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水準儀_儀器原理-天逸

                                        微頃水準儀

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。

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。

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。

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。

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當前電子水準儀采用了原理上相差較大的三種自動電子讀數方法:

1)相關法(徠卡NA3002/3003)

2) 幾何法(蔡司DiNi10/20)

3) 相位法(拓普康DL101C/102C)



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