自动安平水准仪的原理及精度分析毕业设计论文 精品文档格式.docx
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日期：
导师签名：
日期：
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性；
技术线路的可行性；
设计方案的合理性
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
建议成绩：
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
二、论文（设计）水平
评阅教师：
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩：
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
教学系意见：
系主任：
摘要
本文主要研究自动安平水准仪的原理及精度分析，原理从自动安平水准仪与精密水准仪的结构差别、自动安平水准仪的操作步骤，安置、粗平、瞄准、精平、读数和误差的检查与校正，自动安平水准的望远镜分划板横丝垂直于竖轴的检查校正、i角误差的检校、水准仪上圆水准器的检校、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说明。
自动安平水准仪的精度分析从误差来源，仪器误差、外界因素的影响而产生的误差、观测误差来详细的进行分析及在作业中如何减少误差提高测量精度。
关键词：
自动安平水准仪的原理，精度分析，误差来源
目录
1前言1
研究的背景及意义1
2自动安平水准仪的原理2
2.1自定安平水准仪的定义2
2.2自定安平水准仪的原理2
2.3自动安平水准仪的结构及与精密水准仪结构的差别2
2.3.1自动安平水准仪的结构2
2.3.2精密水准仪的结构特点3
2.4自动安平水准仪的操作步骤3
2.4.1.安置3
2.4.2粗平3
2.4.3瞄准3
2.4.4精平3
2.5自动安平水准仪的检查校正方法4
2.5.1外观检查4
2.5.2望远镜分划板横丝垂直于竖轴的检查校正4
2.5.3i角误差的检校4
2.5.4水准仪上圆水准器的检校5
2.5.5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5
3自动安平水准仪的精度分析5
3.1精度5
3.2误差类别6
3.3误差的来源及如何消弱误差提高精度6
3.3.1仪器误差6
3.3.2外界因素的影响而产生的误差7
3.3.3观测误差9
3.4主要误差来源及作业措施归纳9
3.5提高精度的作业要求10
结论10
参考文献11
致谢12
1前言
工程测量学的研究领域既有相对的固定性，又是不断发展变化的。
工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供测绘保障，满足工程所提出的要求。
精密工程测量代表着工程测量学的发展方向。
随着科学技术的发展，我国自动安平水准仪行业保持了多年高速增长，自动安平水准仪作为高程测量仪器,以其操作使用简便、准确度和工作效率高、能满足我国三、四等水准测量及等外测量要求等优点,在大地测量、建筑安装、公路交通、石油地质勘探等领域,得到越来越广泛的应用。
研究的背景及意义
水准仪长距离水准测量工作的连续性很强，待定点的高程是通过各转点的高程传递而获得的。
若在一个测站的观测中存在错误，则整个水准路线测量成果受到影响，所以水准测量的精度非常重要。
随着我国国民经济的高速发展，我国自动安平水准仪以其操作使用简便、准确度和工作效率高、能满足我国三、四等水准测量及等外测量要求等优点保持了多年高速增长。
2自动安平水准仪的原理
2.1自定安平水准仪的定义
自动安平水准仪（automaticlevel）是指在一定的竖轴倾斜范围内，利用补偿器自动获取视线水平时水准标尺读数的水准仪。
2.2自定安平水准仪的原理
是用自动安平补偿器代替管状水准器，在仪器微倾时补偿器受重力作用而相对于望远镜筒移动，使视线水平时标尺上的正确读数通过补偿器后仍旧落在水平十字丝上。
自动安平的补偿可通过悬吊卜字丝，在物镜至十字丝的光路中安置一个补偿器，和在常规水准仪的物镜前安装单独的补偿附件等3个途径实现。
用此类水准仪观测时，当圆水准器气泡居中仪器放平之后，不需再经手工调整即可读得视线水平时的读数。
它可简化操作手续，提高作业速度，以减少外界条件变化所引起的观测误差。
2.3自动安平水准仪的结构及与精密水准仪结构的差别
2.3.1自动安平水准仪的结构
望远镜和水准管连成整体，在其物镜一端有一钢片与支架相连，在其目镜一端有顶杆，转动微倾螺旋可使顶杆升降，使望远镜和水准管相对于支架作倾斜活动，导致水准管气泡居中、望远镜视线水平。
由于微倾螺旋调节升降有限，所以应使支架大致水平、水准仪的旋转轴铅垂，因此支架上装有圆水准器，转动三个基座上的脚螺旋，使圆水准器气泡居中，就可达到这一目的。
旋转目镜调焦螺旋，可以使望远镜中十字丝的像清晰。
旋转物镜调焦螺旋，可以使瞄准的目标（水准尺）清晰。
旋松制动螺旋，可使望远镜在水平方向任意转动；
制紧制动螺旋，可旋转微动螺旋在水平方向作微小转动，便于瞄准目标。
测量望远镜不同于一般的望远镜在于它有瞄准与读数的功能，它由物镜、目镜、调焦透镜和十字丝分划玻璃板等组成。
物镜的光心与十字丝的交点的连线称为视准轴。
测量望远镜能够进行正确的瞄准与读数的重要条件是：
目标必须成像于十字丝平直上。
由于目标有远近，所以要用物镜调焦螺旋的旋转来前后移动调焦透镜（物镜调焦）来达到这一目的。
其具体操作和检验方法是：
首先转动目镜调焦螺旋使十字丝像最清晰，然后转动物镜调焦螺旋使目标像最清晰。
检验的方法是：
十字丝和目标像都很清晰，并且把眼睛微微上、下或左、右移动时，没有发现十字丝和目标像有相对移动；
如果发现两者有相对移动，则称为有“视差”，此时应重复以上操作，使视差消除为止
2.3.2精密水准仪的结构特点
高灵敏度的管水准器管水准器的作用：
建立精确的水平视线。
水准器格值：
5″—10″/2mm；
气泡灵敏度越高，越难居中，因此必需要有微倾螺旋水准测量前、后视测量通过微倾螺旋精平，会改变视准轴高度，带来误差。
高精度的测微装置高质量望远镜。
孔径：
大于50mm；
放大倍率大于40倍；
十字丝设计为楔形。
坚固稳定的仪器结构，视准轴与水准轴关系稳定，高性能的补偿装置，具有精准的补偿量。
2.4自动安平水准仪的操作步骤
2.4.1.安置
安置是将仪器安装在可以伸缩的三脚架上并置于两观测点之间。
首先打开脚并使高度适中，用目估法使架头大致水平并检查脚架是否牢固，然后打开器用连接螺旋将水准仪器连接在三脚架上
2.4.2粗平
粗平是使仪器的视线粗略水平，利用脚螺旋置园水准气泡居于园指标圈之中。
具体方法用仪器练习。
在整平过程中，气泡移动的方向与大姆指运动的方向一致。
2.4.3瞄准
瞄准是用望远镜准确地瞄准目标。
首先是把望远镜对向远处明亮的背景，转动目镜调焦螺旋，使十字丝最清晰。
再松开固定螺旋，旋转望远镜，使照门和准星的连接对准水准尺，拧紧固定螺旋。
最后转动物镜对光螺旋，使水准尺的清晰地落在十字丝平面上，再转动微动螺旋，使水准尺的像靠于十字竖丝的一侧。
2.4.4精平
精平是使望远镜的视线精确水平。
微倾水准仪，在水准管上部装有一组棱镜，可将水准管气泡两端，折射到镜管旁的符合水准观察窗内，若气泡居中时，气泡两端的象将符合成一抛物线型，如图9-1（a）所示，说明视线水平。
若气泡两端的象不相符合，如图9-11（b）所示，说明视线不水平。
这时可用右手转动微倾螺旋使气泡两端的象完全符合，仪器便可提供一条水平视线，以满足水准测量基本原理的要求。
注意？
气泡左半部份的移动方向，总与右手大拇指的方向不一致。
2.4.5读数
用十字丝，截读水准尺上的读数。
现在的水准仪多是倒象望远镜，读数时应由上而下进行。
先估读毫米级读数，后报出全部读数。
注意，水准仪使用步骤一定要按上面顺序进行，不能颠倒，特别是读数前的符合水泡调整，一定要在读数前进行。
2.5自动安平水准仪的检查校正方法
2.5.1外观检查
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。
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。
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。
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。
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。
自动安平水准仪的阻尼机构应能正常地工作。
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。
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。
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。
光学性能检查。
望远镜视场是否明亮、清晰、均匀，调焦性能是否正确等。
补偿性能检查。
对于自动安平水准仪应检查其补偿性是否正确等
设备件数清点。
仪器部件及附件和备用零件是否齐全
2.5.2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′
2.5.3i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。
i=│h-h＇│ρ″÷
D
D＝A、B两点间的水平距离
ρ＝206265如果i角误差超标则需要校正：
″根据经验公式：
ρ＝206265
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。
2.5.4水准仪上圆水准器的检校
用脚螺旋使圆水准气泡居中，然后旋转仪器180˚。
此时若气泡偏离中央，则用水准器改正螺丝改正其偏差的一半，用脚螺旋改正另一半，使气泡回到中央。
如此反复检校，直到仪器无论转到任何方向，气泡中心始终位于中央时为止。
2.5.5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。
3自动安平水准仪的精度分析
3.1精度
指测量的结果相对于被测量真值的偏离程度。
3.2误差类别
通常在测量中有基本误差、补偿误差、绝对误差、相对误差、系统误差、随机误差、过失误差与抽样误差等。
3.3误差的来源及如何消弱误差提高精度
3.3.1仪器误差
（1）视准轴与水准轴不平行的误差
i角误差的影响：
虽然经过i角的检查校正，但要使两轴完全平行是困难的。
因此，单水准汽泡居中时，视准轴仍不能保持水平，从而使水准标尺上的读书产生误差。
消弱误差一个测站上的前后视距相等或一个侧段的前后视距总和相等，则在观测高差中i角的误差影响可以得到消除。
测站前后视距差应小于1米，一测段视距累积差应小于3米。
交叉误差的影响：
当仪器不存在i角，且仪器在垂直轴严格垂直时，交叉误差并不影响在水准标尺上的读书，因为仪器在水平转动时，视准轴与视准轴在垂直面上的投影仍保持互相平行，因为对水准测量并无不利影响。
但当仪器垂直轴倾斜，如与视准轴正交的方向倾斜一个角度时，那么这时视准轴虽然仍在水平位置，但视准轴两端却产生了倾斜，从而水准汽泡偏离居中位置。
仪器在水平转动时，水准汽泡将移动，当重新调整水准汽泡居中进行观测时，视准轴就会背离水平位置贰倾斜，显然它将影响在水准标尺上的读数。
为了减少这种误差对水准测量成果的影响，应对交叉误差进行检验与校正与检验并校正圆水准器。
（2）水准标尺每米长度误差的影响
一对水准尺每米长度平均误差大于±
0.02mm时，对观测高差应该进行改正；
大于±
0.1mm的应放弃继续使用
例：
一对水准尺平均米真长：
999.96mm，改正数：
（999.96－1000）mm＝-0.04mm
某段路线往测高差h＝20.34442m，则改正数为：
∑δƒ＝（-0.04）mm×
（20.34442）＝-0.81mm
（3）一对水准标尺零点误差影响
一对水准标尺的误差一般不等，因而对观测值必然产生影响。
尽管两水准尺的零点误差不等，但在两相邻测站的观测高差之和中抵消了这种误差的影响。
因此，在实际水准测量作业中，各侧段的测站数目应安排成偶数，且在相邻测站上使两水准表尺轮流作为前视尺。
3.3.2外界因素的影响而产生的误差
（1）大气垂直折光的影响
当视线通过近地面的大气层时，由于近地面大气层的密度分布一般随高度而变化，即近地面大气层的密度存在着梯度。
因此，视线通过时就要在垂直方向上因折射贰产生弯曲，并且弯向密度较大的一方。
若果在地势角平坦的地区进行水准测量时，前后视距相等，则折光影响基本相同，使视线弯曲的程度业基本相同，因此，在观测高差中就可以就可以消除这种误差的影响。
但是由于越接近地面的大气层，温度梯度越大，当前后视距离地面的高度不同时，视线所通过大气层的密度业不同，折光影响也就不同，所以，前后视线在垂直面内的弯曲程度也不同。
为了减弱垂直折光对观测高差的影响，应使前后视距相等，并使视线里地面有足够的高度，在坡度较大的水准路线上进行作业时，应适当缩短视距。
另外，垂直足够的影响还与一天内的不同时间有关，在日出后半小时左右和日落前半小时左右这两段时间内，由于地表面的吸热和散热，使近地面的大气密度和折光变化迅速而无规律，故不宜进行测量；
在中午的一段时间内，由于太阳强烈照射，湿空气对流剧烈，致使目标成像不稳定，也不行进行测量。
因为，每一段的往侧和返侧应分别在上午货下午进行，这样在往返侧观测高差的平均值中可以减弱垂直折光的影响。
（2）仪器和水准标尺（尺台和尺桩）垂直位移的影响
观测一测站高差，当仪器的脚架随时间而逐渐下沉时，由于仪器的下降，视线将有所下降，而是前视基本分划读数偏小。
同理，由于仪器下沉，后视辅助分划读数业偏小。
采用“后前前后”的观测程序锁测得的观测平均值，可以较好的消除仪器位移误差的影响。
水准尺（尺台或尺桩）的垂直位移，主要发生在迁站的过程中。
由于原来的前视尺转为后视尺而使仪器产生下沉，于是总是后视读数偏大，使各测站的观测高差都偏大，成为系统性的误差影响。
测量进行往返侧，在往返侧高差的平均值中可以有效的到抵偿。
（3）温度变化对i角的影响
精密水准仪的水准管框架是同望远镜筒固连的，为了使水准管轴与视准轴的连系比较稳定，这些部件采用喑瓦合金钢制造，当温度变化时，仪器有关部件产生不同程度的膨胀和收缩，从而引起i角的变化。
减弱温度变化对i角的影响最有效的方法是减少仪器受辐射热的影响，如观测时打伞，避免日光直接照射仪器，以减小i角的复杂变化。
外界温度变化1°
C，i角将平均变化0.5"
，最大可达2"
。
设在短时间内i角变化与时间成比例，则在相邻测站上，采用如下观测程序：
测站I：
①后②前
测站II：
③前④后
综合上述，
规范规定：
精密水准测量应安排成偶数测站，并且观测程序应为：
奇数站后前前后，偶数站前后后前
3.3.3观测误差
水准测量观测误差，主要有水准器汽泡居中的误差，照准水准标尺上分划的误差和读书误差。
使用微倾螺旋，提高水准汽泡居中精度，同时用楔形丝照准标尺上的分划线可以减小照准误差。
3.4主要误差来源及作业措施归纳
主要误差来源
视准轴误差
+
水准尺每米长度误差
两水准尺零点误差
温度变化引起的视准轴误差
大气折光影响
仪器脚架升降
转点水准标尺垂直位移
水准标尺不垂直
调焦透镜运行误差
作
业
措
施
前后视距差小于规定的限值
水准尺长度误差对观测影响的改正
两相邻水准点间的水准路线上安排成偶数测站
相邻测站上两水准标尺轮流作为前视尺
相邻测站上采用相反的观测程序
观测时打伞减小仪器受热辐射的影响
视线离地面有足够高度
利用有利观测时段
进行往、反观测
检校水准标尺上的圆水准器
3.5提高精度的作业要求
1.
升级会员 