東英測繪——不同類型水準儀的工作原理

一、儀器原理

（1）微傾水準儀

借助于微傾螺旋獲得水平視線的一種常用水準儀。作業時先用圓水準器將儀器粗略整平，每次讀數前再借助微傾螺旋，使符合水準器在豎直面內俯仰，直到符合水準氣泡精確居中，使視線水平。微傾的精密水準儀同普通水準儀比較，前者管水準器的分劃值小、靈敏度高，望遠鏡的放大倍率大，明亮度強，儀器結構堅固，特別是望遠鏡與管水準器之間的聯接牢固,裝有光學測微器，并配有精密水準標尺，以提高讀數精度。中國生產的微傾式精密水準儀，其望遠鏡放大倍率為40倍,管水準器分劃值為10″/2毫米，光學測微器最小讀數為0.05毫米，望遠鏡照準部分、管水準器和光學測微器都共同安裝在防熱罩內。

（2）自動安平

借助于自動安平補償器獲得水平視線的一種水準儀。它的特點主要是當望遠鏡視線有微量傾斜時，補償器在重力作用下對望遠鏡作相對移動,從而能自動而迅速地獲得視線水平時的標尺讀數。補償的基本原理是：當望遠鏡視線水平時，與物鏡主點同高的水準標尺上物點P構成的像點Z0應落在十字絲交點Z上。當望遠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，這樣即產生一讀數差Z0Z。當很小時可以認為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，使光線產生屈折角β，在可以滿足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，也同樣能達到Z0和Z重合的目的。自動安平補償器按結構可分為活動物鏡、活動十字絲和懸掛棱鏡等多種。補償裝置都有一個“擺”，當望遠鏡視線略有傾斜時，補償元件將產生擺動，為使“擺”的擺動能盡快地得到穩定，必須裝一空氣阻尼器或磁力阻尼器。這種儀器較微傾水準儀工效高、精度穩定，尤其在多風和氣溫變化大的地區作業更為顯著。

（3）激光水準儀

利用激光束代替人工讀數的一種水準儀。將激光器發出的激光束導入望遠鏡筒內，使其沿視準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。經過望遠鏡調焦，在波帶板的調焦范圍內，獲得一明亮而精細的十字型或圓形的激光光斑，從而更精確地照準目標。如在前、后水準標尺上配備能自動跟蹤的光電接收靶，即可進行水準測量。在施工測量和大型構件裝配中，常用激光水準儀建立水平面或水平線。

數字水準儀是目前最先進的水準儀，配合專門的條碼水準尺，通過儀器中內置的數字成像系統，自動獲取水準尺的條碼讀數，不再需要人工讀數。這種儀器可大大降低測繪作業勞動強度，避免人為的主觀讀數誤差，提高測量精度和效率。

（4）電子水準儀

電子水準儀又稱數字水準儀，它是在自動安平水準儀的基礎上發展起來的。它采用條碼標尺，各廠家標尺編碼的條碼圖案不相同，不能互換使用。2013年前照準標尺和調焦仍需目視進行。人工完成照準和調焦之后，標尺條碼一方面被成像在望遠鏡分化板上，供目視觀測，另一方面通過望遠鏡的分光鏡，標尺條碼又被成像在光電傳感器（又稱探測器）上，即線陣CCD器件上，供電子讀數。因此，如果使用傳統水準標尺，電子水準儀又可以像普通自動安平水準儀一樣使用。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儀，由于沒有光學測微器，當成普通自動安平水準儀使用時，其精度更低。

二、水準儀的使用方法

（1）安置水準儀

打開三腳架并使高度適中，目估使架頭大致水平，檢查腳架腿是否安置穩固，腳架伸縮螺旋是否擰緊，然后打開儀器箱取出水準儀，置于三腳架頭上用連接螺旋將儀器牢固地固連在三腳架頭上；

（2）粗略整平

粗平是借助圓水準器的氣泡居中，使儀器豎軸大致鉛垂，從而視準軸粗略水平，在整平的過程中，氣泡的移動方向與左手大拇指運動的方向—致；

（3）瞄準水準尺

首先進行目鏡對光，即把望遠鏡對著明亮的背景，轉動目鏡對光螺旋，使十字絲清晰，再松開制動螺旋，轉動望遠鏡，用望遠鏡筒上的照門和準星瞄準水準尺，擰緊制動螺旋，然后從望遠鏡中觀察；轉動物鏡對光螺旋進行對光，使目標清晰，再轉動微動螺旋，使豎絲對準水準尺；當眼睛在目鏡端上下微微移動時，若發現十字絲與目標影像有相對運動，這種現象稱為視差，產生視差的原因是目標成像的平面和十字絲平面不重合。由于視差的存在會影響到讀數的正確性，必須加以消除，消除的方法是重新仔細地進行物鏡對光，直到眼睛上下移動，讀數不變為止，此時，從目鏡端見到十字絲與目標的像都十分清晰；

（4）精平與讀數

眼睛通過位于目鏡左方的符合氣泡觀察窗看水準管氣泡，右手轉動微傾螺旋，使氣泡兩端的像吻合，即表示水準儀的視準軸已精確水平，這時，即可用十字絲的中絲在尺上讀數，現在的水準儀多采用倒像望遠鏡，因此讀數時應從小往大，即從上往下讀，先估讀毫米數，然后報出全部讀數。

以上就是不同類型水準儀的工作原理，如果你還有什么不了解的地方，歡迎留言或者在線咨詢，我們會及時與您聯系。東英測繪儀器有限公司提供RTK/GPS、全站儀、水準儀、經緯儀、無人機等測繪儀器的銷售、租賃、檢定、校正、維修等服務，也承接測繪培訓與各種內外業工程測量任務，有相關的需要了解都可以留言或者在線咨詢我們，我們將詳細為你解答。