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水准仪简介、分类及其原理。

内容简介:水准仪(英文:level)是建立水平视 线测定地面两点间高差的仪器。原理为根据水 准测量原理测量地面点间高差。主要部件有望远镜、管水准器(或补偿器)、垂直轴、基座、脚螺旋。按结构分为微 倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和 数字水准仪(又称电子水准仪)。按精度分为精 密水准仪和普通水准仪。

      水准仪是在17~18世纪发明了望 远镜和水准器后出现的。20世纪初,在制出内调焦 望远镜和符合水准器的基础上生产出微倾水准仪。20世纪50年代初出现了 自动安平水准仪;60年代研制出激 光水准仪;90年代出现电子 水准仪或数字水准仪。

水准仪分类及其原理——西安博汇仪器
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水准仪的结构

      水准仪(英文:level)是建立水平视 线测定地面两点间高差的仪器。原理为根据水 准测量原理测量地面点间高差。主要部件有望远镜、管水准器(或补偿器)、垂直轴、基座、脚螺旋。按结构分为微 倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和 数字水准仪(又称电子水准仪)。按精度分为精 密水准仪和普通水准仪。

 
水准仪分类
 
      1、水准仪微倾水准仪
      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、水准仪自动安平
      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,自动安平水准 仪补偿器在重力 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、水准仪激光水准仪
      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
 
      4、水准仪数字水准仪
      这是20世纪90年代发展的水准仪,集光机电、计算机和图像 处理等高新技术为一体,是现代科技最 新发展的结晶。

水准仪原理
 
      1、水准仪微倾水准仪
      借助于微倾螺 旋获得水平视线的一种常用水准仪。作业时先用圆 水准器将仪器粗略整平,每次读数前再 借助微倾螺旋,使符合水准器 在竖直面内俯仰,直到符合水准 气泡精确居中,使视线水平。微倾的精密水 准仪同普通水准仪比较,前者管水准器 的分划值小、灵敏度高,望远镜的放大倍率大,明亮度强,仪器结构坚固,特别是望远镜 与管水准器之间的联接牢固,装有光学测微器,并配有精密水准标尺,以提高读数精度。中国生产的微 倾式精密水准仪,其望远镜放大倍率为40倍,管水准器分划值为10″/2毫米,光学测微器最 小读数为0.05毫米,望远镜照准部分、管水准器和光 学测微器都共同安装在防热罩内。
 
      2、水准仪自动安平
      借助于自动安 平补偿器获得水平视线的一种水准仪。它的特点主要是当望远镜视线 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。补偿的基本原理是:当望远镜视线水平时,与物镜主点同 高的水准标尺上物点P构成的像点Z0应落在十字丝交点Z上。当望远镜对水 平线倾斜一小角α后,十字丝交点Z向上移动,但像点Z0仍在原处,这样即产生一读数差Z0Z。当很小时可以认为Z0Z 的间距为α×f′(f′为物镜焦距),这时可在光路中K点装一补偿器,使光线产生屈折角β,在满足α×f′=β×S0(S0为补偿器至十 字丝中心的距离,即KZ)的条件下,像Z0就落在Z点上;或使十字丝自 动对仪器作反方向摆动,十字丝交点Z落在Z0点上。
      如光路中不采 用光线屈折而采用平移时,只要平移量等于Z0Z,则十字丝交点Z落在像点Z0上,也同样能达到Z0和Z重合的目的。自动安平补偿 器按结构可分为活动物镜、活动十字丝和 悬挂棱镜等多种。补偿装置都有一个“摆”,当望远镜视线 略有倾斜时,补偿元件将产生摆动,为使“摆”的摆动能尽快 地得到稳定,必须装一空气 阻尼器或磁力阻尼器。这种仪器较微 倾水准仪工效高、精度稳定,尤其在多风和 气温变化大的地区作业更为显著。
 
      3、水准仪激光水准仪
      利用激光束代 替人工读数的一种水准仪。将激光器发出 的激光束导入望远镜筒内,使其沿视准轴 方向射出水平激光束。
      利用激光的单 色性和相干性,可在望远镜物 镜前装配一块具有一定遮光图案的玻璃片或金属片,即波带板,使之所生衍射干涉。经过望远镜调焦,在波带板的调 焦范围内,获得一明亮而 精细的十字型或圆形的激光光斑,从而更精确地 照准目标。如在前、后水准标尺上 配备能自动跟踪的光电接收靶,即可进行水准测量。在施工测量和 大型构件装配中,常用激光水准 仪建立水平面或水平线。
      数字水准仪是 目前最先进的水准仪,配合专门的条 码水准尺,通过仪器中内 置的数字成像系统,自动获取水准 尺的条码读数,不再需要人工读数。这种仪器可大 大降低测绘作业劳动强度,避免人为的主 观读数误差,提高测量精度和效率。
 
      4、水准仪电子水准仪
      电子水准仪又 称数字水准仪,它是在自动安 平水准仪的基础上发展起来的。它采用条码标尺,各厂家标尺编 码的条码图案不相同,不能互换使用。2013年前照准标尺 和调焦仍需目视进行。人工完成照准 和调焦之后,标尺条码一方 面被成像在望远镜分化板上,供目视观测,另一方面通过 望远镜的分光镜,标尺条码又被 成像在光电传感器(又称探测器)上,即线阵CCD器件上,供电子读数。因此,如果使用传统 水准标尺,电子水准仪又 可以像普通自动安平水准仪一样使用。不过这时的测 量精度低于电子测量的精度。特别是精密电 子水准仪,由于没有光学测微器,当成普通自动 安平水准仪使用时,其精度更低。
      当前电子水准 仪采用了原理上相差较大的三种自动电子读数方法:
      1)相关法(徕卡NA3002/3003)
      2) 几何法(蔡司DiNi10/20)
      3) 相位法(拓普康DL101C/102C)

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