1、本次课程主要内容本次课程主要内容 精密水准仪和水准标尺精密水准仪和水准标尺 自动安平水准仪自动安平水准仪 水准仪的检校水准仪的检校 水准标尺的检校水准标尺的检校知识回顾知识回顾 水准测量原理水准测量原理hAB=a-bHB=HA+hAB，hAB=HB-HA知识回顾知识回顾levelleveling staffstaff plate 水准测量设备构成水准测量设备构成spike for staff3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺 高质量的望远镜光学系统高质量的望远镜光学系统(40倍，倍，50mm)坚固稳定的仪器结构坚固稳定的仪器结构 高精度的测微装置高精度的测微装置(直读直读0.1m
2、m，估读估读0.01mm)高灵敏的管水准器高灵敏的管水准器 高性能的补偿装置高性能的补偿装置1.精密水准仪的构造特点精密水准仪的构造特点3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺 水准仪基本水准仪基本分类（按工作原理）分类（按工作原理）q 微倾式水准仪微倾式水准仪(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通过补偿器获得水平视线读数的水准仪称为 中国水准仪中国水准仪基本基本分类（按精度）分类（按精度）
3、q S05、S1为精密水准仪为精密水准仪(Precise Level)用于国家一、二等水准测量和精密工程测量；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。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。用于国家三、四等水准测量和常规工程建设测量。3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺3 3 精密水准仪与水准标尺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 三脚架三脚架三脚架下沉影响及削三脚架下沉影响及削 弱措施？弱措施？
4、基座基座1.精密水准仪的构造特点精密水准仪的构造特点作用作用 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。个尖足便于将其踩入土中，以固稳防动。问题问题q 尺台和尺桩的使用情况？尺台和尺桩的使用情况？q 在观测过程中，尺垫被挪动的后果？在观测过程中，尺垫被挪动的后果？q 在观测过程中，尺垫下沉（设均匀下沉）影响？在观测过程中，尺垫下沉（设均匀下沉）影响？如何削弱之？如何削弱之？2.尺垫（尺台）尺垫（尺台）(
5、staff plate)3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺 确定水准高差的长度标准确定水准高差的长度标准 精密水准标尺的要求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。稳定或变化微小。q 标尺的分划必须正确和精密，标尺的分划必须正确和精密，分划偶然中误差一般在分划偶然中误差一般在 811 m。q 水准标尺应保持笔直，并且尺身不应发生长度和弯曲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。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水准标尺应具有整平和扶尺
6、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。分划颜色形式和颜色应有利于照准读数。3.精密水准标尺精密水准标尺3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺3 3 精密水准仪与水准标尺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 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。3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺300 296 298 294 292 290 288 286 284 282 280 278 600 59
7、8 596 594 592 590 588 586 584 582 580 304 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同一高度基本分划和辅本分划和辅助分划的读助分划的读数之差数之差基辅基辅差差(尺长数尺长数)q 作用作用 保证标尺处于垂直状态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。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：3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺 精密水准标尺的水准器精密水准标尺的水准器3 3 精密水准仪
8、与水准标尺精密水准仪与水准标尺4.Wild N3 精密水准仪精密水准仪 参数：参数：物镜有效孔径物镜有效孔径5050mm,放大倍率放大倍率4040倍倍,管水准器格值管水准器格值1010/2/2mm,与与1010mm注记的因瓦水准尺配合使用注记的因瓦水准尺配合使用,标尺基辅差标尺基辅差为为3015.53015.5mm。3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺4.Wild N3 精密水准仪精密水准仪 符合水准气符合水准气泡两端符合则视泡两端符合则视线精确水平，转线精确水平，转动测微螺旋即可动测微螺旋即可精确读数：精确读数：148.653148.653cm3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准
9、仪与水准标尺4.Wild N3 精密水准仪精密水准仪 Wild N3 精密水准仪倾斜螺旋装置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符合水准气泡两端影像不符值小于1cm时，才允许精确整平。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。倾斜螺旋有分划盘，可以精确测量视准轴倾斜的角度值。3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺 平行玻璃板测微器平行玻璃板测微器(Parallel Plate Micrometer)q 组成组成：平行玻璃板、测微尺平行玻璃板、测微尺,传动杆和测微螺旋等构件。传动杆和测微螺旋等构件。3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水
10、准标尺4.Wild N3 精密水准仪精密水准仪 测微器装置测微器装置q 工作原理工作原理 平行玻璃板安装在物镜前平行玻璃板安装在物镜前,它与测微尺（初始读数为它与测微尺（初始读数为5mm）之间用带有齿条的传动杆连接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。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,从而读从而读到一个整分划读数到一个整分
11、划读数,而视线在尺上的平行移动量则由测微尺记录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。下来，测微尺的读数通过光路成像在测微尺读数窗内。3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺4.Wild N3 精密水准仪精密水准仪 几点说明几点说明q 逆转测微螺旋，水平视线向下移动，反而反之。逆转测微螺旋，水平视线向下移动，反而反之。q 能够观测到离物镜能够观测到离物镜0.3m处的水准标尺处的水准标尺q 测微器可直接读到测微器可直接读到0.1mm,可以估读到可以估读到0.01mmq 校验微倾螺旋装置可以测量倾斜度的变化。校验微倾螺旋装置可以测量倾斜度的变化
12、。圆水准器（圆水准器（Circular Bubble）q 用途用途 粗略整平水准仪粗略整平水准仪q 圆水准器轴圆水准器轴3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺4.Wild N3 精密水准仪精密水准仪3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺 管水准器（管水准器（Bubble Tube）q 用途用途精平，使视准精平，使视准轴水平。轴水平。q 要求要求精度高。精度高。附合附合棱镜棱镜；3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺5.Zeiss Ni004精密水准仪精密水准仪与与1010mm注记的因瓦水准尺配合使用注记的因瓦水准尺配合使用,受温度变化影响较小受温度变化影响较小3
13、3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺6.国产国产S1精密水准仪精密水准仪与与5 5mm注记的因瓦水准尺配合使用注记的因瓦水准尺配合使用,测微器最小分划为测微器最小分划为0.050.05mmmm。4 4 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪1.自动安平水准仪自动安平水准仪(Compensator Level)结构特点结构特点 没有管水准器和微倾螺旋。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国产自动安平水准仪的型号是在DS后加字母后加字母Z，即为：即为：DSZ05、DSZ1、DSZ3、DSZ10，其中其中Z代表代表“自动安平自动安平”汉汉语拼音的第一个字母。语拼音的第一个字
14、母。4 4 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪2.自动安平水准仪的补偿原理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。同经纬仪垂直度盘指标自动归零原理。gfagf2fg2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。4 4 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪4 4 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪2.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
15、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。22fal 光学补偿器光学补偿器4 4 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪2 光学测微器4 4 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪5.4.3自动安平水准仪Ni0044 4 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺2.自动安平水准仪自动安平水准仪Koni 007屋脊形直角棱镜等腰直角棱镜
16、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4 4 补偿式自动安平水准仪补偿式自动安平水准仪2.自动安平水准仪的补偿原理自动安平水准仪的补偿原理3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺2.自动安平水准仪自动安平水准仪Koni 007 德国蔡司厂生产德国蔡司厂生产,立柱形立柱形,有利于升高观测视线。有利于升高观测视线。潜望式望远镜潜望式望远镜,物镜孔径物镜孔径40mm,mm,放大倍率放大倍率31.5,这正像这正像。补偿器工作范围补偿器工作范围 1212,安平精度安平精度 0.30.3 每每kmkm往返高差中数的偶然中误差为往返高差中数的偶然中误差为:M M=0.5mm0.5mm
17、。和分划和分划5 5mmmm的标尺配合使用的标尺配合使用3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺一、精密水准仪的检验一、精密水准仪的检验1.水准仪的检验项目水准仪的检验项目 水准仪的检视水准仪的检视 圆水准器的检校圆水准器的检校 光学测微器隙动差和分划值的测定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水泡式水准仪交叉误差的检校 i角检校角检校 双摆位自动安平水准仪摆差双摆位自动安平水准仪摆差2c的测定的测定3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺一、精密水准仪的检验一、精密水准仪的检验2.光学测微器隙动差和分划值得测定光学测微器隙动差和分划值得测定 基本思想基本
18、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。分划尺进行比较求得。特制分划尺特制分划尺 三等标准金属线纹尺或同等精度的钢尺，分划线宽度三等标准金属线纹尺或同等精度的钢尺，分划线宽度为为1 1mmmm。限差限差 规范规定，实测格值与名义格值之差应小于规范规定，实测格值与名义格值之差应小于0.0010.001mmmm。3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺一、精密水准仪的检验一、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必须满
19、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，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，在而是二条空间直线，在垂直平面上投影的交角垂直平面上投影的交角，称为，称为i角误差，在水平平面上投影的交角，称为角误差，在水平平面上投影的交角，称为 角误差，也角误差，也叫交叉误差。叫交叉误差。LLZZL1L1Z1Z1L2L2Z2Z2i3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺 i角误差检验与校正角误差检验与校正q 基本原理基本原理 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在不同距离上水准标
20、尺的读数差求出i角。角。3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺 222222221111111122hbababahhbababahAB两点的理论高差为：两点的理论高差为：1221hh两式联立可得：两式联立可得：si由图解可以得到：由图解可以得到：10i当当s=20.6m时：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。3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准
21、仪与水准标尺 i角误差检验与校正角误差检验与校正3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺q 当当i 15时，需要进行校正时，需要进行校正q 在在J2测站上求出测站上求出A标尺的正确读数标尺的正确读数a2=a2-2q 对好读数，再校正气泡两端符合。对好读数，再校正气泡两端符合。经过经过i角的检验和校正，视准轴与水准轴在垂直面上角的检验和校正，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。的投影已经保持平行，但是在水平面上的投影还不平行。3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺 交叉误差的测定交叉误差的测定3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺
22、4.倾斜螺旋隙动差和分划值的测定倾斜螺旋隙动差和分划值的测定 在基本恒温的室内进行，距离在基本恒温的室内进行，距离D处竖立水准标尺，气处竖立水准标尺，气泡符合，旋转倾斜螺旋，当水准标尺上读数由泡符合，旋转倾斜螺旋，当水准标尺上读数由L1移至移至L5之间的距离为之间的距离为l 时倾斜螺旋转了时倾斜螺旋转了g格格.Dl倾斜螺旋一个分格的值倾斜螺旋一个分格的值:gDlg 基本思想基本思想3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺5.调焦透镜运行误差的测定调焦透镜运行误差的测定 观测方法观测方法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，
23、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。3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺 计算方法计算方法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:5151imhh 如果调焦时，视准轴方向保持不变且与水准轴平行，则:m21hhh3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺 如果视准轴与水准轴不平行，而存在如果视准轴与水准轴不平行，而存在i角，则各角，则各
24、hi与与hm不等，不等，其差数其差数i=hi-hm；如果调焦透镜运行正确，则如果调焦透镜运行正确，则i 将由两部份误差影响组成：将由两部份误差影响组成：一是一是i角的影响，当距离为角的影响，当距离为si时，其误差为时，其误差为si tani或或siK；另一部另一部是观测误差和其它误差的影响是观测误差和其它误差的影响。KsKsKsKsKs5544332211对于各点可列出下列方程式对于各点可列出下列方程式:3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺 52KsssKs则法方程式：0 KssssssssK3051000552222由于 ，则可以得到：Ksviiiii)30(将K,代入误差方程式
25、可得i，而调焦透镜运行误差:规范规定:)(1)(5.0用于三四等仪器用于一二等仪器mmmmvi3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺6.双摆位自动安平水准仪摆差双摆位自动安平水准仪摆差2c的测定的测定 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）观测步骤观测步骤q 上下丝分别对AB进行视距读数q 摆镜位于I位置时，对AB基本 分划读数5次q 摆镜位于II位置时，对AB基本分划读数5次则摆差2c为:2/)(/)(2BIBIIBAIAIIADRRDRRc3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺7.自动
26、安平水准仪补偿误差的测定自动安平水准仪补偿误差的测定 原因原因:由于装配技术等原因由于装配技术等原因,补偿器对垂直轴补偿不正确补偿器对垂直轴补偿不正确.定人法整平圆水准器定人法整平圆水准器 奇数站照准后视方向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偶数站照准前视方向整平圆水准器泡整平圆水准器泡,则相邻两站观测高差之和可以消除该项误差则相邻两站观测高差之和可以消除该项误差.3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺7.自动安平水准仪补偿误差的测定自动安平水准仪补偿误差的测定 检验步骤检验步骤q 选择距离选择距离D=4050m的的AB两点两点,在其中点设置仪器在其中点设
27、置仪器;q 整平仪器，测定整平仪器，测定AB两点间高差的精确值两点间高差的精确值h作为比较依据；作为比较依据；q 通过脚螺旋使仪器垂直轴向前、后、左、右倾斜，分别测得通过脚螺旋使仪器垂直轴向前、后、左、右倾斜，分别测得 AB之间的高差为之间的高差为h，h，h，h。hhhhhhhhhhhh DhDhDhDh4321比较仪器垂直轴各方向倾斜前后的观测值可得：比较仪器垂直轴各方向倾斜前后的观测值可得：3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺二、精密水准标尺的检验二、精密水准标尺的检验1.精密水准标尺的检验项目精密水准标尺的检验项目 标尺的检视标尺的检视 标尺圆水准器的检校标尺圆水准器的检校
28、标尺分划面弯曲差的测定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名义米长及偶然中误差的测定 标尺尺带拉力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一对水准标尺零点差不等及基辅分划读数差的测定3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺2.水准标尺分划面弯曲差的测定水准标尺分划面弯曲差的测定 弯曲差弯曲差 分划面两端点的连线中点到分划面的距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，对高差的离，反映标尺分划面的弯曲程度，对高差的影响是系统性的。影响是系统性的。lfLll382尺长与弯曲差的关系：尺长与弯曲差的关系：限差限差 水准
29、规范规定，线条式因瓦水准尺弯曲差应小于水准规范规定，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，即为标尺弯曲差划面的距离，即为标尺弯曲差。3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺3.标尺名义米长及分划偶然中误差的测定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。平均米真长偏差平均米真长偏差 一对水准标尺平均每米真长与名义长度一对水准标
30、尺平均每米真长与名义长度1m之差，以之差，以f 表示：表示：f=平均米真长平均米真长-1m 限差限差 水准规范规定，一对水准标尺平均每米真长偏差应该小于水准规范规定，一对水准标尺平均每米真长偏差应该小于0.1mm，大于大于0.02mm则应对观测高差施加每米真长改正则应对观测高差施加每米真长改正：=h+=h+f h。检定检定 利用双频激光干涉仪进行测量检定利用双频激光干涉仪进行测量检定。3 3 精密水准仪与水准标尺精密水准仪与水准标尺4.一对水准标尺零点不等差及基辅分划读数差的测定一对水准标尺零点不等差及基辅分划读数差的测定 零点误差零点误差 水准标尺的底面到第一分划线中线的距离与理论标注值之水准标尺的底面到第一分划线中线的距离与理论标注值之差即为零点误差。差即为零点误差。一对水准标尺的零点不等差一对水准标尺的零点不等差 两支水准标尺的零点差之差。两支水准标尺的零点差之差。消除消除 通过两测站高差之和。通过两测站高差之和。基辅差基辅差 同一视线高度上，水准标尺的基本分划和辅助分划之差，同一视线高度上，水准标尺的基本分划和辅助分划之差，随着标尺类型的不同而不同。随着标尺类型的不同而不同。
