水准仪的使用方法及原理

椰海大道道路改造提升工程（丘海大道-规划长天路）水准仪的使用方法及原理2019年4月让世界更畅通测量队Contents目录一前言一前言三自动安平水准仪的使用四自动安平水准仪补偿器性能的检验五水准尺和尺垫二自动安平水准仪的构造自动安平水准仪是利用自动安平补偿器代替水准管，观测时能自动获得水平视线。用普通水准仪测量时，用圆水准器使水准仪粗平后，在读数之前要用微倾螺旋使符合水准气泡居中，这项操作影响了观测速度。由于观测时间延长，受温度变化、风力、仪器下沉等因素的影响就会增加，从而降低了观测质量。而使用自动安平水准仪进行水准测量，只需要用圆水准气泡进行粗平，便可在望远镜中读数，不仅操作简便，提高了工作效率，而且提高了观测质量。一前言Contents目录一前言三自动安平水准仪的使用四自动安平水准仪补偿器性能的检验五水准尺和尺垫二自动安平水准仪的构造二自动安平水准仪的构造二自动安平水准仪的构造自动安平水准仪与普通水准仪构造基本相似，如图所示，只是用自动安平补偿器代替了水准管。自动安平水准仪自动安平原理自动安平原理当视准轴水平时，物镜光心位于O，十字丝交点位于B，通过十字丝横丝在尺上的读数为正确读数a。当视准抽倾斜一个微小的角度α（10′）时，十字丝交点从B移至A，通过十字丝横丝在尺上的读数，A不在是水平视线的读数a，可在望远镜的光路上加一个补偿器，使通过物镜光心的水平视线经过补偿器的光学元件后偏转一个β角，这样在A点处的十字丝横丝仍可读得正确读数a。由于α角和β角都是很小的角值，如能满足：fα=Sβ（S为补偿器到十字丝的距离，f为物镜到十字丝的距离），即能达到补偿的目的。另外一种补偿方式是在光路上安置一个移动十字丝分划板的补装置，在视准轴倾斜时，十字丝交点A仍能回到原来的B点位置，使视线水平，从而达到补偿的目的二自动安平水准仪的构造补偿器的结构型式较多,我国生产的DZS3型自动安平水准仪,采用悬挂一组棱镜,借重力作用以达到补偿目的。为使悬挂的棱镜组尽快稳定下来,安装有阻尼装置。图2.1所示为该仪器的结构剖面图。在对光透镜2与十字分划板6之间安装一个补偿器,这个补偿器由固定在望远镜上的屋脊棱镜4以及用金属丝悬吊的两块直角棱镜3和5组成。当望远镜倾斜时,直角棱镜在重力摆作用下,作与望远镜相反的偏转运动，而且由于阻尼器8的作用,很快会静止下来。当视准轴水平时,水平光线进人物镜1后经过第一个直角棱镜3反射到屋脊棱镜4,在屋脊棱镜内作三次反射后,到达另一直角棱镜5,再经反射后光线通过十字丝的交点。补偿器2.1结构剖面图1.物镜；2.调焦镜；3.直角棱镜；4.屋脊棱镜；5.直角镜；6.十字丝分划板；7.目镜；8.阻尼器二自动安平水准仪的构造图2.2a中，当望远镜视准轴倾斜α角，如果直角棱镜也随之倾斜，水平光线经两个直角棱镜反射后,并不通过十字丝交点B,而是通过A，如图中虚线所示,所以在B处无法读得水平视线时的读数。实际上,悬吊的两直角棱镜并不随望远镜倾斜,而在重力作用下相对于望远镜的倾斜方向作反向偏转,如图2.2b所示。这时水平光线通过偏转后的棱镜的反射,最后通过十字丝交点B,如图中粗线所示。这样在B点仍能读得视线水平时的读数，从而达到补偿的目的。自动安平补偿器不仅用在DS3级水准仪上，精密水准仪也广泛采用了自动安平装置，如瑞士NA2、德国NI007、NI002、NIZ等水准仪，均为自动安平水准仪。补偿器2.2补偿器的工作原理Contents目录一前言三自动安平水准仪的使用四自动安平水准仪补偿器性能的检验五水准尺和尺垫二自动安平水准仪的构造三自动安平水准仪的使用自动安平水准仪的操作方法与普通水准仪的操作方法不同的是，自动安平水准仪经过圆水准器粗平后，即可观测读数。对于北京光学仪器厂生产的DZS3自动安平水准仪，在望远镜内设有警告指示窗。当警告指示窗全部呈绿色，表明仪器竖轴倾斜在补偿器补偿范围内，即可进行读数。否则警告指示窗会出现红色，表明已超出补偿范围，应重新调整圆水准器。对于没有警告指示窗的自动安平水准仪，在使用中，如果要检查补偿其功能是否正常，可按以下方法进行：在仔细将圆水准气泡居中后，读取水准尺读数，再用手轻拍仪器，但不得使仪器变动，此时在望远镜中可看到读数有跳动，当静止后再进行读数。如果两次读数相同，说明补偿器功能正常。三自动安平水准仪的使用Contents目录一前言三自动安平水准仪的使用四自动安平水准仪补偿器性能的检验五水准尺和尺垫二自动安平水准仪的构造四自动安平水准仪补偿器性能的检验四自动安平水准仪补偿器性能的检验检验原理自动安平水准仪补偿器的作用是当望远镜视准轴倾斜时(应在补偿器的允许范围内，即圆水准器气泡不超出刻划图的范围)，仍能在十字丝上读得水平视线的读数。因此，检验补偿器性能时,可使仪器竖轴作少许倾斜,测定两点间的高差与其正确高差相比较。如将仪器安置在A、B两点连线的中间,由于仪器竖轴倾斜,若后视读数时视准轴向下(或上)倾斜,那么将望远镜转向前视时,视准轴将向上(或下)倾斜。如果补偿器的补偿性能正常,无论视线下倾或上倾，都可读得水平视线的读数,测得的高差亦是A、B两点间的正确高差;如果补偿器性能不正常,由于前、后视的倾斜方向不一致,视线倾斜产生的读数误差不能在高差计算中抵消,因此测得的高差将与正确的高差有明显的差异。四自动安平水准仪补偿器性能的检验检验方法在较平坦的地面上选择相距100m左右的A、B两点打入一木桩(或放置尺垫),将水准仪置于A、B连线的中点,并使两个脚螺旋(第①.②脚螺旋)与AB连线方向致，如图所示。（1）首先用圆水准器将仪器置平，测出A、B两点间的高差hAB，此值作为正确高差。（2）升高第③个脚螺旋，使用仪器向左（或向右）倾斜，测出A、B两点间的高差hAB左。（3）降低第③个脚螺旋，使仪器向右(或向左）倾斜，测出A、B两点间的高差hAB右。（4）升高第③个脚螺旋，使圆水准气泡居中。（5）升高第①个脚螺旋，使仪器向后视（或前视）方向倾斜，测出A、B两点间的高差hAB后。（6）降低第①个脚螺旋，使仪器向前视（或后视）方向倾斜，测出A、B两点间的高差hAB前。将仪器向左、右、前、后倾斜时，仪器的倾斜角度均应由圆水准器气泡位置确定，四次切斜的角度相同，其值应略小于补偿器的补偿范围。将hAB左、hAB右、hAB前、hAB后与hAB相比较，视其差数确定补偿器的性能。对于DZS3水准仪，此差值应不大于5mm。关于补偿器的校正可按照仪器说明书上指明的方法和步骤（如调节补偿器重心调节螺母）进行。补偿器性能的检验Contents目录一前言三自动安平水准仪的使用四自动安平水准仪补偿器性能的检验五水准尺和尺垫二自动安平水准仪的构造五水准尺和尺垫五水准尺和尺垫水准尺水准尺垫水准尺一般是用干燥优质木料制成。常用的水准尺有双面尺和塔尺两种，如右图所示双面水准尺尺长一般为3m，两根尺为一对。尺的一面为黑面，一面为红面，黑面、红面分别为黑白、红白相间的厘米分格，在每分米处标有注记。两根尺黑面尺底分划均为零，而红面尺底分划一根尺为4.687m，另一根为4.787m。这样，在一个测站上，一根尺的红、黑面读数之差应为一常数（4.687或4.787），以此对观测的读数进行检核。同时通过红面、黑面求得的高差可进行测站的检核计算。双面水准尺一般用于国家三、四等水准测量。全长3m-5m，由三节套接而成，尺底划分为零，一般为黑白相间的厘米分格，分米处标有注记。塔尺携带方便，但在接头处易产生误差，一般仅用于等外水准测量。尺垫如左图，它由铸铁制成，三角形，中央有一个突起的半球状圆顶，下部有三个尖脚。使用时将尺垫放在地上踩实，然后将尺立于圆球顶部，以防止点位移动和水准尺下沉。谢谢THANKS