第三节　水准仪的技术操作

一、水准仪的使用方法

水准仪的使用包括安置水准仪、粗略整平、照准和调焦、精确整平和读数。

1.安置水准仪

在测站上,首先松开三脚架架腿的固定螺旋,伸缩三个架腿使高度适中,再拧紧固定螺旋。在平坦地面,通常三个脚大致成等边三角形,高度适中,脚架顶面大致水平,用脚踩实架腿,使脚架稳定、牢固;在斜坡地面上,应将两个架腿平置在坡下,另一个架腿安置在斜坡方向上,踩实各个架腿,这样安置仪器比较稳固;在较光滑的地面上安置仪器时,三脚架的三个腿一定不能分得太开,以防止滑动。三脚架安置好后,从仪器箱中取出仪器,旋紧中心连接螺旋将仪器固定在架头上。

2.粗略整平(粗平)

松开水平制动螺旋,转动仪器,将圆水准器置于两个脚螺旋之间,当气泡中心偏离零点位于m处时,如图2-8(a)所示,用两手同时相对(向内或向外)转动1、2两个脚螺旋(此时气泡移动方向与左手拇指移动方向相同)。使气泡沿1、2两螺旋连线的平行方向移至中间n处,如图2-8(b)所示。然后转动第三个脚螺旋,使气泡居中,如图2-8(c)所示。

3.照准和调焦

(1)将望远镜对准明亮的背景,转动目镜使十字丝成像清晰。

(2)松开制动螺旋,转动望远镜,利用望远镜筒上的缺口和准星,粗略瞄准水准尺,旋紧水平制动螺旋。

(3)转动物镜调焦螺旋,并从望远镜内观察至水准尺影像清晰,然后转动水平微动螺旋,使十字丝纵丝照准水准尺中央,如图2-9所示。

(4)消除视差:当尺像与十字丝分划板平面不重合时,眼睛靠近目镜微微上下移动,发现十字丝和目标影像有相对运动,这种现象称为视差,如图2-10(a)、(b)所示。人眼位于中间位置时,十字丝交点O与目标的像a点重合;当眼睛略微向上时,O点又与b点重合;当眼睛略微向下时,O点便与c点重合了。如果连续使眼睛上下移动,就好像看到O点在目标的像上面运动一样。

图2-10(c)是没有视差的情况,此时即不存在上述现象。视差会带来读数误差,所以观测中必须消除。消除视差的方法是反复调节物镜、目镜调焦螺旋,直到无论眼睛在哪个位置观察,十字丝横丝所照准的读数始终清晰不变为止。

4.精确整平

转动微倾螺旋,使符合水准器两半边气泡严密吻合,此时视线水平,可以读数。由于气泡的移动有一个惯性,所以转动微倾螺旋的速度不能太快,尤其在符合水准器的两端气泡影像将要对齐时更要注意。

5.读数

仪器精确整平后,即可读取中丝在水准尺上的读数,读数时,先默估出毫米数,再依次将米、分米、厘米、毫米四位数全部报出。如图2-9所示,读数为0.716m,读数后应检查气泡是否符合,若不符合再精确整平,重新读数。

二、自动安平水准仪和使用方法

用水准仪进行水准测量的特点是通过水准管的气泡居中来获得水平视线。因此,在水准尺上读数时,要用微倾螺旋将水准管气泡居中,这样将会影响水准测量的速度。自动安平水准仪则不需要水准管和微倾螺旋,只要有一个圆水准器即可。安置仪器时,只要使圆水准器的气泡居中,再借助一种称为“补偿器”的特别装置就可以使视线自动处于水平状态。因此,使用这种仪器不仅操作简单,而且能大大缩短观测时间,还可以对水准仪安置不当、地面有微小的震动或脚架的不规则下沉等影响视线水平的因素进行迅速调整,从而得到正确的读数,提高水准测量的精度。

使用方法:自动安平水准仪的操作分为四步,即粗平、检查、照准、读数。其中粗平、照准、读数的方法和微倾式水准仪相同。检查的方法就是按动自动安平水准仪目镜下方的补偿控制按钮,查看补偿器是否正常工作。在粗平时,按动一次按钮,如果目标影像在视场中晃动,就说明补偿器正常工作,可以获得水平视线的读数。

三、精密水准仪和使用方法

精密水准仪和普通水准仪的主要区别是精密水准仪上装有光学测微器,主要用于国家一等和二等精密水准测量、大型建(构)筑物的沉降观测、地震监测、大型精密机械的安装等。我国生产的DS1型精密水准仪,该仪器主要包括望远镜、水准管、符合棱镜系统、光学测微器、读数系统、微倾机构及制动和微动机构等。该仪器望远镜的放大率为40倍,水准管的分划值为10″/2mm,转动测微螺旋可使水平视线在5mm范围内平移,测微器分划尺刻有100个分格,测微器分划尺的最小格值为0.05mm。

配合精密水准仪做精密水准测量的精密水准尺,其刻划印刷在铟瓦合金钢带上,这种合金钢的膨胀系数小,能保证水准尺的尺长准确而稳定。为使铟瓦钢带尺不受木质尺身的伸缩影响,应以一定的拉力将其引张在木质尺身的凹槽内。带尺上刻有5mm或10mm间隔的刻划线,数字注记在木尺上。

精密水准仪的操作方法与一般水准仪基本相同,不同之处是每次读数时都要用光学测微器测出不足一个分格的数值。

四、电子水准仪

电子水准仪又称为数字水准仪,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。目前照准标尺和调焦仍需通过人工目视进行。人工完成照准和调焦之后,一方面标尺条码被成像在望远镜分划板上,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(探测器)上,即线阵电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)上,供电子读数。因此,如果使用传统水准标尺,那么电子水准仪就可以像普通自动安平水准仪一样被使用。

电子水准仪具有如下特点:

(1)自动读数、自动测量。只需照准专用的条码标尺便可自动读数,自动测量视距与中丝读数,自动计算高差,自动进行高差、距离和高程放样测量。

(2)快速进行多次测量并自动计算平均值。

(3)轻便的标尺。专用的条码标尺采用玻璃钢或铟瓦合金钢条材料制成,携带和使用都十分方便。

(4)作业效率高。自动读数提高了测量速度和工作速率。

(5)大显示屏。电子数字水准仪采用的大显示屏,使得信息的显示、阅读及菜单的使用都十分便利。

(6)操作简便。较少的操作键结合自动读数功能大大地简化了测量过程。

(7)无疲劳观测及操作。只要照准标尺聚焦,按动测量键即可完成标尺读数和视距测量。即使聚焦欠佳也不会影响标尺读数,因为标尺读数在很大程度上并不依赖于标尺编码的清晰度,但调焦清晰后可以提高测量速度。

(8)自动记录和存储数据。使用后处理软件可实现水准测量从外业数据采集到最后成果计算的一体化。

(9)将标尺倒立可测出房间或隧道顶部的距离,可做粗略的水平角测量。

(10)含有用户测量程序、视准差检测改正程序及水准网平差程序。

五、使用水准仪应注意的事项

(1)搬运仪器前,须检查仪器箱是否扣好或锁好,提手或背带是否牢固。

(2)从箱内取出仪器时,应先看清仪器在箱内的安放位置,以便使用完毕照原样装箱,仪器取出后,盖好仪器箱。

(3)安置仪器时,注意拧紧架腿螺旋和中心连接螺旋;测量过程中作业员不得离开仪器,特别是在公路、工地等处工作时,更须防止意外事故发生。

(4)操作仪器时,制动螺旋不要拧得过紧,仪器制动后,不得用力转动仪器,转动仪器时必须先松开制动螺旋。

(5)在野外使用仪器时,为避免仪器被曝晒和雨淋,应撑伞遮住仪器。

(6)迁站时,若距离较近,可将仪器各制动螺旋固紧,收拢三脚架,一手持脚架,一手托住仪器搬移。若距离较远,应装箱搬运。

(7)仪器装箱前,先清除仪器外部灰尘,松开制动螺旋,其他螺旋旋至中部位置。仪器装箱时若发现盖不上的情况,应检查仪器是否安放正确,查明原因重新装箱,切勿硬挤硬压。

(8)仪器应放在干燥通风处保存,注意防潮、防霉、防碰撞。