【正文】 精度 ， 各等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)儀器望遠(yuǎn)鏡的放大率和最大視線長(zhǎng)都有相應(yīng)規(guī)定 。 mv= 60 V D ρ （ 3)視差影響 視差存在時(shí) ， 十字絲平面與水準(zhǔn)尺影像不重合 ， 若眼睛觀察位置的不同 ， 便讀出不同的讀數(shù) ， 因此產(chǎn)生讀數(shù)誤差 。 操作中應(yīng)仔細(xì)調(diào)焦 ， 避免出現(xiàn)視差 。 (4)水準(zhǔn)尺傾斜誤差 水準(zhǔn)尺傾斜將使尺上讀數(shù)增大 ， 其誤差大小與尺傾斜的角度和在尺上的讀數(shù)大小有關(guān) 。 例如 ， 尺子傾斜 3176。 30′ ， 視線在尺上讀數(shù)為 m時(shí) ， 會(huì)產(chǎn)生約 2mm的讀數(shù)誤差 。 因此 ， 測(cè)量過程中 ， 要盡可能保持尺上水準(zhǔn)氣泡居中 ， 將尺立直 。 三、外界條件的影響 (1)儀器下沉 儀器安置在土質(zhì)松軟的地方 ， 在觀測(cè)過程中會(huì)產(chǎn)生下沉 。 由于儀器下沉 ， 使視線降低 ， 從而引起高差誤差 。 若采用 “ 后 、 前 、 前 、 后 ” 的觀測(cè)程序 ，可減小其影響 。 此外 ， 應(yīng)選擇堅(jiān)實(shí)的地面作測(cè)站 ，并將腳架踏實(shí) 。 (2)尺墊下沉 儀器搬站時(shí) ， 如果在轉(zhuǎn)點(diǎn)處尺墊下沉 ， 會(huì)使下一站后視讀數(shù)增大 ， 這將引起高差誤差 。 所以轉(zhuǎn)點(diǎn)也應(yīng)選在堅(jiān)實(shí)地面并將尺墊踏實(shí) ， 或采取往返觀測(cè)的方法 ， 取其成果的平均值 ， 可以消減其影響 。 (3)地球曲率的影響 如圖 ， 水準(zhǔn)測(cè)量時(shí) ， 水平視線在尺上的讀數(shù) b， 理論上應(yīng)改算為相應(yīng)水準(zhǔn)面截于水準(zhǔn)尺的讀數(shù) b′ ， 兩者的差值 c稱為 地球曲率差 。 由第一章知 式中： D— 水準(zhǔn)儀到水準(zhǔn)尺的距離 。 R— 地球半徑 ， 取 6371km。 水準(zhǔn)測(cè)量中 ， 當(dāng) 前 、 后視距相等時(shí) ， 通過高差計(jì)算可消除該誤差對(duì)高差的影響 。 C=D2/2R (4)大氣折光影響 由于地面上空氣密度不均勻 ， 使光線發(fā)生折射 。 故水準(zhǔn)測(cè)量時(shí) ， 尺的實(shí)際讀數(shù)不是一水平視線的讀數(shù) ， 而是一向下彎曲視線的讀數(shù) 。 兩者之差稱為 大氣折光差 ， 用 γ表示 。 在穩(wěn)定的氣象條件下 ， 大氣折光差約為地球曲率差的 l／ 7， 即 γ= 2X7R D2 ? 水準(zhǔn)測(cè)量中 ， 當(dāng)前 、 后視距相等時(shí) ， 通過高差計(jì)算可消除該誤差對(duì)高差的影響 。 ? 精密水準(zhǔn)測(cè)量還應(yīng)選擇良好的觀測(cè)時(shí)間 (一般認(rèn)為在日出后或日落前兩個(gè)小時(shí)為好 )，并控制視線高出地面一定距離 ， 以避免視線發(fā)生不規(guī)則折射引起的誤差 。 ? 地球曲率差和大氣折光差是同時(shí)存在的 ，兩者對(duì)讀數(shù)的共同影響可用下式計(jì)算： f=C r= D2 2R 2X7R D2 (5)溫度的影響 溫度的變化不僅會(huì)引起大氣折光變化 ， 造成水準(zhǔn)尺影像在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)十字絲面內(nèi)上 、 下跳動(dòng) ， 難以讀數(shù) 。 當(dāng)烈日直曬儀器時(shí)也會(huì)影響水準(zhǔn)管氣泡居中 ， 造成測(cè)量誤差 。 因此水準(zhǔn)測(cè)量時(shí) ， 應(yīng)撐傘保護(hù)儀器 ， 選擇有利的觀測(cè)時(shí)間 。 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀是用設(shè)置在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)的自動(dòng)補(bǔ)償器代替 水準(zhǔn)管，觀測(cè)時(shí)，只需將水準(zhǔn)儀上的圓水準(zhǔn)器氣泡居中， 便可通過中絲讀到水平視線在水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。由于儀 器不用調(diào)節(jié)水準(zhǔn)管氣泡居中，從而簡(jiǎn)化了操作，提高了 觀測(cè)速度（約為 40％）。 一、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀 (pensator level) 1．原理 —— 望遠(yuǎn)鏡的光路上加有一個(gè)補(bǔ)償器。 第七節(jié) 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀和精密水準(zhǔn)儀 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀照片 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的基本原理 如圖 ， 視準(zhǔn)軸水平時(shí) ， 十字絲交點(diǎn)在 B處 ， 讀到水平視線的讀數(shù) a。 當(dāng)視準(zhǔn)軸傾斜了一個(gè)小角 α 時(shí) ， 十字絲交點(diǎn)從 B移到 A處 ， 顯然 ， AB=fα ,(f為物鏡等效焦距 )， 這時(shí)的讀數(shù) a不是水平視線的讀數(shù)；為使視準(zhǔn)軸傾斜時(shí) ， 仍能在十字絲交點(diǎn) A處讀得水平視線的讀數(shù) a0 ， 在光路中裝置一個(gè)光學(xué)補(bǔ)償器 ，使讀數(shù)為 a的水平光線經(jīng)過補(bǔ)償器偏轉(zhuǎn) β 角后恰好通過傾斜視準(zhǔn)軸的十字絲交點(diǎn) A。 這時(shí) AB=sβ (s為補(bǔ)償器到十字絲交點(diǎn) A的距離 )。 因此 ， 補(bǔ)償器必須滿足條件： fα =sβ 這樣 ， 即使視準(zhǔn)軸存在一定 的傾斜 (傾斜角限度為 177。 10′ ), 在十字絲交點(diǎn) A處卻能讀到水 平視線的讀數(shù) ， 達(dá)到了自動(dòng) 安平的目的 。 自動(dòng)安平補(bǔ)償器 補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)形式較多 ， 我國(guó)生產(chǎn)的 DSZ3型自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀采用懸吊棱鏡組借助重力作用達(dá)到補(bǔ)償 。 右圖為該儀器的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)圖。 補(bǔ)償器裝在對(duì)光透鏡和十字絲 分劃板之間，其結(jié)構(gòu)是將一個(gè) 屋脊棱鏡固定在望遠(yuǎn)鏡筒上， 在屋脊棱鏡下方用交叉金屬絲 懸吊著兩塊直角棱鏡。當(dāng)望 遠(yuǎn)鏡有微小傾斜時(shí)，直角棱鏡 在重力 P的作用下，與望遠(yuǎn)鏡作相反的偏轉(zhuǎn)。空氣阻尼器的作用是使懸吊的兩塊直角棱鏡迅速處于靜止?fàn)顟B(tài) (在 1～ 2s內(nèi) )。 ? 根據(jù)光線全反射的特性可知，在入射線方向不變的條件下，當(dāng)反射面旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度 α 時(shí)，反射線將從原來的行進(jìn)方向偏轉(zhuǎn) 2α 的角度，如下圖所示。補(bǔ)償器的補(bǔ)償光路即根據(jù)這一光學(xué)原理設(shè)計(jì)的。 當(dāng)儀器處于水平狀態(tài)、視準(zhǔn)軸水平時(shí)， 水平光線與視準(zhǔn)軸重合，不發(fā)生任何 偏轉(zhuǎn)。見上頁圖，水平光線進(jìn)入物鏡 后經(jīng)第一個(gè)直角棱鏡反射到屋脊棱鏡 ，在屋脊棱鏡內(nèi)作三次反射，到達(dá)另 一個(gè)直角棱鏡，又被反射一次，最后 水平光線通過十字絲交點(diǎn) Z，這時(shí)可讀 到視線水平時(shí)的讀數(shù) 。 ? 當(dāng)望遠(yuǎn)鏡傾斜了一個(gè)小角 α 時(shí) (下圖 )，屋脊棱鏡也隨之傾斜 α 角，兩個(gè)直角棱鏡在重力作用下，相對(duì)望遠(yuǎn)鏡的傾斜方向沿反方向偏轉(zhuǎn) α 角。這時(shí)，經(jīng)過物鏡的水平光線經(jīng)過第一個(gè)直角棱鏡后產(chǎn)生 2α 的偏轉(zhuǎn)，再經(jīng)過屋脊棱鏡，在屋脊棱鏡內(nèi)作三次反射，到達(dá)另一個(gè)直角棱鏡后又產(chǎn)生2α 的偏轉(zhuǎn)，水平光線通過補(bǔ)償器產(chǎn)生兩次偏轉(zhuǎn)的和為 β＝ 4α 。要使通過補(bǔ)償器偏轉(zhuǎn)后的光線經(jīng)過十字絲交點(diǎn) Z，將 β ＝ 4α 代入 fα =sβ 得： f=4s, ? 即將補(bǔ)償器安置在距十字絲交點(diǎn) Z的 f/4處，可使水平視線的讀數(shù) a0，正好落在十字絲交點(diǎn)上，從而達(dá)到自動(dòng)安平的目的。 ? 使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀觀測(cè)時(shí) ， 在安置好儀器 、 將圓水準(zhǔn)器氣泡居中后 ， 即可照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺 ， 直接讀出水準(zhǔn)尺讀數(shù) 。 二、精密水準(zhǔn)儀 (precise level) 精密水準(zhǔn)儀 —— 提供精確的水平視線和精確讀數(shù)； 精密水準(zhǔn)尺 —— 刻度精確 (銦瓦尺 invar leveling staff)。 三、電子水準(zhǔn)儀 (digital level)及條紋碼水準(zhǔn)尺 (coding level staff) 優(yōu)點(diǎn) : ?具有自動(dòng)安平、顯示讀數(shù)和視距功能。 ?與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通訊，避免人為觀測(cè)誤差。 實(shí)驗(yàn)一 :認(rèn)識(shí)水準(zhǔn)儀 ? 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?:通過具體操作水準(zhǔn)儀，加深對(duì)課堂講述內(nèi)容的理解。 ? 儀器設(shè)備 :每組自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀 1臺(tái)、三腳架 1個(gè)、水準(zhǔn)尺 2把。 ? 實(shí)習(xí)任務(wù) : 熟悉水準(zhǔn)儀各部件及其作用，掌握其具體操作方法，學(xué)會(huì)讀取水準(zhǔn)數(shù)據(jù)。 實(shí)驗(yàn)二 :等外閉合水準(zhǔn)路線測(cè)量 ? 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?:掌握等外閉合水準(zhǔn)路線的測(cè)量和計(jì)算方法。 ? 儀器設(shè)備 :每組自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀 1臺(tái)、三腳架 1個(gè)、水準(zhǔn)尺 2把。 ? 實(shí)習(xí)任務(wù) : 已知 HBM=，按等外水準(zhǔn)精度要求，測(cè)一個(gè)閉合水準(zhǔn)路線，中間必須有 4個(gè)以上待定點(diǎn)，完成水準(zhǔn)測(cè)量手薄，并計(jì)算其高差閉合差 fh。 第二章完