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水准仪

建立水平视线测定地面两点间高差的仪器

水准仪(英文:level)是建立水平视线测定地面两点间高差的仪器。原理为根据水准测量原理测量地面点间高差。主要部件有望远镜、管水准器(或补偿器)、垂直轴、基座、脚螺旋。按结构分为微倾水准仪自动安平水准仪激光水准仪数字水准仪(又称电子水准仪)。按精度分为精密水准仪和普通水准仪。

仪器原理

借助于自动安平补偿器获得水平视线的一种水准仪。它的特点主要是当望远镜视线有微量倾斜时,补偿器在重力作用下对望远镜作相对移动,从而能自动而迅速地获得视线水平时的标尺读数。补偿的基本原理是:当望远镜视线水平时,与物镜主点同高的水准标尺上物点P构成的像点Z0应落在十字丝交点Z上。当望远镜对水平线倾斜一小角α后,十字丝交点Z向上移动,但像点Z0仍在原处,这样即产生一读数差Z0Z。当很小时可以认为Z0Z 的间距为α×f′(f′为物镜焦距),这时可在光路中K点装一补偿器,使光线产生屈折角β,在满足α×f′=β×S0(S0为补偿器至十字丝中心的距离,即KZ)的条件下,像Z0就落在Z点上;或使十字丝自动对仪器作反方向摆动,十字丝交点Z落在Z0点上。
如光路中不采用光线屈折而采用平移时,只要平移量等于Z0Z,则十字丝交点Z落在像点Z0上,也同样能达到Z0和Z重合的目的。自动安平补偿器按结构可分为活动物镜、活动十字丝和悬挂棱镜等多种。补偿装置都有一个“摆”,当望远镜视线略有倾斜时,补偿元件将产生摆动,为使“摆”的摆动能尽快地得到稳定,必须装一空气阻尼器或磁力阻尼器。这种仪器较微倾水准仪工效高、精度稳定,尤其在多风和气温变化大的地区作业更为显著。

使用方法

水准仪的使用包括:水准仪的安置、粗平、瞄准、精平、读数五个步骤。
1. 安置 安置是将仪器安装在可以伸缩的三脚架上并置于两观测点之间。 首先打开三脚架并使高度适中,用目估法使架头大致水平并检查脚架是否牢固,然后打开仪器箱,用连接螺旋将水准仪器连接在三脚架上。
2. 粗平 粗平是使仪器的视线粗略水平,利用脚螺旋置圆水准气泡居于圆指标圈之中。具体方法:用仪器练习。在整平过程中,气泡移动的方向与大拇指运动的方向一致。
3. 瞄准 瞄准是用望远镜准确地瞄准目标。 首先是把望远镜对向远处明亮的背景,转动目镜调焦螺旋,使十字丝最清晰。再松开固定螺旋,旋转望远镜,使照门准星的连接对准水准尺,拧紧固定螺旋。最后转动物镜对光螺旋,使水准尺的清晰地落在十字丝平面上,再转动微动螺旋,使水准尺的像靠于十字竖丝的一侧。
4. 精平 精平是使望远镜的视线精确水平。微倾水准仪,在水准管上部装有一组棱镜,可将水准管气泡两端,折射到镜管旁的符合水准观察窗内,若气泡居中时,气泡两端的像将符合成一抛物线型,说明视线水平。若气泡两端的像不相符合,说明视线不水平。这时可用右手转动 微倾螺旋使气泡两端的像完全符合,仪器便可提供一条水平视线,以满足水准测量基本原理的要求。注意:气泡左半部分的移动方向,总与右手大拇指的方向不一致。
5. 读数 用十字丝,截读水准尺上的读数。水准仪多是倒像望远镜,读数时应由上而下进行。先估读毫米级读数,后报出全部读数。注意,水准仪使用步骤一定要按上面顺序进行,不能颠倒,特别是读数前的符合水泡调整, 一定要在读数前进行。

特点

1) 读数客观。不存在误差、误记问题,没有人为读数误差。
2) 精度高。视线高和视距读数都是采用大量条码分划图象经处理后取平均得出来的,因此削弱了标尺分划误差的影响。多数仪器都有进行多次读数取平均的功能,可以削弱外界条件影响。不熟练的作业人员业也能进行高精度测量
3) 速度快。由于省去了报数、听记、现场计算的时间以及人为出错的重测数量,测量时间与传统仪器相比可以节省1/3左右。
4) 效率高。只需调焦和按键就可以自动读数,减轻了劳动强度。视距还能自动记录,检核,处理并能输入电子计算机进行后处理,可实线内外业一体化。