水准仪的使用方法

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1、第二章 测量学基础实验指导 本章根据非测量学专业教学大纲的要求，对部分实验内容进行了删减，将有些实验内容合并 到了一起，共列出 9 项实验。每项实验的教学一般为 4 个学时，每个实验小组可分为 35 人，但应根据实验的具体内容以及实验设备条件灵活安排，以保证每个成员都能进行观测 记录及辅助工作等实践。每项实验的记录表格均列在每次实验的后面，在实验中应做到随时观测、随时记录、随时计 算检核，实验完成后，应将填写完整的观测记录表格裁剪下来，上交指导教师。2.1 水准测量2.1.1 基本知识 测量地面上各点高程的工作，称为高程测量。高程测量根据所使用的仪器和施测方法的不同 分为水准测量、三角高程测量

2、、欺压高程测量和 GPS 高程测量等，其中水准测量是高程测 量中最基本的和精度较高的一种测量方法。水准测量就是利用一条水平视线，并借助水准尺，来测定地面两点间的高差，进而由已知点 的高程推算出未知点的高程的方法。如图2.1.1 所示，设在地面 、两点上竖立水准尺，在 和 两点间安置水准仪，利用水准仪提供一条水平视线，分别截取 、 两点视距尺上的读数 a、 b,可以得到(2.1.1)式中, 点水准尺读数 称为后视读数, 点水准尺读数 为前视读数。、 两点的高差 也可以写为(2.1.2)若 点高程 已知, 则由式(2.1.1)和(2.1.2)可求出 点高程为(2.1.3)图 2.1.1 水准测量原

3、理如果 、 两点距离较远、高差较大或遇到障碍物使视线受阻,不能安置一站仪器完成观测任 务时,可采取分段、连续设站的方法施测,在线路中间设置一些转点 (临时高程传递点, 须放置尺垫)来完成测量工作。水准路线可分为闭合水准路线、附合水准路线和支水准路线 三种。如图2.1.2 所示,可容易得到高程计算公式：(2.1.4)或(2.1.5)2.1.2 水准线路测量水准测量的工具是水准仪,它主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。按仪器精度分,有DS05、DSI、DS3、DSIO等四种型号的仪器。D和S分别为大地测量和水准仪的汉语拼音第一个字母；数字05 、 1、 3、 10表示每千米该仪器往返测量平均值的

4、中误差,单位为毫米。DS05、 DSI 型适用于精密水准测量, DS3、 DSI0 型适用于普通水准测量。按结构分为微倾水 准仪、自动安平水准仪和激光水准仪。(1) 微倾水准仪。借助微倾螺旋获得水平视线。其管 水准器分划值小、灵敏度高。望远镜与管水准器联结成一体。凭借微倾螺旋使管水准器在竖 直面内微作俯仰，符合水准器居中，视线水平。(2) 自动安平水准仪。借助自动安平补偿器 获得水平视线。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 而迅速获得视线水平时的标尺读数。这种仪器较微倾水准仪工效高、精度稳定。(3) 电子水 准仪。利用激光束代替人工读数。将激光器发出的激光束导入

5、望远镜筒内使其沿视准轴方向 射出水平激光束。在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。2.1.2 实验目的(1) 熟悉水准仪的基本构造及主要部件的名称和作用；(2) 了解三脚架的构造和作用，熟悉水准尺的刻划、标注规律，尺垫的作用；(3) 掌握水准仪测量高差的基本步骤；(4) 掌握水准测量的闭合差检核与调整方法。2.1.3 实验仪器(1) 实验室配备：水准仪1 台，三脚架1个，水准尺1 把，尺垫1 个，记录板1 块。(2) 自备：计算器1 个，铅笔1 支，橡皮1块，小刀1把。2.1.4 实验内容 熟悉水准仪各部件的名称和作用，练习从安置水准仪、粗略整平、瞄准水准尺、精平与读数 整

6、个操作流程，学习消除视差的方法，掌握闭合差的计算与调整步骤，每小组完成1 次闭合 水准路线或附合水准路线的测量，要求转点不少于4 个，精度符合要求。2.1.5 实验步骤(1) 安置仪器，熟悉水准仪基本构造、各部件名称和作用1) 选择坚固、平坦、空阔的地方打开三角架，使三角架的三条腿近似等距，架设高度应该 适中，架头应该大致水平，架腿制动螺旋应该固紧；2) 打开仪器箱，双手取出水准仪，将仪器小心地安置到三角架顶面上，用一只手握住仪器， 另一只手松开三脚架中心连接螺旋，将仪器固定在三脚架上；3) 对照教材，观察仪器的各个部件的构造，熟悉各螺旋的名称和作用，试着旋拧各个螺旋 以了解其功能。(2) 学

7、习水准仪粗略整平、瞄准水准尺、精平与读数的操作流程1) 粗略整平 粗略整平是借助圆水准器的气泡居中，使仪器竖轴大致铅直，从而视准轴粗略水平。如图 2.1.3( a )所示，气泡未居中而位于 处；则先按箭头所指方向，用双手相对转动脚螺旋 和，使气泡移动到的位置(图2.1.3 (b)；再左手转动脚螺旋，即可使气泡居中。 在整平的过程中，气泡移动的方向与左手大拇指运动的方向一致。(a) 两个脚螺旋转动方向(b) 第三个脚螺旋转动方向图 2.1.3 概略整平方法2) 瞄准水准尺 将望远镜对着明亮的背景，转动目镜螺旋，使十字丝清晰； 松开制动螺旋，转动望远镜，采用望远镜镜筒上面的照门和准星瞄准水准尺，然

8、后拧紧 制动螺旋； 从望远镜中观察，转动物镜螺旋进行对光，使目标清晰，再转动微动螺旋，使竖丝对准 水准尺； 眼睛在目镜端上下微微移动，若十字丝与目标影响有相对移动，则应重新仔细地进行物 镜对光，直到读数不变为止。3) 精平 眼睛通过位于目镜左方的符合气泡观察窗看水准管气泡，右手转动微倾螺旋，使气泡两端的 像吻合，即表示水准仪的视准轴已精确水平。4) 读数观察十字丝的中丝在水准尺上的分划位置，读取读数。(3) 进行闭合或附合水准路线测量1) 选定一条闭合或附合水准路线，长度以安置46 个测站为宜，确定起始点及水准路线的 前进方向；2) 在起始点和第一个待定点分别立水准尺，在距该两点大致等距处安置

9、仪器，按照粗略整 平、瞄准水准尺、精平与读数的操作流程，分别观测后视读数和前视读数，计算高差 ，然 后将仪器搬至第1和第2点的中间设站观测，得到 ，依次推进测出 、 、；3) 根据已知点高程及各观测站的观测高差，计算水准路线的高差闭合差，并检查是否超限， 如果超限，则应重新观测；如没有超限，则对闭合差进行分配，进而推算出各待测点的高程。2.1.6 注意事项(1) 立尺时应站在水准尺后面，双手扶尺，使尺身保持竖直；(2) 前后视距可先由步数概量，使前、后视距大致相等；(3) 读取读数前，应仔细对光以消除视差；(4) 观测过程中不应进行粗平，若圆水准器气泡发生偏离，应整平仪器后重新观测；每次读 数

10、时都应进行精平；(5) 测量完毕后，应立刻检核，一旦误差超限，应立即重测；(6) 实验中严禁专门化作业，小组成员应轮换操作每一项工作。2.1.7 记录表格基本信息 班级 小组 姓名 学号同组成员 测站点号 天气状况 观测时间实验记录测站 点号后视读数/m前视读数/m高差/m+1 BM1TP12 TP1TP23 TP2TP34 TP3TP45 TP4TP56 TP5TP67 TP6TP78 TP7BM2水准测量计算成果表点号 距离/m测得高差/m改正数/m改正后高差/m高程/mBM1/ / / /12345678BM2工/附 1 微倾式水准仪基本构造和功能介绍附图1.1中为DS3微倾式水准仪的结

11、构示意图，其主要由望远镜、水准器和基座3部分组成, 附图 1.2 为钟光 DS3-Z 微倾式水准仪各部件名称。附图1.1 DS3微倾式水准仪结构示意图1. 连接压板；2. 基座；3. 管水准盒；4. 瞄准器；5. 水准气泡观察窗；6. 目镜；7. 圆水准 器；8. 水平微动螺旋；9. 微倾螺旋；10. 调焦螺旋；11. 准星；12. 物镜；13. 水平制动螺旋； 14. 脚螺旋附图1.2钟光DS3-Z微倾式水准仪的各部件名称(1) 望远镜的构造 望远镜用来瞄准水准尺并在水准尺上进行读数，其构造如附图1.3所示。1. 物镜；2. 齿条；3. 调焦齿轮；4. 调焦镜座；5. 物镜调焦螺旋；6. 十

12、字丝分划板；8. 目 镜组附图 1.3 DS3 微倾式水准仪的望远镜构造为了精确瞄准目标进行读数，望远镜里都安置了十字丝分划板，如附图1.4 所示。竖丝 用于瞄准目标，中间的横丝用来读取前、后视读数，上下两根与中丝平行的短丝用力测量视 距，称为视距丝。1. 十字丝横丝；2. 十字丝竖丝；3. 视距丝附图 1.4 十字丝分划板为使不同视力的人都能观测到清晰的目标，首先将望远镜对准天空(或明亮背景)，然 后旋转目镜上的调焦螺旋，调节目镜与十字丝分划板的距离，即可使十字丝分划板清晰，如 附图1.5 所示。(a)十字丝调整前(b)十字丝调整后附图 1.5 十字丝调整前后对比由于目标距仪器远近不同，所以

13、成像位置有前有后，为了使远近目标的成像都落在十字丝分 划板上，可通过旋转物镜调焦螺旋，移动调焦透镜，改变物镜的等效焦距，使目标的像清晰 的落在十字丝分划板平面上，如图1.6 所示。(a)调整前目标的像(b)调整后目标的像附图1.6 调整前后目标像的对比水准仪的望远镜可绕水准仪的竖轴在基座上水平转动，控制这一转动的是制动螺旋和微 动螺旋。放松制动螺旋，望远镜便可转动，微动螺旋此时不起作用；旋紧制动螺旋，望远镜 则被固定，此时，旋转微动螺旋可使望远镜在水平方向上做微小转动。利用制动螺旋和微动 螺旋，可使望远镜精确地照准目标。(2) 水准器水准器包括圆水准器和管水准器。圆水准器是一个内壁顶面为球面的

14、玻璃圆盒，如附图1.7 所示。球面的正中有圆分划圈，分 划圈的中线为圆水准器的零点，通过零点的球面法线称为圆水准器轴，当气泡居中时，圆水 准器处于铅垂状态。圆水准器的分化值一般为 ，精度较低，一般只用于粗略整平。 管水准器是将一个纵向内壁顶面磨成一定半径圆弧的玻璃管，管内装满酒精和乙醚的混合液， 加热融封冷却后在管内形成一个空隙，如附图1.8所示。水准管圆弧对称点 称为水准管的 零点，当气泡两端以零点为中心对称时，称为气泡居中，此时水准管轴处于水平位置。如果 视准轴与水准管轴平行，则视准轴亦处于水平位置。管水准器的分划值一般为 ，精度较高， 一般用于精确整平。附图1.7 圆水准器 附图 1.8

15、 管水准器(3) 基座 基座由轴座、脚螺旋、三角压板和底板构成，其作用是支撑上部仪器并连接三脚架，通过旋 转基座上的 3 个脚螺旋可整平仪器。附 2 自动安平水准仪基本构造和功能介绍 自动安平水准仪与微倾式水准仪外形相似，操作也十分相似，这里就不再一一介绍。两者区 别在于：(1) 自动安平水准仪的机械部分采用了摩擦制动(无制动螺旋)控制望远镜的转动，(2) 自动安平水准仪的在望远镜的光学系统中装有一个自动补偿器代替了管水准器起到了 自动安平的作用，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。自动安平水准仪由于没有制动螺旋、管水准器和微倾螺旋，在观测时候，在仪器粗略整平后， 即可直接在水准尺上进行读数，因此自动安平水准仪的优点是省略了精平过程，从而大大 加快了测量速度。附图2.1为自动安平水准器的结构示意图，附图2.2苏一光NAL124自动安平水准仪的各部 件名称。1. 物镜；2. 物镜调焦透镜；3. 补偿器棱镜组；4. 十字丝分划板；5. 目镜附图 2.1 自动安平水准器的结构示意图1. 目镜；2. 目镜调焦螺旋；3. 粗瞄器；4. 调焦螺旋；5. 物镜；6.