水准仪的工作原理及常见问题

本文介绍了广泛用于地形、工程、矿山、水文、农用水利等进行水准测量使用的水准仪的结构及工作原理，并对检定时常见问题及处理方法进行了简介。

一、水准仪的结构及工作原理

(一)水准仪简介

水准仪是用于测量平面点之间的高低关系时提供水平视线的仪器，按精度分为DS05，DS1，DS3等几种型号，工程测量常用的是DS3级水准仪。其中“D”和“S”分别为“大地”和“水准仪”首字汉语拼音的首字母，而下标是仪器的精度指标，即每千米测量中的偶然误差(以mm为单位)。

目前常用的水准仪从构造上可分为利用水准管来获得水平视线的“微倾式水准仪”和利用补偿器来获得水平视线的“自动安平水准仪”两大类：此外，还有一种新型的水准仪——“电子水准仪”，它配合条形码标尺，利用数字化图像处理的方法，可自动显示高程和距离，使水准测量实现了自动化。

(二)水准仪的结构与工作原理

以微倾式水准仪为例，水准仪主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。

1. 望远镜

水准仪的望远镜有两大功能：提供一条找准目标的视准轴；看清不同距离的目标。

①物镜和目镜提供一条找准目标的视准轴；看清不同距离的目标。②十字丝分划板是为了瞄准目标和读数使用。③视准轴是十字丝交点与物镜光心的连线，用CC表示；视准轴的延长线即为视线，水准测量就是在视准轴水平时，用十字丝的中丝在水准尺上截取读数。④水平制动螺旋和微动螺旋可控制望远镜水平转动。

2.水准器

(1)圆水准器

①作用：用于仪器的粗略整平；②水准器的零点：圆形分划圈的ZX；③圆水准器轴：过零点的球面法线L′L′，称为圆水准器轴；圆水准器轴L′L′平行于仪器竖轴VV；④分划值：气泡ZX偏离零点2mm时竖轴所倾斜的角值称为圆水准器的分划值，一般为8′/2mm—10′/2mm，精度较低。

(2)管水准器

①作用：精确整平仪器；②水准管零点：2mm分划线的对称ZX；③水准管轴：通过零点与圆弧相切的纵向切线LL称为水准管轴。水准管轴平行于视准轴；④分划值：水准管上2mm圆弧所对的圆心角。水准管分划值越小，水准管灵敏度越高，用其整平仪器的精度也越高。DS3型水准仪的水准管分划值为20″，记作20″/2mm。为了提高水准管气泡居中的精度，采用符合水准器。

3.基座

①组成：轴座、脚螺旋、三角压板和底板；②作用：支承仪器的上部，并通过连接螺旋与三脚架连接，转动脚螺旋，可调节圆水准气泡。

二、水准仪的视准线误差的检定

JJG425―2003《水准仪检定规程》中规定，水准仪规定需要检定的内容包括以下项目：

(1)望远镜分划板横丝与竖轴的垂直度；

(2)测微器行差与回程差；

(3)视准线的安平误差；

(4)望远镜视轴与管状水准泡轴在水平面内投影的平行度(交叉误差)；

(5)视准线误差(i角)；

(6)望远镜调焦运行误差；

(7)自动安平水准仪检定；

①补偿误差及补偿器工作范围；②双摆位误差。

三、水准仪检定时常见问题及处理

以工程测量常用，也是日常工作中大量检定的DS3型水准仪为例，在检定过程中发现的一些问题以及及处理方法经验总结；DS3型水准仪在使用与送检的过程中受到意外的震动或者在保养修理时全部拆卸而重新安装之后，往往由于各种原因使各光学零件和金属部件未安装到位，造成各部件相对位置的改变，在检定中会出现不合格项，必须进行调修，其原因可能有以下几种情况：

(一) 目镜调焦时转动困难和有“沙沙”声

产生问题原因：是由于目镜筒的调焦螺纹与目镜座螺纹之间润滑油干涸和灰砂的侵入造成的。

处理方法：拆卸目镜用汽油清洗目镜筒调焦螺纹之间及目镜罩部分干涸的油泥及灰砂，待汽油挥发完，涂上新的调焦螺旋润滑油脂即可。

(二)目镜调焦时，分化板不清晰

产生的原因：分化板上有油污、水油性雾、发霉、脱胶或掉膜。

处理方法：拆卸目镜后将分划板彻底擦拭或除霉，必要时更换新的分划板。

(三)物镜成像不清晰

产生的原因及处理方法常有以下几种情况：①物镜镜片不共轴，旋转物镜透镜组之间的相互位置，使它对准拆前所画的记号或出厂记号。②物镜透镜之间所用的垫圈厚薄不均匀，按拆卸时所画的记号重新安装。③物镜的镜片未落到各自接触面上透镜正反面装错，需重新安装。

(四)物镜成像不清晰

转动调焦手轮时，调焦镜筒不能前后移动，无法清晰地照准目标其产生的原因有：①定位销脱落，重新安装新的定位销；②调焦齿轮与齿条未啮合好，处理时，把齿条紧靠齿轮后，固紧调焦手轮座，将调焦弹簧座右旋，使齿条与齿轮保持啮合状态，转动调焦手轮松紧适宜为止。

(五)圆水准器在使用过程中气泡不稳定

产生的原因有：①校正螺钉滑扣，配换一个新的校正螺钉；②封固水准器的石膏松动，重新浇灌石膏；③圆水准器底盖松动，旋紧圆水准器底盖。

(六) 视准器分化线影像错开

棱镜盒在水准器轴线方向上位置不正确。调整时，旋松棱镜盒的两只固定螺钉，将棱镜盒沿水准器轴线方向移动，使两分划线影像重合成一条直线后固紧螺钉。

(七)管状水准器在使用过程中气泡不稳定

产生的原因及处理方法：①校正螺钉或螺母滑扣(螺纹损坏)，配换一个新的校正螺钉；如果螺母滑扣，用较大的丝攻重新攻扣，再配一个同规格的校正螺钉；②封固水准器的石膏松动，重新浇灌石膏；③水准器曲率半径不均匀，更换新的水准器；④水准器连接处固定不牢，重新紧固水准器盖、圆球螺钉及圆球压盖。

四、结语

以上是以DS3型水准仪为例，在检定各种型号的水准仪过程中发现的一些常见问题以及处理方法的经验总结，希望能对从事相关工作的同行有所帮助。