3水准测量的仪器和工具

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1、水 准 测 量 的 仪 器 和 工 具水 准 测 量 所 使 用 的 仪 器 为 水 准 仪 ， 辅 助 工 具 为 水 准 尺 和 尺 垫 。 水 准 仪 按 其 精 度 高 低 可 分 为DS05、 DS1、 DS3 和 DS10 等 四 个 等 级 （ D、 S 分 别 为 “大 地 测 量 ”和 “水 准 仪 ”） 的 汉 语 拼 音 的 第 一 个 字 母 ； 数字 05、 1、 3、 10 表 示 该 仪 器 的 标 称 精 度 ， 是 指 用 该 仪 器 进 行 水 准 测 量 时 ， 往 返 测 1 公 里 高 差 中 数 中 误 差 ，其 单 位 是 mm） ； 按 结 构

2、可 分 为 微 倾 式 水 准 仪 和 自 动 安 平 式 水 准 仪 ； 按 构 造 可 分 为 光 学 水 准 仪 和 电 子 水 准 仪 。 本 章 着重 介 绍 DS3 水 准 仪 ， 简 单 介 绍 精 密 水 准 仪 和 电 子 水 准 仪 。一 、 DS3 微 倾 式 水 准 仪 的 构 造根 据 水 准 测 量 的 原 理 ， 水 准 仪 的 主 要 作 用 是 提 供 一 条 水 平 视 线 ， 并 能 照 准 水 准 尺 进 行 读 数 。 因 此 ， 水 准 仪 主 要 由望 远 镜 、 水 准 器 及 基 座 三 部 分 构 成 。 2-2 所 示 是 我 国 生 产

3、的 DS3 微 倾 式 水 准 仪 。1、 望 远 镜2-3 是 DS3 微 倾 式 水 准 仪 望 远 镜 的 构 造 图 ， 它 主 要 由 物 镜 1、 目 镜 2、 调 焦 透 镜 3 和 十 字 丝 分 划 板4 所 组 成 。 物 镜 和 目 镜 多 采 用 复 合 透 镜 组 ， 十 字 丝 分 划 板 上 刻 有 两 条 互 相 垂 直 的 长 线 ， 如 2-3 中 的7， 竖 直 的 一 条 称 为 竖 丝 ， 横 的 较 长 那 条 称 为 中 丝 ， 是 为 了 瞄 准 目 标 和 读 取 读 数 用 的 。 在 中 丝 的 上 下 还 对 称 地 刻 有 两 条与 中

4、 丝 对 称 的 短 横 线 ， 是 用 来 测 定 距 离 的 ， 称 为 视 距 丝 。 十 字 丝 分 划 板 是 由 平 板 玻 璃 圆 片 制 成 的 ， 平 板 玻 璃 片 在 分 划板 座 上 ， 分 划 板 座 由 固 定 螺 丝 固 定 在 望 远 镜 筒 上 。 十 字 丝 交 点 与 物 镜 光 心 的 连 线 ， 称 为 视 准 轴 或 视 线 （2-3） 中 的 （ C C1） 。 水 准 测 量 是 在 视 准 轴 水 平 时 ， 用 十 字 丝 的 中 丝 截 取 水 准 尺 上 的 读 数 。2-4 为 望 远 镜 成 像 原 理 图 。 远 处 目 标 AB

5、发 出 的 光 线 经 过 物 镜 1 及 调 焦 透 镜 3 折 射 后 ， 在 十 字 丝 平 面4 上 形 成 一 个 倒 立 而 缩 小 的 实 像 ab； 通 过 目 镜 2 的 放 大 ， 成 虚 相 a b ， 十 字 丝 同 时 也 被 放 大 。从 望 远 镜 内 所 看 到 的 目 标 影 像 的 视 角 与 肉 眼 直 接 观 察 该 目 标 的 视 角 之 比 ， 称 为 望 远 镜 的 放 大 率 。 如2-4 所 示 ， 从 望 远 镜 内 看 到 目 标 的 像 所 对 的 视 角 为 ， 用 肉 眼 看 目 标 所 对 的 视 角 可 近 似 地 认 为 是 a

6、，故 放 大 率 V= /a。 DS3 微 倾 式 水 准 仪 的 望 远 镜 的 放 大 率 一 般 为 28 倍 。2、 水 准 器水 准 器 是 用 来 指 示 视 准 轴 是 否 水 平 或 仪 器 竖 轴 是 否 竖 直 的 装 置 。 水 准 器 分 为 管 水 准 器 和 圆 水 准 器 两 种 ， 管 水 准 器又 称 为 长 水 准 器 或 水 准 管 。 管 水 准 器 用 来 指 示 视 准 轴 是 否 水 平 ， 圆 水 准 器 用 来 指 示 竖 轴 是 否 竖 直 。（ 1） 管 水 准 器管 水 准 器 ， 是 一 纵 向 内 壁 磨 成 圆 弧 形 （ 圆 弧

7、半 径 一 般 为 7 20m） 的 玻 璃 管 ， 管 内 装 酒 精 、 乙 醚 或 二 者 的 混合 液 ， 加 热 融 封 冷 却 后 留 有 一 个 气 泡 见 2-5。 由 于 气 泡 较 轻 ， 故 恒 处 于 管 内 最 高 位 置 。水 准 管 上 一 般 刻 有 间 隔 为 2mm 的 分 划 线 ， 分 划 线 的 中 点 0， 称 为 水 准 管 零 点 （ 见 2-5） 。 通 过 零 点 作水 准 管 圆 弧 的 切 线 ， 称 为 水 准 管 轴 （ 2-5 中 的 L-L） 。 当 水 准 管 的 气 泡 中 点 与 水 准 管 零 点 重 合 时 ， 称 为

8、气 泡居 中 ； 这 时 水 准 管 轴 LL 处 于 水 平 位 置 。 水 准 管 圆 弧 2mm 所 对 的 圆 心 角 （ 2-6） ， 称 为 水 准 管 分 划 值 。用 公 式 表 示 为 ： = （ 2-2-1）式 中 ： 206265 ；R 水 准 管 圆 弧 半 径 ， 单 位 ： mm。式 （ 2-2-1） 说 明 圆 弧 的 半 径 R 愈 大 ， 角 值 愈 小 ， 则 水 准 管 灵 敏 度 愈 高 。 安 装 在 DS3 级 水 准 仪 上 的水 准 管 ， 其 分 划 值 不 大 于 20 /2mm。微 倾 式 水 准 仪 在 水 准 管 的 上 方 安 装 一

9、 组 符 合 棱 镜 ， 如 2-6 所 示 。 通 过 符 合 棱 镜 的 反 射 作 用 ， 使 气 泡 两 端的 像 反 映 在 望 远 镜 旁 的 符 合 气 泡 观 察 窗 中 。 若 气 泡 两 端 的 半 像 符 合 成 一 个 圆 弧 时 ， 就 表 示 气 泡 居 中 。 若 气 泡 的 半 像 错开 ， 则 表 示 气 泡 不 居 中 ， 这 时 ， 应 转 动 微 倾 螺 旋 ， 使 气 泡 的 半 像 符 合 成 一 个 圆 弧 。（ 2） 圆 水 准 器如 2-7， 圆 水 准 器 顶 面 的 内 壁 是 球 面 ， 其 中 有 圆 分 划 圈 ， 圆 圈 的 中 心

10、 为 水 准 器 的 零 点 。 通 过 零 点 作 球 面 的 法 线 ，称 为 圆 水 准 器 轴 ， 当 圆 水 准 器 气 泡 居 中 时 ， 该 轴 线 处 于 竖 直 位 置 。 当 气 泡 不 居 中 时 ， 气 泡 中 心 偏 移 零 点2mm， 轴 线 所 倾 斜 的 角 值 ， 称 为 圆 水 准 器 的 分 划 值 ， 一 般 为 8 -10 。 由 于 它 的 精 度 较 低 ， 故 只 用 于 仪 器 的 粗略 整 平 。（ 3） 基 座基 座 的 作 用 是 支 承 仪 器 的 上 部 并 与 三 脚 架 连 接 。 它 主 要 是 由 轴 座 、 螺 旋 、 底

11、板 和 三 角 压 板 构 成 （ 如2-8） 。二 、 水 准 尺 和 尺 垫水 准 尺 是 水 准 测 量 时 使 用 的 标 尺 。 其 质 量 好 坏 直 接 影 响 水 准 测 量 的 精 度 。 因 此 ， 水 准 尺 需 用 不 易 变 形 且 干 燥 的 优质 木 材 制 成 ； 要 求 尺 长 稳 定 ， 分 划 准 确 。 常 用 的 水 准 尺 有 整 尺 （ 直 尺 ） 、 折 尺 、 塔 尺 三 种 ， 如 2-9 所示 。 水 准 尺 又 可 分 为 单 面 尺 和 双 面 尺 。塔 尺 多 用 于 等 外 水 准 测 量 ， 其 长 度 有 2m 和 5m 两 种

12、 ， 用 两 节 或 三 节 套 接 在 一 起 。 尺 的 底 部 为 零 点 ， 尺 上 黑 白格 相 间 ， 每 格 宽 度 为 1 ， 有 的 为 0.5 ， 每 一 米 和 分 米 处 均 有 注 记 。双 面 水 准 尺 多 用 于 三 、 四 等 水 准 测 量 。 其 长 度 有 2m 和 3m 两 种 ， 且 两 根 尺 为 一 对 。 尺 的 两 面 均 有 刻 划 ， 一面 为 红 白 相 间 称 红 面 尺 ； 另 一 面 为 黑 白 相 间 ， 称 黑 面 尺 （ 也 称 主 尺 ） ， 两 面 的 刻 划 均 为 1 ， 并 在 分 米 处注 字 。 两 根 尺 的 黑 面 均 由 零 开 始 ； 而 红 面 ， 一 根 尺 由 4.687m 开 始 至 6.687m 或 7.687m， 另 一 根 由 4.787m开 始 至 6.787m 或 7.787m。尺 垫 是 在 转 点 处 放 置 水 准 尺 用 的 ， 它 用 生 铁 铸 成 ， 一 般 为 三 角 形 ， 中 央 有 一 突 起 的 半 球 体 ， 下 方 有 三 个 支 脚 ， 如2-10 所 示 。 用 时 将 支 脚 牢 固 地 插 入 土 中 ， 以 防 下 沉 ， 上 方 突 起 的 半 球 形 顶 点 作 为 竖 立 水 准 尺 和 标 志 转 点 之 用 。