园林工程测量：水准仪分划管值和几何条件

按构造分类：水准仪按构造可分为微倾水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪。

按精度分类：高精度仪器DS0.5，DS1，主要用于精度要求较高的精密水准测量。中等精度仪器DS3，主要用于三、四等水准测量。一般精度仪器DS10，DS20，主要用于图根水准测量。DS 分别为大地测量仪器和水准仪的汉语拼音第一个字母，0.5，1，3 等下标表示每公里水准路线长度往返测高差平均值中误差为0.5 mm，1 mm，3 mm 等。本节主要介绍DS3级微倾式水准仪。

1）水准仪的构造

根据水准测量原理，水准仪的作用是提供一条水平视线，并能瞄准水准尺进行读数。因此，水准仪主要由望远镜、水准器、托板及基座四部分组成，图2.2 是我国生产的DS3级微倾式水准仪。

（1）望远镜　望远镜是用于瞄准目标和读数，它主要是由物镜、调焦透镜、十字丝和目镜等几个部分组成，如图2.3（a）所示，此外还有制动螺旋、微动螺旋和微倾螺旋。

图2.2　水准仪的构造

1.准星；2.物镜；3.微动螺旋；4.制动螺旋；5.符合水准器观测镜；6.水准管；7.圆水准器；8.校正螺丝；9.照门；10.目镜；11.目镜调焦螺旋；12.物镜调焦螺旋；13.微倾螺旋；14.基座15.脚螺旋；16.连接板；17.架头；18.连接螺旋；19.三脚架

图2.3　望远镜的构造

①物镜。由冕牌玻璃及火石玻璃组成，目的是消除色散像差，改善成像质量。物镜的主要作用是收集众多的光线，成一小而光强的物像，便于目镜放大，有足够的光亮度，以利观测。物镜的大小是望远镜分辨率大小的主要指标之一。因为物镜大，收集物体的光线便多，可以放得较大而又有足够的明亮度。另外物像的清晰度，对分辨率有较大的影响，清晰度由物镜、目镜等琢磨的精度和光学质量所决定。DS3级水准仪望远镜的放大率一般为30~35 倍。望远镜物镜光心与十字丝交点的连线，称为视准轴。

②调焦透镜。如果物镜与十字丝的距离不变动，则远近不同的物体，将成像在十字丝的前后，移动调焦透镜，可使物像精确地落在十字丝平面上。这种望远镜叫内调焦望远镜，我国生产的水准仪和经纬仪上的望远镜都是内调焦。如果不用调焦透镜，而使物镜对十字丝作相对运动，也可使远近不同的物像，精确落在十字丝平面上，这种望远镜称外调焦望远镜，罗盘仪上的望远镜就属于外调焦望远镜。内调焦望远镜的优点是：密封性好、灰尘和潮气不容易进入望远镜内，望远镜可以做得短些，仪器比较轻便等。

③十字丝。是刻划在玻璃板上，竖直的一条称为竖丝，横的一条称为中丝，是为瞄准目标和读数用的。中丝上下还有对称的二条短横丝，是测定距离用的，称为视距丝，如图2.3（b）所示。十字丝分划板一般用4 个止头螺丝安装在镜筒上。

④目镜。主要起放大作用，将十字丝和物体在十字丝平面上的物像同时放大，以便观测。为了使十字丝的虚像在明视距离上，目镜对十字丝可作相对运动。旋转目镜，可使十字丝看得十分清晰。倒像望远镜的目镜由两个平凸透镜组成，正像望远镜的目镜由四个平凸透镜组成，因为增加了两个透镜，使镜筒变长，光线损失较多。我国北光厂和天津厂生产的自动安平水准仪均系正像望远镜。

（2）水准器　水准仪上的水准器，是用来指示视线是否水平或竖轴是否竖直的装置。水准器分圆水准器和管水准器（又称为长水准管）两种。圆水准器一般装在基座部分上，作为概略整平用，管水准器和望远镜连在一起，供精确调平视线用。

管水准器是一个内表面磨成圆弧的玻璃管，如图2.4（a）所示，管内贮满乙醚和乙醇的混合液体，加热封闭，冷却后便形成一个气泡，水准管上刻有间隔2 mm 的刻划，每2 mm 弧长所对圆心角称为水准器的分划值，用τ 表示，如图2.4（b）、（c）所示。水准管的分划值越小，灵敏度越高。我国生产的DS3级水准仪管水准器的分划管值为20″/2 mm，DS10级水准仪管水准器的分划值为45″/2 mm。水准管圆弧内壁中点的切线称为水准管轴LL。当气泡居中时，水准管轴就处于水平位置。由于水准管轴和视准轴平行，此时仪器的视线即为水平视线。

为了便于观察气泡是否居中和提高目估水准管气泡居中的精度，在水准管的上方安装一组符合棱镜和窥望镜，如图2.4（d）所示，水准管气泡的影像，通过棱镜组90°的转向作用，把气泡两端点的影像反映到符合水准器的窥望镜视场内。在窥望镜内看到两个气泡一半的影像，当它们构成半圆时，气泡就完全居中了，如图2.4（e）所示。(www.xing528.com)

图2.4　管水准器和圆水准器

圆水准器是一个内表面磨成球面的玻璃盒，如图2.4（f）所示，通过球面中点的法线称为圆水准轴。当气泡居中时，圆水准轴处于铅垂位置。如果圆水准轴与仪器竖轴平行，则气泡居中时，竖轴也处于铅垂位置。圆水准器的分划值为5′/2 mm~10′/2 mm，由于精度低，故只用于仪器的概略整平。

（3）托板和基座　托板是连接望远镜和竖轴的主要部件，它是由托板和固定弹簧片将望远镜和竖轴固联在一起，它向上支撑着望远镜和水准器，下与竖轴相连接，竖轴插于基座内。托板上有圆水准器、水平制动螺旋、微动螺旋及精平用的微倾螺旋。基座是由轴座、脚螺旋和三角形底板所组成，它的作用是支撑仪器的上部并与三脚架相连接。

图2.5　水准仪的几何轴线

2）水准仪在构造上应满足的几何条件

根据水准测量原理，水准仪必须提供一条水平视线，才能正确地测出地面两点间的高差。为此，水准仪必须满足下列的几何条件（图2.5）。

①圆水准轴L′L′应平行于仪器的竖轴VV。其目的是当圆水准器气泡居中时，圆水准轴L′L′处于铅垂位置，仪器的竖轴也处于铅垂位置。

②十字丝的横丝应垂直于仪器的竖轴VV。其目的是当竖轴处于铅垂位置时，横丝处于水平位置，这样就可用水平的中横丝去代替十字丝交点照准、读数，从而使水准仪照准、读数更加方便。

③水准管轴LL 应平行于视准轴CC。其目的是当水准管气泡居中时，水准管轴就是一条水平线，视准轴也是一条水平线。

水准仪应满足的各条件，在出厂时已经过严格的检验而得到满足，但经过长途运输或长期使用等原因，各轴线间的几何关系会发生变化，若不及时检验校正，将会影响测量成果的质量。因此，在水准测量之前，即使是一台新仪器，都应通过检验校正使其满足上述的几何条件。