任务二 水准仪的构造及使用

水准测量所使用的仪器和工具主要有水准仪、水准尺和尺垫等。水准仪按测量精度分为DS0.5、DS1、DS3等。D、S分别是大地测量、水准仪的汉语拼音的第一个字母，下标数字表示这些型号的仪器每公里往返测高差中数的中误差，以毫米为单位。按水准仪结构分类，目前主要有微倾式水准仪、自动安平水准仪和电子水准仪三种。

一、DS3水准仪的构造

DS3水准仪主要由望远镜、水准器、基座和三脚架组成，仪器主要部件名称如图2-3所示。

（一）望远镜

望远镜是用来精确瞄准远处目标。望远镜由物镜、目镜、十字丝和对光镜筒构成（图2-4）。转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。

十字丝中丝用来测量高差；上、下的两根短丝是测距时用的，称作上丝和下丝。

（二）水准器

（1）管水准器。管水准器（亦称水准管）用于精确整平仪器。如图2-5所示，它是一玻璃管，其纵剖面方向的内壁研磨成一定半径的圆弧形，水准管上一般刻有间隔为2mm的分划线，分划线的中点O称为水准管零点，通过零点与圆弧相切的纵向切线LL称为水准管轴。水准管轴平行于视准轴。

水准管上2mm圆弧所对的圆心角τ，称为水准管的分划值，水准管分划愈小，水准管灵敏度愈高，用其整平仪器的精度也愈高。DS3型水准仪的水准管分划值为20″，记作20″/2mm。

为了提高判别水准管气泡居中的准确度，在水准管的上方设置一组符合棱镜（图2-6），借棱镜组的反射将气泡两端的半像反映在望远镜旁边的观察窗内。图2-6右下角图为水准管气泡不居中，水准管两端的影像错开，这时可转动微倾螺旋，使水准管连同望远镜沿竖向作微小转动达到水准管气泡居中，此时两端的影像吻合（图2-6右上角图）。这种设有微倾螺旋的水准仪称为微倾式水准仪。

（2）圆水准器（图2-7）。圆水准器装在水准仪基座上，用于粗略整平。圆水准器顶面的玻璃内表面研磨成球面，球面的正中刻有圆圈，其圆心称为圆水准器的零点。过零点的球面法线L′L′，称为圆水准器轴。圆水准器轴L′L′平行于仪器竖轴VV。

气泡中心偏离零点2mm时竖轴所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值，一般为8′～10′，精度较低。

（三）基座和三脚架

基座由轴座、脚螺旋和连接板组成。仪器上部通过竖轴插入轴座内，由基座承托，旋紧中心螺旋，使仪器与三脚架相连接。三脚架由木质（或金属）制成，脚架一般可伸缩，便于携带及调整仪器高度。

二、水准测量的工具

（一）水准尺

水准尺是水准测量的重要工具（图2-8），它是用优质木料或塑料制成。水准尺的零点一般在尺的底部，尺的刻划是黑（红）白相间，每格是1cm或0.5cm，每分米处均注数字。超过1m有的加注红点，如有2个红点表示整米数为2m；有的米数用数字表示，如15则表示1.5m。

水准尺一般分为双面水准尺和塔尺两种。双面尺尺长3m，一面为黑面分划，黑白相间，尺底为零；另一面为红面分划，红白相间，尺底为一常数（如4.687m或4.787m）。普通水准测量用黑面读数，三、四等水准测量用黑、红面尺读数进行校核。塔尺可以伸缩，尺长一般为5m，适用于普通水准测量。

（二）尺垫

尺垫顶面是三角形或圆形，用生铁铸成或铁板压成，中央有突起的半圆顶（图2-9）。使用时将尺垫压入土中，在其顶部放置水准尺。应用尺垫的目的是临时标志点位，并避免土壤下沉和立尺点位置变动而影响读数。

三、DS3水准仪的使用

（一）仪器安置

在设测站的地方，打开三脚架，将仪器安置在三脚架上，旋紧中心螺旋。仪器安置高度要适中，三脚架头大致水平，并将三脚架的脚尖踩入土中。

（二）粗略整平

粗略整平是旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中，从而使仪器大致水平。转动脚螺旋使气泡居中，如图2-10所示，当气泡偏离如图2-10(a)的位置时，可旋转任意两个脚螺旋，两手应反向转动。例如气泡偏离左边，转动①、②两个脚螺旋，其转动方向按图中箭头所示方向进行，使气泡从图2-10(a)所示位置转至图2-10(b)所示位置。然后按箭头方向转动另一个脚螺旋③使气泡向中心移动。按此方法多次进行，使气泡居中。

整平时，气泡移动的方向与左手大拇指（或右手食指）旋转脚螺旋时的移动方向一致。

（三）瞄准水准尺

瞄准水准尺有以下几个步骤：

（1）目镜调焦。松开制动螺旋，将望远镜转向明亮的背景，转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。

（2）初步瞄准。通过望远镜筒上方的照门和准星瞄准水准尺，旋紧制动螺旋。

（3）物镜调焦。转动物镜对光螺旋，使水准尺的成像清晰。

（4）精确瞄准。转动微动螺旋，使十字丝的竖丝瞄准水准尺边缘或中央，如图2-11所示。

在读数之前，将眼睛在目镜端上下（或左右）微小移动，若发现十字丝和物像有相对移动，眼睛分别位于b、a、c位置时，看到十字丝交点相应对着物像的b1、a1、c1点［图2-12（a）］，出现这样的现象称为视差。产生视差的原因是由于对光工作没有做好，像平面不与十字丝分划板平面重合。要消除视差必须再次进行目镜对光（使十字丝清晰）和物镜对光（使物像清晰），以达到像平面与十字丝分划板平面相重合，如图2-12（b）所示。

（四）精平与读数

精平工作，就是在读数之前必须转动微倾螺旋，使水准管气泡居中（水准管气泡两边的影像吻合）,然后以十字丝中横丝读出尺上的数值。读数时应注意尺上注字由小到大的顺序，读出米、分米、厘米，再估读至毫米。图2-11的中丝读数为1.356m。

四、自动安平水准仪的使用

自动安平水准仪是一种不用水准管而能自动获得水平视线的水准仪（图2-13）,它具有观测速度快、精度高的优点，被广泛地应用在各种等级的水准测量中。

（1）用脚螺旋使圆水准器气泡居中，完成仪器的粗略整平。

（2）然后用望远镜照准水准尺，即可用十字丝横丝读取水准尺读数。

注意事项：由于补偿器有一定的工作范围，即能起到补偿作用的范围，所以使用自动安平水准仪时，要防止补偿器贴靠周围的部件，不处于自由悬挂状态。有的仪器在目镜旁有一按钮，它可以直接触动补偿器。读数前可轻按此按钮，以检查补偿器是否处于正常工作状态，也可以消除补偿器有轻微的贴靠现象。如果每次触动按钮后，水准尺读数变动后又能恢复原有读数则表示工作正常。如果仪器上没有这种检查按钮则可用脚螺旋使仪器竖轴在视线方向稍作倾斜，若读数不变则表示补偿器工作正常。由于要确保补偿器处于工作范围内，使用自动安平水准仪时应十分注意圆水准器的气泡居中。