第五章5精密水准仪

第五章Ⅴ.精密水准仪及其使用——精密水准仪的特点——精密水准标尺的构造特点——WildN3精密水准仪简介——自动安平水准仪简介——电子数字水准仪简介上一讲应掌握的内容一、精密测角的误差来源及影响

大气层密度的变化对目标成像稳定性的影响日出以后，大约1～3h；日落前3h；夜间平衡稳定大气透明度对目标成像清晰的影响雾大看不清水平（旁）折光的影响白天与黑夜影响方向相反；视线要离开障碍物远些照准目标的相位差

上午与下午影响方向相反温度变化对视准轴的影响

采用按时间对称排列的观测程序来削弱外界条件对觇标内架稳定性的影响（同上）上一讲应掌握的内容水平度盘位移的影响（照准部按规定的转动方向先预转1周）上半测回顺转照准部，下半测回逆转照准部照准部旋转不正确的影响

偏心差和行差，需对镜接合读数与合理测行差照准部水平微动螺旋作用不正确的影响

最后照准时旋进微动螺旋垂直微动螺旋作用不正确的影响在水平角观测时不使用垂直微动螺旋照准照准和读数误差

两次照准读数、目标的背景好、两次接合读数、多余观测、采光的位置适当、旋进测微轮读数等上一讲应掌握的内容三轴误差及其影响

（在一测回的观测过程中不得重新调焦）视准轴误差和水平轴倾斜误差在盘左、盘右读数的平均值中可以得到抵消。垂直轴倾斜误差不能通过盘左、盘右观测结果的平均值消除影响。削减措施：测回间重新整平仪器；对水平方向观测值施加垂直轴倾斜改正数。度盘分划线和测微分划尺的分划误差的影响

各测回的起始方向应均匀地分配在水平度盘和测微分划尺的不同位置上。二、精密角度测量方法：方向观测法（全组合法测角精度，但麻烦，该法已不使用）上一讲应掌握的内容仪器二等三等四等测回数J1J21591269限差项目J1型J2型两次重合读数差半测回归零差一测回2c互差测回互差1"6963"8139三、重测和取舍观测成果应遵循的原则第五章Ⅴ.精密水准仪及其使用包括：精密水准仪和因瓦合金水准尺

气泡式的精密水准仪、自动安平的精密水准仪、数字水准仪以及相应的因瓦合金水准尺。国产的水准仪系列：DS05、DS1、DS3、DS10；对于自动安平水准仪在DS后加Z。精度：每公里往返高差中数的偶然中误差近口的精密水准仪：如：德国蔡司的Ni007，瑞士威特的N3精密水准仪的种类很多一、精密水准仪的特点1.高质量的望远镜光学系统精密水准仪的放大倍率大于40倍，物镜的孔径大于50mm。2.坚固稳定的仪器结构由特殊的合金钢制成，在仪器上套有起隔热作用的防护罩3.高精度的测微器装置光学测微器可以读到0.lmm，估读到0.0lmm4.高灵敏的管水准器管水准器的格值为10″/2mm，有倾斜螺旋装置5.高性能的补偿器装置我国水准仪系列及基本技术参数二、精密水准标尺的构造特点1.当空气的温度和湿度发生变化时，水准标尺分划间的长度必须保持稳定，或仅有微小的变化。

一般精密水准尺的分划是漆在因瓦合金带上，因瓦合金带则以一定的拉力引张在木质尺身的沟槽中，这样因瓦合金带的长度不会受木质尺身伸缩变形影响。水准标尺分划的数字是注记在因瓦合金带两旁的木质尺身上。2.水准标尺的分划必须十分正确与精密，分划的偶然误差和系统误差都应很小。当前精密水准标尺分划的偶然中误差一般在8～llμm。3.水准标尺在构造上应保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等变形。标尺的木质尺身均应以经过特殊处理的优质木料制作。在水准标尺的底面钉有坚固耐磨的金属底板。二、精密水准标尺的构造特点(续)4.在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，观测时使水准标尺保持在铅直位置。5.为了提高对水准标尺分划的照准精度，水准标尺分划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调。一般精密水准标尺都为黑色线条分划，与浅黄色的尺面相配合，有利于观测时对水准标尺分划精确照准。有扶尺环的装置，借助竹竿等以便扶尺者使水准标尺稳定在垂直位置。在精密水准测量作业时，水准标尺应竖立于特制的具有一定重量的尺垫或尺桩上。三、WildN3精密水准仪简介望远镜物镜的有效孔径为50mm，放大倍率为40倍，管状水准器格值为10″/2mm。N3精密水准仪与分格值为10mm的精密因瓦水准标尺配套使用，标尺的基辅差为301.55cm。在望远镜目镜的左边上下有两个小目镜，它们是符合气泡观察目镜和测微器读数目镜1—望远镜目镜2—水准气泡反光镜3—倾斜螺旋4—调焦螺旋5—平行玻璃板测微螺旋6—平行玻璃板旋转轴7—水平微动螺旋8—水平制动螺旋9—脚螺旋10—脚架三、WildN3精密水准仪简介(续)转动倾斜螺旋，使符合气泡观察目镜的水准气泡两端符合，则视线精确水平，此时可转动测微螺旋使望远镜目镜中看到的楔形丝夹准水准标尺上的148分划线，也就是使148分划线平分楔角，再在测微器目镜中读出测微器读数653(即6.53mm)，故水平视线在水准标尺上的全部读数为148.653cm。当平行玻璃板与水平视线正交时，水准标尺上读数应为在两相邻分划148与149之间，此时测微分划上读数为5mm，而不是0。转动测微螺旋，平行玻璃板作前俯，使水平视线向下平移与就近的148分划重合，这时测微分划尺上的读数为6.50mm,而水平视线的平移量应为6.50～5mm，最后读数为:

a=148cm+6.50mm-5mm即a=148.650cm-5mm由上述可知，每次读数中应减去常数5mm,但因在水准测量中计算高差时能自动抵消这个常数，但读数、记录、计算过程中都可以不考虑这个常数。但在单向读数时就必须减去这个初始读数。光学测微器的测微工作原理四、自动安平水准仪简介1—测微器2—圆水准器3—脚螺旋；4—保护玻璃5—调焦螺旋6—制动扳把7—微动螺旋8—望远镜目镜9—水平度盘读数目镜主要特征：光学补偿器自动安平Ni007四、自动安平水准仪简介(续)

光学补偿器光学补偿器6是一块等腰直角棱镜，用弹性薄簧片悬挂形成重力摆，以摆轴为中心可以自由摆动，在重力作用下，最后静止在与重力方向一致的位置上。

光学补偿器的原理当仪器整平时，补偿棱镜在位置Ⅰ，使来自水平方向的光线A转向180°，最后进入十字丝分划板横丝，此时补偿棱镜仅起转向作用，不起补偿作用。当仪器向前倾，即望远镜物镜端向下倾斜一个小角度α时，望远镜目镜随同十字分划板向上位移a，此时，补偿棱镜产生与视准轴倾斜相反的方向摆动，在重力的作用下最后静止在位置Ⅱ。当补偿棱镜摆动最后静止在位置Ⅱ时，将来自水平的光线A，经180°转向后平移了距离a，再经过转向和成像的倒置而正确地进入仪器倾斜后的十字丝分划板横丝处，从而达到了补偿的目的。

四、自动安平水准仪简介(续)五、电子数字水准仪简介主要特征：由传感器识别条形码水准标尺上的条形码分划，经信息转换处理获取观测值，并以数字形式显示或存储在计算机内。观测时，经自动调焦和自动置平后，水准标尺条形码分划影像射到分光镜上，并将其分为两部分：其一是可见光，通过十字丝和目镜，供照准用；其二是红外光射向探测器，它将望远镜接收到的光图像信息转换成电信号，并传输给信息处理机，与机内原有的关于水准标尺的条形码本源信息进行相关处理，从而得出水准标尺上水平视线的读数，并在屏幕显示。五、电子数字水准仪简介(续)自动数字读数原理水准标尺的伪随机条码图像已事先被存储在电子水准仪中作为参考信号。将CCD输出的带测量信息的一片段视频信号，经模数转换后送至信息处理芯片与事先准备好的参考信号进行计算。如至上而下的比较，当两信号相同时（相关系数最大），读数就可以确定。由于标尺到仪器的距离不同，条码在探测器上成像的宽窄也将不同，随之电信号的“宽窄”也将改变。于是引起上述相关的困难采用二维相关法来解决，也就是根据精度要求以一定步距改变仪器内部参考信号的“宽窄”，与探测器采集的测量信号相比较，如果没有相同的两信号，则再改变，再进行一维相关，…参考信号的“宽窄”与视距是对应的，故二维相关中，一维是视距，另一维是视线高。有相关法、几何法、相位法之分，下面介绍相关法DL-301数字水准仪面板功能主菜单总图结束谢谢！威特老N3倒像微倾式精密水准仪精密水准尺徕卡新N3正像精密水准仪拓普康电子水准仪—DL-111C我国水准仪系列及基本技术参数技术参数项目水准仪系列型号S05S1S3每公里往返平均高差中误差望远镜放大率望远镜有效孔径管状水准器格值测微器有效量测范围测微器最小分格值≤0.5mm≥40倍≥60mm10″/2mm5mm0.1mm≤1mm≥40倍≥50mm10″/2mm5mm0.1mm≤3mm≥30倍≥42mm20″/mm自动安平水准仪补偿性能补偿范围安平精度安平时间≤±8′±0.1″2s±8′±0.2″2s±8′±0.5″2s线条分划的分格值有l0mm和5mm两种。分格值为10mm的如图（a），它有两排分划，尺面右边一排分划注记从0～300cm，称为基本分划，左边一排分划注记从300～600cm称为辅助分划，同一高度的基本分划与辅助分划读数相差一个常数（3.0155m），称为基辅差，水准测量作业时可以用以检查读数的正确性。分格值为5mm的如图（b），它也有两排分划，但两排分划彼此错开5mm,所以实际上左边是单数分划，右边是双数分划，也就是单数分划和双数分划各占一排，而没有辅助分划。木质尺面右边注记的是米数，左边是分米数，整个注记从0.1～5.9m，分划注记比实际数值大了一倍，所以测得的高差值必须除以2才是实际的高差值。精密水准标尺的构造特点要识别一串数字中某一个数字，可用十个09数字模板对一串数字中某一个数字（如第一个数字4）逐个进行套合、配准。比较“待识别的数字”与“数字模板”之间的相似性，以判断待识别的数字。显然是4最优。数字相关01234567894度盘读数22°56′58.6″度盘读数135°02′02.3″读数原则：读正像，往增大方向数至对镜分划线有几个大格，1大格为10′；个位分值和秒值在测微器上读取。数字化读数方法度盘读数28°14′24.3″度盘读数123°48′12.4″重测一般应在基本测回（即规定的全部测回）完成以后，对全部成果进行综合分析，作出正确的取舍，并尽可能分析出影响质量的原因，切忌不加分析，片面、盲目地追求观测成果的表面合格，以至最后得不到良好的结果。因对错度盘、测错方向、读错记错、碰动仪器、气泡偏离过大、上半测回归零差超限以及其他原因未测完的测回都可以立即重测，并不计重测数。一测回中2C互差超限或化归同一起始方向后，同一方向值各测回互差超限时，应重测超限方向并联测零方向（起始方向的度盘位置与原测回相同）。因测回互差超限重测时，除明显值外，原则上应重测观测结果中最大值和最小值的测回。重测和取舍观测成果应遵循的原则一测回中超限的方向数大于测站上方向总数的1/3时（包括观测3个方向时，有一个方向重测），应重测整个测回。若零方向的2c互差超限或下半测回的归零差超限，应重测整个测回。在一个测站上重测的方向测回数超过测站上方向测回总数的