自動安平水準儀

自動安平水準儀是借助位于光路中的補償器在微小傾斜范圍內(nèi)自動整平望遠鏡視準軸的。其原理參見圖1，當望遠鏡處于水平位置時，由標尺上某點進入望遠鏡的瞄準光速通過分劃板中心F_c，如果望遠鏡對水準軸傾斜一個微小角度a，在分劃板上的點象將高于或低于F₀一個數(shù)值，從而在標尺上產(chǎn)生一個讀數(shù)差

顯然，要使瞄準光束偏轉(zhuǎn)后正好通過點F₀，必須滿足下列關(guān)系

水準儀是一種利用水平視線進行工作的光學(xué)測繪儀器。它主要用來測定地面上各點間的高差，用于國家各級控制網(wǎng)的水準測量和工程水準測量。

利用水準器來獲得水平視線盼水準儀稱為水準器水準儀。儀器上的水準器軸與望遠鏡視準軸互相平行。因此，當安乎水準器后，儀器的視線也就水平了。

水準器水準儀在水準測量中，對水準標尺的每次讀數(shù)均需使水準器的氣泡居中或符合，否則將在測量結(jié)果中引入不能容許的誤差，這一操作程序限制了水準測量工效的提高。那么是否有可能不利用水準器而直接利用重力來安置儀器，使視準軸處于水平位置呢"para" label-module="para">

然而，這樣的方案不能滿意地應(yīng)用于實際，這是因為：

1)旋轉(zhuǎn)軸的摩擦妨礙了儀器視線的精確安平，由此產(chǎn)生的誤差遠較一般精度水準測量的誤差為大；

2)儀器的懸掛部分質(zhì)量很大，在擺動時很難使它靜止下來，因而使觀測工作難以進行；

3)外界因素如風的影響，也使望遠鏡的擺動無法停止。

經(jīng)過一百多年來的努力，特別是光學(xué)與精密機械技術(shù)方面的進步，人們終于找到了一個解決問題的辦法，即通過在儀器內(nèi)部(或外部)設(shè)置補償器來自動地把儀器的視線控制于水平位置。這樣的儀器就稱為自動安平水準儀(也稱為補償器水準儀)。1950年，蔡司·奧普通廠第一家制成了可以應(yīng)用于實際測量作業(yè)的自動安平水準儀(型號為Ni-2)。此后，自動安平水準儀的研究生產(chǎn)進展很快，世界上生產(chǎn)光學(xué)測繪儀器的光學(xué)儀器廠設(shè)計制造了幾十種不同型號的自低精度到最高精度的自動安平水準儀。由于自動安平水準儀在測量工作中具有較高的工效，因而得到越來越普遍的應(yīng)用。

在自動安平水準儀這種儀器上，精密整平用的長水準器被新的自動安平機構(gòu)——補償器所代替。儀器在用圓水準器初整平后，即可進行測量。因此，自動安平水準儀的最大特點是儀器安平迅速，工作效率較高。此外，觀測時間的縮短在一定程度上減少了儀器和標尺下沉及外界條件變化對測量成果的影響，有利于提高測量精度。

為了符合自動安平要求，根據(jù)補償原理，補償器應(yīng)由以下三部分組成：

自動安平水準儀靈敏元件

該元件是在望遠鏡傾斜時能使補償元件作相應(yīng)傾斜或位移作用的元件，它同時又對補償元件起連接或支承作用。靈敏元件決定著補償系統(tǒng)活動部分的靈敏度和工作可靠性，因此要求它的內(nèi)摩擦力極小和有足夠的機械強度。常用的有吊絲、簧片、扭絲、滾珠軸承等。

自動安平水準儀補償元件

該元件是改變光路以使傾斜量得到適當補償?shù)淖饔迷?。用得較多的有物鏡、分劃板、反光鏡、棱鏡等。

自動安平水準儀阻尼系統(tǒng)

為使上述活動部分在盡可能短的時間(通常在1秒之內(nèi))內(nèi)穩(wěn)定下來，需要采用阻尼系統(tǒng)，最常用的有空氣式阻尼器和電磁式阻尼器兩種。前者利用活塞在缸體中形成的微小氣囊對擺體產(chǎn)生粘滯作用使之達到平穩(wěn)，后者則利用金屬擺體通過電磁場時切割磁力線產(chǎn)生的渦流作用而使擺體趨于穩(wěn)定。

上述作用元件中，決定安平機構(gòu)工作性能和特點的主要是靈敏元件。

自動安平水準儀補償器，按照阻尼方式可分為空氣阻尼補償器和磁阻補償器。其中磁阻尼補償器按照構(gòu)造不同有可分為臺式磁阻尼補償器、交叉式磁阻尼補償器。

儀器如圖2：

自動安平水準儀安置儀器

(1)選擇合適高度支好三腳架，將水準儀用中心螺絲與三腳架連接牢固。

(2)用三腳架粗整平儀器與地面安放牢固，旋轉(zhuǎn)腳螺絲手輪1、2、3，使水泡居中，如圖3

(3)同時旋轉(zhuǎn)1、2手輪使水泡向右移動。

(4)旋轉(zhuǎn)3手輪使水泡向上移動。

(5)通過粗瞄準器，瞄準標尺，轉(zhuǎn)動目鏡，使十字絲分劃板視距絲成像清晰。

(6)旋轉(zhuǎn)水平微動手輪，使標尺成像在視場中央，旋轉(zhuǎn)調(diào)焦手輪，直到標尺成像清晰。

(7)通過目鏡觀察視場中的成像，將眼睛稍微上下左右移動，確認標尺像相對于十字線不動，沒發(fā)生相對位移，即可開始測量，否則重復(fù)予以調(diào)整。

(8)第(7)點中所述的相對位移，會給測量結(jié)果帶來誤差，應(yīng)仔細做好消除視差工作。

自動安平水準儀高差測量

(1)安置儀器于A、B中間。如圖4。

(2)垂直安放標尺于A點，用中絲讀數(shù)為a。

(3)垂直安放標尺于B點，用中絲讀數(shù)為b。

(4)A、B兩點高差值為

(5)當A、B兩點之間距離長或者高差大時，則應(yīng)分為若干個區(qū)間進行測量(如圖5)并記錄于下表。

自動安平水準儀視距測量

瞄準標尺，用視距上絲和視距下絲讀出標尺上的讀數(shù)，讀數(shù)記錄一般均不加小數(shù)點，讀記四位數(shù)，以毫米為單位。兩讀數(shù)之差乘以常數(shù)100就得到儀器中心到標尺間的距離。

空氣阻尼補償器，受環(huán)境周邊磁場影響小，但由于裝配工藝復(fù)雜多應(yīng)用于產(chǎn)量不大、精度要求高的自動安平水準儀。

交叉式磁阻尼補償器，裝配工藝簡單、部件精度要求不是很苛刻、成本低廉，但該補償器對于倒置后若經(jīng)受較強烈震動后，由于吊線彎折變形引起補償功能失效的概率非常高；所以這種補償器目前被廣泛應(yīng)用于中低檔自動安平水準儀，而很少被應(yīng)用于高檔儀器當中。

臺式磁阻尼補償器，裝配工藝相對復(fù)雜、對部件要求比較高、成本比較高，但由于抗震優(yōu)于其它補償器，多被應(yīng)用于中、高檔自動安平水準儀。