水准仪与水准标尺.ppt

测量工程与装备系: 范 百 兴,2019年7月1日,水准仪与水准标尺,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-b,HB=HA+hAB， hAB = HB -HA,知识回顾,知识回顾,leveling staff,staff plate,水准测量设备构成,spike for staff,5.3 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,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） 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 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） S05、S1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。 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, 三脚架 三脚架下沉影响及削 弱措施？ 基座,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 尺台和尺桩的使用情况？ 在观测过程中，尺垫被挪动的后果？ 在观测过程中，尺垫下沉（设均匀下沉）影响？ 如何削弱之？,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 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。 标尺的分划必须正确和精密，分划偶然中误差一般在 811m。 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。 水准标尺应具有整平和扶尺环，以保证标尺垂直稳定 分划颜色形式和颜色应有利于照准读数。,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,5.3 精密水准仪与水准标尺,同一高度基本分划和辅助分划的读数之差基辅差(尺长数),作用 保证标尺处于垂直状态 圆水准器轴应与水准尺纵轴线平行。,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,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,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： 148.653cm,5.3 精密水准仪与水准标尺,Wild N3 精密水准仪,Wild 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),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,Wild N3 精密水准仪,测微器装置,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,Wild N3 精密水准仪,几点说明 逆转测微螺旋，水平视线向下移动，反而反之。 能够观测到离物镜0.3m处的水准标尺 测微器可直接读到0.1mm,可以估读到0.01mm 校验微倾螺旋装置可以测量倾斜度的变化。,圆水准器（ Circular Bubble ）,用途 粗略整平水准仪,圆水准器轴,5.3 精密水准仪与水准标尺,Wild N3 精密水准仪,5.3 精密水准仪与水准标尺,管水准器（ Bubble Tube ）,用途 精平，使视准轴水平。 要求 精度高。附合棱镜 ；,5.3 精密水准仪与水准标尺,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,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,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,自动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,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Ni004,5.4 补偿式自动安平水准仪,5.3 精密水准仪与水准标尺,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,自动安平水准仪的补偿原理,5.3 精密水准仪与水准标尺,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,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,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0.001mm。,5.3 精密水准仪与水准标尺,一、精密水准仪的检验,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。,5.3 精密水准仪与水准标尺,i角误差检验与校正,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,当i 15时，需要进行校正 在J2测站上求出A标尺的正确读数a2=a2-2 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 精密水准仪与水准标尺,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,调焦透镜运行误差的测定,观测方法,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。,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,计算各点12345对于0点的高差Hi=L0-Li 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。 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。,对于各点可列出下列方程式:,5.3 精密水准仪与水准标尺,则法方程式：,由于 ，则可以得到：,将K,代入误差方程式可得i，而调焦透镜运行误差:,规范规定:,5.3 精密水准仪与水准标尺,双摆位自动安平水准仪摆差2c的测定,双摆位自动安平水准仪在观测时如果摆镜不能完全精确地静止在垂直位置，则会对观测产生影响。规范规定，2c40（一、二等水准测量）,观测步骤,则摆差2c为:,5.3 精密水准仪与水准标尺,自动安平水准仪补偿误差的测定,原因:由于装配技术等原因,补偿器对垂直轴补偿不正确.,定人法整平圆水准器 奇数站照准后视方向整平圆水准器,偶数站照准前视方向整平圆水准器泡,则相邻两站观测高差之和可以消除该项误差.,5.3 精密水准仪与水准标尺,自动安平水准仪补偿误差的测定,检验步骤 选择距离D=4050m的AB两点,在其中点设置仪器; 整平仪器，测定AB两点间高差的精确值h作为比较依据； 通过脚螺旋使仪器垂直轴向前、后、左、右倾斜，分别测得 AB之间的高差为h，h，h，h。,比较仪器垂直轴各方向倾斜前后的观测值可得：,5.3 精密水准仪与水准标尺,二、精密水准标尺的检验,精密水准标尺的检验项目 标尺的检视 标尺圆水准器的检校 标尺分划面弯曲差的测定 标尺名义米长及偶然中误差的测定 标尺尺带拉力的测定 一对水准标尺零点差不等及基辅分划读数差的测定,5.3 精密水准仪与水准标尺,水准标尺分划面弯曲差的测定,弯曲差 分划面两端点的连线中点到分划面的距离，反映标尺分划面的弯曲程度，对高差的影响是系统性的。,尺长与弯曲差的关系：,限差 水准规范规定，线条式因瓦水准尺弯曲差应小于4mm。,测定方法 在水准标尺两端点引张一条细线，直接量取细线中点到分划面的距离，即为标尺弯曲差。,5.3 精密水准仪与水准标尺,标尺名义米长及分划偶然中误差的测定,一对水准标尺平均每米真长 测量前后对一对水准标尺每米真长的检定结果的中数。,平均米真长偏差 一对水准标尺平均每米真长与名义长度1m之差，以f 表示： f=平均米真长