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[摘 要]自动安平水准仪是借助于仪器提供一条水平视线作为基准，以达到测量平面点之间高差的光学仪器，常用于工程测量、地形测量及精密仪器的安装等。由于水准仪在使用与运输过程中可能受到冲撞、震动、使用不当等原因而导致故障或失准，基于此，本文主要对检测自动安平水准仪补偿范围及i角的方法进行分析探讨。
[关键词]自动安平水准仪；补偿范围；i角的检测
中图分类号：P286+.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0104-01
1 自动安平水准仪的误差来源
自动安平水准仪的测量误差主要有两个来源：一个是通过望远镜在水准尺上读数时的读数误差，这项误差基本上与水准管水准仪一样，即误差的大小主要决定于望远镜的放大倍率和水准标尺离开仪器的距离；另一个是来自水平视线的整置及其变化，对自动安平水准仪来说，此项误差主要来自自动安平补偿器。
1.1 在水准标尺上的照准读数误差
对于带有光学测微器的精密水准仪来说，由于光学测微器本身的读数误差非常小，可以忽略不计，因此在水准标尺上的照准读数误差主要是利用十字丝（楔形丝）照准标尺分划线的照准误差。对于不带光学测微器的中、低精度的水准仪来说，此项误差仅包括十字丝横丝在水准尺上估读的读数误差。一般情况下，照准读数误差在水准测量误差中的影响是偶然性的。
1.2 水平视线整置误差
自动安平水准仪的水平视线整置误差主要包括可重复性误差、视线不水平误差和准高误差。其中可重复性误差是由补偿器摆体的灵敏度决定的；视线不水平误差系由视准线零位误差、视准线补偿误差和补偿器交叉误差组成；而准高误差则是由于仪器照准方向的不同而造成的视线高程变动的系统误差。
2 自动安平水准仪补偿范围的测定
水准仪计量检定国家规范（JJG425-94）第14.2.1条，补偿器工作范围的检定：将水准仪整平在微倾台上，望远镜视轴与微倾台纵轴平行，并对准平行光管上十字丝交点，用微倾台上纵向与横向测微器，按仪器出厂给出的补偿范围指标，进行前倾、后倾、左倾、右倾，同时观察仪器视准线在光管目标上的补偿作用及前、后与左、右倾斜的对称性。不具备微倾台和平行光管的各测量施工单位，如何检定自动安平水准仪补偿器工作范围是我们面临的实际问题。仪器补偿范围与脚螺旋应转角度见表1。
距水准仪明视距离以外悬挂1根钢板尺。安置水准仪，将两脚螺旋垂直于视线方向，第3只脚螺旋与观测员同侧，待圆水准器气泡居中后，在第3只脚螺旋的视线方向与脚压板的同一竖线（即零位置）上分别做一明显标记，读记横丝切准钢板尺的读数a1（估读到0.1mm，以下同），并依据该仪器出厂说明书上给定的补偿范围和前面已求算出的脚螺旋应旋转的角值，将角螺旋的零位标记转相应角度。例如仪器补偿范围是±15′时，可将角螺旋正转120°，圆水准器气泡偏移，读记横丝切准钢板尺的读数a2；将角螺旋返转回原处，圆水准器气泡再次居中，钢板尺的读数应为a1；再将角螺旋逆转120°，圆水准器气泡又偏移，读记横丝切准钢板尺的读数a3。若a1=a2=a3，说明该仪器自动安平的补偿范围合格；若a2≠a1或a3≠a1说明该仪器的补偿范围减小了，需要继续检测它的补偿范围实际是多少。从脚螺旋标记正（逆）转到120°位置开始，一边盯紧横丝读数，一边慢慢地逆（正）向转脚螺旋，当读数为a1时停止旋转脚螺旋，大约测知脚螺旋的标记与零位置之间的夹角，例如±90°，通过式（2）和式（1）计算得出其补偿范围为±10′，说明该仪器只能满足视线方向的脚螺旋升（降）0.192mm区间内水平读数保持不变。对应处理方法：及时调整圆气泡的居中精度。利用视线方向左右侧任一脚螺旋，检测水准仪左（右）倾的方法，介绍从略。
在使用自动安平水准仪作业时，要养成对仪器补偿性能可靠性进行检查的习惯。每天水准作业的第1站，整平仪器后瞄准标尺读数，然后将视线方向上的脚螺旋快速正转30°立刻退转回原位，看标尺读数是否发生变化；再快速逆转30°立刻退转回原位，再看标尺读数是否发生变化。读数均无改变，说明仪器补偿性能良好，可以正常使用，否则不能使用。
3 自动安平水准仪i角的检测
将5m合金塔尺从第3节拔开，分别将下半部分和上半部分塔尺靠立在约50m间隔的2处墙角或墙上，并保持其牢固可靠，在检测过程中标尺不得扭转或倾倒。利用视距法找准两标尺的中间点位安置仪器，前后视不等差应以观测两标尺同时清晰为准。2次或几次仪器高观测，得2标尺间的高差：（大数值读数）-（小数值读数）=高差。高差不符值应等于0。再将仪器搬迁到任一塔尺略大于明视距离处安置仪器，例如迁到大读数标尺处，测得近标尺读数后，计算远标尺的标准读数：（大数值读数）-（高差）=（标准读数）（远尺）。观测远标尺并读数为实测值，则：（标准读数）-（实测值）=△（差值）。
再依下式求得i角。
i=（△/D）ρ。
式中D为仪器距远标尺的距离，mm；ρ的单位为（″），为206265″。
例如D=48m，△=3mm，則i=（3/48000）ρ=12.9″。
i角的校正。旋下目镜后面的校正螺丝保护罩，依横丝读数需要改动的方向，用拨针先松后紧调整十字丝分划板的上下校正螺丝，使横丝与远标尺的标准读数吻合。自动安平水准仪补偿器采用了一组悬吊光学灵敏元件，在其补偿范围内始终处于铅垂状态，光线在传递过程中要经过多块透镜棱镜的折射或反射，其中任何一个元件有问题，都会造成i角的变化。为使自动安平水准仪吊丝不受损坏，对i角稳定性的检查，不能像微倾式DS3水准仪那样，双手握住仪器在空中用力抖动后再复测i角是否发生变化。自动安平水准仪i角稳定性的检测，只需要将仪器以正常的作业程序迁站到小读数标尺的明视距离以外设站，检查i角是否发生变化，若差值超过1mm，说明该望远镜系统有故障，应由修理人员排查消除。在上述的实测场地，由于某种原因，小读数标尺附近不能安置仪器时，可在i角已改正完毕后，以常规作业迁站的方式，搬起仪器行走一段路程，再放回原处，检测i角是否变化。
另外，任何一台水准仪均是遵照平行光线由物镜进入由目镜送出的原理设计制造的。自动安平水准仪受外伤后，造成补偿器的吊丝断了或松了，针对这类故障，仪器修理人员首要关注的是将补偿器的灵敏元件恢复到自由摆的铅垂方向上，也就是设计中给定的补偿范围。目前国内有些厂家生产的自动安平水准仪没有校正十字丝的校正螺丝。自动安平水准仪的生产厂家，应考虑仪器受损后调整十字丝的改校方案。
4 结语
电子数字水准仪是对自动水准测量的一个成功尝试。通过试验已表明这种新型的仪器的精度等同于光学精密水准仪。同时这种新型仪器防止了绝对读数数据记读的错误，可使操作人员集中精力于照准、调焦和启动每次测量的工作，为水准测量提高了50%～60%的野外工作效率。
参考文献
[1] 张莉，齐维君，方爱平，等.数字水准仪误差源及检定方法初探[J].测绘通报，2009（9）：56-58.
[2] 孟宪纲，高艳龙，占伟，等.DiNil2型数字水准仪在区域水准测量中的应用[J].华北地震科学，2011，29（3）.
[关键词]自动安平水准仪；补偿范围；i角的检测
中图分类号：P286+.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0104-01
1 自动安平水准仪的误差来源
自动安平水准仪的测量误差主要有两个来源：一个是通过望远镜在水准尺上读数时的读数误差，这项误差基本上与水准管水准仪一样，即误差的大小主要决定于望远镜的放大倍率和水准标尺离开仪器的距离；另一个是来自水平视线的整置及其变化，对自动安平水准仪来说，此项误差主要来自自动安平补偿器。
1.1 在水准标尺上的照准读数误差
对于带有光学测微器的精密水准仪来说，由于光学测微器本身的读数误差非常小，可以忽略不计，因此在水准标尺上的照准读数误差主要是利用十字丝（楔形丝）照准标尺分划线的照准误差。对于不带光学测微器的中、低精度的水准仪来说，此项误差仅包括十字丝横丝在水准尺上估读的读数误差。一般情况下，照准读数误差在水准测量误差中的影响是偶然性的。
1.2 水平视线整置误差
自动安平水准仪的水平视线整置误差主要包括可重复性误差、视线不水平误差和准高误差。其中可重复性误差是由补偿器摆体的灵敏度决定的；视线不水平误差系由视准线零位误差、视准线补偿误差和补偿器交叉误差组成；而准高误差则是由于仪器照准方向的不同而造成的视线高程变动的系统误差。
2 自动安平水准仪补偿范围的测定
水准仪计量检定国家规范（JJG425-94）第14.2.1条，补偿器工作范围的检定：将水准仪整平在微倾台上，望远镜视轴与微倾台纵轴平行，并对准平行光管上十字丝交点，用微倾台上纵向与横向测微器，按仪器出厂给出的补偿范围指标，进行前倾、后倾、左倾、右倾，同时观察仪器视准线在光管目标上的补偿作用及前、后与左、右倾斜的对称性。不具备微倾台和平行光管的各测量施工单位，如何检定自动安平水准仪补偿器工作范围是我们面临的实际问题。仪器补偿范围与脚螺旋应转角度见表1。
距水准仪明视距离以外悬挂1根钢板尺。安置水准仪，将两脚螺旋垂直于视线方向，第3只脚螺旋与观测员同侧，待圆水准器气泡居中后，在第3只脚螺旋的视线方向与脚压板的同一竖线（即零位置）上分别做一明显标记，读记横丝切准钢板尺的读数a1（估读到0.1mm，以下同），并依据该仪器出厂说明书上给定的补偿范围和前面已求算出的脚螺旋应旋转的角值，将角螺旋的零位标记转相应角度。例如仪器补偿范围是±15′时，可将角螺旋正转120°，圆水准器气泡偏移，读记横丝切准钢板尺的读数a2；将角螺旋返转回原处，圆水准器气泡再次居中，钢板尺的读数应为a1；再将角螺旋逆转120°，圆水准器气泡又偏移，读记横丝切准钢板尺的读数a3。若a1=a2=a3，说明该仪器自动安平的补偿范围合格；若a2≠a1或a3≠a1说明该仪器的补偿范围减小了，需要继续检测它的补偿范围实际是多少。从脚螺旋标记正（逆）转到120°位置开始，一边盯紧横丝读数，一边慢慢地逆（正）向转脚螺旋，当读数为a1时停止旋转脚螺旋，大约测知脚螺旋的标记与零位置之间的夹角，例如±90°，通过式（2）和式（1）计算得出其补偿范围为±10′，说明该仪器只能满足视线方向的脚螺旋升（降）0.192mm区间内水平读数保持不变。对应处理方法：及时调整圆气泡的居中精度。利用视线方向左右侧任一脚螺旋，检测水准仪左（右）倾的方法，介绍从略。
在使用自动安平水准仪作业时，要养成对仪器补偿性能可靠性进行检查的习惯。每天水准作业的第1站，整平仪器后瞄准标尺读数，然后将视线方向上的脚螺旋快速正转30°立刻退转回原位，看标尺读数是否发生变化；再快速逆转30°立刻退转回原位，再看标尺读数是否发生变化。读数均无改变，说明仪器补偿性能良好，可以正常使用，否则不能使用。
3 自动安平水准仪i角的检测
将5m合金塔尺从第3节拔开，分别将下半部分和上半部分塔尺靠立在约50m间隔的2处墙角或墙上，并保持其牢固可靠，在检测过程中标尺不得扭转或倾倒。利用视距法找准两标尺的中间点位安置仪器，前后视不等差应以观测两标尺同时清晰为准。2次或几次仪器高观测，得2标尺间的高差：（大数值读数）-（小数值读数）=高差。高差不符值应等于0。再将仪器搬迁到任一塔尺略大于明视距离处安置仪器，例如迁到大读数标尺处，测得近标尺读数后，计算远标尺的标准读数：（大数值读数）-（高差）=（标准读数）（远尺）。观测远标尺并读数为实测值，则：（标准读数）-（实测值）=△（差值）。
再依下式求得i角。
i=（△/D）ρ。
式中D为仪器距远标尺的距离，mm；ρ的单位为（″），为206265″。
例如D=48m，△=3mm，則i=（3/48000）ρ=12.9″。
i角的校正。旋下目镜后面的校正螺丝保护罩，依横丝读数需要改动的方向，用拨针先松后紧调整十字丝分划板的上下校正螺丝，使横丝与远标尺的标准读数吻合。自动安平水准仪补偿器采用了一组悬吊光学灵敏元件，在其补偿范围内始终处于铅垂状态，光线在传递过程中要经过多块透镜棱镜的折射或反射，其中任何一个元件有问题，都会造成i角的变化。为使自动安平水准仪吊丝不受损坏，对i角稳定性的检查，不能像微倾式DS3水准仪那样，双手握住仪器在空中用力抖动后再复测i角是否发生变化。自动安平水准仪i角稳定性的检测，只需要将仪器以正常的作业程序迁站到小读数标尺的明视距离以外设站，检查i角是否发生变化，若差值超过1mm，说明该望远镜系统有故障，应由修理人员排查消除。在上述的实测场地，由于某种原因，小读数标尺附近不能安置仪器时，可在i角已改正完毕后，以常规作业迁站的方式，搬起仪器行走一段路程，再放回原处，检测i角是否变化。
另外，任何一台水准仪均是遵照平行光线由物镜进入由目镜送出的原理设计制造的。自动安平水准仪受外伤后，造成补偿器的吊丝断了或松了，针对这类故障，仪器修理人员首要关注的是将补偿器的灵敏元件恢复到自由摆的铅垂方向上，也就是设计中给定的补偿范围。目前国内有些厂家生产的自动安平水准仪没有校正十字丝的校正螺丝。自动安平水准仪的生产厂家，应考虑仪器受损后调整十字丝的改校方案。
4 结语
电子数字水准仪是对自动水准测量的一个成功尝试。通过试验已表明这种新型的仪器的精度等同于光学精密水准仪。同时这种新型仪器防止了绝对读数数据记读的错误，可使操作人员集中精力于照准、调焦和启动每次测量的工作，为水准测量提高了50%～60%的野外工作效率。
参考文献
[1] 张莉，齐维君，方爱平，等.数字水准仪误差源及检定方法初探[J].测绘通报，2009（9）：56-58.
[2] 孟宪纲，高艳龙，占伟，等.DiNil2型数字水准仪在区域水准测量中的应用[J].华北地震科学，2011，29（3）.