水准仪与水准标尺

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1、测量工程与装备系: 范 百 兴*水准仪与水准水准仪与水准 标尺标尺本次课程主要内容 精密水准仪和水准标尺 自动安平水准仪 水准仪的检校 水准标尺的检校 高程基准面(Height Datum) 水准原点（Leveling Origin） 平均海水面(Mean Sea Level) 验潮(Tidal Observation)、验潮站 1956年黄海高程系统 1985国家高程基准 绝对高程、海拔高程、标高、高程 水准测量、三角高程、GPS高程 流体静力水准测量、重力水准测量、气压水准测量知识回顾知识回顾 水准测量原理hAB=a-bHB=HA+hAB， hAB = HB -HA知识回顾知识回顾leve

2、lleveling staffstaff plate 水准测量设备构成spike for staff5.3 精密水准仪与水准标尺 高质量的望远镜光学系统 (40倍，50mm) 坚固稳定的仪器结构 高精度的测微装置 (直读0.1mm，估读0.01mm) 高灵敏的管水准器 高性能的补偿装置1. 精密水准仪的构造特点5.3 精密水准仪与水准标尺 水准仪基本分类（按工作原理）q 微倾式水准仪(Title Level)通过调整水准仪使管水准气泡居中获得水平视线的水准仪q 自动安平水准仪(Compensator Level)通过补偿器获得水平视线读数的水准仪称为 中国水准仪基本分类（按精度）q S05、S

3、1为精密水准仪(Precise Level)用于国家一、二等水准测量和精密工程测量； 每公里往返平均高差高差的偶然中误差的毫米数。q S3、S10为普通水准仪(General Level) 用于国家三、四等水准测量和常规工程建设测量。5.3 精密水准仪与水准标尺5.3 精密水准仪与水准标尺望远镜 水准器 视准轴 水准器轴 脚螺旋 三脚架 三脚架下沉影响及削 弱措施？ 基座1. 精密水准仪的构造特点 作用在转点处放置水准尺用的，它是用生铁铸成的三角形板座，尺垫中央有一凸起的半球体以便于放置水准尺，下有三 个尖足便于将其踩入土中，以固稳防动。 问题q 尺台和尺桩的使用情况？q 在观测过程中，尺垫被

4、挪动的后果？q 在观测过程中，尺垫下沉（设均匀下沉）影响？如何削弱之？2. 尺垫（尺台）(staff plate)5.3 精密水准仪与水准标尺 确定水准高差的长度标准 精密水准标尺的要求q 温度湿度发生变化时，水准标尺分划间的长度应保持稳定或变化微小。q 标尺的分划必须正确和精密，分划偶然中误差一般在 811m。q 水准标尺应保持笔直，并且尺身不应发生长度和弯曲形变，包括磨损。q 水准标尺应具有整平和扶尺环，以保证标尺垂直稳定q 分划颜色形式和颜色应有利于照准读数。3. 精密水准标尺5.3 精密水准仪与水准标尺5.3 精密水准仪与水准标尺1 0 2 0 3 0 9 5 8 5 78 5 6 5

5、 5 5 配Koni007和 和S1因瓦水 准标尺，分 划间隔5mm ，基辅差 6065mm，注 记放大一倍 。双面水准标 尺，分划间 隔10mm， 基辅差 4787mm或 者4687mm 。5.3 精密水准仪与水准标尺300 296 298 294 292 290 288 286 284 282 280 278 600 598 596 594 592 590 588 586 584 582 580 304 2 4 6 8 10 12 306 308 310 312 314 配Wild N3 因瓦水准标 尺，分划间 隔10mm， 基辅差 3015.5mm。辅助分划基本分划同一高度基 本分划和辅

6、 助分划的读 数之差基辅差(尺长数) q 作用保证标尺处于垂直状态 q 圆水准器轴应与水准尺纵轴线平行。检验方法：校正方法：影响分析：5.3 精密水准仪与水准标尺 精密水准标尺的水准器5.3 精密水准仪与水准标尺4. Wild N3 精密水准仪 参数：物镜有效孔径50mm,放大倍率40倍,管水准器格值 10/2mm,与10mm注记的因瓦水准尺配合使用,标尺基辅差 为3015.5mm。5.3 精密水准仪与水准标尺4. Wild N3 精密水准仪 符合水准气泡 两端符合则视线 精确水平，转动 测微螺旋即可精 确读数：148.653cm5.3 精密水准仪与水准标尺4. Wild N3 精密水准仪 W

7、ild N3 精密水准仪倾斜螺旋装置符合水准气泡两端影像不符值小于1cm时，才允许精确整平 。倾斜螺旋有分划盘，可以精确测量视准轴倾斜的角度值。5.3 精密水准仪与水准标尺 平行玻璃板测微器(Parallel Plate Micrometer)q 组成 ：平行玻璃板、测微尺,传动杆和测微螺旋等构件。5.3 精密水准仪与水准标尺4. Wild N3 精密水准仪 测微器装置 q 工作原理平行玻璃板安装在物镜前,它与测微尺（初始读数为5mm ）之间用带有齿条的传动杆连接,当旋转测微螺旋时，传动杆带动平行玻璃板绕其旋转轴作俯仰倾斜。视线经过倾斜的平行玻璃板时产生上下平行移动,可以使原 来并不对准尺上某

8、一分划的视线能够精确对准某一分划,从而读 到一个整分划读数,而视线在尺上的平行移动量则由测微尺记录下来，测微尺的读数通过光路成像在测微尺读数窗内。5.3 精密水准仪与水准标尺4. Wild N3 精密水准仪 几点说明q 逆转测微螺旋，水平视线向下移动，反而反之。q 能够观测到离物镜0.3m处的水准标尺q 测微器可直接读到0.1mm,可以估读到0.01mmq 校验微倾螺旋装置可以测量倾斜度的变化。 圆水准器（ Circular Bubble ）q 用途粗略整平水准仪q 圆水准器轴5.3 精密水准仪与水准标尺4. Wild N3 精密水准仪5.3 精密水准仪与水准标尺 管水准器（ Bubble T

9、ube ）q 用途精平，使视准轴水平。q 要求精度高。附合棱镜 ；5.3 精密水准仪与水准标尺5. Zeiss Ni004精密水准仪与10mm注记的因瓦水准尺配合使用,受温度变化影响较小5.3 精密水准仪与水准标尺6. 国产S1精密水准仪与5mm注记的因瓦水准尺配合使用,测微器最小分划为0.05mm。5.4 补偿式自动安平水准仪1. 自动安平水准仪(Compensator Level) 结构特点没有管水准器和微倾螺旋。 国产自动安平水准仪的型号是在DS后加字母Z，即为：DSZ05、DSZ1、DSZ3、DSZ10，其中Z代表“自动安平”汉语拼音的第一个字母。5.4 补偿式自动安平水准仪2. 自动

10、安平水准仪的补偿原理同经纬仪垂直度盘指标自动归零原理。如果 则 也就是说，如果光学补偿器安置在望远镜像方光路上的f/2处，当偏转角等于两倍视准轴倾斜角时，补偿器能得到正确的补偿。同样，若补偿器能使来自水平的光线平移量a=f，则平移后的光线也将正确地进入十字丝分划O1处 ，从而得到正确补偿的目的。 5.4 补偿式自动安平水准仪5.4 补偿式自动安平水准仪2. 自动安平水准仪Koni 007当望远镜物镜端向下倾斜一个小角度，补偿棱镜产生与视准轴相反的方向摆动同样一个小角度，如果补 偿棱镜摆动前后的位移是a/2，则来自水平方向的光线 A经过补偿棱镜后的前后平移为a。设补偿棱镜的悬挂 长度为l,并顾及

11、到a=f ,则要补偿棱镜的悬挂长等于物镜焦距的一半，就可达到 正确补偿的目的。 光学补偿器5.4 补偿式自动安平水准仪2 光学测微器5.4 补偿式自动安平水准仪5.4.3自动安平水准仪Ni0045.4 补偿式自动安平水准仪5.3 精密水准仪与水准标尺2. 自动安平水准仪Koni 007屋脊形直角棱镜等腰直角棱镜五角棱镜保护玻璃望远镜物镜水平度盘调焦透镜目镜度盘目镜5.4 补偿式自动安平水准仪2. 自动安平水准仪的补偿原理5.3 精密水准仪与水准标尺2. 自动安平水准仪Koni 007 德国蔡司厂生产,立柱形,有利于升高观测视线。 潜望式望远镜,物镜孔径40mm,放大倍率31.5,这正像。 补偿

12、器工作范围12,安平精度0.3 每km往返高差中数的偶然中误差为:M=0.5mm。 和分划5mm的标尺配合使用5.3 精密水准仪与水准标尺一、精密水准仪的检验1. 水准仪的检验项目 水准仪的检视 圆水准器的检校 光学测微器隙动差和分划值的测定 水泡式水准仪交叉误差的检校 i角检校 双摆位自动安平水准仪摆差2c的测定5.3 精密水准仪与水准标尺一、精密水准仪的检验 2. 光学测微器隙动差和分划值得测定 基本思想利用一根分划值经过精密检定的特制分划尺和测微器分划尺进行比较求得。 特制分划尺三等标准金属线纹尺或同等精度的钢尺，分划线宽度 为1mm。 限差规范规定，实测格值与名义格值之差应小于0.00

13、1mm 。5.3 精密水准仪与水准标尺一、精密水准仪的检验 3. 视准轴与水准轴相互关系的检验与校正 视准轴与水准轴必须满足相互平行 视准轴与水准轴既不在同一平面内，也不互相平行，而是二条空间直线，在垂直平面上投影的交角，称为i角误差，在水平平面上投影的交角，称为 角误差，也叫交叉误差。LLZZL1L1 Z1 Z1L2L2Z2Z2i5.3 精密水准仪与水准标尺 i角误差检验与校正 q 基本原理i角对水准标尺上读数的影响与距离成正比，比较 在不同距离上水准标尺的读数差求出i角。5.3 精密水准仪与水准标尺AB两点的理论高差为：两式联立可得：由图解可以得到：当s=20.6m时：把水准仪和一台经纬仪

14、面对面地架设在一起，并使二者 望远镜大致同高。将水准仪的望远镜对无穷远调焦，转向经 纬仪并使视线放到水平状态，在其目镜后放灯光照亮十字丝 。用经纬仪瞄准水准仪的十字丝，则两视准轴相互平行。读 取经纬仪的竖直角，即水准仪的i角。当然可多测回观测取平均，以提高精度。5.3 精密水准仪与水准标尺 i角误差检验与校正5.3 精密水准仪与水准标尺q 当i 15时，需要进行校正q 在J2测站上求出A标尺的正确读数a2=a2-2q 对好读数，再校正气泡两端符合。经过i角的检验和校正，视准轴与水准轴在垂直面上的投影已经保持平行，但是在水平面上的投影还不平行。5.3 精密水准仪与水准标尺 交叉误差的测定5.3

15、精密水准仪与水准标尺4. 倾斜螺旋隙动差和分划值的测定在基本恒温的室内进行，距离D处竖立水准标尺，气 泡符合，旋转倾斜螺旋，当水准标尺上读数由L1移至L5之 间的距离为l 时倾斜螺旋转了g格.倾斜螺旋一个分格的值: 基本思想5.3 精密水准仪与水准标尺5. 调焦透镜运行误差的测定 观测方法q 在A点依次观测012345各点上的同一水准标尺，返测时观测顺序相反，完成一测回观测，共测4测回，不调焦。q 在0点依次观测12345各点上的同一水准标尺，返测时观测顺序相反，完成一测回观测，共测4测回，测回内调焦， 测回间变换仪器高。5.3 精密水准仪与水准标尺 计算方法q 计算各点12345对于0点的高差Hi=L0-Liq 计算0点视线的高度:hi=Hi+Mi, Mi是仪器在0点时照准其余各点4测回读数的中数。q 计算0点仪器视线的平均高度hm:如果调焦时，视准轴方向保 持不变且与水准轴平行，则:5.3 精密水准仪与水准标尺如果视准轴与水准轴不平行，而存在i角，则各hi与hm不等，其差数i=hi-hm； 如果调焦透镜运行正确，则i 将由两部份误差影响组成：一是i角的影响，当距离为si时，其误差为si tani或siK；另一部是观测误差和其它误差的影响。对于各点