水準(zhǔn)儀基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)

水準(zhǔn)儀的類型
水準(zhǔn)儀按其精度可分為DS05、DSl、DS3、DSl0等幾種型號(hào)。“D”和“S”分別為“大地測(cè)量”和“水準(zhǔn)儀”的漢語拼音第一個(gè)字母，“05”、“1”、“3”、“10”表示水準(zhǔn)儀設(shè)計(jì)精度指標(biāo)，如“3”表示每公里往返測(cè)量高差中數(shù)的偶然中誤差小于或等于3mm。數(shù)字越小，水準(zhǔn)儀精密度越高。普通水準(zhǔn)測(cè)量一般使用DS3型（簡(jiǎn)稱S3型）水準(zhǔn)儀。
S3型微傾水準(zhǔn)儀
水準(zhǔn)儀是為水準(zhǔn)測(cè)量提供水平視線的儀器。
由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座三部分組成。儀器通過基座與三腳架連接，支承在三腳架上。基座有三個(gè)腳螺旋，用以粗略整平儀器。望遠(yuǎn)鏡旁裝有一個(gè)管水準(zhǔn)器，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡微傾螺旋，可使望遠(yuǎn)鏡作微小的上下俯仰，管水準(zhǔn)器也隨之上下俯仰。當(dāng)管水準(zhǔn)器中氣泡居中，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡視線水平。儀器在水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，是由水平制動(dòng)螺旋和微動(dòng)螺旋控制的。
1.望遠(yuǎn)鏡
水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡主要由物鏡、目鏡、內(nèi)對(duì)光透鏡和十字絲分劃板四部分組成。根據(jù)幾何光學(xué)原理可知，目標(biāo)經(jīng)過物鏡及對(duì)光透鏡的作用，在十字絲附近成一倒立實(shí)像。由于目標(biāo)離望遠(yuǎn)鏡的遠(yuǎn)近不同，借轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)光螺旋令對(duì)光透鏡在鏡筒內(nèi)前后移動(dòng)，即可使其實(shí)像恰好落在十字絲平面上，再經(jīng)過目鏡的作用，將倒立的實(shí)像和十字絲同時(shí)放大，這時(shí)倒立的實(shí)像成為倒立而放大的虛像。其放大的虛像與用眼睛直接看到目標(biāo)大小的 比值，即為望遠(yuǎn)鏡的放大率V。國(guó)產(chǎn)S3型水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡的放大率一般約為30倍。
十字絲是用來瞄準(zhǔn)目標(biāo)和讀數(shù)的，其形式一般如圖2.4所示。其中十字絲的交點(diǎn)和物鏡光心的連線，稱為望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸，也是用以瞄準(zhǔn)和讀數(shù)的視線。因此望遠(yuǎn)鏡的作用，一方面提供一條瞄準(zhǔn)目標(biāo)的視線，另一方面將遠(yuǎn)處的目標(biāo)放大，提高瞄準(zhǔn)和讀數(shù)的精度。
2.水準(zhǔn)器
水準(zhǔn)儀上水準(zhǔn)器有長(zhǎng)水準(zhǔn)管和圓水準(zhǔn)器各一個(gè)，長(zhǎng)水準(zhǔn)管用來指示視線是否水平的裝置，圓水準(zhǔn)器用來指示豎軸是否豎直的裝置。圓水準(zhǔn)器裝置在基座部分，作粗略整平儀器之用；長(zhǎng)水準(zhǔn)管和望遠(yuǎn)鏡連在一起，供精確調(diào)平視線之用。水準(zhǔn)器內(nèi)是酒精和乙醚的混合液體，只留一個(gè)小的氣泡。當(dāng)氣泡兩端與水準(zhǔn)器圓弧中點(diǎn)對(duì)稱時(shí)，稱為氣泡居中。水準(zhǔn)管內(nèi)圓弧中點(diǎn)處（圓弧最高點(diǎn)）的切線，稱為水準(zhǔn)管軸。水準(zhǔn)器的分劃值是衡量水準(zhǔn)器靈敏度的指標(biāo)。分劃值越小，靈敏度越高。一般規(guī)定以圓弧2mm長(zhǎng)度所對(duì)圓心角 表示水準(zhǔn)器的分劃值。S3型水準(zhǔn)儀的長(zhǎng)水準(zhǔn)管分劃值為20″／2mm。為了提高氣泡居中的精度，在長(zhǎng)水準(zhǔn)管上方設(shè)置一組棱鏡，通過棱鏡的折光作用，使氣泡兩端的像反映在望遠(yuǎn)鏡旁的觀察小窗內(nèi)，當(dāng)兩半個(gè)氣泡的像錯(cuò)開，表示氣泡不居中；轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使兩半個(gè)氣泡的像吻合，則表示氣泡居中，這種具有棱鏡裝置的長(zhǎng)水準(zhǔn)管，稱為符合水準(zhǔn)管。圓水準(zhǔn)器分劃值為8′／2mm，靈敏度較低，只能用于粗略整平。
水準(zhǔn)尺與尺墊
水準(zhǔn)尺是進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)用以讀數(shù)的重要工具。尺長(zhǎng)一般為3~5m，尺底從零開始，每隔一厘米，涂有黑白或紅白相間的分格，每分米注一數(shù)字。水準(zhǔn)尺按尺面分為單面尺和雙面尺兩種；按尺形分為直式尺、折式尺、塔尺等三種。
雙面水準(zhǔn)尺一面為黑面，分劃黑白相間，為主尺；另一面為紅面，分劃紅白相間，為輔尺。雙面水準(zhǔn)尺必須成對(duì)使用。兩根水準(zhǔn)尺黑面底部的起始數(shù)均為0m，而紅面底部的起始數(shù)分別為4 687mm及4 787mm，此兩數(shù)稱為尺常數(shù)，用以檢驗(yàn)讀數(shù)。
尺墊一般為三角形的鑄鐵塊，中央有一突起的半圓球體。立尺前先將尺墊踩實(shí)，然后豎立水準(zhǔn)尺于半圓球體的頂上。它的作用是減少水準(zhǔn)尺下沉及尺子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)防止改變高程。
S3型水準(zhǔn)儀的使用
將儀器安置在兩點(diǎn)之間，支開三腳架，將其插入土中，并使架頭大致水平。利用連接螺旋使水準(zhǔn)儀與三腳架固連，然后轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋，使圓水準(zhǔn)氣泡居中，達(dá)到粗略整平儀器的目的。儀器粗略整平后，即可使用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，其操作步驟如下：
1.目鏡對(duì)光
調(diào)節(jié)目鏡對(duì)光螺旋，使十字絲成像清晰。
2.瞄準(zhǔn)
松開望遠(yuǎn)鏡的制動(dòng)螺旋，利用望遠(yuǎn)鏡筒上的缺口和準(zhǔn)星概略地瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)看到水準(zhǔn)尺后，關(guān)緊制動(dòng)螺旋。
3.物鏡對(duì)光與消除視差
轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對(duì)光螺旋，使水準(zhǔn)尺的分劃呈像清晰。當(dāng)十字絲和水準(zhǔn)尺的呈像均清晰，如發(fā)現(xiàn)十字絲縱絲偏離水準(zhǔn)尺，則可利用微動(dòng)螺旋使十字絲縱絲對(duì)準(zhǔn)水準(zhǔn)尺。瞄準(zhǔn)目標(biāo)讀數(shù)時(shí)，若對(duì)光不好，則尺像沒有落在十字絲平面上，這時(shí)眼睛上下晃動(dòng)，讀數(shù)也隨之變動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為十字絲視差。它將影響讀數(shù)的正確性，必須予以消除。消除方法是轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡調(diào)節(jié)螺旋使十字絲成像清晰，再轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對(duì)光螺旋使尺像清晰，而且要反復(fù)調(diào)節(jié)上述兩螺旋，直至十字絲和水準(zhǔn)尺呈像均清晰，眼睛上下晃動(dòng)時(shí)讀數(shù)穩(wěn)定。該過程稱為消除視差。
4.讀數(shù)
讀數(shù)前必須轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使符合水準(zhǔn)管氣泡居中，此時(shí)視線水平，然后立即利用十字絲中橫絲讀取尺上讀數(shù)，讀數(shù)時(shí)應(yīng)讀出米、分米、厘米、毫米（估讀）四位數(shù)并以毫米或米為單位書寫。因?yàn)樗疁?zhǔn)儀的望遠(yuǎn)鏡一般是倒像，所以水準(zhǔn)尺倒寫的數(shù)字從望遠(yuǎn)鏡中看到的是正寫的數(shù)字，同時(shí)看到尺上刻劃的注記是從上向下遞增的，因此讀數(shù)應(yīng)由上向下讀（對(duì)于呈正像的水準(zhǔn)儀來說，則相反。），讀完后視讀數(shù)，轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)前視尺，仍要使用微傾螺旋調(diào)整符合水準(zhǔn)管氣泡居中后，讀出前視讀數(shù)。至此完成了一個(gè)測(cè)站上的高差測(cè)量工作。

“十字絲是用來瞄準(zhǔn)目標(biāo)和讀數(shù)的，其形式一般如圖2.4所示。”
無圖