自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平原理

自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀是借助位于光路中的補(bǔ)償器在微小傾斜范圍內(nèi)自動(dòng)整平望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸的。其原理參見圖1，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡處于水平位置時(shí)，由標(biāo)尺上某點(diǎn)進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的瞄準(zhǔn)光速通過分劃板中心F_c，如果望遠(yuǎn)鏡對(duì)水準(zhǔn)軸傾斜一個(gè)微小角度a，在分劃板上的點(diǎn)象將高于或低于F₀一個(gè)數(shù)值，從而在標(biāo)尺上產(chǎn)生一個(gè)讀數(shù)差

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

水準(zhǔn)儀是一種利用水平視線進(jìn)行工作的光學(xué)測(cè)繪儀器。它主要用來測(cè)定地面上各點(diǎn)間的高差，用于國(guó)家各級(jí)控制網(wǎng)的水準(zhǔn)測(cè)量和工程水準(zhǔn)測(cè)量。

利用水準(zhǔn)器來獲得水平視線盼水準(zhǔn)儀稱為水準(zhǔn)器水準(zhǔn)儀。儀器上的水準(zhǔn)器軸與望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸互相平行。因此，當(dāng)安乎水準(zhǔn)器后，儀器的視線也就水平了。

水準(zhǔn)器水準(zhǔn)儀在水準(zhǔn)測(cè)量中，對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺的每次讀數(shù)均需使水準(zhǔn)器的氣泡居中或符合，否則將在測(cè)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(zhǔn)測(cè)量工效的提高。那么是否有可能不利用水準(zhǔn)器而直接利用重力來安置儀器，使視準(zhǔn)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(shí)際，這是因?yàn)椋?

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(yuǎn)較一般精度水準(zhǔn)測(cè)量的誤差為大；

2)儀器的懸掛部分質(zhì)量很大，在擺動(dòng)時(shí)很難使它靜止下來，因而使觀測(cè)工作難以進(jìn)行；

3)外界因素如風(fēng)的影響，也使望遠(yuǎn)鏡的擺動(dòng)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(jī)械技術(shù)方面的進(jìn)步，人們終于找到了一個(gè)解決問題的辦法，即通過在儀器內(nèi)部(或外部)設(shè)置補(bǔ)償器來自動(dòng)地把儀器的視線控制于水平位置。這樣的儀器就稱為自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀(也稱為補(bǔ)償器水準(zhǔn)儀)。1950年，蔡司·奧普通廠第一家制成了可以應(yīng)用于實(shí)際測(cè)量作業(yè)的自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀(型號(hào)為Ni-2)。此后，自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的研究生產(chǎn)進(jìn)展很快，世界上生產(chǎn)光學(xué)測(cè)繪儀器的光學(xué)儀器廠設(shè)計(jì)制造了幾十種不同型號(hào)的自低精度到最高精度的自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀。由于自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀在測(cè)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(dòng)安平水準(zhǔn)儀這種儀器上，精密整平用的長(zhǎng)水準(zhǔn)器被新的自動(dòng)安平機(jī)構(gòu)——補(bǔ)償器所代替。儀器在用圓水準(zhǔn)器初整平后，即可進(jìn)行測(cè)量。因此，自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的最大特點(diǎn)是儀器安平迅速，工作效率較高。此外，觀測(cè)時(shí)間的縮短在一定程度上減少了儀器和標(biāo)尺下沉及外界條件變化對(duì)測(cè)量成果的影響，有利于提高測(cè)量精度。

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

自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀靈敏元件

該元件是在望遠(yuǎn)鏡傾斜時(shí)能使補(bǔ)償元件作相應(yīng)傾斜或位移作用的元件，它同時(shí)又對(duì)補(bǔ)償元件起連接或支承作用。靈敏元件決定著補(bǔ)償系統(tǒng)活動(dòng)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(jī)械強(qiáng)度。常用的有吊絲、簧片、扭絲、滾珠軸承等。

自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀補(bǔ)償元件

該元件是改變光路以使傾斜量得到適當(dāng)補(bǔ)償?shù)淖饔迷Ｓ玫幂^多的有物鏡、分劃板、反光鏡、棱鏡等。

自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀阻尼系統(tǒng)

為使上述活動(dòng)部分在盡可能短的時(shí)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(duì)擺體產(chǎn)生粘滯作用使之達(dá)到平穩(wěn)，后者則利用金屬擺體通過電磁場(chǎng)時(shí)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(jī)構(gòu)工作性能和特點(diǎn)的主要是靈敏元件。

儀器如圖2：

自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀安置儀器

(1)選擇合適高度支好三腳架，將水準(zhǔn)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(shí)旋轉(zhuǎn)1、2手輪使水泡向右移動(dòng)。

(4)旋轉(zhuǎn)3手輪使水泡向上移動(dòng)。

(5)通過粗瞄準(zhǔn)器，瞄準(zhǔn)標(biāo)尺，轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡，使十字絲分劃板視距絲成像清晰。

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

(7)通過目鏡觀察視場(chǎng)中的成像，將眼睛稍微上下左右移動(dòng)，確認(rèn)標(biāo)尺像相對(duì)于十字線不動(dòng)，沒發(fā)生相對(duì)位移，即可開始測(cè)量，否則重復(fù)予以調(diào)整。

(8)第(7)點(diǎn)中所述的相對(duì)位移，會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來誤差，應(yīng)仔細(xì)做好消除視差工作。

自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀高差測(cè)量

(1)安置儀器于A、B中間。如圖4。

(2)垂直安放標(biāo)尺于A點(diǎn)，用中絲讀數(shù)為a。

(3)垂直安放標(biāo)尺于B點(diǎn)，用中絲讀數(shù)為b。

(4)A、B兩點(diǎn)高差值為

(5)當(dāng)A、B兩點(diǎn)之間距離長(zhǎng)或者高差大時(shí)，則應(yīng)分為若干個(gè)區(qū)間進(jìn)行測(cè)量(如圖5)并記錄于下表。

自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀視距測(cè)量

瞄準(zhǔn)標(biāo)尺，用視距上絲和視距下絲讀出標(biāo)尺上的讀數(shù)，讀數(shù)記錄一般均不加小數(shù)點(diǎn)，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(biāo)尺間的距離。

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

空氣阻尼補(bǔ)償器，受環(huán)境周邊磁場(chǎng)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(dòng)安平水準(zhǔn)儀。

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

臺(tái)式磁阻尼補(bǔ)償器，裝配工藝相對(duì)復(fù)雜、對(duì)部件要求比較高、成本比較高，但由于抗震優(yōu)于其它補(bǔ)償器，多被應(yīng)用于中、高檔自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀。