23 微倾式水准仪的检验与校正.docx

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23微倾式水准仪的检验与校正

1、水准仪的的主要轴线及应满足的几何条件

（1）水准仪的的主要轴线

水准仪有四根轴线，如图2-3-1所示，分别是：

视准轴CC，管水准器轴LL，圆水准器轴L'L'，竖轴VV。

图2-3-1水准仪的轴线

（2）主要轴线应满足的几何条件

根据水准测量原理，水准仪必须提供一条水平视线，才能正确地测出两点间高差。

为此，水准仪的主要轴线应满足以下几何条件。

①圆水准器轴应平行于仪器的竖轴；

②十字丝的中丝（横丝）应垂直于仪器的竖轴；

③水准管轴平行于视准轴。

2、圆水准轴平行于仪器竖轴的检验与校正

（1）检验：

如图2-3-2，用脚螺旋使圆水准器气泡居中，将仪器绕竖轴旋转180度，如果气泡不居中，表明圆水准轴不平行于竖轴，而离开零点弧长所对应的圆心角为两倍的δ。

图2-3-2圆水准器检验与校正原理

（2）校正：

如图2-3-3，调整圆水准器三个校正螺丝，使气泡向居中位置移动偏离量的一半。

校正工作一般都难于一次完成，需反复进行直至仪器旋转到任何位置圆水准器气泡皆居中时为止。

图2-3-3圆水准器的校正螺钉

图2-3-3圆水准器的校正螺钉

3、十字丝横丝应垂直于仪器竖轴的检验与校正

（1）检验：

如图2-3-4，安置仪器后，先将横丝一端对准一个明显的点状目标P，固定制动螺旋，转动微动螺旋，如果标志点P不离开横丝，说明横丝垂直于竖轴，否则需要校正。

图2-3-4十字丝的检验

（2）校正：

如图2-3-5，用螺丝刀松开分化板座固定螺丝，转动分化板座，改正偏离量的一半。

图2-3-5十字丝的校正

4、视准轴平行于水准管轴的检验与校正

（1）检验：

①如图2-3-6，选择相距80m左右的A、B两点，打木桩或放置尺垫标志。

在两点中间安置水准仪。

用变动仪高法，测出A、B两点的高差。

若两次测得的高差之差不超过3mm，则取其平均值hAB作为最后结果。

由于距离相等，两轴不平行的误差△h可在高差计算中自动消除，故h值不受视准轴误差的影响。

②安置仪器于A点附近（约3米），精平后读得A点水准尺上的读数为a′，因仪器离A点很近，两轴不平行引起的读数误差可忽略不计。

故根据a′和A、B两点的正确高差h算出A点尺上应有读数为：

。

然后，瞄准B点水准尺，读出水平视线读数，如果h与h′相等，说明两轴平行，否则存在角，其值为

对于DS3级微倾式水准仪，值不得大于20″。

图2-3-6视准轴平行于水准管轴的检验

（2）校正：

如图2-3-7，转动微倾螺旋使中丝对准B点尺上正确读数，此时视准轴处于水平位置，但管水准气泡必然偏离中心。

用拨针拨动水准管一端的上、下两个校正螺丝，使气泡的两个半象符合。

图2-3-7水准管的校正

自动安平水准仪、精密水准仪和电子水准仪

1、自动安平水准仪

（1）概述

如图2-3-8所示，自动安平水准仪是指在一定的竖轴倾斜范围内，利用补偿器自动获取视线水平时水准标尺读数的水准仪。

该类水准仪用自动安平补偿器代替管状水准器，在仪器微倾时补偿器受重力作用而相对于望远镜筒移动，使视线水平时标尺上的正确读数通过补偿器后仍旧落在水平十字丝上。

图2-3-8自动安平水准仪（a）索佳C32II自动安平水准仪

图2-3-8自动安平水准仪（b）欧波DS30自动安平水准仪

（2）补偿器

1）补偿原理

自动安平补偿器的类型较多，但大多采用吊挂光学零件的方法，借助重力的作用达到视线自动补偿的目的。

如图2-3-9所示，两个直角棱镜是补偿器的摆动部分。

镜筒倾斜时水平光线与其竖直面不正交，从而使光线在棱镜系统中产生折射，最后把水平光线导至十字丝中心。

光线在棱镜系统中的多次折射可等效为一次折射。

图2-3-9自动安平补偿器

2）补偿器种类

自动安平水准仪补偿器，按照阻尼方式可分为空气阻尼补偿器和磁阻补偿器。

其中磁阻尼补偿器按照构造不同有可分为台式磁阻尼补偿器、交叉式磁阻尼补偿器。

3）补偿器的应用

空气阻尼补偿器，受环境周边磁场影响小，但由于装配工艺复杂多应用于产量不大、精度要求高的自动安平水准仪。

交叉式磁阻尼补偿器，装配工艺简单、部件精度要求不是很苛刻、成本低廉，但该补偿器对于倒置后若经受较强烈震动后，由于吊线弯折变形引起补偿功能失效的概率非常高；所以这种补偿器目前被广泛应用于中低档自动安平水准仪，而很少被应用于高档仪器当中。

台式磁阻尼补偿器，装配工艺相对复杂、对部件要求比较高、成本比较高，但由于抗震优于其它补偿器，多被应用于中、高档自动安平水准仪。

（3）自动安平水准仪的特点

自动安平水准仪只有圆水准器，没有水准管和微倾螺旋，粗平之后，借助自动补偿装置的作用，使视准轴水平，便可读出正确读数。

（4）自动安平原理

如图2-3-10所示，当自动安平水准仪望远镜的视准轴倾斜一个小角度，则十字丝中心偏离物镜光心的水平线（标准位置）。

自动安平装置的作用在于：

使十字丝经物镜射出的光线水平，即使来自水准尺水平读数的成象与十字丝中心重合。

图2-3-10自动安平原理

2、精密水准仪

（1）精密水准仪的构造

（a）威特老式N3微倾式精密水准仪

（a）威特老式N3微倾式精密水准仪

（b）徕卡新N3正像精密水准仪

（c）拓普康AT-G2光学精密水准仪

图2-3-11精密水准仪

精密水准仪的构造见图2-3-11所示。

（a）威特老式N3微倾式精密水准仪

（b）徕卡新N3正像精密水准仪

（c）拓普康AT-G2光学精密水准仪

图2-3-11精密水准仪

（2）精密水准仪特点

精密水准仪与一般水准仪比较，其特点是能够精密地整平视线和精确地读取读数。

1）水准器具有较高的灵敏度。

如DS1水准仪的管水准器τ值为10″/2mm。

2）望远镜具有良好的光学性能。

如DS1水准仪望远镜的放大倍数为38倍，望远镜的有效孔径47mm，视场亮度较高。

十字丝的中丝刻成楔形，能较精确地瞄准水准尺的分划。

3）具有光学测微器装置。

可直接读取水准尺一个分格（1cm或0.5cm）的1/100单位（0.1mm或0.05mm），提高读数精度。

4）视准轴与水准轴之间的联系相对稳定。

精密水准仪均采用钢构件，并且密封起来，受温度变化影响小。

（3）精密水准尺

精密水准仪进行水准测量时，必须配备精密水准尺。

如图2-3-12所示，精密水准尺是在木质尺身的槽内，安有一根因瓦合金带。

带上标有刻划，数字注在木尺上。

图2-3-12精密水准尺图2-3-13精密水准尺读数方法

（4）精密水准仪的操作方法

精密水准仪的操作方法与一般水准仪基本相同，只是读数方法有些差异。

在水准仪精平后，十字丝中丝往往不恰好对准水准尺上某一整分划线，这时就要转动测微轮使视线上、下平行移动，十字丝的楔形丝正好夹住一个整分划线，被夹住的分划线读数为m、dm、cm。

此时视线上下平移的距离则由测微器读数窗中读出mm。

如图2-3-13所示，其读数为1.48655m

3、电子水准仪

（1）电子水准仪的构造

电子水准仪的构造如图2-3-14所示。

图2-3-12精密水准尺（b）徕卡DNA03精密电子水准仪

（c）天宝Dini12（蔡司）精密电子水准仪（d）拓普康DL–111C精密电子水准仪

图2-3-14电子水准仪

（2）电子水准仪测量原理

如图2-3-15所示，与电子水准仪配套使用的水准尺为条形编码尺，通常由玻璃纤维或铟钢制成。

电子水准仪中装有行阵传感器，它可识别水准标尺上的条形编码。

观测时，电子水准仪在人工完成安置与粗平、瞄准目标（条形编码水准尺）后，按下测量键后约3～4秒既显示出测量结果。

其测量结果可贮存在电子水准仪内或通过电缆连接存入机内记录器中。

另外，观测中如水准标尺条形编码被局部遮挡＜30％，仍可进行观测。

图2-3-15条形编码尺及尺垫

（3）电子水准仪的主要优点

1）操作简捷，自动观测和记录，并立即用数字显示测量结果。

2）整个观测过程在几秒钟内即可完成，从而大大减少观测错误和误差。

3）仪器还附有数据处理器及与之配套的软件，从而可将观测结果输入计算机进入后处理，实现测量工作自动化和流水线作业，大大提高功效。

（4）电子水准仪的观测精度

电子水准仪的观测精度高，如瑞士徕卡公司开发的NA2000型电子水准仪的分辨力为0.1mm，每千米往返测得高差中数的偶然中误差为2.0mm；NA3003型电子水准仪的分辨力为0.01mm，每千米往返测得高差中数的偶然中误差为0.4mm。