同的指针一个红色、一个蓝色可以模拟竖盘指标差。

综上所述，可以通过操作产品，精确模拟经纬仪每一个功能，形象的演示水平角和竖直角测量原理。

下文详细叙述竖盘固定臂连接结构：

由于竖盘固定臂10，其兼竖盘读数窗口，为了实现其功能要求，必须要求灵活性。有两种设计思路：

第一种圆筒嵌合，插销固定的方式，如图5所示，横向臂可活动连接在该侧承重臂3外侧，其活动连接结构包括：竖向臂及位于其下部分并与其一体成型的横向臂，如图5所示，横向臂的外边棱是圆筒凹面，中央部分的圆筒凹面与相应的圆筒固定，两边部分仍是圆筒凹面；还包括承重臂3外侧及位于其下部分并与其一体成型的横向重臂，如图6所示，横向重臂的外边棱是圆筒凹面，两边部分圆筒凹面与相应的圆筒固定，中央部分仍是圆筒凹面；如图7所示，横向臂中央部分的圆筒与横向重臂中央部分的圆筒凹面嵌接，且横向重臂两边部分的圆筒与横向臂两边部分的圆筒凹面嵌接，使得圆筒同轴排列而使得横向臂和横向重臂能够相对转动。同轴排列的所述圆筒间通过螺柱贯通，并以螺栓固定连接，如图8所示。横向臂和横向重臂通过同轴排列的圆筒连接，其连接接触的缝隙的左右两侧，开出固定孔，通过插销将两个固定孔连接以阻止横向臂和横向重臂通过同轴排列的圆筒相对转动，如图9所示所述插销是一个梯形块，具有两个突出端及一个凹面，突出端被插入固定孔，凹面对应设置在所述接触的缝隙的位置。

连接时，如图7，用螺栓穿过照准部承重臂3和竖盘固定臂10，使竖盘固定承重臂3可以在竖直面内活动。如图7，在两部分相应位置抠出长方体形的洞，进一步将插销如图9插入到相

应的长方体的洞中，由于插销为变截面，只需稍微用力便可使之突出端固定在长方形的洞中，不会活动。至此，便解决了竖盘固定臂10的活动性。在使用时可以很简单的将竖直度盘13换面使用。

第二种圆筒嵌合，凸轮变截面的方式，如图10所示，与第一种结构不同之处在于，取消了插销固定的结构，而是采用：横向臂中央部分的圆筒，其圆筒上的靠近圆筒凹面上端面的部分为变截面，该部分圆筒厚度大于其他部分，以在横向臂中央部分的圆筒向横向重臂两边部分的两个圆筒间的圆筒凹面嵌接时，由变截面与该横向重臂两边部分的两个圆筒的接触面挤压而锁紧。省去了抠出长方体形洞和插销等，直接在连接处，设计稍微有一点的变截面，当两部分通过螺栓连接到一起时，由于竖盘固定臂连接处的变截面，类似凸轮，当如图10位置(合上)时便会挤紧，固定住。而要换竖直度盘时，可以轻易掰开竖盘固定臂。

本模型在保持经纬仪相似外观、相似结构的情况下，采用轻金属机械结构，将水平角测量和竖直角测量结合到一起，既可以用于测量原理教学演示，也可以做到真正意义上的无误差要求的测量。

在优选方式下，所述模型包含基座、水平角测量系统和竖直角测量系统，三部分结合到一起实现集水平角测量测量和竖直角测量以及原理演示功能于一体的产品。

对于上述安装和测量方法，进一步说明如下：

安装和测量方法，其特征在于：

一.安装方法包括：

将水平度盘指针9套装到照准部转动臂上，并将转动臂安装在基座的槽内，随后安装水平制动螺旋7和水平度盘固定螺旋8，安装后拧紧；

将水平轴4穿过望远镜6并由照准部相对设置的两个承重臂支撑，安装望远镜制动螺旋5和望远镜固定螺旋14，安装后拧紧；

将竖直度盘13安装到水平轴4一个端部的轴部上，随后安装竖盘固定臂10，并将其作为竖盘读数窗口，用竖直度盘指针固定螺旋12将竖直度盘指针11固定到竖盘固定臂10上并拧紧；竖盘固定臂10扣住竖直度盘13，可以掰开，随时拆卸反装；

二.测量方法包括：

水平度盘2在不使用时，通过水平度盘固定螺旋8锁止，在使用时，松开水平度盘固定螺旋8，水平度盘2可在水平面上自由转动，模拟经纬仪水平度盘初始刻度调整；

通过使用水平制动螺旋，照准部可在水平面内自由转动，也可用水平制动螺旋7锁止，模拟经纬仪的照准部自由转动和锁止功能；

使用时，用望远镜大致瞄准目标，模拟经纬仪真实测量场景，水平度盘指针9与照准部固定并同步转动，在照准部转动时，水平度盘2被锁止，模拟经纬仪测水平角，使望远镜瞄准两个不同目标，两次水平度盘指针9位置的夹角为水平角；

望远镜模型6通过望远镜固定螺旋14与水平轴4固结为整体，在模拟测量竖直角时，当水平轴4转动时，竖直度盘13与其同步转动，在水平轴4需要停止转动时，通过望远镜制动螺旋5实现锁止，模拟经纬仪测竖直角，使望远镜瞄准两个不同目标，两次竖直度盘指针12位置的夹角为竖直角，通过透明材质的竖向臂作为读数窗口读出两个目标之间的竖直角。

竖直度盘具有两个尺寸完全相同颜色不同的指针，同时用竖直度盘指针固定螺旋12固定在竖盘固定臂10模拟竖盘指标差。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种经纬仪测量原理演示模型的安装和测量方法，其特征在于：

一.安装方法包括：

将水平度盘指针(9)套装到照准部转动臂上，并将转动臂安装在基座的槽内，随后安装水平制动螺旋(7)和水平度盘固定螺旋(8)，安装后拧紧；

将水平轴(4)穿过望远镜(6)并由照准部相对设置的两个承重臂支撑，安装望远镜制动螺旋(5)和望远镜固定螺旋(14)，安装后拧紧；

将竖直度盘(13)安装到水平轴(4)一个端部的轴部上，随后安装竖盘固定臂(10)，并将其作为竖盘读数窗口，用竖直度盘指针固定螺旋(12)将竖直度盘指针(11)固定到竖盘固定臂(10)上并拧紧；竖盘固定臂(10)扣住竖直度盘(13)，可以掰开，随时拆卸反装；

二.测量方法包括：

水平度盘(2)在不使用时，通过水平度盘固定螺旋(8)锁止，在使用时，松开水平度盘固定螺旋(8)，水平度盘(2)可在水平面上自由转动，模拟经纬仪水平度盘初始刻度调整；

通过使用水平制动螺旋，照准部可在水平面内自由转动，也可用水平制动螺旋(7)锁止，模拟经纬仪的照准部自由转动和锁止功能；

使用时，用望远镜大致瞄准目标，模拟经纬仪真实测量场景，水平度盘指针(9)与照准部固定并同步转动，在照准部转动时，水平度盘(2)被锁止，模拟经纬仪测水平角，使望远镜瞄准两个不同目标，两次水平度盘指针(9)位置的夹角为水平角；

望远镜模型(6)通过望远镜固定螺旋(14)与水平轴(4)固结为整体，在模拟测量竖直角时，当水平轴(4)转动时，竖直度盘(13)与其同步转动，在水平轴(4)需要停止转动时，通过望远镜制动螺旋(5)实现锁止，模拟经纬仪测竖直角，使望远镜瞄准两个不同目标，两次竖直度盘指针(12)位置的夹角为竖直角，通过透明材质的竖向臂作为读数窗口读出两个目标之间的竖直角。

2.如权利要求1所述的经纬仪测量原理演示模型的安装和测量方法，其特征在于：竖直度盘具有两个尺寸完全相同颜色不同的指针，同时用竖直度盘指针固定螺旋(12)固定在竖盘固定臂(10)模拟竖盘指标差。

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