数字水准仪的分项检定项目
仪器网 · 2012-07-15 08:58 · 51967 次点击
影响数字水准仪测量精度的误差源比较多,即有继承自光学自动安平水准仪的误差源,又有许多新的误差源。因此,对数字水准仪的检定,既要参照光学自动安平水准仪的检定方法,还要设计出新的检定方法和装置。
参考国内外调焦学水准仪和数字水准仪检定的方法和经验,目前对数字水准仪的常用检定方法可以分为两类:第一类是分项检定,就是对每项误差单独检定,类似于常规光学水准仪检定方法,其检定项目见表6一1;第二类检定,就是将数字水准仪和其配套标尺作为一个完整的测量系统,检定该系统的整体精度。这两种检定方法能够取长补短,有利于正确评价数字水准仪的性能。
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一、数字水准仪检定项目
对数字水准仪进行检定时,与光学自动安平水准仪相同的检定项目,可参照自动安平水准仪的检定方法和限差指标进行;对于数字水准仪的特殊检定项目,则需要设计专门的检定装置。
从表6-1中可知,数字水准仪检定的大部分项目与传统光学水准仪的检定方法完全相同,对于这些项目在此不再重复,读者可以参考相关书籍。这里仅讨论几个与数字水准仪电子测量直接相关的检定项目。
二、数字水准仪的i角检定与校正
水准仪的i角分常规附合气泡水准仪的i角、自动安平水准仪的i角、数字水准仪的i角,现分别阐述。
1.常规附合气池水准仪的i角
水准仪测量的基本要求是得到一条水平的视准线,而该视准线在水准仪上则由物镜光心和分划板十字丝交点的连线表征。常规水准仪借助附合水准气泡的水准轴使仪器的视准线处于水平状态。因此,常规水准仪的i角是指水准仪望远镜的视准线和附合气泡水准管的水准轴在竖直面上投影间的夹角。它的大小和稳定性取决于附合水准管的水准轴精度。
2.自动安平水准仪i角
自动安平水准仪采用光学自动安平补偿器取代常规水准仪的附合水准气泡。因此,自动安平水准仪的i角是指经过物镜光心的水平人射光线与这条水平光线经过补偿器后的准绝对水平视准线之间的夹角,它的大小和稳定性取决于这条准绝对水平线的精度。
3.数字水准仪i角
数字水准仪具有与自动安平水准仪相同的光学机械结构,自动安平系统仍然采用典型的交叉吊带光学机械补偿摆或液体补偿器,如图6一2所示。在数字水准仪光路中,条码尺的分划线经过仪器物镜、调焦、补偿器、分光镜后,一部分光线到达目镜端的十字丝分划板上,便于肉眼观测,因此,数字水准仪又可以当作光学自动安平水准仪使用;另一部分光线到达CCD传感器上。CCD传感器获得标尺条码图像(测童信号)后与仪器计算机存储的标准码(参考信号)按仪器生产厂设计的方法进行处理,获得电子读数。由数字水准仪的结构原理得知,数字水准仪i角具有两个含义:一个是光学系统i角(简称光学i角),类同于自动安平水准仪的i角;另一个是光电系统i角(简称电子i角),它是经过物镜光心的水平人射光线与其经过补偿器到CCD传感器参考点的水平视准线之间的夹角,这就是数字水准仪机
内所显示i角。显然,这两个系统i角的含义是不一样的,相互之间没有关联。
4.数字水准仪i角的检定与校正
1)光学i角的检定与校正方法
光学i角检校方法与传统自动安平水准仪i角的检校完全一样,可以采用野外法或室内平行光管法。
野外法在一般教科书中均有论述,这里不再叙述。采用平行光管法进行光学i角调整时,预先要调平平行光管的基准水平线,该平行光管的基准线为由近至无穷的4-5个分划板构成。将仪器置于可以升降的工作台上,调平仪器上的圆水准气泡,通过仪器调焦,观察仪器十字丝横丝与平行光管内近目标是否重合,若两者不重合,则升降仪器使两者重合。通过仪器调焦,观察仪器十字丝横丝与平行光管内无穷远处的目标尺是否有偏差,若两者不重合,则表明仪器‘角存在,调整仪器i角校正螺丝,使两者重合。需要指出,由于外界温度变化及振动等原因,平行光管的基准水平线会产生变化,因此必须采用其他方法经常对其进行校准。
2)电子水准仪的检定与校正方法
数字水准仪电子i角的检定与校正是由内置软件完成的。在数字水准仪i角检定程序中,有以下方法可供选择。
(1)费式(Foerstner)法:如图6一11所示。在相距45n的距离两端架设两根标尺,将其分为3等份,在距标尺15m处设两个仪器站(测站11侧站2)。则仪器i角为
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(2)李式(Naebauer)法:同样选择一条45m左右长的距离,将其等分成三段,如图6一12所示安t仪器和水准尺,Ali仪器i角由公式(6-11)求得。
(3)库式(Kukkemaek)法:将两根标尺盆于相距20m处,分别在两根标尺中间(侧站1)和在标尺连线之外20m处安且仪器(侧站2),如图6一13所示,并观侧标尺,刻仪器i角为
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(4)日本(Japan)法:该方法与库式法基本一致,只是两标尺间的距离为30m,另一仪器(侧站2)距标尺A的距离30m,则仪器i角由公式(6-11)求得。
当需要对数字水准仪的电子i角进行检定时,可以启动仪器的i角校正程序然后选择上述方法之一,按照校正程序的提示进行操作,测量并保存储存仪器的电子i角值。完成电子i角的校正后,还应选择上述测量方法中的一种进行电子i角剩余值的测定,这时应采用人工记录视线高及视距,并按相应的计算式求得电子i角剩余值。如果其剩余值超过了规范要求的限差,则需要重新启动仪器的i角校正程序进行电子i角的测量并存储,然后再测量其剩余值,重复该过程直到电子i角剩余值满足规范要求为止。
(5)平行光管法:此法是仪器生产厂家最常用的方法。采用该种方法调整仪器的电子i角时,需要已知i角的专用平行光管和启动仪器的维修程序,因此这种方法不适用于一般用户。
(6)模拟法:一般用户也可以在平行光管内设置数个分划板,模拟野外电子i角的设置方法。其基本原理是通过光学成像,计算出在某一视距处数字水准仪条码尺的理论条码宽度,并将其刻划在分划板上。然后将分划板安置到平行光管内,利用分划板上的条码替代条码尺本身进行测量。
该法的具体实施步骤是:在平行光管内安置视距为da和db的分划板A(远目标)和分划板B(近目标),在两分划板上刻划同一段条码尺的条码,其条码的宽度应根据光学成像原理计算后确定。图6一14为模拟检定装置的示意图,通过其他手段(如利用已知电子i角的数字水准仪等)将两分划板调整到同一水平线上。如果仅需检定数字水准仪电子i角的剩余值,则可以将仪器安置到仪器墩上后,直接读取分划板A和分划板B的视线高(ra,rb)及视距(da,db)。该仪器的电子i角的剩余值为
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如果是按仪器的校正程序设置电子i角,则按照程序操作步骤自动进行操作。如果用李式法时,需要按下述方法操作:首先启动数字水准仪的电子i角检定程序,选择李式法。观测分划板B(近目标)和分划板A(远目标),得观测数据(视线高及视距)分别为rib"d1b,r1a,dla。然后将仪器搬至下一测站,这时的远目标就应变成近目标。由于专用平行光管内的两个分划A和B已经调整到同一水平线上,可以认为这两分划板是等价的。因此可以变换仪器高,再次照准分划板B和分划板A,得观测值r2b,d2b,r2a、d2a。按式((6一14)计算出电子i角
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这种“近目标一远目标一近目标一远目标”的观测步骤不仅适合李式法,而且也适合费式法。仪器计算出电子i角后,可以将其存储。
当采用库式法和日本法时,则需要采用“远目标一近目标一远目标一近目标”或者采用“远目标一远目标一近目标一近目标”的观测步骤。首先启动数字水准仪的电子i角的检定程序,选择库式法或日本法。假定选择库式法,首先观测远目标A两次.得观测数据(视线高及视距)分别为rlb,dl6,rla,dla。按库式法的要求需要将仪器搬至下一个测站,这里只需变换仪器高,观测分划板A,B(或B,A)的观测值r2b,d26,r24sd2a。按式(6一15)计算电子i角:
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仪器计算出电子i角后,可以将其存储。由于野外检定方法中电子i角设置方法所要求的视距不同,不同型号的数字水准仪编码方法不同,因此在采用模拟法时,必须针对不同的仪器和不同的电子i角设置方法设置专用的平行光管。进行电子泛角设置时,必须按具体仪器设置软件的操作步骤选择不同的照准目标进行测量,否则会出现错误的测量结果。为确保电子i角设置的正确性和剩余值检定成果的可靠性,必须经常对分划板A,B的位置进行调校,使其位于同一水平线上。
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