第五章-4精密水準(zhǔn)儀課件

第五章Ⅳ.精密水準(zhǔn)儀及其使用——精密水準(zhǔn)儀的特點——精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的構(gòu)造特點——WildN3精密水準(zhǔn)儀簡介——自動安平水準(zhǔn)儀簡介——電子數(shù)字水準(zhǔn)儀簡介上一講應(yīng)掌握的內(nèi)容一、精密測角的誤差來源及影響

大氣層密度的變化對目標(biāo)成像穩(wěn)定性的影響日出以后，大約1～3h；日落前3h；夜間平衡穩(wěn)定大氣透明度對目標(biāo)成像清晰的影響霧大看不清水平（旁）折光的影響白天與黑夜影響方向相反；視線要離開障礙物遠(yuǎn)些照準(zhǔn)目標(biāo)的相位差

上午與下午影響方向相反溫度變化對視準(zhǔn)軸的影響

采用按時間對稱排列的觀測程序來削弱外界條件對覘標(biāo)內(nèi)架穩(wěn)定性的影響（同上）上一講應(yīng)掌握的內(nèi)容水平度盤位移的影響（照準(zhǔn)部按規(guī)定的轉(zhuǎn)動方向先預(yù)轉(zhuǎn)1周）上半測回順轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部，下半測回逆轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)不正確的影響

偏心差和行差，需對鏡接合讀數(shù)與合理測行差照準(zhǔn)部水平微動螺旋作用不正確的影響

最后照準(zhǔn)時旋進(jìn)微動螺旋垂直微動螺旋作用不正確的影響在水平角觀測時不使用垂直微動螺旋照準(zhǔn)照準(zhǔn)和讀數(shù)誤差

兩次照準(zhǔn)讀數(shù)、目標(biāo)的背景好、兩次接合讀數(shù)、多余觀測、采光的位置適當(dāng)、旋進(jìn)測微輪讀數(shù)等上一講應(yīng)掌握的內(nèi)容三軸誤差及其影響

（在一測回的觀測過程中不得重新調(diào)焦）視準(zhǔn)軸誤差和水平軸傾斜誤差在盤左、盤右讀數(shù)的平均值中可以得到抵消。垂直軸傾斜誤差不能通過盤左、盤右觀測結(jié)果的平均值消除影響。削減措施：測回間重新整平儀器；對水平方向觀測值施加垂直軸傾斜改正數(shù)。度盤分劃線和測微分劃尺的分劃誤差的影響

各測回的起始方向應(yīng)均勻地分配在水平度盤和測微分劃尺的不同位置上。第五章Ⅴ.精密水準(zhǔn)儀及其使用包括：精密水準(zhǔn)儀和因瓦合金水準(zhǔn)尺

氣泡式的精密水準(zhǔn)儀、自動安平的精密水準(zhǔn)儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀以及相應(yīng)的因瓦合金水準(zhǔn)尺。國產(chǎn)的水準(zhǔn)儀系列：DS05、DS1、DS3、DS10；對于自動安平水準(zhǔn)儀在DS后加Z。精度：每公里往返高差中數(shù)的偶然中誤差近口的精密水準(zhǔn)儀：如：德國蔡司的Ni007，瑞士威特的N3精密水準(zhǔn)儀的種類很多一、精密水準(zhǔn)儀的特點1.高質(zhì)量的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)精密水準(zhǔn)儀的放大倍率大于40倍，物鏡的孔徑大于50mm。2.堅固穩(wěn)定的儀器結(jié)構(gòu)由特殊的合金鋼制成，在儀器上套有起隔熱作用的防護(hù)罩3.高精度的測微器裝置光學(xué)測微器可以讀到0.lmm，估讀到0.0lmm4.高靈敏的管水準(zhǔn)器管水準(zhǔn)器的格值為10″/2mm，有傾斜螺旋裝置5.高性能的補償器裝置我國水準(zhǔn)儀系列及基本技術(shù)參數(shù)二、精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的構(gòu)造特點1.當(dāng)空氣的溫度和濕度發(fā)生變化時，水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃間的長度必須保持穩(wěn)定，或僅有微小的變化。

一般精密水準(zhǔn)尺的分劃是漆在因瓦合金帶上，因瓦合金帶則以一定的拉力引張在木質(zhì)尺身的溝槽中，這樣因瓦合金帶的長度不會受木質(zhì)尺身伸縮變形影響。水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的數(shù)字是注記在因瓦合金帶兩旁的木質(zhì)尺身上。2.水準(zhǔn)標(biāo)尺的分劃必須十分正確與精密，分劃的偶然誤差和系統(tǒng)誤差都應(yīng)很小。當(dāng)前精密水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的偶然中誤差一般在8～llμm。3.水準(zhǔn)標(biāo)尺在構(gòu)造上應(yīng)保證全長筆直，并且尺身不易發(fā)生長度和彎扭等變形。標(biāo)尺的木質(zhì)尺身均應(yīng)以經(jīng)過特殊處理的優(yōu)質(zhì)木料制作。在水準(zhǔn)標(biāo)尺的底面釘有堅固耐磨的金屬底板。二、精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的構(gòu)造特點(續(xù))4.在精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的尺身上應(yīng)附有圓水準(zhǔn)器裝置，觀測時使水準(zhǔn)標(biāo)尺保持在鉛直位置。5.為了提高對水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的照準(zhǔn)精度，水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的形式和顏色與水準(zhǔn)標(biāo)尺的顏色相協(xié)調(diào)。一般精密水準(zhǔn)標(biāo)尺都為黑色線條分劃，與淺黃色的尺面相配合，有利于觀測時對水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃精確照準(zhǔn)。有扶尺環(huán)的裝置，借助竹竿等以便扶尺者使水準(zhǔn)標(biāo)尺穩(wěn)定在垂直位置。在精密水準(zhǔn)測量作業(yè)時，水準(zhǔn)標(biāo)尺應(yīng)豎立于特制的具有一定重量的尺墊或尺樁上。三、WildN3精密水準(zhǔn)儀簡介望遠(yuǎn)鏡物鏡的有效孔徑為50mm，放大倍率為40倍，管狀水準(zhǔn)器格值為10″/2mm。N3精密水準(zhǔn)儀與分格值為10mm的精密因瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺配套使用，標(biāo)尺的基輔差為301.55cm。在望遠(yuǎn)鏡目鏡的左邊上下有兩個小目鏡，它們是符合氣泡觀察目鏡和測微器讀數(shù)目鏡1—望遠(yuǎn)鏡目鏡2—水準(zhǔn)氣泡反光鏡3—傾斜螺旋4—調(diào)焦螺旋5—平行玻璃板測微螺旋6—平行玻璃板旋轉(zhuǎn)軸7—水平微動螺旋8—水平制動螺旋9—腳螺旋10—腳架三、WildN3精密水準(zhǔn)儀簡介(續(xù))轉(zhuǎn)動傾斜螺旋，使符合氣泡觀察目鏡的水準(zhǔn)氣泡兩端符合，則視線精確水平，此時可轉(zhuǎn)動測微螺旋使望遠(yuǎn)鏡目鏡中看到的楔形絲夾準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺上的148分劃線，也就是使148分劃線平分楔角，再在測微器目鏡中讀出測微器讀數(shù)653(即6.53mm)，故水平視線在水準(zhǔn)標(biāo)尺上的全部讀數(shù)為148.653cm。當(dāng)平行玻璃板與水平視線正交時，水準(zhǔn)標(biāo)尺上讀數(shù)應(yīng)為在兩相鄰分劃148與149之間，此時測微分劃上讀數(shù)為5mm，而不是0。轉(zhuǎn)動測微螺旋，平行玻璃板作前俯，使水平視線向下平移與就近的148分劃重合，這時測微分劃尺上的讀數(shù)為6.50mm,而水平視線的平移量應(yīng)為6.50～5mm，最后讀數(shù)為:

a=148cm+6.50mm-5mm即a=148.650cm-5mm由上述可知，每次讀數(shù)中應(yīng)減去常數(shù)5mm,但因在水準(zhǔn)測量中計算高差時能自動抵消這個常數(shù)，但讀數(shù)、記錄、計算過程中都可以不考慮這個常數(shù)。但在單向讀數(shù)時就必須減去這個初始讀數(shù)。光學(xué)測微器的測微工作原理四、自動安平水準(zhǔn)儀簡介1—測微器2—圓水準(zhǔn)器3—腳螺旋；4—保護(hù)玻璃5—調(diào)焦螺旋6—制動扳把7—微動螺旋8—望遠(yuǎn)鏡目鏡9—水平度盤讀數(shù)目鏡主要特征：光學(xué)補償器自動安平Ni007四、自動安平水準(zhǔn)儀簡介(續(xù))

光學(xué)補償器光學(xué)補償器6是一塊等腰直角棱鏡，用彈性薄簧片懸掛形成重力擺，以擺軸為中心可以自由擺動，在重力作用下，最后靜止在與重力方向一致的位置上。

光學(xué)補償器的原理當(dāng)儀器整平時，補償棱鏡在位置Ⅰ，使來自水平方向的光線A轉(zhuǎn)向180°，最后進(jìn)入十字絲分劃板橫絲，此時補償棱鏡僅起轉(zhuǎn)向作用，不起補償作用。當(dāng)儀器向前傾，即望遠(yuǎn)鏡物鏡端向下傾斜一個小角度α?xí)r，望遠(yuǎn)鏡目鏡隨同十字分劃板向上位移a，此時，補償棱鏡產(chǎn)生與視準(zhǔn)軸傾斜相反的方向擺動，在重力的作用下最后靜止在位置Ⅱ。當(dāng)補償棱鏡擺動最后靜止在位置Ⅱ時，將來自水平的光線A，經(jīng)180°轉(zhuǎn)向后平移了距離a，再經(jīng)過轉(zhuǎn)向和成像的倒置而正確地進(jìn)入儀器傾斜后的十字絲分劃板橫絲處，從而達(dá)到了補償?shù)哪康摹?/p>

四、自動安平水準(zhǔn)儀簡介(續(xù))設(shè)計時只要使補償鏡的懸掛長度等于物鏡焦距的一半即可。五、電子數(shù)字水準(zhǔn)儀簡介主要特征：由傳感器識別條形碼水準(zhǔn)標(biāo)尺上的條形碼分劃，經(jīng)信息轉(zhuǎn)換處理獲取觀測值，并以數(shù)字形式顯示或存儲在計算機內(nèi)。觀測時，經(jīng)自動調(diào)焦和自動置平后，水準(zhǔn)標(biāo)尺條形碼分劃影像射到分光鏡上，并將其分為兩部分：其一是可見光，通過十字絲和目鏡，供照準(zhǔn)用；其二是紅外光射向探測器，它將望遠(yuǎn)鏡接收到的光圖像信息轉(zhuǎn)換成電信號，并傳輸給信息處理機，與機內(nèi)原有的關(guān)于水準(zhǔn)標(biāo)尺的條形碼本源信息進(jìn)行相關(guān)處理，從而得出水準(zhǔn)標(biāo)尺上水平視線的讀數(shù)，并在屏幕顯示。五、電子數(shù)字水準(zhǔn)儀簡介(續(xù))自動數(shù)字讀數(shù)原理水準(zhǔn)標(biāo)尺的偽隨機條碼圖像已事先被存儲在電子水準(zhǔn)儀中作為參考信號。將CCD輸出的帶測量信息的一片段視頻信號，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至信息處理芯片與事先準(zhǔn)備好的參考信號進(jìn)行計算。如至上而下的比較，當(dāng)兩信號相同時（相關(guān)系數(shù)最大），讀數(shù)就可以確定。由于標(biāo)尺到儀器的距離不同，條碼在探測器上成像的寬窄也將不同，隨之電信號的“寬窄”也將改變。于是引起上述相關(guān)的困難采用二維相關(guān)法來解決，也就是根據(jù)精度要求以一定步距改變儀器內(nèi)部參考信號的“寬窄”，與探測器采集的測量信號相比較，如果沒有相同的兩信號，則再改變，再進(jìn)行一維相關(guān)，…參考信號的“寬窄”與視距是對應(yīng)的，故二維相關(guān)中，一維是視距，另一維是視線高。有相關(guān)法、幾何法、相位法之分，下面介紹相關(guān)法DL-301數(shù)字水準(zhǔn)儀面板功能主菜單總圖總結(jié)精密水準(zhǔn)儀的特點：高質(zhì)量的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)（40倍，50mm）堅固穩(wěn)定的儀器結(jié)構(gòu)（有起隔熱作用的防護(hù)罩）高精度的測微器裝置（使用楔形絲照準(zhǔn)，直讀到0.lmm）；用測微器比直接讀多讀5cm,在高差中消除。但在單向讀數(shù)時就必須減去這個常數(shù)。4.高靈敏的管水準(zhǔn)器或高性能的補償器裝置精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的構(gòu)造特點：分劃必須十分正確與精密，有因瓦合金帶標(biāo)尺應(yīng)保證全長筆直，由優(yōu)質(zhì)木料制作尺身上附有圓水準(zhǔn)器裝置多數(shù)有基本分劃和輔助分劃。有10cm分劃(基輔差30155)和5cm分劃(基輔差60650)之分，5cm分劃注記比實際數(shù)值大了一倍，故測得的高差值必須除以2。只有基本分劃的通常時5cm分劃的精密水準(zhǔn)標(biāo)尺。結(jié)束再見！威特老N3倒像微傾式精密水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)尺徠卡新N3正像精密水準(zhǔn)儀拓普康電子水準(zhǔn)儀—DL-111C我國水準(zhǔn)儀系列及基本技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)項目水準(zhǔn)儀系列型號S05S1S3每公里往返平均高差中誤差望遠(yuǎn)鏡放大率望遠(yuǎn)鏡有效孔徑管狀水準(zhǔn)器格值測微器有效量測范圍測微器最小分格值≤0.5mm≥40倍≥60mm10″/2mm5mm0.1mm≤1mm≥40倍≥50mm10″/2mm5mm0.1mm≤3mm≥30倍≥42mm20″/mm自動安平水準(zhǔn)儀補償性能補償范圍安平精度安平時間≤±8′±0.1″2s±8′±0.2″2s±8′±0.5″2s線條分劃的分格值有l(wèi)0mm和5mm兩種。分格值為10mm的如圖（a），它有兩排分劃，尺面右邊一排分劃注記從0～300cm，稱為基本分劃，左邊一排分劃注記從300～600cm稱為輔助分劃，同一高度的基本分劃與輔助分劃讀數(shù)相差一個常數(shù)（3.0155m），稱為基輔差，水準(zhǔn)測量作業(yè)時可以用以檢查讀數(shù)的正確性。分格值為5mm的如圖（b），它也有兩排分劃，但兩排分劃彼此錯開5mm,所以實際上左邊是單數(shù)分劃，右邊是雙數(shù)分劃，也就是單數(shù)分劃和雙數(shù)分劃各占一排，而沒有輔助分劃。木質(zhì)尺面右邊注記的是米數(shù)，左邊是分米數(shù)，整個注記從0.1～5.9m，分劃注記比實際數(shù)值大了一倍，所以測得的高差值必須除以2才是實際的高差值。精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的構(gòu)造特點要識別一串?dāng)?shù)字中某一個數(shù)字，可用十個09數(shù)字模板對一串?dāng)?shù)字中某一個數(shù)字（如第一個數(shù)字4）逐個進(jìn)行套合、配準(zhǔn)。比較“待識別的數(shù)字”與“數(shù)字模板”之間的相似性，以判斷待識別的數(shù)字。顯然是4最優(yōu)。數(shù)字相關(guān)0123456