任務(wù)1.2 認(rèn)識(shí)水準(zhǔn)測(cè)量的儀器和工具

進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)所使用的儀器是水準(zhǔn)儀，使用的測(cè)量工具有水準(zhǔn)尺和尺墊。

1.2.1 水準(zhǔn)儀系列及適用

水準(zhǔn)儀按測(cè)量精度分為DS_0.5，DS₁，DS₃等。其中“D”，“S”分別是“大地測(cè)量”“水準(zhǔn)儀”的漢語(yǔ)拼音的第一個(gè)字母。下標(biāo)數(shù)字表示這些型號(hào)的儀器每公里往返測(cè)高差中數(shù)的中誤差，以毫米為單位。DS_0.5，DS₁型屬于精密水準(zhǔn)儀，DS_0.5型主要用于國(guó)家一、二等水準(zhǔn)和精密工程測(cè)量；DS₁型主要用于國(guó)家二等水準(zhǔn)和精密工程測(cè)量；DS₃型為普通水準(zhǔn)儀，可用于一般工程建設(shè)測(cè)量及國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量，是目前工程上使用最普遍的一種儀器。

按水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu)分類，目前主要有微傾式水準(zhǔn)儀、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀三種。本節(jié)介紹DS₃型微傾式水準(zhǔn)儀的基本構(gòu)造。

1.2.2 DS₃水準(zhǔn)儀構(gòu)造及各部件作用

DS₃水準(zhǔn)儀主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座三部分組成。儀器主要部件的名稱如圖1.2.1所示。

1.望遠(yuǎn)鏡

望遠(yuǎn)鏡是用來(lái)精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)和讀數(shù)的設(shè)備。望遠(yuǎn)鏡主要由物鏡、目鏡、物鏡調(diào)焦透鏡和十字絲等構(gòu)成（圖1.2.2）。

物鏡和目鏡采用多塊透鏡組合而成，對(duì)光透鏡由單塊透鏡或多塊透鏡組合而成。轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對(duì)光螺旋即可帶動(dòng)對(duì)光透鏡在望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)前后移動(dòng)，使所照準(zhǔn)的目標(biāo)清晰。轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡對(duì)光螺旋，使十字絲清晰。

十字絲分劃板安置在物鏡和目鏡之間，如圖1.2.2（b）所示。十字絲是用來(lái)照準(zhǔn)目標(biāo)的。十字絲中豎直的一根稱為縱絲（又稱豎絲），中間長(zhǎng)的稱為橫絲（又稱為中絲），橫絲上、下兩根對(duì)稱的短絲是測(cè)距時(shí)用的，稱為視距絲，分上絲和下絲。十字絲刻在一塊圓形的玻璃片上，稱為十字絲分劃板，它裝在十字絲環(huán)上，再用螺絲固定在望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)。十字絲交點(diǎn)與物鏡光心的連線稱為視準(zhǔn)軸（圖1.2.2的C—C軸）。視準(zhǔn)軸的延長(zhǎng)線為視線，它是瞄準(zhǔn)目標(biāo)的依據(jù)。

望遠(yuǎn)鏡可以沿水平方向左、右轉(zhuǎn)動(dòng)。為了準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，水準(zhǔn)儀有一套水平制動(dòng)和微動(dòng)螺旋，當(dāng)大致對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)即擰緊制動(dòng)螺旋，望遠(yuǎn)鏡就不能轉(zhuǎn)動(dòng)，再旋轉(zhuǎn)微動(dòng)螺旋，望遠(yuǎn)鏡可沿水平方向作微小的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就能對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。當(dāng)制動(dòng)螺旋放松時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)螺旋是不起作用的，只有擰緊制動(dòng)螺旋，轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)螺旋才有效。

2.水準(zhǔn)器

水準(zhǔn)器的作用是保證水準(zhǔn)儀提供一條水平視線。水準(zhǔn)器分為圓水準(zhǔn)器和水準(zhǔn)管兩種。

（1）圓水準(zhǔn)器。如圖1.2.3所示，圓水準(zhǔn)器是一封閉的玻璃圓盒，頂面的玻璃內(nèi)表面研磨成球面，球面的正中刻畫有圓圈。圓圈的中心稱為零點(diǎn)，通過(guò)零點(diǎn)的法線L′L′，稱為圓水準(zhǔn)軸。當(dāng)氣泡居中時(shí)，圓水準(zhǔn)軸就處于鉛垂位置。指示儀器的豎軸也處于鉛垂位置。圓水準(zhǔn)器的氣泡每移動(dòng)2mm，圓水準(zhǔn)軸相應(yīng)傾斜的角度，稱為圓水準(zhǔn)器分劃值，一般為8′～10′。由于圓水準(zhǔn)器的精度低，只適用于儀器粗略整平之用。

（2）水準(zhǔn)管。水準(zhǔn)管的玻璃管內(nèi)壁為圓弧（圖1.2.4），圓弧中點(diǎn)稱為水準(zhǔn)管的零點(diǎn)，通過(guò)零點(diǎn)與內(nèi)壁圓弧相切的直線稱為水準(zhǔn)管軸（圖中LL軸線）。水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，水準(zhǔn)管軸處于水平位置。水準(zhǔn)管內(nèi)壁弧長(zhǎng)2mm所對(duì)的圓心角τ，稱為水準(zhǔn)管的分劃值。設(shè)水準(zhǔn)管的內(nèi)壁弧半徑為R，則水準(zhǔn)管的分劃值（τ）用式（1.2.1）表示

式中 τ——水準(zhǔn)管分劃值；

ρ——1rad的秒數(shù)，206265″。

S₃級(jí)水準(zhǔn)儀的水準(zhǔn)管分劃值為20″。水準(zhǔn)管分劃值越小，水準(zhǔn)管的靈敏度越高。因此，水準(zhǔn)管的精度比圓水準(zhǔn)器的精度高，適用于儀器精確整平。

為了提高判別水準(zhǔn)管氣泡居中的準(zhǔn)確度，在水準(zhǔn)管的上方設(shè)置一組符合棱鏡（圖1.2.5），借棱鏡組的反射將氣泡兩端的半像反映在望遠(yuǎn)鏡旁邊的觀察窗內(nèi)。如圖1.2.6（b）所示為水準(zhǔn)管氣泡不居中影像，水準(zhǔn)管兩端的影像錯(cuò)開，這時(shí)可轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋（右手大拇指旋轉(zhuǎn)微傾螺旋方向與左側(cè)半氣泡影像的移動(dòng)方向一致），以使水準(zhǔn)管連同望遠(yuǎn)鏡沿豎向作微小轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到水準(zhǔn)管氣泡居中，此時(shí)兩端的影像吻合，如圖1.2.6（a）所示。這種設(shè)有微傾螺旋的水準(zhǔn)儀稱為微傾式水準(zhǔn)儀。

（3）基座。基座由軸座、腳螺旋和連接板組成。儀器上部通過(guò)豎軸插入軸座內(nèi)，由基座承托，旋緊中心螺旋，使儀器與三腳架相連接。三腳架由木質(zhì)（或金屬）制成，腳架一般可伸縮，便于攜帶及調(diào)整儀器高度。

1.2.3 水準(zhǔn)尺

水準(zhǔn)尺是水準(zhǔn)測(cè)量的重要工具（圖1.2.7），它是用優(yōu)質(zhì)木料或塑料制成。水準(zhǔn)尺的零點(diǎn)在尺的底部，尺的刻劃是黑（紅）白相間，每格是1cm 或0.5cm，每分米處有明顯標(biāo)志，且均注數(shù)字。如15則表示1.5m。

水準(zhǔn)尺一般分為雙面水準(zhǔn)尺和塔尺、折尺三種。雙面尺的尺長(zhǎng)3m，一面為黑面分劃，黑白相間，尺底為零；另一面為紅面分劃，紅白相間，尺底為一常數(shù)（如4.687m或4.787m）。普通水準(zhǔn)測(cè)量用黑面讀數(shù)，如圖1.2.7所示。三、四等水準(zhǔn)測(cè)量用黑、紅面尺讀數(shù)進(jìn)行校核。塔尺可以伸縮，尺長(zhǎng)一般為5m，適用于普通水準(zhǔn)測(cè)量。

1.2.4 尺墊

尺墊頂面是三角形或圓形，用生鐵鑄成或鐵板壓成，中央有突起的半圓頂（圖1.2.8）。使用時(shí)將尺墊壓入土中，在其頂部放置水準(zhǔn)尺。應(yīng)用尺墊的目的是作為臨時(shí)標(biāo)志，并避免土壤下沉和立尺點(diǎn)位置變動(dòng)而影響讀數(shù)。特別注意在水準(zhǔn)點(diǎn)上不能放置尺墊。