［摘 要］本文主要介绍竖轴误差对测角的影响，全站仪自动补偿器的作用、原理以及在实际工作中使用的注意事项。
［关键词］自动补偿器 竖轴误差
1、前言
随着科技的进步发展，测量仪器也经历了许多的更新换代，从原来的经纬仪到全站仪等等，近几年来，我们公司对矿井测量仪器也进行了更新换代，将经纬仪换成了全站仪，大大的减轻了测量作业强度，提高了测量的精度。但是也在平常的测量工作中遇到了一些问题，如全站仪的自动补偿器等等。
2、全站仪竖轴误差的产生
2.1 仪器在架设、精确整平以后，由于受作业条件、地面疏松、各种气象等条件的影响，会使仪器整平失常；也就是仪器的竖轴偏离垂直，存在一定的倾斜，这种竖轴不垂直的误差称为竖轴误差。
2.2竖轴发生倾斜时如何产生垂直角、水平角误差
竖轴的倾斜实际上有两种。一种是在望远镜的纵转方（X轴）的倾斜，另一种是在与X轴垂直的横轴方向（Y轴）的倾斜。若不是正对X轴和Y轴倾斜，根据几何关系可以将倾斜方向解析到X轴和Y轴方向。
假设：测量中仪器竖轴在X轴的倾斜为φX，Y轴的倾斜为φY。所测得的天顶距为Z′，天顶距的真实值为Z。那么存在以下函数关系：
天顶距的误差=φX
水平角的误差=φY/tanZ′
Z′=Z+φX
根据上面的函数关系可知
水平角的误差=φY/tanZ′=φY/tan（Z+φX） （1）
也就是说，水平角的误差与测得的天顶距有关。
由于tanZ′在0°∽90°范围内是增函数，若从水平方向开始向天顶转动望远镜：在接近90°时tanZ′= tan90°=∞为无穷大，根据公式（1）可以知道水平角的误差趋近于0，就是说此时没有误差；但接近天顶（0°）但未到达天顶时，根据公式（1）同样可知此时的误差较大。
根据公式（1），当Y轴的倾斜量越大（φY），望远镜从90°（水平方向）天顶转动64″。当转动的角度相同时，水平角的误差就越大。比如：若Y轴倾斜30″时，即φY=30″，当望远镜转动到天顶距为25°位置时，水平角的误差大约为64″。
3、补偿器的应用
竖轴倾斜造成的垂直角、水平角的误差，通过观测的方法是不能消除的。为了改正由于仪器竖轴倾斜造成的测角误差，全站仪生产厂家采用了用补偿器来进行改正的技术。补偿器的补偿范围一般是±3’。
3.1全站仪补偿器的工作原理
3.1.1单轴补偿器，只能补偿竖盘读数误差。其功能是：仪器竖轴倾斜时能自动改正竖轴倾斜对竖盘读数的影响。为了达到同时补偿水平度盘读数，可以用两个单轴补偿器，安装时使它们位置相互垂直。磁性流体单轴倾斜补偿器原理：将线圈绕在封有磁性流体和气泡的水泡管的中央，并接通电源，传感器在水平状态下，气泡居中央，离左右两端应相等，检测线圈的电压也相等。当向左或向右倾斜时气泡就移动，左右检测线圈产生电势差。根据电势差求得倾斜方向和倾斜角度。
3.1.2双轴补偿器，补偿竖盘和水平度盘误差。其功能是：仪器竖轴倾斜时能自动改正由于竖轴倾斜对竖盘以及水平度盘读树的影响。
电子双轴倾斜补偿器原理：从发光二极管发出的光透过玻璃圆水准器，射在气泡上的光被遮掉，在接收基板上装有4只彼此相距90°的接收光敏二极管。当仪器完全整平时，气泡在接收基板的中央；若仪器稍微有一点倾斜时，气泡就相应移动，接收光敏二极管所接收的光能量也就发生变化。通过光能量变化比可以求得倾斜角度。
双轴补偿器的作用是当仪器竖轴发生倾斜时自动改正垂直角度和水平角度的倾斜量，而对于单轴补偿器来说本质上只改正垂直角度倾斜。只有当仪器的竖轴绝对垂直时补偿器的0位也处于绝对垂直位。那么当竖轴发生倾斜时、补偿器的自动改正量才是完全正确的。
3.2全站仪自动补偿器的应用
3.2.1对于只能对竖盘读数进行单轴补偿的全站仪来说，没有改正水平盘读数的功能，当照准部固定，上下转动望远镜时，水平盘读数都不变化，这并不是因为这种仪器稳定可靠，而是仪器没有能力进行这方面改正的缘故.
3.2.2对于有双轴补偿器的仪器来说，能改正垂直轴倾斜引起的竖盘和水平盘读数误差，当照准部固定，上下转动望远镜时，水平盘读数必然发生变化. 当补偿器关闭以后，无论如何转动望远镜，水平盘读数也不会变化.
3.2.3三轴补偿器是在双轴补偿器的基础上，用机内计算软件来改正因横轴误差和视准轴误差引起的水平度盘读数误差.即使不旋转照准部，只上下纵转望远镜，显示的水平度盘读数仍会有较大的变化。另外，我们知道仪器的照准误差是视准轴与横轴不正交所产生的误差；横轴误差是横轴与竖轴不垂直的误差；垂直0点偏移即竖盘指标差是仪器正镜时将视准轴水平放置而垂直角度不等于90°00′00″的误差，而垂直0点偏移与垂直度盘和横轴的垂直关系度有关；也就是说，照准误差、横轴误差、竖盘指标差等三个指标是相互关联和影响的。
通常说的三轴补偿改正很多都是指除了对X轴和Y轴的改正仪器修正垂直角和水平角度读数外，增加照准误差的自动改正。但是，实际上照准误差利用测量方法可以消除。所以三轴补偿的意义不是很大。
3.3全站仪自动补偿器的检验
3.3.1安置整平仪器；
3.3.2在盘左位置瞄准目标（水平面45°范围内），读取垂直角度a1；
3.3.3旋转仪器至盘右位置，读取垂直角度a2；
3.3.4两个垂直角度相加（a1+a2）：
如果两个垂直角度的零参考设定到天顶，并且a1+a2=360°则不需要校准；
如果两个垂直角度的零参考设定到水平，并且a1+a2=180°或540°，则不需要校准；
如果a1+a2的值不是以上则需要校准。
3.4全站仪自动补偿器使用注意事项
在使用具有轴系误差补偿系统的全站仪放样时，由于显示的度盘读数中已经包含了轴系误差的影响，因此必须注意以下3点：
3.4.1向上(天顶)投点时，应关闭补偿器，并应精确整平仪器；
3.4.2若在放样一条水平直线时，不能简单的采取纵转望远镜的方法，而应采取旋转照准部 的方法进行放样，或者采用纵转望远镜后将水平度盘读数调整至相差 的位置进行放样；
3.4.3若放样一条竖线时，也不能只简单地纵转望远镜，而应采取在纵转望远镜的同时，旋转水平微动螺旋，并使显示的水平角读数保持不变。
3.4.4补偿器及轴系误差改正功能应处于“开”的状态
前已叙述了补偿器和轴系误差改正的作用，除特殊要求外，一般均应将补偿器和轴系误差改正功能置于“开”的状态。检查补偿器是否处于“开”的状态，最简单的办法是将全站仪竖直制动制定后，调整其基座脚螺旋，若天顶距读数发生变化，则表明补偿器处于“开”的状态；若天顶距读数不发生变化，则表明补偿器处于“关”的状态。
参考文献:
[1]Nikon系列全站仪操作手册 中翰集团
[2]张国良 矿山测量学 徐州 中国矿业大学出版社 2000
作者简介：曹生伟（1983-），男，测量高级工程师，毕业于福建资源工业学校测量专业，现就职于福建省永安煤业有限责任公司