1、第五章第五章 .精密水准仪及其使用精密水准仪及其使用精密水准仪的特点精密水准仪的特点精密水准标尺的构造特点精密水准标尺的构造特点Wild NWild N3 3精密水准仪简介精密水准仪简介自动安平水准仪简介自动安平水准仪简介电子数字水准仪简介电子数字水准仪简介上一讲应掌握的内容上一讲应掌握的内容一、一、电磁波测距概念电磁波测距概念 电磁波测距是利用调制有测距信号的电磁波作为载波电磁波测距是利用调制有测距信号的电磁波作为载波,进进行两点间距离测量。行两点间距离测量。二、脉冲法测距原理二、脉冲法测距原理 脉冲法测距就是直接测定仪器所发射的脉冲信号脉冲法测距就是直接测定仪器所发射的脉冲信号往返于被测距
2、离的传播时间而得到距离值的，即往返于被测距离的传播时间而得到距离值的，即测定发射脉冲与接收脉冲的时间差测定发射脉冲与接收脉冲的时间差t2D。三三、相位法测距原理、相位法测距原理 相位法测距是通过测量含有测距信号的调制波在相位法测距是通过测量含有测距信号的调制波在测线上往返传播所产生的相位移，间接地测定电测线上往返传播所产生的相位移，间接地测定电磁波在测线上往返传播磁波在测线上往返传播t2D，进而求得距离值。，进而求得距离值。212DDc t0212DcDtn(,)nf t pe()()()22cDNNu NNNNf四、整周数四、整周数N值解算的一般原理值解算的一般原理 有可变频率法和固定频率法
3、两种有可变频率法和固定频率法两种五、全站仪中测距新技术五、全站仪中测距新技术 使用高频测距技术使用高频测距技术 温控与动态频率校正技术温控与动态频率校正技术 无棱镜测距技术无棱镜测距技术 目标自动识别技术目标自动识别技术六、测距的误差分析和精度表达式六、测距的误差分析和精度表达式上一讲应掌握的内容上一讲应掌握的内容CfncD4022222220222202)()4(0cnfcDmDnmfmcmmfncm固定误差固定误差 比例误差比例误差 固定误差固定误差 测距的精度表达式测距的精度表达式 m=a+bD 如：如：m=(3mm+210-6D)或或 m=(3mm+2ppmD)七、七、距离观测值的改正
4、距离观测值的改正 气象改正气象改正Dn（在精密距离测量中，测距的同时，要使用温度计、空盒气压在精密距离测量中，测距的同时，要使用温度计、空盒气压计、通风干湿计来测定计、通风干湿计来测定温度、气压、湿度。）温度、气压、湿度。）仪器加常数改正仪器加常数改正DC（可用六段法测定仪器的加常数可用六段法测定仪器的加常数）仪器乘常数改正仪器乘常数改正DR（用比较法可同时测定仪器的加常数和（用比较法可同时测定仪器的加常数和乘常数）乘常数）归心改正归心改正波道曲率改正波道曲率改正Dg （主要是（主要是弧线化为弦长的改正弧线化为弦长的改正）周期误差改正周期误差改正D （测距离的尾数呈现按精测尺为周期变化（测距离
5、的尾数呈现按精测尺为周期变化的一种误差）的一种误差）上一讲应掌握的内容上一讲应掌握的内容CRDDDDD测测在测距精度要求较高，且在测距精度要求较高，且A值大于仪器固定误值大于仪器固定误差的差的1/2时，才加周期误差改正。时，才加周期误差改正。第五章第五章 .精密水准仪及其使用精密水准仪及其使用 包括：包括：精密水准仪和因瓦合金水准尺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Ni
6、007，瑞士威特的N3精密水准仪的种类很多精密水准仪的种类很多我国水准仪系列及基本技术参数我国水准仪系列及基本技术参数一、精密水准仪的特点一、精密水准仪的特点1.高质量的望远镜光学系统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高性能的补偿器装置二、精密水准标尺的构造特点二、精密水准标
7、尺的构造特点1.1.当当空气的温度和湿度发生变化时，水准标尺分划间的长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。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。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8llm。3.水准标尺在构造上应保证全长笔直，并
8、且尺身不易发生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。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二、精密水准标尺的构造特点(续续)4.4.在在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，观测时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。使水准标尺保持在铅直位置。5.5.为了提高对水准标尺分划的照准精度，水准标尺分划的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。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
9、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、三、Wild NWild N3 3精密水准仪简介精密水准仪简介 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
10、7水平微动螺旋8水平制动螺旋9脚螺旋10脚架三、三、Wild NWild N3 3精密水准仪简介精密水准仪简介(续续)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148148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653653(即6.53mm6.53mm)，故水平视线在水准标尺上的全部读数为148.653cm148.653cm。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相邻分划148与与149之间，此时测微分划上读
11、数为之间，此时测微分划上读数为5mm，而不，而不是是0。转动测微螺旋，平行玻璃板作前俯，使水平视线向下平。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移与就近的148分划重合，这时测微分划尺上的读数为分划重合，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而水平视线的平移量应为6.505mm，最后读数为，最后读数为:a=148cm+6.50mm-5mm 即即 a=148.650cm-5mm 由上述可知，每次读数中应减去常数由上述可知，每次读数中应减去常数5mm,但因在水准测量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、计算过中计算高差时能自动抵消这个
12、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。个初始读数。光学测微器的测微工作原理光学测微器的测微工作原理四、自动安平水准仪简介四、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主要特征：光学补偿器自动安平 Ni007 四、自动安平水准仪简介四、自动安平水准仪简介(续续)光学补偿器光学补偿器光学补偿器光学补偿器6是一块等腰直角是一块等腰直角棱镜，用弹性薄簧片悬挂形成棱镜，用弹性薄簧片悬挂形成重力摆，以摆
13、轴为中心可以自重力摆，以摆轴为中心可以自由摆动，在重力作用下，最后由摆动，在重力作用下，最后静止在与重力方向一致的位置静止在与重力方向一致的位置上。上。光学补偿器的原理光学补偿器的原理 当仪器整平时当仪器整平时，补偿棱镜在位置，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，不起补偿作用不起补偿作用。当仪器向前倾当仪器向前倾，即望远镜物镜端向下倾斜一个小角度时，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。当补偿棱镜摆动最后静止在位置时，将来自水平的光线A，经180转向后平移了距离a，再经过
14、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达到了补偿的目的。四、自动安平水准仪简介四、自动安平水准仪简介(续续)五、电子数字水准仪简介五、电子数字水准仪简介主要特征：主要特征：由传感器识别条形码水准标尺上的条形码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。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
15、器，它将望远镜接收到的光图像信息光图像信息转换成电信号电信号，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五、电子数字水准仪简介(续续)自动数字读数原理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
16、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，下面介绍相关法相关法DL-301DL-301数字水准仪面板功能数字水准仪面板功能主菜单总图结束结束谢谢！谢谢！脉冲法测距原理脉冲法测距原理时标脉冲电子门计数器光电转换器发射脉冲发射脉冲接收脉冲接收脉冲反射器DctD221Dtn2仪器仪器相位法测距原理相位法测距原理 往程 返程 A B A 2 2 2 =N 2+1 2 N
17、 N)2(212NftD1(2)2 2()()()22cDNfcDNNu NNNNf光尺？DctD221N N值解算的一般原理值解算的一般原理 有可变频率法和固定频率法两种有可变频率法和固定频率法两种。可变频率法：计算可变频率法：计算N，取取N=0（测距时连续变动调制频率，当然调制波长也作相应的连续变化。当=0时记下频率）112121fcNND11)(21)(21nnfcnNnND111ffnfNn固定频率法：使用多个测尺，取固定频率法：使用多个测尺，取N=0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拓普康电子水准仪 DL-111C我国水准仪系列及基本技术
18、参数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0.5mm40倍60mm10/2mm5mm0.1mm1mm40倍50mm10/2mm5mm0.1mm3mm30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80.12s80.22s80.52s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0300cm，称为基本分划，左边一排分划注记从300600cm称为辅助分划，同一高度的基本分划与辅助分划读数相差
19、一个常数（3.0155m），称为基辅差基辅差，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0.15.9m，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精密水准标尺的构造特点 要识别要识别一串数字中某一个数字，可一串数字中某一个数字，可用十个用十个 0 0 9 9 数字模板对一串数字中某一个数字（如第一数字模板对一串数字中某一个数字（如第一个数字个数字4 4）逐个进行套合、配准。）逐个进行套合、配准。比较比较“待识别的待识别的数字数字”与与“数字模板数字模板”之间的相似性，以判断待之间的相似性，以判断待识别的数字。显然是识别的数字。显然是4最优。最优。数字相关0 1 2 3 4 5 6 7 8 94
