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光学水准仪室外校正方法

放大字体   缩小字体 发布日期:2014-10-10 浏览次数:155

按照《中华人民共和国计量法》和水文行业规范标准,光学水准仪属国家依法管理的计量器具,检定周期一般为一年。对使用中的仪器必需每年到县级以上人民政府计量行政部门或委托部门送检,检定合格后才能使用。按国家计量检定规程光学水准仪检定的项目很多,要用许多专用的检定仪器或器具才能进行检定。各单位受条件限制无法作全面的检定,但是对某些在使用中的仪器影响测量精度的项目,《国家计量检定规程》(JJG425-86)允许采用室外校正的方法进行。
       一. 光学水准仪的轴系关系
       光学水准仪是借助水平视线作为基准,进行高差测量的光学仪器。它的结构比较简单大家都熟悉。为什么要了解它的轴系关系呢?因为它对校正工作很有帮助。光学水准仪的轴主要有:符合管状水准泡水准轴、园水准泡轴、望远镜视准轴、还有就是竖轴。通过符合管状水准泡中心和水准管弧线零刻度并垂直于铅垂线的切线叫符合管状水准泡水准轴,它始终是水平的;通过园水准器气泡中心和园水准器球面中心的水平切线的法线叫园水准轴;通过望远镜目镜、调焦镜、物镜的光学中心和十字丝中心的连线叫望远镜视准轴;通过水准仪照准部旋转轴的几何中心的连线叫竖轴。它们的轴系关系是:符合管状水准泡水准轴平行于望远镜视准轴,它们在水平面上投影的不平行度称为交叉误差,在铅垂面上投影的不平行度称为i角误差;园水准泡轴平行于竖轴,其误差也就是园水准器准确性;十字丝横丝垂直于竖轴,其误差称为望远镜分划板横线与竖轴的垂直度。仪器检查校正的目的就是要确保这些轴系关系,并在一定的误差范围内。了解这些轴系关系后,就可以根据仪器的结构和各零部件所处的位置很方便的进行校正工作了。

       二. 光学水准仪室外检查校正方法
       1、 外观检查
        a、仪器外表漆层应均匀无脱皮,电镀细密无伤痕,零件接合应齐整,密封性能应良好。
        b、正常条件观测时,望远镜视场中亮度均匀,像质良好,分划板注记清晰。
        c、光学零件表面应清洁,均无油迹、霉斑和有损成像质量的显着气泡、灰尘、擦痕等缺陷;胶合件不应脱胶;镀膜层不应损伤。
        d、管状水准泡上的分划线应清晰、均匀,且与水准泡管轴相垂直;符合水准器的符合分界线应均匀细直,气泡成像应清晰,两端影像应正交,并对称于符合分界线。
        e、仪器的转动机构及微动机构应运转灵活、平稳、舒适,无明显跳动、阻滞及回程现象。观察点状目标时,旋转微倾或微动手轮,其移动轨迹应为直线。
         f、制动机构及校正螺钉均应有效地发生作用,不应有松动现象;各校正和改正机构应留有调整余量。
        g、自动安平水准仪的阻尼机构应能正常地工作。
        h、水准泡安装应牢固,微倾手轮运转时,气泡移动应均匀灵敏,不应有目视可见的跳动或阻滞现象。
         i、望远镜目镜调节时,视场内的十字线交点不应有明显地晃动现象。
         j、仪器与三脚架的联结应牢固,在照准部转动时,基座不应有晃动现象。
       2、国家计量检定规程允许室外检查校正的项目(指使用中的仪器)
        a、园水准泡轴平行于竖轴。
        b、符合管状水准泡水准轴垂直于竖轴。
        c、望远镜分划板横丝垂直于竖轴。
        d、望远镜视准轴与符合管状水准泡水准轴在铅垂面上投影的不平行度即i角误差。
       3、国家计量检定规程规定的室外检查校正的条件
        a、观测时间:根据地区、季节等具体条件决定,一般情况下,上午由日出后0.5h开始,太阳中天前2.5h结束;下午由太阳中天后2.5h开始,日落前0.5h结束。
        b、环境条件:气温无突变;空气无颤动或有微小而断续的颤动;风力不大于4级(20km/h);无降水;能见度大于1000m。
       4、符合管状水泡水准轴垂直于竖轴和园水准泡轴平行于竖轴的检查校正将仪器架好于三脚架上,初步整平。先使任意两个基座螺旋的连线平行于照准部望远镜,径向调整这两个基座螺旋使符合水泡居中;然后顺时针旋转照准部90度,使望远镜垂直于这两个基座螺旋的连线,调整第三个基座螺旋使符合水泡居中;再顺时针旋转90度,使望远镜平行于这两个基座螺旋的连线,这时看符合水泡是否居中,若不居中,用这两个基座螺旋径向调整符合水泡居中偏差量的一半,再用照准部的倾斜螺旋调整符合水泡居中。重复上述方法几次,使照准部在各个方向上符合水泡都严格居中为止。这样符合管状水泡水准轴就垂直于坚轴了。根据精度传递原理,这时调整固定园水准器架上的三个螺丝,使园水淮器水泡在园分划圈之内并且居中。这样园水准轴也就平行于竖轴了。DS3水准仪符合管状水准器角值:20″/2mm,园水准器角值:8′/2mm。所以符合管状水准器比园水准器精度高。上述方法也称为仪器精确调平。国家计量检定规程规定在仪器精确调平后,符合管状水准器水泡在任何方向上都不能偏移1/4角值(1/4格),园水准器水泡都应在园分划圈之内。
       5、望远镜分划板横丝垂直于竖轴的检查校正精确调平仪器,在距仪器20~50m处与仪器等高的地方选取一个明显而较细的目标点,将十字丝中心压在目标点上,转动水平方向微动螺旋,使目标点慢慢移动到横丝的一端,看是否还压在横丝上;如果是,说明横丝垂直于竖轴,否则就要进行校正。用钟表起子旋松靠望远镜目镜一端的三个制头螺丝的任意两个,旋转松动部分,调整目标点到偏离横丝一端偏移量的一半。重复上述方法几次,使目标点在横丝作水平方向移动时一直都压在横丝上为止,然后旋紧这两个制头螺丝。这样望远镜分划板横丝就垂直于竖轴了。国家计量检定规程规定:望远镜分划板横丝与竖轴的垂直度误差,DS1水准仪≦1′,DS3水准仪≦3′。
       6、望远镜视准轴平行于符合管状水准泡水准轴的检查校正(交叉误差和i角误差)交叉误差对高差测量精度影响不大,每年送检时已作了检定,国家计量检定规程规定:对在使用中的仪器可以不作交叉误差的检校,但是i角误差在每次使用前必需进行检校。因为i角误差对高差测量精度影响很大。i角误差的检校:选取较平坦的地形竖立相距50~100m的A、B两根水准尺(有条件的地方最好选取100m),用钢尺或皮尺在A、B两点水平连线上量取中点,将仪器架平于中点并精确调平。用中丝分别读取A、B两水准尺读数a和b得两点高差h=a-b或h=b-a,再将仪器移置于A、B连线的延长线上距A(或B)3~5m处,架平仪器并精确调平,设A尺为近尺,B尺为远尺,用中丝分别读取A、B两尺读数a′和b′得高差h′=a′-b′或h′=b′-a′。如果h=h′则
i角误差为零,h≠h′则有i角误差。根据经验公式: i=│h-h'│ρ″÷D   D=A、B两点间的水平距离   ρ=206265″
        国家计量检定规程规定:i角误差DS1水准仪≦10″,DS3水准仪≦12″。虽然水文行业标准可以放宽1.5倍,但是水文水准测量有时设及国家三等水准测量,所以最好是用国家计量标准。如果i角误差超标则需要校正:算出远尺正确读数M=a′±h   h的正负号选取要使下式成立M-a′=h或a′-M=h 转动倾斜螺旋,用中丝切远尺读数M,这时符合水准器气泡不再居中,用拨针调整符合水准器可调整部分一端的上下两个螺丝,使符合水准器水泡居中。
调整这两个螺丝时要先松后紧。对于自动安平水准仪,用拨针调整望远镜靠目镜一端固定十字丝分划板的上下两个螺丝,同样先松后紧,使十字丝中丝切在远尺读数M上即可。重复上述方法直到h=h′或i 角在误差范围内。
 
       三、对长江委水文局颁布的《水文测验仪器设备设施检查制度(试行)》中关于水准仪检验校正登记表的建议
       1、要把送计量检定部门检定的日期和结果填入表内。(增加的内容)主要是检查各单位是否按国家计量法的要求每年送检的情况,是否合格。
       2、望远镜放大率的检验可以不做不填望远镜放大率在制造仪器时厂家己确定,它是一个定值,只是不同精度级别的水准仪望远镜放大率是不一样而已,精度超高放大率越大。国家计量检定规程里没有这项检定。
       3、符合水准器分划值的检验可以不做不填(适应在使用中的DS3水准仪)国家计量检定规程规定:在使用中的DS3水准仪可以不作符合水准器分划值的检验;各水文站基本上都是使用的DS3级别的水准仪。对DS1以上精度水准仪要作检验。检验方法可按《水文测验仪器设备设施检查制度》中所描述的方法进行。
       4、交叉误差的检校可以不做不填国家计量检定规程规定:在使用中的水准仪可以不作交叉误差的检验。  

        检测与校正水准仪的简便方法
        通过总结实践经验,作者提出了新的室内校正和检测水准仪的方法,并与传统方法进行对比,有助于提高水准仪的测量精度。
        测绘仪器是测量工作者完成各种测量任务的主要工具,为了保证测量精度,测绘工作者一定要了解仪器的结构原因,只有掌握仪器的结构原理,才能很好的检测、校正,提高测量精度。众所周知,无论哪种仪器,都有几条基本的轴线,如坚轴、横轴、长水准器轴、望远镜视准轴等。为了保证仪器的测量精度,轴线之间必须互相垂直和平行,这种轴线间的相对位置关系,在测量上被称为仪器的几何关系。仪器的几何关系的正确性是通过经常性的检测与校正来保证的。一台仪器,如果校正得好,即使仪器很精密也是测不出好成果来的,仪器经过拆修之后,很多问题往往是在最后的检校过程中暴露出来的,检校已成为修理人员衡量修理质量好坏的一个重要手段。已经校正好的仪器,经过长途运输和长期使用后,校正部件会发生变化,几何关系会被破坏,使用之前必须进行检测与校正,否则容易造成测量工作的返工。下面主要介绍水准仪的检测与校正。 
       水准仪又称水平仪,是一种能给出一条水平视线的光学仪器,利用这条水平视线可以解决生产中许多实际问题。目前,灵宝市黄金管理局下属矿山大多使用的水准仪为微倾式水准仪,传统的检测与校正方法为:  
       一、园水准器轴与竖轴是否平行的检查与校正;
       二、十字丝横丝垂直于竖轴的检查与校正;  
       三、长水准器轴与望远镜视准轴是否平行的检查与校正。 
       以上三项检测与校正,前两项均可在室内检测,第三项按传统和书本上的检测与校正必须到室外进行。根据本人近几年的工作和实践经验,通过不断摸索总结,形成了一种新的室内检测与校正方法,
       下面就这一方法作以介绍:   
       一、用一台经纬仪(J2或J6均可)将指标差校正在6″以内; 
       二、用经纬仪的望远镜水平状态做为指示依据; 
       三、用水准仪对准经纬仪直接检正。   
         1、水准仪的望远镜和经纬仪的望远镜基本同高; 
         2、将经纬仪的望远镜调到无穷远(水准仪才能到无穷远);垂盘对准90°,用水准仪瞄准经纬仪,用水准仪微倾螺旋使十字丝相互重合。   
         3、若气泡偏离,用水准仪校正螺丝把气泡调到符合位置。 
         4、把经纬仪竖盘对至270°,用水准仪瞄准经纬仪,在保持水准仪附合气泡附合的前提下,两个十字丝若偏离,这个偏离量就是两倍的指标差。        
         5、用经纬仪的望远镜微动螺旋使两个十字丝重合,这个时候经纬仪的竖盘读数的变化量就是两倍的指标差,这说明i角已经检测到指标差范围以内了。  
        以上就是室内检测长水准器轴与望远镜视准轴是否平行的简便方法。此方法与传统方法比较有以下优点:
        1、不用标尺,不在室外架设仪器、标尺; 
        2、不受气象条件和大气折光的影响;  
        3、省工、省时,一人就可以完成;  
        4、精度比传统方法高。