水准仪检验与校正方法

为了保证测量工作能得出正确的成果,工作前必须对所使用的仪器进行检验和校正。

1.6.4.1 微倾式水准仪的检验和校正

微倾式水准仪的主要轴线如图1-28所示,它们之间应满足的几何条件是:圆水准器轴应平行于仪器竖轴;十字丝的横丝应垂直于仪器竖轴;水准管轴应平行于视准轴。

图1-28 微倾式水准仪的主要轴线

1.圆水准器的检验和校正

(1)检验目的。使圆水准器轴平行于仪器竖轴,圆水准器气泡居中时,仪器竖轴便位于铅垂位置。

(2)检验方法。旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中,然后将仪器上部在水平方向绕仪器竖轴旋转180°,若气泡仍居中,则表示圆水准器轴已平行于仪器竖轴;若气泡偏离中央,则需要进行校正。

(3)校正方法。用脚螺旋使气泡向中央方向移动偏离量的一半,然后拨圆水准器的校正螺钉使气泡居中。因为一次拨动不易使圆水准器校正得很完善,所以需要重复上述的检验和校正,使仪器上部旋转到任何位置气泡都能居中为止。

圆水准器校正装置的构造常见的有两种。一种在圆水准器盒底有3个校正螺旋[图1-29(a)];盒底中央有一球面凸出物,它顶着圆水准器的底板,3个校正螺旋则旋入底板拉住圆水准器。当旋紧校正螺旋时,可使圆水准器该端降低,旋松时则可使该端上升;另一种构造,在盒底可见到4个螺旋[图1-29(b)],中间一个较大的螺旋用于连接圆水准器和盒底,另3个为校正螺旋,它们顶住圆水准器底板,当旋紧某一校正螺旋时,圆水准器该端升高,旋松时则该端下降,其移动方向与第一种相反。校正时,无论对哪一种构造,当需要旋紧某个校正螺旋时,必须先旋松另两个校正螺旋,校正完毕时,必须使3个校正螺旋都处于旋紧状态。

图1-29 圆水准器校正螺旋

(4)检校原理。若圆水准器轴与仪器竖轴不平行,构成一δ角,当圆水准器的气泡居中时,仪器竖轴与铅垂线成δ角[图1-30(a)]。若仪器上部绕仪器竖轴旋转180°,因仪器竖轴位置不变,故圆水准器轴与铅垂线成2δ角[图1-30(b)]。当用脚螺栓使气泡向零点移回偏离量的一半时,则仪器竖轴将变动一δ角而处于铅垂方向,而圆水准器轴与仪器竖轴仍保持δ角[图1-30(c)]。此时拨圆水准器的校正螺钉,使圆水准器气泡居中则圆水准器轴也处于铅垂方向,从而使它平行于仪器竖轴[图1-30(d)]。

图1-30 圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验与校正

当圆水准器的误差过大,即δ角过大时,气泡的移动不能反映出δ角的变化。当圆水准器气泡居中后,仪器上部平转180°,若气泡移至圆水准器边缘,再按照使气泡向中央移动的方向旋转脚螺旋1~2周,若未见气泡移动,这就属于δ角偏大的情况。此时不能按上述正常的方法操作,用改正气泡偏离量一半的方法进行校正。首先应以每次相等的量转动脚螺旋,使气泡居中,并记住转动的次数,然后将脚螺旋按相反方向转动原来次数的一半,此时可使仪器竖轴接近铅垂位置。拨圆水准器的校正螺旋使气泡居中,则可使δ角迅速减小,然后按正常的检验和校正方法进行校正。

2.十字丝横丝的检验和校正

(1)检验目的。十字丝横丝垂直于仪器竖轴,这样,当仪器粗略整平后,横丝基本水平,用横丝上任意位置所得读数均相同。

(2)检验方法。先用横丝的一端照准一个固定的目标或在水准尺上读一读数,然后用微动螺旋转动望远镜,用横丝的另一端观测同一目标或读数。如果目标仍在横丝上或水准尺上读数不变[图1-31(a)、(b)],说明横丝已与仪器竖轴垂直。若目标偏离了横丝或水准尺读数有变化[图1-31(c)、(d)],则说明横丝与仪器竖轴不垂直,应予校正。

图1-31 十字丝横丝垂直于仪器竖轴的检验

(3)校正方法。打开十字丝分划板的护罩,可见到3个或4个分划板的固定螺钉(图1-32)。松开这些固定螺钉,用手转动十字丝分划板座,反复试验使横丝的两端都能与目标重合或使横丝两端所得水准尺读数相同,则校正完成。最后旋紧所有固定螺钉。

图1-32 十字丝横丝的校正

(4)检校原理。若横丝垂直于仪器竖轴,横丝的一端照准目标后,当望远镜绕仪器竖轴旋转时,横丝在垂直于仪器竖轴的平面内移动,所以目标始终与横丝重合。若横丝不垂直于仪器竖轴,望远镜旋转时,横丝上各点不在同一平面内移动,因此,目标与横丝的一端重合后,在其他位置的目标将偏离横丝。

3.水准管的检验和校正(www.xing528.com)

(1)检验目的。使水准管轴平行于视准轴,当水准管气泡符合时,视准轴就处于水平位置。

(2)检验方法。如图1-33所示,在平坦地面选相距40~60 m的A、B两点,在两点打入木桩或设置尺垫。水准仪首先置于离A、B等距的Ⅰ点,测得A、B两点的高差hⅠ=a1-b1。重复测2~3次,当所得各高差之差小于3 mm时取其平均值。若视准轴与水准管轴不平行而构成i角,因为仪器至A、B两点的距离相等,所以视准轴倾斜,而前、后视读数所产生的误差δ也相等,所以所得的hⅠ是A、B两点的正确高差。如图1-33(b)所示,将水准仪移到AB延长方向上靠近B的Ⅱ点,再次测A、B两点的高差,仍将A作为后视点,故得高差hⅡ=a2-b2。如果hⅠ=hⅡ,说明在测站Ⅱ所得的高差也是正确的,这也说明在测站Ⅱ观测时视准轴是水平的,故水准管轴与视准轴是平行的,即i=0。如果hΙ≠hⅡ,则说明存在i角的误差,由图1-33(b)可知:

而

式中 Δ——仪器分别在Ⅱ和Ⅰ所测高差之差;

S——A、B两点之间的距离。

对于一般水准测量,要求i角不大于20″,否则应进行校正。

(3)校正方法。当仪器存在i角时,在远点A的水准尺读数a2将产生误差xA,从图1-33(b)可知:

图1-33 水准管轴平行于视准轴的检验

式中 S'——测站Ⅱ至B点的距离。

为使计算方便,通常使相应为1.1Δ或2Δ。也可使仪器紧靠B点,并假设S'=0,则xA=Δ,读数b2可用水准尺直接量取桩顶到仪器目镜中心的距离。计算时应注意Δ的正负号,正号表示视线向上倾斜,与图上所示一致,负号表示视线向下倾斜。

为了使水准管轴和视准轴平行,用微倾螺旋使远点A的读数从a2改变到a'2,a'2=a2-xA。此时视准轴由倾斜位置改变到水平位置,但水准管也因随之变动而气泡不再符合。用校正针拨动水准管一端的校正螺旋使气泡符合,则水准管轴也处于水平位置从而使水准管轴平行于视准轴。水准管的校正螺旋如图1-34所示,校正时先松动左、右两校正螺旋,然后拨上、下两校正螺旋使气泡符合。拨动上、下两校正螺旋时,应先松一个再紧另一个,逐渐改正,当最后校正完毕时,所有校正螺旋都应适度旋紧。

图1-34 水准管的校正螺旋

以上检验校正也需要重复进行,直到i角小于20″为止。

1.6.4.2 自动安平水准仪的检验和校正

自动安平水准仪应满足的条件如下:

(1)圆水准器轴应平行于仪器竖轴。

(2)十字丝横丝应垂直于仪器竖轴。

(3)水准仪在补偿范围内应能起到补偿作用。

(1)、(2)项的检验校正方法与微倾式水准仪相应项目的检验校正方法完全相同。

(3)的检验方法:将水准仪安置好,在距离仪器约50 m处立一水准尺。安置仪器时使其中两个脚螺旋的连线垂直于仪器到水准尺连线的方向。用圆水准器整平仪器,读取水准尺上的读数。旋转视线方向上的第三个脚螺旋,让气泡中心偏离圆水准器零点少许,使仪器竖轴向前稍倾斜,读取水准尺上的读数。再次旋转这个脚螺旋,使气泡中心向相反方向偏离零点并读数、重新整平仪器,用位于垂直于视线方向的两个脚螺旋,先后使仪器向左、右两侧倾斜,分别在气泡中心稍偏离零点后读数。如果仪器竖轴向前、后、左、右倾斜时所得读数与仪器整平时所得读数之差不超过2 mm,则可认为补偿器工作正常,否则应检查原因或送工厂修理。检验时圆水准器气泡偏离的大小,应根据补偿器的工作范围及圆水准器的分划值来决定。例如,补偿器的工作范围为±5',圆水准器的分划值为8'/2 mm弧长所对之圆心角值,则气泡偏离零点不应超过5/8×2=1.2(mm)。补偿器的工作范围和圆水准器的分划值在仪器说明书中均可查得。

(4)视准轴经过补偿后应与水平线一致。若视准轴经补偿后不能与水平线一致,则也构成i角,产生读数误差。这种误差的检验方法与微倾式水准仪i角的检验方法相同,但校正时应校正十字丝。对于一般水准测量也应使i角不大于20″。