水準儀的儀器原理
為幫助大家更加清楚地瞭解水準儀,下面,小編為大家分享水準儀的儀器原理,希望對大家有所幫助!
自動安平
藉助於自動安平補償器獲得水平視線的一種水準儀。它的特點主要是當望遠鏡視線有微量傾斜時,補償器在重力作用下對望遠鏡作相對移動,從而能自動而迅速地獲得視線水平時的標尺讀數。補償的基本原理是:當望遠鏡視線水平時,與物鏡主點同高的水準標尺上物點P構成的像點Z0應落在十字絲交點Z上。
當望遠鏡對水平線傾斜一小角α後,十字絲交點Z向上移動,但像點Z0仍在原處,這樣即產生一讀數差Z0Z。當很小時可以認為Z0Z 的間距為α×f′(f′為物鏡焦距),這時可在光路中K點裝一補償器,使光線產生屈折角β,在滿足α×f′=β×S0(S0為補償器至十字絲中心的距離,即KZ)的條件下,像Z0就落在Z點上;或使十字絲自動對儀器作反方向擺動,十字絲交點Z落在Z0點上。
如光路中不採用光線屈折而採用平移時,只要平移量等於Z0Z,則十字絲交點Z落在像點Z0上,也同樣能達到Z0和Z重合的目的。自動安平補償器按結構可分為活動物鏡、活動十字絲和懸掛稜鏡等多種。
補償裝置都有一個“擺”,當望遠鏡視線略有傾斜時,補償元件將產生擺動,為使“擺”的擺動能儘快地得到穩定,必須裝一空氣阻尼器或磁力阻尼器。這種儀器較微傾水準儀工效高、精度穩定,尤其在多風和氣温變化大的地區作業更為顯著。
微傾水準儀
藉助於微傾螺旋獲得水平視線的一種常用水準儀。作業時先用圓水準器將儀器粗略整平,每次讀數前再借助微傾螺旋,使符合水準器在豎直面內俯仰,直到符合水準氣泡精確居中,使視線水平。
微傾的精密水準儀同普通水準儀比較,前者管水準器的分劃值小、靈敏度高,望遠鏡的放大倍率大,明亮度強,儀器結構堅固,特別是望遠鏡與管水準器之間的聯接牢固,裝有光學測微器,並配有精密水準標尺,以提高讀數精度。
中國生產的微傾式精密水準儀,其望遠鏡放大倍率為40倍,管水準器分劃值為10″/2毫米,光學測微器最小讀數為0.05毫米,望遠鏡照準部分、管水準器和光學測微器都共同安裝在防熱罩內。
電子水準儀
電子水準儀又稱數字水準儀,它是在自動安平水準儀的基礎上發展起來的。它採用條碼標尺,各廠家標尺編碼的條碼圖案不相同,不能互換使用。
2013年前照準標尺和調焦仍需目視進行。人工完成照準和調焦之後,標尺條碼一方面被成像在望遠鏡分化板上,供目視觀測,另一方面通過望遠鏡的分光鏡,標尺條碼又被成像在光電傳感器(又稱探測器)上,即線陣CCD器件上,供電子讀數。因此,如果使用傳統水準標尺,電子水準儀又可以像普通自動安平水準儀一樣使用。不過這時的測量精度低於電子測量的精度。
特別是精密電子水準儀,由於沒有光學測微器,當成普通自動安平水準儀使用時,其精度更低。
當前電子水準儀採用了原理上相差較大的三種自動電子讀數方法:
1)相關法(徠卡NA3002/3003)
2) 幾何法(蔡司DiNi10/20)
3) 相位法(拓普康DL101C/102C)
激光水準儀
利用激光束代替人工讀數的一種水準儀。將激光器發出的激光束導入望遠鏡筒內,使其沿視準軸方向射出水平激光束。
利用激光的單色性和相干性,可在望遠鏡物鏡前裝配一塊具有一定遮光圖案的.玻璃片或金屬片,即波帶板,使之所生衍射干涉。經過望遠鏡調焦,在波帶板的調焦範圍內,獲得一明亮而精細的十字型或圓形的激光光斑,從而更精確地照準目標。
如在前、後水準標尺上配備能自動跟蹤的光電接收靶,即可進行水準測量。在施工測量和大型構件裝配中,常用激光水準儀建立水平面或水平線。
數字水準儀是目前最先進的水準儀,配合專門的條碼水準尺,通過儀器中內置的數字成像系統,自動獲取水準尺的條碼讀數,不再需要人工讀數。這種儀器可大大降低測繪作業勞動強度,避免人為的主觀讀數誤差,提高測量精度和效率。
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