检测水准仪视准线偏差的方法

1．外观及各部件功能相互作用

外观及各部件功能相互作用应进行目视和试机（数字水准仪通电试验）。结果应满足水准仪的通用技术要求。

2．水准器角值

将被检仪器置平在水平仪检定器上，转动望远镜使水准管轴线与水平仪检定器纵向大致平行，固紧仪器。转动检定器上测微手轮，对准零分划线，用仪器微倾螺旋使气泡一端对准水准管一侧的第一条分划线，待气泡稳定后，读取气泡两端格值及检定器起始值。

按被检仪器水准器的标称角值，依次定量正向（旋进方向）转动检定器手轮，待气泡稳定后，读取气泡每一位置的两端格值，直至水准器另一侧末端刻线为止。接着反向转动检定器手轮，同上述操作方法，依次读取另一位置水准器两端格值，直至回到气泡起始位置。水准器无刻线的DS3仪器，应事先将刻有2mm的透明薄膜贴附其上，检定实例见表2－6。

水准器角值按下式计算，其结果应符合表2－2要求。

式中：τ——水准器平均角值，（″）／2mm；

τ0——水准器标称角值，（″）／2mm；

g——气泡移动格数；

n——g的个数；

Δ——水准器均匀性误差，（″）；

d——水准器管轴2mm内刻线格数。

也可用同等准确度的其他方法检定。

【检定计算实例】

表2－6 DS05、DS1水准仪水准泡角值的检测计算

3．竖轴运转误差

将被检仪器固定在检定台上，使望远镜视轴方向与任意两个脚螺旋位置平行，整置气泡居中（吻合）。将望远镜旋转180°，若气泡偏离，可分别用微倾螺旋和脚螺旋各调整一半，再将望远镜转至90°位置，用另一脚螺旋使气泡居中，反复上述操作，直至准确整平仪器。然后每隔约45°转动望远镜，观察气泡每一位置的偏移量，共转两周，取最大偏移量作为检定结果，其结果应符合表2－2的要求。

观察被检仪器上直交型或圆水准泡是否居中，被检仪器旋转任一位置时该水准器的最大偏移量为检定结果。

4．望远镜分划板横丝与竖轴的垂直度

仪器固定在检定台上并调平，对准测微光管的十字丝交点，转动被检仪器水平微动手轮，使测微光管十字丝交点沿望远镜视场横丝一端移至另一端，并从测微光管中读取偏离量（楔形丝分划板，取横丝部位进行计算）。

按下列计算式计算出望远镜分划板横丝与竖轴的垂直度u，其结果应符合表2－2的要求。

式中：ε——测微光管对横丝两端读数差（″）；

2ω——望远镜视场角（°）。

5．视距乘常数

将被检仪器固定在检定台上，并调焦至无穷远位置，对准自准直光管，用自准直光管测微手轮使其横丝照准仪器分划板上丝两次，并读数求和。转动光管测微手轮，照准仪器分划板中丝两次并读数，求和。再转动自准直光管底脚螺旋，使其横丝对准仪器分划板中丝，转动光管测微手轮照准仪器分划板中丝两次，并读数求和。然后转动光管测微手轮，照准仪器分划板下丝两次并读数，求和。

以上操作为一个测回，共测两个测回，并取两测回各和值的平均值，按下列公式计算视距乘常数k，其结果应符合表2－2的要求。

计算实例见表2－7。

式中：d1、d2、d′2、d3——视距丝上、中、下三丝两次照准读数的和（″）；

k——视距丝乘常数；

Δk——视距乘常数误差（％）。

【检定计算实例】

表2－7 视距乘常数检定

续表

6．测微器行差与回程差

在距被检仪器约6m处垂直竖立毫米刻度尺（示值误差0．02mm），选取相邻6（或11）根毫米刻线作为量程。仪器整平后，转动测微器到零线附近，准确照准毫米刻度尺第一根分划线作为起点，然后单向旋进测微器，依次瞄准毫米刻度尺上的6（或11）根分划线，每照准一次，读记测微器读数。接着进行反向检定，即测微器应单向旋出，返测到起始刻线。共测2个测回，然后计算出每点往返行程误差均值，其行程误差最大与最小差作为行差，并计算每点回程差，其结果应符合表2－2的要求。计算实例见表2－8。

【检定计算实例】

表2－8 测微器行差与回程差检定

续表

7．数字水准仪视线距离测量误差

在一平坦地方选取距离为10m、30m两个点，各安置一个尺桩或尺台。架设被检仪器后，用Ⅱ级钢卷尺精确量取仪器垂球点到尺桩或尺台点的水平距离D0并记录。

用被检仪器内设置的距离测量模式，分别对设置标尺的两点测量10次，读取并记录标尺距离显示数，分别计算其平均值和视距测量标准偏差，并计算测距误差力－D0之值，其结果应符合表2－2的要求。计算实例见表2－9。

【检定计算实例】

表2－9 数字水准仪视线距离测量误差的检定

8．视准线的安平误差

（1）无测微器水准仪的检定

将被检仪器固定在检定台上，整平仪器，将被检仪器目镜端的光源打开。用平行光管测微器使仪器十字丝与自准直仪分划板的横丝重合。旋出被检仪器倾斜螺旋1／4周，紧接着旋进倾斜螺旋使气泡吻合，再用自准直仪上双丝照准被检仪器的横丝，连续照准4次并读数为一组，如此重复操作10次，按下列公式计算出视准线安平误差，其结果应符合表2－2的要求。计算实例见表2－10。

式中：Vi——观测值残差（″）；

n——安平次数；

s——视准线安平误差（″）。用自准直仪测微器读数时的结果乘2。

【检定计算实例】

表2－10 无测微器水准管水准仪视准线安平误差检定

续表

（2）有测微器水准仪的检定

将可调焦光管的分划板整置在30m视距位置，将被检仪器安置并整平在两维微倾台上，使被检仪器和光管十字丝重合。然后利用微倾台上纵向与横向两测微螺杆按前倾、后倾、左倾、右倾4个方向变动仪器并恢复置平，用仪器本身的测微器读数，每个方向变动4次读数，按式（4）计算出四个方向变动的测微器格值读数的标准偏差。安平误差按下式计算，其结果应符合表2－2的要求。计算实例见表2－11。

式中：s测——水准仪测微器读数标准偏差（格）；

t——测微器格值；

ρ——系数，206265（″）。

【检定计算实例】

表2－11 有测微器水准仪视准线安平误差的检定

续表

（3）数字水准仪的检定

用自准直仪照准被检仪器分划板横丝，按无测微器水准仪的检定方法检定。

也可按有测微器水准仪的检定方法，此时仪器照准条码目标，按动测量键读记视高值并计算。视距为20～30m。

9．望远镜视轴与管状水准泡轴在水平面内投影的平行度（交叉误差）

（1）按图2－1安置仪器。

图2－1 仪器安置示意图

（2）被检仪器置于检定台上，使B、C两脚螺旋的连线垂直于视轴，整平并固定仪器，将被检仪器望远镜对准测微光管，再用测微光管照准被检仪器十字丝，读数为d1。用B、C两脚螺旋以相反方向转动，使整台仪器绕望远镜轴旋转1．5°，从望远镜中观察，被检仪器十字丝交点应保持原来位置。若水准泡偏移，则转动微倾螺旋使水准泡再次吻合，用测微光管重新瞄准十字丝交点，读数为d2。

按上述操作方法，使仪器向另一侧旋转1．5°，读数为d3和d4。

（3）管状水准泡偏离居中位置β与仪器交叉误差E的计算式如下，其结果应符合表2－2的要求。

式中：d1、d2、d3、d4——观测值（″）。

仪器望远镜旋转约1．5°时底脚螺旋的转动周数n的计算如下：

式中：D——两脚螺旋轴线间距（mm）；

S——脚螺旋的螺距（mm）。

10．视准线误差（i角）

1）平行光管法

（1）水平基准的建立。按图2－2安置仪器。

图2－2 仪器安置示意图

A—测微光管；B—平行光管；C—水准仪

将A、B两平行光管物镜相对安置，其中A光管带测微器，调整A、B光管十字丝大致重合。将一台精密水准仪准确整平在A、B两光管的光路中，并分别照准A、B两光管的十字丝板，用两光管的调整螺旋，分别与两光管的十字丝横丝吻合。并用A光管测微器精确照准精密水准仪十字丝横丝，读数两次取平均值为。

取出水准仪，再用A光管测微器照准B光管十字丝读数两次取平均值得。求出A与B光管的光轴平行度F值。

式中：——A光管照准水准仪两次读数的平均值（″）；

——A光管照准B光管两次读数的平均值（″）。

将A光管测微器调整到F值位置，并将B光管的十字丝校正至A光管已调整的十字丝位置，如此重复调校，使F＜1″，A、B两光管视轴的水平基准线才可建成。

（2）检定方法。

将被检仪器整平于A、B光管光路中，准确吻合仪器水准泡，用A光管测微器使其照准被检仪器横丝并读数为d1，取出被检仪器，再用A光管测微器使其照准B光管读数为d2。i角计算式如下，其结果应符合表2－2的要求。

对i角不大于8″的检定，应测两个测回取平均值作为检定结果。对双摆位DSZ05仪器，建立一条小于或等于1″的水平基准线，测微光管的焦距f′应大于或等于1200mm。检定时，测微平行光管第一次照准仪器的摆I位置，第二次照准仪器的摆Ⅱ位置，取两次读数的平均值进行计算。

也可用测量不确定度小于限差1／3的其他方法进行检定。仲裁检定时，应使用平行光管法。

2）数字水准仪视准线误差（i角）的检定。

方法一：专用光管法。

（1）标准的建立：将一台电测和光测视准线误差均小于1″的数字水准仪精确置平于检定台上，照准有十字丝和条码的综合分划板的专用光管，调整专用光管十字丝与仪器的十字丝重合，然后照准条码按动［测量］键，测量10次取平均值为h0，以此作为标准视高。测量视距平均值与光管给定视距基本相等。若专用光管已给定标准视高h0和视距D，检定从（2）开始，只需先将专用光管置平。

（2）被检数字水准仪光学测量的视准线误差按（1）中的检定，并通过校正十字丝，使其视准线误差小于1″。

（3）将被检数字水准仪安置在检定台上并精确置平，照准专用光管，升降仪器使其十字丝与专用光管的十字丝重合，然后照准条码按动测量键，测10次取平均值得视高h1，用下列公式计算被检仪器视准线误差的变化值：

式中：h0——标准视高（m）；

H1——被检仪器测量视高（m）；

D——视距的平均值（m）；

ρ——系数206265″。

如果仪器内原存有i角值，仪器电测部分的总i角为内存值与Δi之和。计算实例见表2－12。

【检定计算实例】

表2－12 数字水准仪视准线误差（i角）的检定

方法二：室外法。

调用仪器内部设置的检测程序进行测定，详见仪器说明书，这里不再叙述。

11．望远镜调焦运行误差

将被检仪器固定在检定台上，整平后使仪器水准泡准确吻合，照准准线仪无穷远目标，并用准线仪调整螺旋使目标横丝与仪器十字丝重合。

将被检仪器调焦螺旋照准准线仪近点目标，若十字丝横丝不重合，升高或降低仪器台，使仪器十字丝与近点目标重合，并保持水准泡位置不变。

重复上述操作，直至准线仪远点与近点目标在被检仪器十字丝交点上为止。

正向（旋进）转动被检仪器调焦手轮，依次照准准线仪上5m、10m、20m、30m、50m （或70m）各点位置目标，并读数。接着旋出仪器调焦手轮，照准各点目标并读数，往返为1测回，共测两测回，按公式（10）计算调焦运行误差v，取v绝对值的最大值作为检定结果，其结果应符合表2－2的要求。计算实例见表2－13。

式中：Δi——各点观测值与平均值的差（mm）；各点观测值为被检仪器照准该点时测微器读数值乘以其格值；

——各观测点距离的平均值（m）；

Di——各观测点至仪器的距离（m）。(www.xing528.com)

也可用同等准确度的其他方法进行检定。但以此法为仲裁检定。

【检定计算实例】

表2－13 望远镜调焦运行误差检定

12．自动安平水准仪补偿误差及补偿器工作范围

（1）补偿器工作范围的检定

将被检仪器整平在微倾台上，望远镜视轴与微倾台纵向平行，并对准平行光管上十字丝交点，分别转动微倾台上纵向与横向旋钮，按仪器出厂给出的补偿范围指标，进行前倾、后倾、左倾、右倾，同时观察被检仪器视准线在光管目标上的补偿作用及前、后与左、右的对称性，并记录补偿范围。

（2）无测微器仪器补偿误差的检定

将被检仪器整平在微倾台上，对准测微光管使仪器十字丝与测微光管横丝吻合，旋转微倾台纵向测微器，每次按约等于2，角值倾斜，在补偿工作范围内，从＋a—－a，再由－a—＋a的顺序进行检定。每倾斜一个角值时，用测微光管照准仪器十字丝读数两次，取平均值，求得仪器纵向补偿误差Sα。同理，用横向测微器按上述操作，求得仪器横向补偿误差Sβ。分别取各方向的最大偏差值作为检定结果，计算式如下，其结果应符合表2－2的要求。实例见表2－14。

式中：——竖轴纵向倾斜时观测的平均值（″）；

——竖轴铅垂时观测的平均值（″）；

——竖轴横向倾斜时观测的平均值（″）；

α、β——仪器竖轴倾斜的角度（′）。

式中：l0——测微平行光管测微器格值。

（3）有测微器仪器补偿误差的检定

被检仪器整置于微倾台上，照准相对放置的A、B两专用可调焦光管（见图2－3），两光管间分划板像的间距为41．2～60m。整平被检仪器气泡，分别交替观测A、B两目标，用仪器测微器读数，连续观测6次（双摆位仪器，奇次数用摆Ⅰ位置，偶次数用摆Ⅱ位置），计算出被检仪器竖轴铅垂时A、B两目标的高差h0，即

式中：——竖轴垂直时A、B目标读数平均值（mm）。

用纵向微倾台手轮，将仪器向A目标倾斜一个＋α′角后照准A、B目标进行读数；然后向A目标倾斜一个－α′角后照准A、B目标进行读数。倾斜的角度按仪器圆气泡标称角值8′／2mm而定，不足8′的按出厂给出的补偿范围指标而定。则被检仪器竖轴纵向倾斜后A、B两目标高差为

【检定计算实例】

表2－14 自动安平水准仪补偿误差检定（无测微器）

式中：——竖轴纵向倾斜α角时A、B目标读数平均值（mm）。

将微倾台纵向倾角归零，用横向手轮按上述操作方法，得出仪器竖轴横向倾斜后A， B两目标高差为

图2－3

A—可调焦光管；B—被检仪器；C—两维微倾台

式中：——竖轴横向倾斜β角时A、B目标读数平均值（mm）。

按下列公式计算仪器的补偿误差，其结果应符合表2－2的要求。实例见表2－15。

式中：Δ±α、Δ±β——仪器补偿误差（″）；

D——A、B两目标的间距（m）；

ρ——系数206265″。

【检定计算实例】

表2－15 自动安平水准仪补偿误差检定（有测微器）

续表

（4）数字水准仪补偿误差的检定

数字水准仪补偿误差的检定方法同有测微器仪器补偿误差的检定。A、B两专用可调焦光管分划板为条码分划。

13．双摆位自动安平水准仪摆差

将被检仪器整置于检定台上，调焦到无穷远位置，用仪器摆Ⅰ位置对准测微光管，再用测微光管照准被检仪器横丝读数两次，得平均值d1。然后转到摆Ⅱ位置，同样用测微光管读数两次得d2，则垂直方向摆差Cv：

转动测微光管（或测微器）90°位置，照准被检仪器的竖丝，按上述操作，用公式（30）求得仪器水平方向摆差CH。CV、CH计算结果应符合表2－2的要求。

14．测站单次高差标准差

被检仪器安置在检定台上，将测微器置于中间位置，并与A、B两光管等高，将两光管目标按表2－2视距要求调焦，整平仪器，按A、B或B、A为一组，共测12组，每观测一组后，应变动被检仪器高度与脚螺旋方位。对双摆位仪器，按A、B和B、A目标进行观测为一组读数，A、B目标读数用摆I，B、A目标读数用摆Ⅱ，按下列计算公式计算出检定结果，其结果应符合表2－2的要求。实例见表2－16。

式中：Vi——每组测量值残差（mm）；

n——观测组数；

S单——测站单次高差标准差（mm）。

【检定计算实例】

表2－16 测站单次高差标准差检定1

表2－17 测站单次高差标准差检定2

15．自动安平水准仪的磁致误差

用于一、二等水准测量的自动安平水准仪，应进行磁致误差检定。数字水准仪此项检定应在通电状态下进行。

（1）按图2－4安置仪器（适用两维亥氏线圈）。

图2－4 仪器安置示意图

（2）用罗盘仪标定测微光管的磁方位角，并测定当地地球磁场强度的水平与垂直分量，求出测微光管位置的磁场强度，从亥氏线圈磁场测定中，求出相当60μT场强所加入的电流值Ai与10倍场强（600μT）所对应的电流值A10，以控制仪器在线圈的强磁场中不得超过地球磁场的10倍（约600μT）。测微光管视准方向地磁场强T的计算：

式中：T1、T2——当地水平磁场、垂直磁场的分量（μT）；

α——测微光管视准方向与磁方位的夹角（°）。

（3）全方位直流（交流）水平磁场最大磁致误差方位角φ1（φ′1）的检定。

将被检仪器固定在线圈中心并整平，仪器物镜对准测微光管，用光源照明仪器目镜，转动线圈架，使线圈水平磁场方向与测微光管视轴平行，作为零度起始方向，观测程序如下：

①切断电源，用测微光管照准仪器横丝两次，读数为d1；

②接通电源，加入A10的水平磁场电流量，照准仪器横丝两次，读数为d2；

③继续通电，第3次照准仪器横丝两次，读数为d3；

④切断电源，第4次照准仪器横丝两次，读数为d4。

以上为正向电流观测，接着用反向电流按上述操作读数。然后顺时针转动线圈到分布的各点进行上述观测，直到360°为止，全周不得少于8个检测点。紧接着从360°开始逆时针方向转动线圈，进行反向观测，返回0°为一测回，共测两测回。双摆位仪器第一测回用摆I位置，第二测回用摆Ⅱ位置。交流水平磁场φ′1的检测与此相同，但采用交流电流，实例见表2－18，计算公式如下：

式中：——测微器读数平均值（格）；

y′——电流磁场影响幅值（格）；

y——电流磁场的磁致误差值（″）；

g——测微器格值（mm）；

f′——测微光管焦距。

全方位直（交）流水平磁场最大磁致误差方位角φ1（φ′1）的计算：

式中：Y——全方位直（交）流最大磁致误差在水平磁场方位上的值；

b——磁场影响幅值（格）；

α——线圈磁场方向相对视准线方位角（°）；

φ1（φ′1）——水平方向直（交）流磁致误差最大磁场方位角（°）；

a0、a1、a2为未知数，度盘圆周对称取点读数，可按最小二乘法求解：

式中：yi——磁场强度观测值（格）；

R——相关系数；

m——回归精度（格）；

Yi——公式（45）的归算值；

——yi的平均值（格）；

n——观测次数；

Vi——观测值残差（格）。

【检定计算实例】

表2－18 全方位交流水平磁场磁致误差最大方位Φ′1的检定

续表

全方位交流水平磁场磁致误差最大方位角Φ′1的计算

（4）全方位直（交）流竖直磁场最大磁致误差方位角φ2（φ′2）的检定。

将线圈置于全方位直流（交流）水平磁场最大磁致误差方位角φ1（φ′1）的检定所得φ1（φ′1）位置，分别接通竖直与水平线圈电源，以电流值A10为矢径，沿垂直方向向上（仰角）变换角度，即0°，22．5°，45°，67．5°，90°，112．5°，…，180°，在每一角度位置，按公式（29）、（30）算出水平磁场分量电流值AH，竖直磁场分量电流值AV，即

式中：αi——所测竖直方向各点角度（°）；

A10——线圈产生600μT磁场时加入的电流值（A）。

将求出的AH和AV分别加入水平与竖直线圈，按全方位直流（交流）水平磁场最大磁致误差方位角φ1（φ′1）的检定操作并计算。注意，计算中因其竖直分量表现为双周期函数，应用公式（36）、（38）、（3）时，其中的αi和φ1（φ′1）角时均为2αi和φ2（φ′2）。

根据a1和a2的符号判断2φ′2所在象限：

求得竖直磁场直（交）流最大磁致误差方位角φ2（φ′2），计算实例见表2－19。

【检定计算实例】

表2－19 全方位交流竖直磁场磁致误差最大方位角Φ′2的检定

全方位交流竖直磁场磁致误差最大方位角φ′2的计算：

（5）最大磁致误差方位上的特性曲线检定。

根据所得的磁致误差最大方位角φ1（φ′1）、φ2（φ′2）作为仪器在此方位上受磁场影响的最大方位，将被检仪器固定在最大水平方位角φ1（φ′1）位置，按竖直磁场最大方位角φ2（φ′2），用A10电流计算出AH与AV作为加入磁场的极限电流值。电流从零开始，将AH和AV分成n挡，每挡递增0．1A（0．06A）。电流为零开始检定，依次从＋0．1A（＋0．06A）直检到n点，再由n点返回到零位后，同理用反向电流从－0．1A（－0．06A）再检定n点，返回到零点，为一测回，共测两个测回，读数方法与全方位直流（交流）水平磁场最大磁致误差方位角φ1（φ′1）的检定相同。最后取平均值计算60μT（约1倍地磁场强）磁致误差估值Yi及两个测回磁场影响的标准差Mf，其结果应符合表2－2的要求。实例见表2－20，计算公式如下：

适用于点对称公式：

适用于轴对称公式：

a0＝0，过原点抛物线：

式中：a0、a1、a2——回归系数；

xi——电流值（A）；

yi——磁场强度观测值（格）。

两测回磁场影响的标准差Mi计算：

式中：H＝。

60μT（1倍地磁）地磁场磁致误差估值Yf计算如下：

式中：A1——60μT（1倍地磁）磁场电流值，加反向电流时为－A1。

【检定计算实例】

表2－20 最大磁致误差方位上特性曲线检定

续表

最大磁致误差方位上特性曲线计算：

结果0．064×0．6″＝0．036″（0．18mm／km）＜0．06″

注：0．06为线圈1倍地磁场强度磁致交流电流值。