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水準(zhǔn)儀的使用原理及使用方法
日期：2025-06-15 22:12
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摘要：
一 水準(zhǔn)儀儀器原理
微傾水準(zhǔn)儀
借助于微傾螺旋獲得水平視線的一種常用水準(zhǔn)儀。作業(yè)時先用圓水準(zhǔn)器將儀器粗略整平，每次讀數(shù)前再借助微傾螺旋，使符合水準(zhǔn)器在豎直面內(nèi)俯仰，直到符合水準(zhǔn)氣泡**居中，使視線水平。微傾的精密水準(zhǔn)儀同普通水準(zhǔn)儀比較，前者管水準(zhǔn)器的分劃值小、靈敏度高，望遠(yuǎn)鏡的放大倍率大，明亮度強(qiáng)，儀器結(jié)構(gòu)堅固，特別是望遠(yuǎn)鏡與管水準(zhǔn)器之間的聯(lián)接牢固,裝有光學(xué)測微器，并配有精密水準(zhǔn)標(biāo)尺，以提高讀數(shù)精度。中國生產(chǎn)的微傾式精密水準(zhǔn)儀，其望遠(yuǎn)鏡放大倍率為40倍,管水準(zhǔn)器分劃值為10″/2毫米，光學(xué)測微器*小讀數(shù)為0.05毫米，望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)部分、管水準(zhǔn)器和光學(xué)測微器都共同安裝在防熱罩內(nèi)。
自動安平水準(zhǔn)儀
借助于自動安平補償器獲得水平視線的一種水準(zhǔn)儀。它的特點主要是當(dāng)望遠(yuǎn)鏡視線有微量傾斜時，補償器在重力作用下對望遠(yuǎn)鏡作相對移動,從而能自動而迅速地獲得視線水平時的標(biāo)尺讀數(shù)。補償?shù)幕驹硎牵寒?dāng)望遠(yuǎn)鏡視線水平時，與物鏡主點同高的水準(zhǔn)標(biāo)尺上物點P構(gòu)成的像點Z0應(yīng)落在十字絲交點Z上。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對水平線傾斜一小角α后，十字絲交點Z向上移動，但像點Z0仍在原處，這樣即產(chǎn)生一讀數(shù)差Z0Z。當(dāng)很小時可以認(rèn)為Z0Z 的間距為α×f′（f′為物鏡焦距），這時可在光路中K點裝一補償器，使光線產(chǎn)生屈折角β，在滿足α×f′=β×s0（s0為補償器至十字絲中心的距離，即KZ）的條件下，像Z0就落在Z點上；或使十字絲自動對儀器作反方向擺動，十字絲交點Z落在Z0點上。
如光路中不采用光線屈折而采用平移時，只要平移量等于Z0Z，則十字絲交點Z落在像點Z0上，也同樣能達(dá)到Z0和Z重合的目的。自動安平補償器按結(jié)構(gòu)可分為活動物鏡、活動十字絲和懸掛棱鏡等多種。補償裝置都有一個“擺”，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡視線略有傾斜時，補償元件將產(chǎn)生擺動，為使“擺”的擺動能盡快地得到穩(wěn)定，必須裝一空氣阻尼器或磁力阻尼器。這種儀器較微傾水準(zhǔn)儀工效高、精度穩(wěn)定，尤其在多風(fēng)和氣溫變化大的地區(qū)作業(yè)更為顯著。
激光水準(zhǔn)儀
利用激光束代替人工讀數(shù)的一種水準(zhǔn)儀。將激光器發(fā)出的激光束導(dǎo)入望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)，使其沿視準(zhǔn)軸方向射出水平激光束。
利用激光的單色性和相干性，可在望遠(yuǎn)鏡物鏡前裝配一塊具有一定遮光圖案的玻璃片或金屬片，即波帶板，使之所生衍射干涉。經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦，在波帶板的調(diào)焦范圍內(nèi)，獲得一明亮而精細(xì)的十字型或圓形的激光光斑，從而更**地照準(zhǔn)目標(biāo)。如在前、后水準(zhǔn)標(biāo)尺上配備能自動跟蹤的光電接收靶，即可進(jìn)行水準(zhǔn)測量。在施工測量和大型構(gòu)件裝配中，常用激光水準(zhǔn)儀建立水平面或水平線。
數(shù)字水準(zhǔn)儀是目前**進(jìn)的水準(zhǔn)儀，配合專門的條碼水準(zhǔn)尺，通過儀器中內(nèi)置的數(shù)字成像系統(tǒng)，自動獲取水準(zhǔn)尺的條碼讀數(shù)，不再需要人工讀數(shù)。這種儀器可大大降低測繪作業(yè)勞動強(qiáng)度，避免人為的主觀讀數(shù)誤差，提高測量精度和效率。
電子水準(zhǔn)儀
電子水準(zhǔn)儀又稱數(shù)字水準(zhǔn)儀，它是在自動安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它采用條碼標(biāo)尺，各廠家標(biāo)尺編碼的條碼圖案不相同，不能互換使用。2013年前照準(zhǔn)標(biāo)尺和調(diào)焦仍需目視進(jìn)行。人工完成照準(zhǔn)和調(diào)焦之后，標(biāo)尺條碼一方面被成象在望遠(yuǎn)鏡分化板上，供目視觀測，另一方面通過望遠(yuǎn)鏡的分光鏡，標(biāo)尺條碼又被成象在光電傳感器（又稱探測器）上，即線陣CCD器件上，供電子讀數(shù)。因此，如果使用傳統(tǒng)水準(zhǔn)標(biāo)尺，電子水準(zhǔn)儀又可以象普通自動安平水準(zhǔn)儀一樣使用。不過這時的測量精度低于電子測量的精度。特別是精密電子水準(zhǔn)儀，由于沒有光學(xué)測微器，當(dāng)成普通自動安平水準(zhǔn)儀使用時，其精度更低。
當(dāng)前電子水準(zhǔn)儀采用了原理上相差較大的三種自動電子讀數(shù)方法：
1）相關(guān)法（徠卡NA3002/3003）
2) 幾何法（蔡司DiNi10/20）
3) 相位法（拓普康DL101C/102C）
二 水準(zhǔn)儀的使用方法
水準(zhǔn)儀的使用包括：水準(zhǔn)儀的安置、粗平、瞄準(zhǔn)、精平、讀數(shù)五個步驟。
1. 安置 安置是將儀器安裝在可以伸縮的三腳架上并置于兩觀測點之間。 首先打開三腳架并使高度適中，用目估法使架頭大致水平并檢查腳架是否牢固，然后打開儀器箱，用連接螺旋將水準(zhǔn)儀器連接在三腳架上。
2. 粗平 粗平是使儀器的視線粗略水平，利用腳螺旋置圓水準(zhǔn)氣泡居于圓指標(biāo)圈之中。具體方法：用儀器練習(xí)。在整平過程中，氣泡移動的方向與大姆指運動的方向一致。
3. 瞄準(zhǔn) 瞄準(zhǔn)是用望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)確地瞄準(zhǔn)目標(biāo)。 首先是把望遠(yuǎn)鏡對向遠(yuǎn)處明亮的背景，轉(zhuǎn)動目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲*清晰。再松開固定螺旋，旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，使照門和準(zhǔn)星的連接對準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，擰緊固定螺旋。**轉(zhuǎn)動物鏡對光螺旋，使水準(zhǔn)尺的清晰地落在十字絲平面上，再轉(zhuǎn)動微動螺旋，使水準(zhǔn)尺的像靠于十字豎絲的一側(cè)。
4. 精平 精平是使望遠(yuǎn)鏡的視線**水平。微傾水準(zhǔn)儀，在水準(zhǔn)管上部裝有一組棱鏡，可將水準(zhǔn)管氣泡兩端，折射到鏡管旁的符合水準(zhǔn)觀察窗內(nèi)，若氣泡居中時，氣泡兩端的象將符合成一拋物線型，說明視線水平。若氣泡兩端的象不相符合，說明視線不水平。這時可用右手轉(zhuǎn)動 微傾螺旋使氣泡兩端的象完全符合，儀器便可提供一條水平視線，以滿足水準(zhǔn)測量基本原理的要求。注意：氣泡左半部分的移動方向，總與右手大拇指的方向不一致。
5. 讀數(shù) 用十字絲，截讀水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)?，F(xiàn)在的水準(zhǔn)儀多是倒象望遠(yuǎn)鏡，讀數(shù)時應(yīng)由上而下進(jìn)行。先估讀毫米級讀數(shù)，后報出全部讀數(shù)。注意，水準(zhǔn)儀使用步驟一定要按上面順序進(jìn)行，不能顛倒，特別是讀數(shù)前的符合水泡調(diào)整， 一定要在讀數(shù)前進(jìn)行。
