- 水利工程測量
- 程健 楊勇主編
- 2678字
- 2021-10-25 21:03:18
任務二 水準儀的構造及使用
水準測量所使用的儀器和工具主要有水準儀、水準尺和尺墊等。水準儀按測量精度分為DS0.5、DS1、DS3等。D、S分別是大地測量、水準儀的漢語拼音的第一個字母,下標數字表示這些型號的儀器每公里往返測高差中數的中誤差,以毫米為單位。按水準儀結構分類,目前主要有微傾式水準儀、自動安平水準儀和電子水準儀三種。
一、DS3水準儀的構造
DS3水準儀主要由望遠鏡、水準器、基座和三腳架組成,儀器主要部件名稱如圖2-3所示。
(一)望遠鏡
望遠鏡是用來精確瞄準遠處目標。望遠鏡由物鏡、目鏡、十字絲和對光鏡筒構成(圖2-4)。轉動目鏡對光螺旋,使十字絲成像清晰。
十字絲中絲用來測量高差;上、下的兩根短絲是測距時用的,稱作上絲和下絲。

圖2-3 DS3型微傾水準儀
1—物鏡;2—物鏡對光螺旋;3—水平微動螺旋;4—水平制動螺旋;5—微傾螺旋;6—腳螺旋;7—水準管觀測窗;8—水準管;9—圓心準器;10—圓心準器校正螺旋;11—目鏡及目鏡對光螺旋;12—三腳架

圖2-4 水準儀望遠鏡結構
1—物鏡;2—目鏡;3—調焦透鏡;4—十字絲分劃板;5—物鏡對光螺旋;6—目鏡調焦螺旋
(二)水準器
(1)管水準器。管水準器(亦稱水準管)用于精確整平儀器。如圖2-5所示,它是一玻璃管,其縱剖面方向的內壁研磨成一定半徑的圓弧形,水準管上一般刻有間隔為2mm的分劃線,分劃線的中點O稱為水準管零點,通過零點與圓弧相切的縱向切線LL稱為水準管軸。水準管軸平行于視準軸。

圖2-5 管水準器
水準管上2mm圓弧所對的圓心角τ,稱為水準管的分劃值,水準管分劃愈小,水準管靈敏度愈高,用其整平儀器的精度也愈高。DS3型水準儀的水準管分劃值為20″,記作20″/2mm。
為了提高判別水準管氣泡居中的準確度,在水準管的上方設置一組符合棱鏡(圖2-6),借棱鏡組的反射將氣泡兩端的半像反映在望遠鏡旁邊的觀察窗內。圖2-6右下角圖為水準管氣泡不居中,水準管兩端的影像錯開,這時可轉動微傾螺旋,使水準管連同望遠鏡沿豎向作微小轉動達到水準管氣泡居中,此時兩端的影像吻合(圖2-6右上角圖)。這種設有微傾螺旋的水準儀稱為微傾式水準儀。

圖2-6 符合水準器
(2)圓水準器(圖2-7)。圓水準器裝在水準儀基座上,用于粗略整平。圓水準器頂面的玻璃內表面研磨成球面,球面的正中刻有圓圈,其圓心稱為圓水準器的零點。過零點的球面法線L′L′,稱為圓水準器軸。圓水準器軸L′L′平行于儀器豎軸VV。
氣泡中心偏離零點2mm時豎軸所傾斜的角值,稱為圓水準器的分劃值,一般為8′~10′,精度較低。
(三)基座和三腳架
基座由軸座、腳螺旋和連接板組成。儀器上部通過豎軸插入軸座內,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(或金屬)制成,腳架一般可伸縮,便于攜帶及調整儀器高度。
二、水準測量的工具
(一)水準尺
水準尺是水準測量的重要工具(圖2-8),它是用優質木料或塑料制成。水準尺的零點一般在尺的底部,尺的刻劃是黑(紅)白相間,每格是1cm或0.5cm,每分米處均注數字。超過1m有的加注紅點,如有2個紅點表示整米數為2m;有的米數用數字表示,如15則表示1.5m。

圖2-7 圓水準器示意圖

圖2-8 水準尺
水準尺一般分為雙面水準尺和塔尺兩種。雙面尺尺長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(如4.687m或4.787m)。普通水準測量用黑面讀數,三、四等水準測量用黑、紅面尺讀數進行校核。塔尺可以伸縮,尺長一般為5m,適用于普通水準測量。

圖2-9 尺墊
(二)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2-9)。使用時將尺墊壓入土中,在其頂部放置水準尺。應用尺墊的目的是臨時標志點位,并避免土壤下沉和立尺點位置變動而影響讀數。
三、DS3水準儀的使用
(一)儀器安置
在設測站的地方,打開三腳架,將儀器安置在三腳架上,旋緊中心螺旋。儀器安置高度要適中,三腳架頭大致水平,并將三腳架的腳尖踩入土中。
(二)粗略整平
粗略整平是旋轉腳螺旋使圓水準器氣泡居中,從而使儀器大致水平。轉動腳螺旋使氣泡居中,如圖2-10所示,當氣泡偏離如圖2-10(a)的位置時,可旋轉任意兩個腳螺旋,兩手應反向轉動。例如氣泡偏離左邊,轉動①、②兩個腳螺旋,其轉動方向按圖中箭頭所示方向進行,使氣泡從圖2-10(a)所示位置轉至圖2-10(b)所示位置。然后按箭頭方向轉動另一個腳螺旋③使氣泡向中心移動。按此方法多次進行,使氣泡居中。

圖2-10 水準儀粗略整平
整平時,氣泡移動的方向與左手大拇指(或右手食指)旋轉腳螺旋時的移動方向一致。
(三)瞄準水準尺
瞄準水準尺有以下幾個步驟:
(1)目鏡調焦。松開制動螺旋,將望遠鏡轉向明亮的背景,轉動目鏡對光螺旋,使十字絲成像清晰。
(2)初步瞄準。通過望遠鏡筒上方的照門和準星瞄準水準尺,旋緊制動螺旋。
(3)物鏡調焦。轉動物鏡對光螺旋,使水準尺的成像清晰。
(4)精確瞄準。轉動微動螺旋,使十字絲的豎絲瞄準水準尺邊緣或中央,如圖2-11所示。
在讀數之前,將眼睛在目鏡端上下(或左右)微小移動,若發現十字絲和物像有相對移動,眼睛分別位于b、a、c位置時,看到十字絲交點相應對著物像的b1、a1、c1點[圖2-12(a)],出現這樣的現象稱為視差。產生視差的原因是由于對光工作沒有做好,像平面不與十字絲分劃板平面重合。要消除視差必須再次進行目鏡對光(使十字絲清晰)和物鏡對光(使物像清晰),以達到像平面與十字絲分劃板平面相重合,如圖2-12(b)所示。

圖2-11 讀數

圖2-12 視差
(四)精平與讀數
精平工作,就是在讀數之前必須轉動微傾螺旋,使水準管氣泡居中(水準管氣泡兩邊的影像吻合),然后以十字絲中橫絲讀出尺上的數值。讀數時應注意尺上注字由小到大的順序,讀出米、分米、厘米,再估讀至毫米。圖2-11的中絲讀數為1.356m。
四、自動安平水準儀的使用
自動安平水準儀是一種不用水準管而能自動獲得水平視線的水準儀(圖2-13),它具有觀測速度快、精度高的優點,被廣泛地應用在各種等級的水準測量中。
(1)用腳螺旋使圓水準器氣泡居中,完成儀器的粗略整平。
(2)然后用望遠鏡照準水準尺,即可用十字絲橫絲讀取水準尺讀數。
注意事項:由于補償器有一定的工作范圍,即能起到補償作用的范圍,所以使用自動安平水準儀時,要防止補償器貼靠周圍的部件,不處于自由懸掛狀態。有的儀器在目鏡旁有一按鈕,它可以直接觸動補償器。讀數前可輕按此按鈕,以檢查補償器是否處于正常工作狀態,也可以消除補償器有輕微的貼靠現象。如果每次觸動按鈕后,水準尺讀數變動后又能恢復原有讀數則表示工作正常。如果儀器上沒有這種檢查按鈕則可用腳螺旋使儀器豎軸在視線方向稍作傾斜,若讀數不變則表示補償器工作正常。由于要確保補償器處于工作范圍內,使用自動安平水準儀時應十分注意圓水準器的氣泡居中。

圖2-13 自動安平水準儀