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行业动态

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【测绘知识】水准仪原理

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。

  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。

  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。

  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象在望远镜分化板上,供目视观测,另一方面通过望远镜的分光镜,标尺条码又被成象在光电传感器(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,电子水准仪又可以象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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