CN108072357B - 具有仪器高精确测量功能的水准仪及其使用方法 - Google Patents

具有仪器高精确测量功能的水准仪及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明所要解决的技术问题是如何精确地测量水准仪仪器高。具有仪器高精确测量功能的水准仪，包括水准仪，伸缩杆和光学测微器，伸缩杆垂直安装在水准仪的基座下，伸缩杆为中空结构，光学测微器安装在伸缩杆外侧，伸缩杆下端有刻度，伸缩杆下端为基底且适量配重。本发明具有以下有益效果：水准仪的高程是已知的，减少了该基准点上的高程测量步骤，测量效率翻倍；水准仪精平后，伸缩杆与基座和大地两平面严格垂直，其次伸缩杆始终伸开与地面基准点紧密接触，且光学测微器的测量精度很高，共同保证了所测仪器高程的精度。

Description

具有仪器高精确测量功能的水准仪及其使用方法
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其是水准仪仪器高的测量。
背景技术
水准仪是建立水平视线测定地面两点间高差的仪器。原理为根据水准测量原理测量地面点间高差。主要部件有望远镜、管水准器（或补偿器）、垂直轴、基座、脚螺旋。按结构分为微倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和电子水准仪。按精度分为精密水准仪和普通水准仪。
确定地面点高程的测量工作，称为高程测量。高程测量又是测量三项基本工作之一。根据使用仪器和施测方法的不同，高程测量可分为水准测量、三角高程测量和气压高程测量。用水准仪测量高程，称为水准测量，它是高程测量中最常用、最精密的方法。
水准测量的基本原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。
目前，通常用高差法测量高程。若已知A点的高程HA，欲测定B点的高程HB，则在A、B两点上竖立两根尺子，并在A、B两点之间安置一架可以得到水平视线的仪器。假设水准仪的水平视线在尺子上的位置读数分别为A尺（后视）读数为a，B尺（前视）读数为b，则A、B两点之间的高程差（简称高差hAB）为
hAB =a-b （1）
于是B点的高程HB为
HB=HA+hAB （2）
HB=HA+hAB= HA +a-h （3）
连续水准测量。在实际水准测量中，A、B 两点间高差较大或相距较远，安置一次水准仪不能测定两点之间的高差。此时有必要沿A、B 的水准路线增设若干个必要的临时立尺点，即转点（用作传递高程）。根据水准测量的原理依次连续地在两个立尺中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，求和得到A、B 两点间的高差值。
目前测量高程使用的高差法中，由于水准仪仪器高是未知的，每次测量两点的高程差都必须在两点之间架设水准仪以测量两点的水准尺读数，这样测量效率受到了限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何精确地测量水准仪仪器高。
具有仪器高精确测量功能的水准仪，包括水准仪，伸缩杆和光学测微器，伸缩杆垂直安装在水准仪的基座下，伸缩杆为中空结构，光学测微器安装在伸缩杆外侧，伸缩杆下端有刻度，伸缩杆下端为基底且适量配重。优选地，水准仪为光学水准仪，伸缩杆由两段短杆串接而成，伸缩杆下端的刻度与水准尺的刻度相配套。优选地，伸缩杆的横截面为正三角形。优选地，光学测微器与伸缩杆之间安装有透明玻璃底座。优选地，基底固定安装在伸缩杆下端。优选地，基底为圆柱形。优选地，基底可拆卸更换。优选地，伸缩杆上安装有卡位螺丝。优选地，伸缩杆上段短杆的横截面大于下段短杆，光学测微器安装在上段短杆上。该水准仪使用方法：a.架设水准仪，伸开伸缩杆，使其底端接触到地面基准；b.粗平；c.粗略瞄准、调焦、精确瞄准；d.精平；e.读数；f.测取仪器高，记录光学测微器显示的读数，计算仪器高；g.高程测量原理与步骤，已知A点的高程 HA，欲测定B点的高程HB，则在A点上竖立水准尺，在B点之间安置一架可以得到水平视线的水准仪，假设水准仪的水平视线在尺子上的位置读数分别为A尺读数为a，水准仪仪器高为h，于是B点的高程HB为
HB=HA+hAB= HA +a-h
之后转动望远镜测量C尺读数c，然后以B点或A点为已知点，再用高差法计算C点的高程，测完后再在D点安置水准仪，以此循环测量下去。
本发明由于采用了以上技术方案，具有以下有益效果：水准仪的高程是已知的，减少了该基准点上的高程测量步骤，测量效率翻倍；水准仪精平后，伸缩杆与基座和大地两平面严格垂直，其次伸缩杆始终伸开与地面基准点紧密接触，且光学测微器的测量精度很高，共同保证了所测仪器高程的精度。
附图说明
图1是具有仪器高精确测量功能的水准仪整体结构示意图；
图2是水准仪与伸缩杆连接部分结构示意图；
图3是伸缩杆底端部分局部放大结构示意图；
图4是伸缩杆与光学测微器部分结构示意图；
图5是目前的高程测量高差法原理示意图；
图6是本发明的高程测量高差法原理示意图；
图中：1.水准仪，2.伸缩杆，3.光学测微器，4.基座，5.圆柱形基底，6.卡位螺丝，7.透明玻璃底座，8.刻度。
具体实施方式
实施例1，如附图1-4所示。
具有仪器高精确测量功能的水准仪，包括水准仪，伸缩杆和光学测微器，伸缩杆垂直安装在水准仪的基座下，伸缩杆为中空结构，光学测微器安装在伸缩杆外侧，伸缩杆下端有刻度，伸缩杆下端为基底且适量配重。
伸缩杆下端适量配重，或者在伸缩杆内加入纵向弹簧，能够保证伸缩杆底端与地面基准点时刻保持接触，减少测量误差。本装置亦可用于其它设备或者位置高度的测量和实时监测。优选地，水准仪为光学水准仪，伸缩杆由两段短杆串接而成，伸缩杆下端的刻度与水准尺的刻度相配套。只有两段短杆串接的理由是，首先，两段串接已可将伸缩杆高度调到80mm以下，足够一般使用，其次，多段串接更难保证其连接处的垂直度，会带来更大的测量误差。测量尺的刻度与水准尺的刻度相配套是为了使得测量尺与水准尺能够配套使用。优选地，伸缩杆的横截面为正三角形。伸缩杆横截面为正三角形的理由是，在用料和用量相同情况下，三角形较圆形等多边形结构更稳定，不易产生弯曲形变。优选地，光学测微器与伸缩杆之间安装有透明玻璃底座。这是为了增加读数所需的光线，亦可在底座里安装补光灯，补光灯手动开关或者加设感光开关根据光线强弱自动开关。由于物距是恒定的，光学测微器可按其焦距固定安装，使伸缩杆下端短杆上的标尺象清晰地呈在目镜分划板上。光学测微器由平行玻璃板、测微器分划尺、传动杆和测微螺旋等部件组成。平行玻璃板传动杆与测微分划尺相连。测微分划尺上有100个分格，它与10mm相对应，即每分格为0.1mm，可估读至0.01mm。每10格有较长分划线并注记数字，每两长分划线间的格值为1mm。当平行玻璃板与水平视线正交时，测微分划尺上初始读数为5mm。转动测微螺旋时，传动杆就带动平行玻璃板相对于物镜作前俯后仰，并同时带动测微分划尺作相应的移动。平行玻璃板相对于物镜作前俯后仰，水平视线就会向上或向下作平行移动。若逆转测微螺旋，使平行玻璃板前俯到测微分划尺移至10mm处，则水平视线向下平移5mm，反之，顺转测微螺旋使平行玻璃板后仰到测微分划尺移至0mm处，则水平视线向上平移5mm。测微读数方法同精密光学水准仪：旋转测微旋钮，可使平板玻璃倾斜，从而引起视线上下移动，使分划板水平横丝与伸缩杆下端的刻度上最近的厘米格值重合，再从读数放大镜中读取刻度读数及测微尺读数（厘米值直接从测微器上读取，毫米值从测微器的测微尺上读取），两者相加即得所测值。优选地，基底固定安装在伸缩杆下端。优选地，基底为圆柱形。为了减少玻璃折射对激光对中的影响，基底厚度不能过大，同时宜选用折射率小且强度高的玻璃材料。优选地，基底可拆卸更换。优选地，伸缩杆上安装有卡位螺丝。卡位螺丝用于收缩固定，便于用完后放置。优选地，伸缩杆上段短杆的横截面大于下段短杆，光学测微器安装在上段短杆上。该水准仪使用方法：a.架设水准仪，伸开伸缩杆，使其底端接触到地面基准；b.粗平；c.粗略瞄准、调焦、精确瞄准；d.精平；e.读数；f.测取仪器高，记录光学测微器显示的读数，计算仪器高；g.高程测量原理与步骤，已知A点的高程 HA，欲测定B点的高程HB，则在A点上竖立水准尺，在B点之间安置一架可以得到水平视线的水准仪，假设水准仪的水平视线在尺子上的位置读数分别为A尺读数为a，水准仪仪器高为h，于是B点的高程HB为
HB=HA+hAB= HA +a-h
之后转动望远镜测量C尺读数c，然后以B点或A点为已知点，再用高差法计算C点的高程，测完后再在D点安置水准仪，以此循环测量下去。
下面详述本发明的高程测量原理与步骤。
高差法，即利用高差计算待测点高程的方法。在此，与目前的普遍使用的高差法进行对比说明。
目前的高差法原理如图5所示，其测量步骤与计算方法如背景技术所述。
本发明的高差法原理如图6所示，由于本发明的水准仪仪器高h是已知的，相当于目前高差法中的B尺读数b，即无需测量B尺（前视）读数b，则A、B两点之间的高程差（简称高差hAB）为
hAB=a-h （4）
于是B点的高程HB为
HB=HA+hAB （5）
于是B点的高程HB为
HB=HA+hAB= HA +a-h （6）
将目前的和本发明的测量步骤对比可知，本发明在测量B点的高程HB，水准仪只测量了A尺（后视）读数a，当转动望远镜瞄准C点上C尺子，即可测量C尺（前视）读数c，然后以B点或A点为已知点，再用高差法计算C点的高程。这样，免去了B点高程的测量，测量效率翻倍。

Claims (1)

1. 水准仪的使用方法，水准仪为具有仪器高精确测量功能的水准仪，包括水准仪，伸缩杆和光学测微器，伸缩杆垂直安装在水准仪的基座下，伸缩杆为中空结构，光学测微器安装在伸缩杆外侧，伸缩杆下端有刻度，伸缩杆下端为基底且适量配重，能够保证伸缩杆底端与地面基准点时刻保持接触，光学测微器是用来读取伸缩杆本身刻度读数的，其特征为:a.架设水准仪，伸开伸缩杆，使其底端接触到地面基准;b.粗平;c.粗略瞄准、调焦、精确瞄准;d.精平;e.读数;f.测取仪器高，记录光学测微器显示的读数，计算仪器高;g.高程测量原理与步骤，已知A点的高程HA，欲测定B点的高程HB，则在A点上竖立水准尺，在B点之间安置一架可以得到水平视线的水准仪，假设水准仪的水平视线在尺子上的位置读数分别为A尺读数为a，水准仪仪器高为h，于是B点的高程HB为
HB=HA+hAB= HA +a-h
之后转动望远镜测量C尺读数c，然后以B点或A点为已知点，再用高差法计算C点的高程，测完后再在D点安置水准仪，以此循环测量下去。
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