角度测量的光学方法
第3章 角度测量
第3章经纬仪及其角度测量3.1 角度测量原理角度测量是测量工作的重要内容之一。
角度测量的目的是测定地面点连线之间的空间位置关系，以此来确定点的平面坐标和高程，它包括水平角测量和竖直角测量，所采用的仪器为光学经纬仪、电子经纬仪和全站仪等。
本章重点介绍光学经纬仪及其角度测量方法。
3.1.1 水平角测量原理图3-1 水平角测量原理从一点到两个目标的方向线在水平面上的垂直投影所构成的角度，称为水平角。
或者说，空间两直线的夹角在水平面上的垂直投影，称为水平角。
如图3-1所示，A、B、C为三个高度不同的地面点。
根据水平角的定义，将A、B、C三点分别沿铅垂方向投影到水平面上，其投影线ab和ac∠所构成的角∠cab，即为方向线AC、AB所夹的水平角。
注意：两直线AC、AB的空间夹角CAB 并不是水平角。
为了测定水平角值的大小，可以在过顶点A的铅垂线上任意点安置一个有刻度的水平圆盘，称之为水平度盘。
度盘中心O位于过A点的铅垂线上。
则方向线AC、AB在水平度盘上的垂直投影On、Om，在水平度盘上的读数分别为n和m，若将水平度盘按顺时针刻划，则所求的水平角β就是两个读数之差，即：β(3-1)=nm-经纬仪就是根据上述测角原理来设计的。
在仪器上设置一个带有刻划的水平圆盘和在圆盘上读数的指针，将度盘中心与经纬仪的竖轴处于同一铅垂线上。
观测水平角时，安置仪器在测点正上方，使水平度盘中心处在过测点的铅垂线上，通过装置在经纬仪上的望远镜瞄准目标，提供两方向线；当望远镜高低变化时，其视准轴在同一铅垂面内变动，从而提供上述两条方向线在水平读盘上的垂直投影，通过经纬仪中的读数装置读取两投影线在度盘上的方向值，两者之差即为所测的水平角。
这就是经纬仪水平角测量的基本原理。
3.1.2 竖直角测量原理竖直角是指同一铅垂面内某方向线与指标线（包括水平线或铅垂线）之间的夹角。
当指标线为水平线时称其为倾角；指标线为铅垂线的天顶方向时称其为天顶距。
实验角度和锥度的测量原理
实验角度和锥度的测量原理角度和锥度测量是工程和科学领域中常用的测量技术，用于测量物体的几何属性。
角度指的是两条直线或面之间的夹角，而锥度指的是物体的腰部或端部相对于其中心轴线的倾斜度。
测量角度和锥度的原理可以通过多种方法来实现，下面将介绍几种常用的测量原理。
一种常用的测量角度的原理是三角法。
即通过测量和计算三个点之间的夹角来确定角度的大小。
这种方法一般适用于平面上的角度测量。
测量过程中，首先要确定一个基准线，然后通过仪器或工具测量出基准线上的两个点，并记录测量结果。
接下来移动测量仪器或工具，再测量一个新的点与基准线上的一个点之间的夹角，并记录测量结果。
最后，通过计算这三个夹角，就可以确定所测量的角度的大小。
另一种常用的测量角度的原理是光学测量。
这种方法利用光的传播特性来测量角度。
测量过程中，首先要确定一个基准线，然后在基准线上设置一个光源和一个光接收器。
光从光源发出，经过物体反射或折射后，会到达光接收器。
通过测量光线从光源到光接收器的路径，可以得知光线经过物体后的偏转情况，从而间接地确定角度的大小。
测量锥度的原理也可以通过多种方法来实现。
其中一种常用的方法是使用锥度测量仪。
这种仪器通常由一个圆锥形部件和一个测量装置组成。
测量过程中，首先将待测物体放置在锥度测量仪的圆锥形部件上，然后通过移动测量装置，使其接触物体的表面。
测量装置会记录下圆锥与物体接触的位置，并根据接触点的数量和位置计算出物体的锥度。
另一种常用的测量锥度的方法是影像测量法。
这种方法利用光学影像技术来测量物体的几何属性。
测量过程中，首先将待测物体固定在一个特定的位置和角度上，然后使用一台摄像机或扫描仪来拍摄或扫描物体的影像。
通过对影像进行处理和分析，可以获得物体的几何参数，包括锥度。
需要注意的是，在进行角度和锥度的测量之前，一般需要校正测量仪器或工具，以确保其准确度和精度。
此外，测量过程中需要注意环境因素的影响，如光线、温度和湿度等。
光学三角法测量原理及应用
光学三角法测量原理及应用光学三角法是一种常用的测量方法，用于测量物体之间的距离或角度。
它基于光的传播性质以及几何关系，使用光束的反射、折射、干涉等现象来进行测量。
光学三角法测量原理主要包括两个基本原理：光线的传播原理和几何三角形原理。
光线在一定介质中传播时会发生折射现象，即光线在介质边界上的入射角和折射角之间满足斯涅尔定律。
而几何三角形原理则是应用三角形的几何关系来求解未知量。
光学三角法的应用十分广泛，主要包括测量距离、测量角度和测量高度等。
以下分别介绍这些应用场景。
首先是测量距离。
光学三角法通过测量两个点到视线上的物体的夹角来计算两点之间的距离。
例如，在航海中，使用望远镜观察物体的水平视角，并测量物体与水平线之间的夹角，然后利用三角形关系计算物体与观察者的距离。
测量距离时需要注意光线传播的速度，通常使用的是光的传播速度通过折射率计算得到的。
其次是测量角度。
光学三角法也可用于测量角度。
例如，在地理测量中，通过望远镜观察天体的方位角和高度角来确定测量点的经纬度。
测量角度时需要注意光线的传播方向，通常需要使用一些光学仪器进行精确测量。
另外，光学三角法还可以用于测量高度。
例如，在建筑测量中，使用光学仪器测量地面上某一点与建筑物顶端的角度，并结合三角形关系计算出建筑物的高度。
这种方法在测量高楼大厦以及山峰等高度时非常实用。
此外，光学三角法还可以应用于地质测量、导航定位、地图制作等领域。
例如，在地质测量中，通过观测地表地物与地平线之间的夹角来计算山体的高度；在导航定位中，使用光学仪器测量天体的仰角和方位角，结合已知的天体位置数据，可以确定观察者的位置和方向；在地图制作中，通过测量地标物点的位置和距离，可以确定地图的比例尺。
总结来说，光学三角法是一种基于光线传播和几何关系的测量方法，广泛应用于距离、角度和高度的测量。
它的原理简单明了，可靠性高，并且适用于多个领域。
尽管现代测量技术不断进步，出现了更加精确和高效的测量方法，但光学三角法作为一种传统的测量方法仍然具有一定的实际应用价值。
角度测量的几种光学方法
角度测量的几种光学方法
光学测量角度是全自动仪器测量技术中常用的一项技术，用于测量准确的角度。
目前光学测量角度的方法有：特征点算法、折射率变换法、阶梯式像差法、颠簸解析法、位移测量技术。
首先，特征点算法是一种常用的光学测量角度的方法，它的原理是使用引导线的垂直边，使用特征点识别算法，根据图像上的响应特征点，获得所测量角度的值，从而实现对光学角度的测量。
其次，折射率变换法是-种常用的仪器测量技术，根据折射率变换原理，通过光照均匀的发送物体表面，观察物体表面折射率变化，得到所测角度。
这种方法准确率高，测量精度较高。
此外，阶梯式像差法利用物体表面反射光来检测所测物体的角度，通过表面反射的光线的相干性，可以通过计算获得所测角度的值，从而实现对角度的测量。
还有颠簸解析法，该方法是利用物体表面的反射光的一些参数，通过将角度的变化反映在光斑的位置，通过测量物体表面反射光斑变化，得到所测角度的值，从而实现对角度的测量。
最后，位移测量技术是一种采用机械力学原理来实现角度测量的技术，它实现了将物体表面设计成防滑力学夹，以确保角度测量的精准，它的优势就是位移测量的简便，它可以高效准确的测量角度，同时节省时间和成本。
总之，特征点算法、折射率变换法、阶梯式像差法、颠簸解析法、位移测量技术是目前常用的5种仪器测量技术，它们各具特点，可以实现不同精度的角度测量，为后续应用服务，提高工程应用效率。
三角测量中的角度观测与角度解算方法
三角测量中的角度观测与角度解算方法三角测量是地理测量学中常用的一种测量方法，通过测量三角形的边长和角度来确定未知区域的位置和形状。
其中，角度观测和角度解算是三角测量的关键步骤。
本文将从角度观测和角度解算两个方面介绍三角测量中的角度观测与角度解算方法。
一、角度观测方法角度观测是指测量三角形内部或外部的角度大小的过程。
角度观测的准确性直接影响到三角测量结果的精度。
常用的角度观测方法有光学仪器观测法、电子仪器观测法和全站仪观测法等。
光学仪器观测法主要利用经纬仪、经纬仪、全站仪等光学测量仪器进行角度观测。
这些仪器通过读取仪器刻度上的数值或测量仪器上的电子显示屏上的数值来确定角度大小。
光学仪器观测法具有测量范围广、测量精度高的特点，在地理测量学中得到广泛应用。
电子仪器观测法是指利用电子测量仪器进行角度观测。
电子仪器观测法使用传感器感知角度信息，并通过电子装置将角度信息转化为数字信号，进而计算角度大小。
电子仪器观测法具有测量速度快、操作简便的特点，适用于需要大量角度观测的场合。
全站仪观测法是综合了光学仪器和电子仪器的观测方法。
全站仪集成了观测仪器和数据处理仪器，能够实现角度观测和数据处理的一体化。
全站仪观测法在现代测量领域得到广泛应用，是目前三角测量中角度观测的主要方法。
二、角度解算方法角度解算是指根据测量得到的角度观测值，通过一定的计算方法来确定未知角度的过程。
角度解算的准确性和精度对三角测量的结果有着重要影响。
常用的角度解算方法有平差解算法、三角函数解算法和解析解算法等。
平差解算法是一种重要的角度解算方法。
平差解算法通过考虑角度观测的误差以及测量结果的可靠性，来修正和优化角度解算结果。
平差解算法能够提高角度解算的精度，对于精密三角测量尤为重要。
三角函数解算法是另一种常用的角度解算方法。
三角函数解算法利用三角函数的性质和角度关系来进行角度解算。
通过对已知角度的三角函数值和角度之间的关系进行运算和推导，可以解算出未知角度的数值。
测绘技术中的角度测量方法
测绘技术中的角度测量方法在测绘领域，角度测量是一项重要的技术手段，用于确定地理位置、绘制地图和测量地物之间的相对位置关系。
本文将介绍几种主要的角度测量方法，并探讨其应用与限制。
一、光学测角法光学测角法是指利用光线的反射或折射原理来测量角度的方法。
其中最常用的方法是经纬仪的使用。
经纬仪通过望远镜来观测目标点，并通过旋转仪器来测量目标点与参考点之间的水平角度和垂直角度。
这种方法具有测量精度高、灵活性好的特点，适用于各种测绘任务。
然而，光学测角法也存在一些局限性。
首先，测角时需要考虑光线的反射或折射效应，这可能导致测量误差。
其次，光学仪器的使用需要在光线充足的条件下进行，不适用于夜间或恶劣天气下的测量工作。
因此，在某些特殊情况下，我们需要借助其他角度测量方法。
二、电子测角法电子测角法是利用电子设备来测量角度的方法。
其中最常见的是全站仪。
全站仪通过自动追踪目标点并记录角度数据，可以快速高效地完成角度测量任务。
与光学测角法相比，电子测角法无需考虑光线的影响，因此在夜间或恶劣天气下也能正常工作。
然而，电子测角法也存在一些限制。
首先，全站仪的使用需要一定的专业知识和技能。
其次，由于电子测角法需要依赖电池供电，长时间的使用可能会导致电池电量不足，影响测量工作。
因此，在实际应用中，我们需要根据具体情况选择合适的测量方法。
三、GPS测角法GPS（全球定位系统）测角法是利用卫星信号来测量角度的方法。
GPS接收器可以通过接收多颗卫星的信号并计算其之间的角度差，从而确定目标点的角度。
GPS测角法具有定位精度高、操作简单的特点，适用于室外测绘任务。
然而，GPS测角法也存在一些限制。
首先，由于GPS信号可能受到建筑物、树木等物体的遮挡，会影响信号接收的质量，从而导致测量误差。
其次，GPS测角法在室内或城市高楼密集区域的测量效果可能会较差。
因此，在选择测角方法时，我们需要综合考虑实际情况。
综上所述，测绘技术中的角度测量方法有光学测角法、电子测角法和GPS测角法等。
光学三角测量原理
光学三角测量原理
光学三角测量是一种基于光学原理进行测量的方法。
其原理是利用光线的传播特性和三角形的几何关系来测量目标物体的距离、高度、角度等参数。
在光学三角测量中，常用的工具有经纬仪、望远镜、测距仪等，它们都利用了光的传播性质。
当光线从一个物体射出并经过透镜或反射后到达另一个物体时，我们可以利用光线的几何关系计算出目标物体的一些参数。
在测量距离时，我们可以利用同一直线上的两个点到目标物体的距离与这两个点之间的距离之比来计算出目标物体与测量仪器的距离。
这个比例关系是基于光线传播过程中的视角大小不变原理。
在测量角度时，我们可以利用望远镜或其它光学仪器来观测目标物体和参考物体之间的视角，通过解析三角关系计算出目标物体的角度。
另外，光学三角测量还可以用于测量物体的高度。
我们可以利用测距仪或其它测量仪器来测量目标物体与地面之间的距离，同时利用望远镜或其它仪器来测量目标物体与水平线之间的视角，通过三角关系计算出目标物体的高度。
综上所述，光学三角测量利用光线的传播特性和三角形的几何关系，通过测量距离、角度和高度等参数来获得目标物体的几
何信息。
这种测量方法在地理测量、航空航天、工程测绘等领域有广泛的应用。
测角度的传感器原理
测角度的传感器原理
测角度的传感器原理通常基于三种主要技术：光学、电磁和惯性。
1. 光学原理：光学传感器利用光的折射、反射或散射来测量物体的角度。
例如，旋转编码器使用光栅或编码圆盘上的光电二极管阵列来检测光栅条纹的移动，从而测量物体的旋转角度。
2. 电磁原理：电磁传感器利用感应原理来测量物体的角度。
例如，霍尔效应传感器通过测量磁场的变化来检测物体的角度变化。
另一个常见的电磁传感器是旋转变压器，它通过变换绕组之间的电感变化来测量物体的角度。
3. 惯性原理：惯性传感器利用物体的惯性力来测量其角度变化。
最常见的惯性传感器是陀螺仪，它通过检测物体的旋转速度来测量角度的变化。
陀螺仪通常基于旋转质量的原理，其中内部的旋转质量保持不变，而测量发生变化的角速度。
这些传感器原理可以独立或结合使用，以实现更准确和可靠的角度测量。
测绘技术中的角度测量与计算方法
测绘技术中的角度测量与计算方法导言测绘技术作为一门应用科学，广泛应用于地理测量、城市规划、土地开发等领域，并为我们提供了宝贵的地理信息资源。
其中，角度测量是测绘工作中必不可少的环节，本文将就测绘技术中的角度测量与计算方法进行探讨。
一、角度测量的基本原理角度测量是通过测量目标点与测量基线两个方向上的夹角来实现的。
测绘领域常用的角度测量设备有经纬仪、全站仪、自动平距仪等。
这些仪器利用了光学、电子等原理，能够精确测量目标点之间或目标点与测控点之间的角度。
二、经纬仪角度测量方法经纬仪是角度测量的传统仪器之一，采用的是光学原理。
它通过观测目标点与天球上某一恒星的夹角，进而计算目标点的经度和纬度。
经纬仪的精度主要取决于仪器本身的精度和操作员的水平。
三、全站仪角度测量方法随着科技的发展，全站仪逐渐取代了传统的经纬仪。
全站仪结合了测角、测距、测高等功能，具有更高的测量精度和更广泛的应用范围。
在角度测量方面，全站仪利用电子元件进行观测和计算，能够消除仪器非水平性、非垂直性等误差，提高了测量的准确性。
四、自动平距仪角度测量方法自动平距仪是一种先进的角度测量仪器，广泛应用于公路测量、隧道工程等领域。
它采用了摄影测量的原理，通过观测目标点与像片上控制点的像点坐标，计算出目标点的坐标和角度。
自动平距仪具有快速、精度高、适用于大范围测量等特点，受到了广大测绘工作者的欢迎。
五、角度计算方法角度的计算通常采用三角形求解、圆弧法、导线延长法等方法。
在三角形求解法中，常用的方法有正弦定理、余弦定理、正切定理等。
而圆弧法则是利用方位角差和弧长的关系，通过测量出的观测角度和弧长，计算出目标点的坐标。
导线延长法则是利用同一级的观测角度和已知的基线长度，计算出测站坐标。
结语角度测量在测绘技术中占据着重要的地位，它直接影响到测绘结果的精度和可靠性。
随着科技的进步，测绘仪器的精度不断提高，测量方法也变得更加简便和准确。
在今后的工作中，我们需要不断学习和掌握新的测量技术，提高自己的专业水平，为测绘事业做出更大的贡献。
角的测量方法
角的测量方法角度的测量方法角度是几何学中的重要概念，用来描述物体之间的相对位置和方向关系。
在实际应用中，角度的测量是一项必不可少的任务。
本文将介绍几种常见的角度测量方法，包括直接测量法、间接测量法和无接触测量法。
通过了解这些方法，我们可以更好地理解和应用角度测量。
1. 直接测量法直接测量法是最基本也是最常用的角度测量方法之一。
它利用角度测量工具，如角度尺、直角尺、量角器等，直接测量角度的大小。
在使用这些工具时，需要将其放置在待测角度的两边或两个顶点上，通过读取刻度或指示器上的数值，就可以得到角度的大小。
这种方法简单直观，适用于各种角度范围的测量。
2. 间接测量法间接测量法是通过已知角度和长度关系来求解未知角度的测量方法。
常见的间接测量方法有三角法、正弦定理、余弦定理等。
三角法是利用三角形的性质，通过已知角度和边长来计算未知角度的方法。
正弦定理和余弦定理则是应用三角函数的关系，根据已知边长和角度之间的关系，求解未知角度的方法。
这些方法在实际测量中经常用于解决无法直接测量角度的情况，如测量高处物体的倾斜角度等。
3. 无接触测量法无接触测量法是利用光学、激光、雷达等技术进行角度测量的方法。
其中，光学测量常用的设备有光电测角仪、全站仪等。
光电测角仪利用光电元件接收光线反射的信号，根据信号的强度和位置来测量角度的大小。
全站仪则是一种集测角、测距、测高于一体的仪器，通过测量目标点的水平角和垂直角，可以确定目标点在空间中的位置和方向。
这些无接触测量方法不需要接触被测物体，具有快速、精确等优点，广泛应用于工程测量、地理测绘等领域。
总结:角度的测量方法有直接测量法、间接测量法和无接触测量法。
直接测量法是最常用的方法，通过角度尺、量角器等工具直接读取角度大小。
间接测量法是通过已知角度和长度关系来计算未知角度的方法，常用的有三角法、正弦定理、余弦定理等。
无接触测量法利用光学、激光、雷达等技术进行测量，不需要接触被测物体，具有快速、精确等优点。
角度测量方法
角度测量方法角度测量是现代测量技术中的重要内容之一，它在工程、地质、建筑等领域都有着广泛的应用。
角度测量方法的准确性和可靠性直接影响到工程设计和施工的质量，因此对于角度测量方法的研究和应用具有重要意义。
一、光学测量法。
光学测量法是一种常用的角度测量方法，它利用光学仪器进行测量，具有测量精度高、操作简便等优点。
常见的光学测量仪器有经纬仪、全站仪等，它们可以通过测量目标物与测量仪器之间的角度来实现角度测量。
光学测量法在地质勘探、道路测量等领域有着广泛的应用，可以满足不同领域对角度测量精度的要求。
二、电子测量法。
电子测量法是近年来发展起来的一种角度测量方法，它利用电子仪器进行测量，具有测量速度快、数据处理方便等优点。
常见的电子测量仪器有全站仪、测距仪等，它们可以通过测量目标物与测量仪器之间的角度来实现角度测量。
电子测量法在建筑施工、城市规划等领域得到了广泛的应用，可以满足不同领域对角度测量效率的要求。
三、全球定位系统（GPS）。
全球定位系统是一种基于卫星信号的角度测量方法，它具有测量范围广、定位精度高等优点。
通过接收卫星信号，可以实现对目标物与卫星之间的角度测量，从而实现对目标物位置的确定。
全球定位系统在航空航天、海洋测绘等领域有着重要的应用，可以满足不同领域对角度测量精度和范围的要求。
四、激光测量法。
激光测量法是一种高精度的角度测量方法，它利用激光技术进行测量，具有测量精度高、测量范围广等优点。
通过发射激光束并测量其与目标物之间的角度，可以实现对目标物位置和方向的确定。
激光测量法在地质勘探、工程测量等领域得到了广泛的应用，可以满足不同领域对角度测量精度和范围的要求。
综上所述，角度测量方法是现代测量技术中的重要内容，不同的角度测量方法各有特点，可以根据实际需求选择合适的方法进行测量。
随着科技的不断发展，角度测量方法也在不断创新和完善，为各行各业的发展提供了重要支持。
希望本文所介绍的角度测量方法能对相关领域的从业人员和研究者有所帮助。
小角度测量的光学方法及应用
光学测角法可以准确地测量出舰船在受到外界 因素影响时甲板产生的变形量 ,从而计算出舰船上 武器所产生的微小角度的变化量 ,进而在武器瞄准 和发射时对其进行校准 ,使其对目标进行更加精确 的打击. 其原理如图 7所示 ,由光源发出的光线照射 到位于物镜焦平面上的分划板上的 A 点时 , 如果 A 点在物镜光轴上 ,那么由它发出的光线通过物镜后 , 成一束与光轴平行的平行光线射向反射镜. 当舰船 处于静水中时 ,船体不发生变形 ,此时反射镜面垂直 于光轴 ,光线仍按原路返回 ,经物镜后仍成像在分划 板上的 A 点 , 与原目标重合 ; 当舰船受到波浪的影 响船体发生变形时 ,反射镜面与光轴有一倾角 α, 则 反射光线的偏转角为 2α,通过物镜后成像在分划板 上的 B 点 , 此时线位移 AB = S 表示了偏转角的大 小 ,即
小角度测量仪器 [ 1 ]. 光学测角方法由于具有非接触 、高准确度和高
1 常用光学测量方法的概述
灵敏度的特点而备受人们的重视 ,尤其是稳定的激 1. 1 圆光栅测角法
光光源的发展使工业现场测量成为可能 ,因此使光 学测角法的应用越来越广泛 ,各种新的光学测角方
圆光栅是角度测量中最常用的器件之一. 作为 角度测量基准的光栅可以用平均读数原理来减小由
法也应运而生. 目前 ,光学测角法除众所周知的光学 分度误差和安装偏心误差引起的读数误差 ,因此其
收稿日期 : 2005 - 09 - 08. 作者简介 :李金阳 (1980 - ) ,男 ,硕士研究生 ,主要研究方向 :精密仪器 , E2mail: ljy3455@163. com.
布儒斯特角的测量实验报告
布儒斯特角的测量实验报告一、引言布儒斯特角是光学实验中常用的测量角度的方法之一。
它利用偏振光通过两个偏振片之间的夹角时的光强变化来测量角度。
本实验旨在通过测量布儒斯特角来验证光的偏振现象，并探究其应用。
二、实验原理1. 偏振光的特性光波是电磁波，其振动方向可以在一个平面上任意方向。
当光通过某些材料时，只有沿特定方向的电场分量能够通过，这种特性称为偏振。
偏振光可以通过偏振片来实现。
偏振片是一种有机材料，能够选择性地吸收或透过特定方向的电磁波。
2. 布儒斯特角的测量原理布儒斯特角是指当入射角等于折射角时，透过偏振片的光强最小。
当光从空气射入介质时，入射角为0°，折射角为布儒斯特角。
通过改变两个偏振片之间的夹角，可以测量布儒斯特角。
三、实验步骤1. 准备实验材料：光源、偏振片、半反射镜、望远镜等。
2. 搭建实验装置：将光源放置在一定距离处，通过半反射镜和望远镜，使光线垂直射入偏振片。
3. 调整光源位置和偏振片夹角：通过调整光源位置和偏振片夹角，使光线通过两个偏振片后的光强最小。
4. 测量布儒斯特角：记录此时两个偏振片的夹角，即为布儒斯特角。
四、实验结果与分析根据实验数据记录，我们得到了一系列布儒斯特角的测量值。
通过计算平均值和标准差，可以得到较为精确的布儒斯特角测量结果。
我们可以发现，布儒斯特角与入射光的偏振方向有关，当入射光的偏振方向与偏振片的偏振方向平行时，布儒斯特角最小；当两者垂直时，布儒斯特角最大。
五、实验误差分析实验中可能存在的误差主要来自以下几个方面：光源的不稳定性、望远镜的定位误差、偏振片的品质差异等。
为减小误差，我们可以使用更稳定的光源、精确调整望远镜的角度，并使用质量较好的偏振片。
六、实验应用布儒斯特角的测量方法在实际应用中具有广泛的用途。
例如，在材料科学中，可以通过测量布儒斯特角来研究材料的光学性质；在光学仪器中，可以利用布儒斯特角来测量光学元件的角度等。
七、实验结论通过本实验的布儒斯特角测量，我们验证了光的偏振现象，并了解了布儒斯特角的测量原理和方法。
小角度测量的光学方法及应用
了高精 度 和新方 法 的 要 求． 多小 角度 测 量 技 术 已 许 非 一 般机 械式量 具 和 仪 器所 能解 决 ， 因此 要 求 设 计 出更 好 的小 角 度测 量 方 法 和提 供 技 术 新 、 度 高 的 精
小 角 度测量 仪 器 ¨ ．
光学 测 角方法 由于 具 有 非接 触 、 准 确度 和高 高 灵 敏 度 的特点 而备 受 人 们 的重 视 ， 其 是稳 定 的激 尤
Ｓ ａ ｌＡｎ ｌ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｗｉｈ ｏ ｔｃ ｌｍ ｅ ｈ ｄｓ ａ ｄ ｉｓ ａ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｍ ｌ ｇ ｅ ｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｔ ｐ ｉ ａ ｔ ｏ ｎ ｔ ｐ ｌｃ ｔｏ
Ｌ ｉ－ ａ ｇ Ｗ Ｕ Ｊａ —ｏ ｇ ＨＡＮ Ｈｕ — ｕ ＩＪｎ ｙ ｎ ， ｉｎ ｔｎ ， ｉｑ ｎ
重 要几 何参 数之 一 ， 的准 确度 直 接 影 响着 产 品 的 它 质 量 与寿命 ， 因而 角度 测 量 在 几何 量 测 量 中 占有 重
要 地位 ． 角度 多指 １ 。 下 ， 小 ０以 几分 、 至几 十 秒 ． 甚 小
的精 密测量 中已经 得 到 了成 功 的应 用 ， 得 到 了较 并
角度测 量 的特 点是 测 量 范 围小 和要 求 测 量 精 度 高．
测 量误 差一 般 在 １ ～ ”有 时达 ０ １或 更小 ． ” ２， ．” 随着 工
业 生产 和科 学技 术 的 发 展 ， 小 角 度测 量 技 术 提 出 对
高 的测 量精 度 和测量 灵敏 度．
多 年 以来 ， 测量 舰 船 的 甲板 变 形 一 直 采 用 瞄 准 标 尺法 和望 远镜 法． ２种 方法 的局 限性 很大 ， 这 而且 测 量 的精度 不 高． 中对 光 学测 角法 在 舰 船 的 甲板 文 变 形测 量 中 的应 用 做 出 了一 些 经 验 总 结 ， 对 其进 并
角度测量原理及方法资料
角度测量原理及方法资料角度测量是测量物体之间或物体内部的角度大小的技术方法。
角度测量在许多领域中都有应用，如工程、建筑、地理测量、天文学、航空航天等。
本文将介绍角度测量的原理和方法，并给出一些常用的角度测量工具和技术。
一、角度测量的原理角度测量的原理基于几何学中的角度定义和角度大小的计算公式。
根据几何学的定义，角度是由两个射线或线段围成的空间中的两个点。
角度的大小可以用度、弧度或百分度来表示。
度是最常用的角度单位。
一个圆的一周共分为360度，每度又可分为60分，每分可细分为60秒。
因此，度可表示为度、分、秒的形式。
弧度是另一种常用的角度单位。
弧度是以一个半径等于一个圆心角所对应的弧长作为单位。
一个圆的一周的弧长等于2π倍半径，因此一个圆的一周等于2π弧度。
百分度是一种介于度和弧度之间的单位。
一个圆的一周等于400百分度，每百分度又可分为100分。
在实际测量中，常用的角度测量方法包括直接测量法、比较测量法和间接测量法。
二、角度测量的方法1.直接测量法直接测量法是通过角度测量仪器直接测量角度大小。
常见的直接测量仪器有经纬仪、电子经纬仪和全站仪等。
经纬仪是一种用来测量水平和垂直方向角度的仪器。
使用经纬仪时，需要调整仪器的水平和垂直仪器，使其指针与目标物体保持水平或垂直，然后读取指针上的角度刻度来得到角度大小。
电子经纬仪是一种基于电子技术的角度测量仪器。
它通过激光射线和电子传感器测量角度大小，并显示在仪器的数码显示屏上。
全站仪是一种多功能的测量仪器，可以同时进行距离、角度和高度的测量。
使用全站仪时，需要在目标物体上放置一个反射棱镜，仪器通过发送和接收激光射线的方式测量角度大小。
2.比较测量法比较测量法是通过将要测量的角度与已知角度进行比较，从而得到未知角度的测量方法。
常用的比较测量方法有光学比较测量法和机械比较测量法。
光学比较测量法是利用光束的干涉或衍射原理进行角度测量的方法。
这种方法常用于高精度的角度测量，如光学仪器的制造中。
角钢角度测量方法
角钢角度测量方法
角钢是一种常见的金属材料，通常由直角边和等边边组成。
以下是几种常用的角钢角度测量方法：
1. 视觉测量法：使用直尺或量角器，将其放置在角钢的两条边上，通过目测来判断角度的大小。
这种方法简单易行，但准确性可能有限，适用于对角度要求不高的情况。
2. 量角器测量法：使用量角器，将其放置在角钢的两条边上，读取量角器上刻度或数字来确定角度的大小。
量角器可分为普通量角器和数字量角器，后者具有更高的精确度。
3. 光学投影测量法：使用光学投影仪或投影仪，将角钢放置在投影仪台座上，通过投影仪的光源和镜头对角钢进行放大投影。
然后，使用投影仪上的光栅或刻度盘测量投影中的角度。
4. 激光测量法：使用激光测距仪或激光测角仪，将激光测量设备对准角钢的两条边，读取设备上的角度测量结果。
这种方法能够实现非接触式测量，精确度较高。
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光学实验技术中的角度测量与系统校准方法
光学实验技术中的角度测量与系统校准方法角度测量和系统校准在光学实验技术中是非常重要的。
角度测量是指在实验中准确测量物体或设备之间的相对角度，而系统校准则是指通过校准仪器来保证实验结果的准确性和可靠性。
本文将探讨一些常用的角度测量和系统校准方法，以及它们在光学实验技术中的应用。
首先，我们来看一些常用的角度测量方法。
其中一个常用的方法是利用角度测量仪器，如光学自动瞄准仪或显微镜等。
这些仪器通过测量物体边缘或标记点的位置来确定角度。
此外，还可以使用角度传感器，如陀螺仪或倾斜传感器等。
这些传感器可以测量设备的倾斜角度或旋转角度，并提供数字输出。
除了利用仪器进行角度测量，还有一些传统的方法可供选择。
例如，使用测角器。
测角器是一个简单的工具，由两个或多个可移动的臂组成，可以用于测量角度。
通过将臂放置在物体的边缘或标记点上，可以精确地测量角度。
此外，还可以使用投影仪和测角尺等工具进行角度测量。
接下来，我们将探讨一些系统校准方法。
系统校准的目的是消除或减小实验中的误差，以确保实验结果的准确性和可靠性。
其中一个常用的校准方法是使用标准物体或标准装置。
通过与已知精度的标准物体或标准装置进行比较，可以确定系统的误差，并进行相应的校准。
另一个常用的系统校准方法是使用校准模式。
校准模式是指通过在已知条件下进行实验，以获得标准响应或输出的一组数据。
通过与校准模式进行比较，可以确定系统的误差，并进行校准。
例如，可以使用已知角度的标准平台或旋转台进行角度校准。
此外，还可以使用数学模型进行校准。
通过建立数学模型，可以确定实验结果与系统误差之间的关系，并进行校准。
例如，可以使用回归分析或数学拟合等方法，将实验数据与数学模型进行比较，以确定系统的误差，并进行校准。
在光学实验技术中，角度测量和系统校准方法具有广泛的应用。
例如，在测量仪器的制造过程中，需要准确测量设备的角度，并校准仪器以确保测量结果的准确性。
此外，在光学成像和光学测量等领域中，角度测量和系统校准方法也起到了重要的作用。
用望远镜测高低角度的原理
用望远镜测高低角度的原理望远镜是一种光学仪器，可以通过放大物体的影像来观察远处的景物。
在测量高低角度时，望远镜常用于测量天文学、地理学和工程测量等领域。
测量高低角度的原理基于望远镜的光学系统和测量设备的结合。
望远镜通常由一个物镜和一个目镜组成。
物镜负责收集并聚焦光线，目镜则负责放大收集到的光线，使其变得更加清晰可见。
在测量角度时，望远镜通常会使用水平仪或电子垂直仪来校正水平。
这样可以确保望远镜的基准线与地平线平行，从而减小误差。
测量高低角度所需要的一些关键参数包括：视场角、放大倍率以及有关误差的校正。
视场角是指在目镜视野内能够观察到的水平和垂直范围。
放大倍率则是指目镜相对于物镜的放大比例。
误差校正是指在测量过程中对仪器进行校准，以确保测量结果的准确性。
测量高低角度的基本步骤如下：1. 将望远镜放置在稳定的支架上，确保其水平。
2. 首先进行基准校准。
使用水平仪或电子垂直仪调整望远镜的水平位置，使基准线与地平线平行。
3. 选择一个要测量的目标物，将其对准在目镜中心。
4. 使用目镜上的放大倍率刻度，确定目标物在目镜中的所占角度。
5. 使用目镜上的垂直刻度，测量目标物相对于地平线的高低角度。
6. 将测量结果记录下来，可以进一步进行计算和分析。
需要注意的是，在测量高低角度时，望远镜的放大倍率要适当选择，过高或过低的放大倍率都可能导致测量结果的误差。
此外，测量时环境的光线和天气条件也可能对测量结果产生影响。
例如，太阳的光线会干扰望远镜的观测，使图像模糊或者产生反射。
因此，在测量时应选择光线充足的环境，并尽量避免遮挡物的干扰。
总而言之，望远镜测量高低角度的原理是利用望远镜的光学系统和测量设备的结合，通过测量目标物相对于地平线的高低角度来确定其位置。
在测量过程中，需要校准水平，选择适当放大倍率，并考虑光线和天气条件等因素，以确保测量结果的准确性。
分光计测角原理
分光计测角原理
分光计是一种用来测量光线折射角度或反射角度的仪器。
其测量原理基于光的折射定律和反射定律。
当光线从一种介质射向另一种介质时，其折射角度和入射角度的正弦值成正比，而反射角度和入射角度的正弦值也成正比。
分光计测角原理的基本步骤如下：
第一步：利用一束光线射入分光镜。
分光镜是一块玻璃板，其表面镀有一层薄膜，可以将光线分成两束不同方向的光线。
第二步：将其中一束光线射向待测样品表面，此时光线会发生折射或反射，形成一束新的光线，这束新的光线被称为样品光线。
第三步：将另一束光线射向参照标准，这个标准可以是一个平板玻璃或者是一块金属表面。
这束光线被称为参照光线。
第四步：样品光线和参照光线再次汇聚到分光镜上，此时它们会形成干涉条纹。
这些条纹的位置和间距与样品光线和参照光线的相对位置和角度有关。
第五步：通过观察干涉条纹的位置和间距，可以计算出样品表面的折射角度或反射角度。
这个计算可以使用一些数学公式，也可以通过将干涉条纹的位置和间距与一些标准数据进行比较来完成。
分光计测角原理的应用非常广泛。
它可以被用来测量各种材料的光学性质，例如透明度、折射率、反射率等等。
它也可以被用来研究材料的结构和形态，例如薄膜的厚度和表面形貌等等。
此外，分光计还被广泛应用于光学仪器和光学通讯领域，例如激光器、光学放大器和光纤通讯系统等等。
分光计测角原理是一种非常重要的光学测量技术。
它可以帮助我们更好地了解材料的光学性质和结构，为各种应用领域提供有力的支持。
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第28卷第2期2002年3月 光学技术OPTICAL TECHN IQU E Vol.28No.2March 2002 文章编号:100221582(2002)022*******角度测量的光学方法Ξ浦昭邦,陶卫,张琢(哈尔滨工业大学305信箱,黑龙江哈尔滨 150001)摘 要:光学测角法是高精度动态角度测量的一种有效的解决途径。
对目前发展较快的几种角度测量的光学方法———圆光栅测角法、光学内反射小角度测量法、激光干涉测角法和环形激光测角法进行了详细的介绍,并且分别给出了每种方法的测量原理和发展现状,比较了各种方法的优缺点,给出了每种方法的应用场合和发展前景。
关键词:角度测量;光学方法;转角;整周中图分类号:TH741.2 文献标识码:AAngle measurement with optical methodsPU Zhao 2bang ,T AO Wei ,ZH ANG Zhuo(Harbin institute of Technology ,Harbin 150001,China )Abstract :Optical methods are one of the most effective way of dynamic angle measurement with high accuracy.Several well developed optical methods of angle measurement ,such as angle measurement with radical gratings ,angle measurement based on internal 2reflection effect ,laser interference angle measurement system and ring laser goniomcters ,are described in de 2tail.The principle ,present status and application situation of each method is dis played.The superiority and defects of these methods are lined out.The development future of each method is given at last.K ey w ords :angle measurement ;optical methods ;rotation angle ;whole round1 引 言角度测量是几何量计量技术的重要组成部分,发展较为完备,各种测量手段的综合运用使测量准确度达到了很高的水平。
角度测量技术可以分为静态测量和动态测量两种。
对于静态测量技术来说,目前的主要任务集中在如何提高测量精度和测量分辨力上[1～3]。
随着工业的发展,对回转量的测量要求也越来越多,因此人们在静态测角的基础上,对旋转物体的转角测量问题进行了大量的研究,产生了许多新的测角方法。
测角技术中研究最早的是机械式和电磁式测角技术,如多齿分度台和圆磁栅等,这些方法的主要缺点大多为手工测量,不容易实现自动化,测量精度受到限制[4,5]。
光学测角方法由于具有非接触、高准确度和高灵敏度的特点而倍受人们的重视,尤其是稳定的激光光源的发展使工业现场测量成为可能,因此使光学测角法的应用越来越广泛,各种新的光学测角方法也应运而生。
目前,光学测角方法除众所周知的光学分度头法和多面棱体法外,常用的还有光电编码器法[6]、衍射法[7,8]、自准直法[9,10]、光纤法[11]、声光调制法[12,13]、圆光栅法[14～17]、光学内反射法[18～23]、激光干涉法[24～28]、平行干涉图法[29,30]以及环形激光法[31～33]等。
这些方法中的很多方法在小角度的精密测量中已经得到了成功地应用,并得到了较高的测量精度和测量灵敏度,通过适当的改进还可对360°整周角度进行测量。
对于众所周知的光学分度盘、轴角编码器、光电光楔测角法等来说,由于应用较多,技术比较成熟,本文不作具体介绍。
下面主要介绍几种近几年来发展起米的小角度测量方法和可用于整周角度测量的方法。
2 圆光栅测角法圆光栅是角度测量中最常用的器件之一。
作为角度测量基准的光栅可以用平均读数原理来减小由分度误差和安装偏心误差引起的读数误差,因此其准确度高、稳定可靠。
但在动态测量时,在10r/s 的转速下,要想达到1′的分辨力都非常困难。
目前我国的国家线角度基准采用64800线/周的圆光栅系统,分辨力为01001″,总的测量不确定度为0105″。
该测量方法主要是在静态下的相对角度测量。
英国国家物理实验室(NPL )的E W 图1 NPL 测角仪原理图Palmer 介绍了一台作为角度基准的径向光栅测角仪,如图1所示,既可用于测角,又可用于标定。
其原理是利用两块32400线的径向光栅安装在015r/s 的同一个轴套上,两个读数头一个固定,一个装在转台上连续旋转,信号间的相位差变化与转角成正比。
仪器中用一个自准直仪作为基准指示器,可以测得绝对角度,利用光栅细分原理可测360°范围内的任意角度,附加零伺服机构可以对转台进行实时调整,限制零漂。
用干涉仪作为读数头,可进行高精度测量。
按95%置信度水平确定其系统误差的不确定度为0105″[15]。
德国联邦物理研究院(PTB )的Anglica T ubner 等人用衍射861Ξ收稿日期:2001205224;收到修改稿日期:2001206218基金项目:国家自然科学基金资助项目(59875017)作者简介:浦昭邦(19402),男,哈尔滨工业大学教授,博士生导师,主要从事光学测量、图像处理方面的研究。
图2 衍射光栅干涉法测角光路原理图光栅干涉仪测量转动物体,能够检测角加速度、角速度、转角。
检测原理光路图如图2所示。
单频He 2Ne 激光器发出的光经过柯斯特分束棱镜后在出射方向上分为两束平行光,这样由于气流和温度变化引起的两条光路的变化相等。
经过变形透镜后直射或斜射到随被测件一起转动的反射型衍射光栅上,该光栅是PTB 特制的2400线/mm 正弦相位光栅。
干涉信号由光电探测器接收,该系统检测正弦信号时测量灵敏度不确定度为013%,测旋转物体时相位差不确定度为012%,该系统的主要问题是灵敏度非常复杂[16]。
在此基础上作了相应的改进,并进行了标定[17]。
3 光学内反射小角度测量法光从光密介质传到光疏介质时,当入射角大于临界角时发生全反射现象。
内反射法小角度测量就是利用在全反射条件下入射角变化时反射光强度的变化关系,通过反射光强的变化来测量入射角的变化的。
由于入射角在临界角附近线性较好,随着入射角的微小变化,反射光的强度发生急剧变化,因此测量时通常定义一个临界角附近的初始角θ0,被测角为相对于该初始角的角位移Δθ,这样就可以充分利用临界角附近灵敏度较高的特点,进行小角度的高精度测量。
该测量方法存在的一个问题是入射角和反射光强之间的关系是非线性的,灵敏度因此受到限制。
为了减小函数非线性对测量结果的影响,采用差分式测图3 光学内反射差分式测量原理量,其原理如图3所示。
首先分别测出θ0+Δθ和θ0-Δθ的反射光强的变化,然后用线性化公式进行处理,以得到相应的角度值。
内反射法是由P S Huang 等人提出来的[18],用该方法制成的测角仪体积可以做得很小,因此特别适用于尺寸受限制的空间小角度的在线测量,而且结构简单,成本低。
测量图4 多次反射形临界角角度传感器原理1—激光二极管;2—准直透镜;3—通光孔;4—平面反射镜;5—λ/4波片;6—偏振分光镜;7—分光镜;8,9—临界角棱镜;10,11—光电接收器。
的灵敏度取决于初始入射角和全反射的反射次数,增加反射次数可以提高灵敏度,提高分辨力,但测量范围就相应变小。
因此P S Huang 等人又在此基础上制成多次反射型临界角角度传感器,用加长的临界角棱镜代替图3的直角棱镜以增加反射次数,如图4所示。
该仪器可用于表面形貌、直线度、振动等方面的测量。
在测量角度方面,在3弧分范围内的分辨力为0.02弧秒。
在接下来的工作中,P S Huang 等人又将其测角范围扩大到30弧分,输出信号峰2峰值的漂移小丁0104孤秒[19,20]。
该仪器的缺点是成本高,加长的临界角棱镜加工困难。
台湾的National Chiao TungUnlversity 的Ming 2Hong Chin 等人在此原理的基础上,提出了全内反射外差干涉测角方法。
用外差干涉仪测量S 偏振光和P 偏振光之间的相位差,将传感器的测角范围扩大到10°,分辨力随入射角的大小变化,最佳分辨力可达8×10-5度[2]。
Hong K ong University of Science and Technology 的Wei Dong Zhou 等人采用差动共光路结构,大大提高了系统的线性,并获得了013角秒的最佳分辨力[22]。
天津大学和日本东北大学在这方面也进行了一些研究[23]。
4 激光干涉测角法角度可以表示为长度之比,长度的变化可以用激光干涉条纹数的变化来表示,因此长度测量中准确度最高的激光干涉法在角度测量中得到了广泛的应用。
干涉测角法不仅可以测量小角度,而且也可以测量整周角度。
4.1 激光干涉小角度测量干涉小角度测量的基本原理可以表示成图5的形式。
采用迈克尔逊干涉原理,用两路光光程差的变化来表示角度的变化,图5 激光干涉测角的基本原理图1—激光器;2—扩束镜;3—分光镜;4,5—平面镜;6—角锥棱镜;7—转台;8—成像调节器;9—光电接收器;10—可逆计数器。
经角锥棱镜反射的一路光的光程随着转角的变化而变化,因此干涉条纹也发生相应的移动,测得条纹的移动量,就可测得转台的转角[24]。
在此原理基础之上发展起来的角度测量系统都致力于光路结构的改进和消除各种误差因素的影响。
经过改进后可以测量大约90°的角度,但各种误差因素随着所测角度的增大而急剧增加,因此该系统的测量范围限制在几度内,在此范围内具有极高的测量准确度。
这种技术已经发展得非常成熟,美国、日本、德国、俄罗斯等国家早已将激光干涉小角度测量技术图6 新型迈克尔逊测角装置作为小角度测量的国家基准[25]。
为了消除转盘径向移动对角度测量的影响,采用如图6所示的测量光路,用两个角锥棱镜形成差动测量,大大提高了系统的线性和灵敏度。
为了增强干涉仪抗环境干扰的能力,可以采用双频激光外差干涉测量法,用双频激光代替普通光源。
用这种方法测量平面角,灵敏度可达01002″[26]。