课外阅读：认识常见工程测量仪器

仪器的简介2.1水准仪水准仪是根据水准测量原理测量地面点间高差的仪器。水准仪是在17～18世纪发明了望远镜和...

2.1水准仪

水准仪是根据水准测量原理测量地面点间高差的仪器。水准仪是在17～18世纪发明了望远镜和水准器后出现的。20世纪初，在制出内调焦望远镜和符合水准器的基础上生产出微倾水准仪。20世纪50年代初出现了自动安平水准仪，60年代研制出激光水准仪；90年代出现电子水准仪或数字水准仪。

2.1.2水准仪结构与分类

水准仪，英文：level 。用于建立水平视线测定地面两点间高差的仪器。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、激光水准仪和数字水准仪（又称电子水准仪）

按精度分为精密水准仪和普通水准仪。

2.1.3水准仪原理

微倾水准仪

　　借助于微倾螺旋获得水平视线的一种常用水准仪。作业时先用圆水准器将仪器粗略整平，每次读数前再借助微倾螺旋，使符合水准器在竖直面内俯仰，直到符合水准气泡精确居中，使视线水平。微倾的精密水准仪同普通水准仪比较，前者管水准器的分划值小、灵敏度高，望远镜的放大倍率大，明亮度强，仪器结构坚固，特别是望远镜与管水准器之间的联接牢固,装有光学测微器，并配有精密水准标尺，以提高读数精度。中国生产的微倾式精密水准仪，其望远镜放大倍率为40倍,管水准器分划值为10″/2毫米，光学测微器最小读数为0.05毫米，望远镜照准部分、管水准器和光学测微器都共同安装在防热罩内。

自动安平水准仪

　　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。

激光水准仪

　　利用激光束代替人工读数的一种水准仪。将激光器发出的激光束导入望远镜筒内，使其沿视准轴方向射出水平激光束。

利用激光的单色性和相干性，可在望远镜物镜前装配一块具有一定遮光图案的玻璃片或金属片，即波带板，使之所生衍射干涉。经过望远镜调焦，在波带板的调焦范围内，获得一明亮而精细的十字型或圆形的激光光斑，从而更精确地照准目标。如在前、后水准标尺上配备能自动跟踪的光电接收靶，即可进行水准测量。在施工测量和大型构件装配中，常用激光水准仪建立水平面或水平线。

数字水准仪是目前最先进的水准仪，配合专门的条码水准尺，通过仪器中内置的数字成像系统，自动获取水准尺的条码读数，不再需要人工读数。这种仪器可大大降低测绘作业劳动强度，避免人为的主观读数误差，提高测量精度和效率。

电子水准仪

　　电子水准仪又称数字水准仪，它是在自动安平水准仪的基础上发展起来的。它采用条码标尺，各厂家标尺编码的条码图案不相同，不能互换使用。目前照准标尺和调焦仍需目视进行。人工完成照准和调焦之后，标尺条码一方面被成象在望远镜分化板上，供目视观测，另一方面通过望远镜的分光镜，标尺条码又被成象在光电传感器（又称探测器）上，即线阵CCD器件上，供电子读数。因此，如果使用传统水准标尺，电子水准仪又可以象普通自动安平水准仪一样使用。不过这时的测量精度低于电子测量的精度。特别是精密电子水准仪，由于没有光学测微器，当成普通自动安平水准仪使用时，其精度更低。

2.1.4水准仪应用与精度指标

应用领域

DS03水准仪是一款真正的高精密级光学水准仪，其各项技术指标都满足国标《水准仪GB 101562009》

中高端系列仪器的要求。

可以应用于国家一等水准测量及地震水准测量，建筑工程测量，变形及沉降监测，矿山测量，

大型机器安装，工具加工测量和精密工程测量等。

●水准网测量 / ●变形监测、地面沉降的监测 / ●工业测量 / ●隧道和矿山测量/ ●地形测量 水准线路测量、

区域水准测量、水准网测量、等高线测量 / ●道路和铁路施工放样纵断面测量、横断面测量、高程放样

精度指标

水准仪适用于水准测量的仪器，目前中国水准仪是按仪器所能达到的每千米往返测高差中数的偶然中误差这一精度指标划分的，共分为4个等级。

水准仪型号都以DS 开头，分别为“大地”和“水准仪”的汉语拼音第一个字母，通常书写省略字母D。其后"05”、“1”、“3”、“10”等数字表示该仪器的精度。S3级和S10级水准仪又称为普通水准仪，用于中国国家三、四等水准及普通水准测量，S05级和S1级水准仪称为精密水准仪，用于中国国家一、二等精密水准测量：

水准仪型号

DS0 5

DS1

DS3

DS10

千米往返高差中数偶然中误差

≤0.5mm

≤1mm

≤3mm

≤10mm

主要用途

国家一等水准测量及地震监测

国家二等水准测量及精密水准测量

国家三、四等水准测量及一般工程水准测量

一般工程水准测量

 

操作要点

　　在未知两点间，摆开三脚架，从仪器箱取出水准仪安放在三脚架上，利用三个机座螺丝调平，使圆气泡居中，跟着调平管水准器。水平制动手轮是调平的，在水平镜内通过三角棱镜反射，水平重合，就是平水。将望远镜对准未知点（1）上的塔尺，再次调平管水平器重合，读出塔尺的读数（后视），把望远镜旋转到未知点（2）的塔尺，调整管水平器，读出塔尺的读数（前视），记到记录本上。

校正方法

　　将仪器摆在两固定点中间，标出两点的水平线，称为a、b线，移动仪器到固定点一端，标出两点的水平线，称为a’、b ’。计算如果a－b≠a’－b ’时，将望远镜横丝对准偏差一半的数值。用校针将水准仪的上下螺钉调整，使管水平泡吻合为止。重复以上做法，直到相等为止。

保养与维修

　　1．水准仪是精密的光学仪器，正确合理使用和保管对仪器精度和寿命有很大的作用

2．避免阳光直晒，不许可证随便拆卸仪器

3．仪器有故障，由熟悉仪器结构者或修理部修理

4．每个微调都应轻轻转动，不要用力过大。镜片、光学片不准用手触片

5．每次使用完后，应对仪器擦干净，保持干燥。

2.1.5水准仪发展

水准仪是在17～18世纪发明了望远镜和水准器后出现的。20世纪初，在制出内调焦望远镜和符合水准器的基础上生产出微倾水准仪。50年代初出现了自动安平水准仪，60年代研制出激光水准仪。90年代研制出了数字水准仪。历史上，还有老式的活镜水准仪等。

2.1.6水准仪产品介绍

国内外厂商主要有：

徕卡 ，拓普康 ，天宝，索佳 ，南方测绘 ，北光 ，苏州一光。

（1）  中纬水准仪ZDL700

高程距离