4-9 测量仪器的检验和校正

4-9测量仪器的检验和校正4-9-1经纬仪的检验和校正4-9-1-1经纬仪应满足的条件根据观测水平角的原理，要测出水平角的准确数值，经纬仪的水平度盘必须处于水平位置；望远镜上下转动时，其视准轴所旋转的视准面应为一垂直平面。为了保证上述要求，经纬仪各轴线之间要满足下列三项几何条件（图4-228）：图4-228经纬仪各轴线间几何条件1．上盘上的水准管轴垂直于竖轴（仪器旋转轴）；2．视准轴垂直于水平轴（即望远镜旋转轴或横轴）；3．水平轴垂直于竖轴。在测量工作中，常需要用十字丝的竖丝来瞄准标杆。因此还要满足竖丝应垂直于望远镜的旋转轴这项条件。但此项检验与校正应在二、三两项之间进行，以免影响主要条件的满足。4-9-1-2经纬仪的检验与校正1．上盘水准管轴应垂直于竖轴检验：将仪器大致置平，使上盘水准管和任意两脚螺旋平行，调整脚螺旋，使气泡居中。然后将上盘旋转180°（可利用度盘读数），若气泡仍然居中，则表示条件满足，否则应进行校正。校正：用校正针拨动水准管校正螺丝，使水准管的一端抬高或降低，让气泡退回偏离中点的一半，另一半调整脚螺旋使其居中。此项检验须反复进行，直至水准管不论轮到任何方向，气泡偏离中央不超过半格为止。为了便于仪器整平，有的仪器上装有圆水准器。圆水准器的校正可根据已校正好的水准管进行，即利用水准管将仪器置平，拨动圆水准器校正螺丝（一松一紧），使气泡居中。圆水准器亦可单独进行校正，其方法见水准仪的检验与校正。2．十字丝的竖丝应垂直于横轴检验：将仪器安平，使望远镜十字丝交点对准远方一点目标，旋紧度盘制动螺旋（如为游标经纬仪，则旋紧游标盘及度盘制动螺旋），然后旋转望远镜微动螺旋，使其上下微动，若该点始终都在竖丝上移动，则表示条件满足。如果偏离竖丝（图4-229），说明竖丝不垂直于横轴。图4-229十字丝检验校正：松开十字丝的两相邻校正螺丝，并转动十字丝环使满足条件。校正好以后，将松动的螺丝旋紧。由于各种仪器望远镜目镜整套的结构各不相同，故校正方法亦稍有差异。3．视准轴垂直于横轴检验：选一长为60~100m的平坦场地，在一端设置一点A，在另一端横置一分划尺B，横尺要大致与BA方向垂直；安置仪器于A、B中间，并使三者的高度接近。用望远镜十字丝中心对准A点，固定照准部及水平度盘（游标经纬仪则固定上下盘），倒转望远镜读出横尺上所截之数设为B'（图4-230）转动照准部180°，重新瞄准A点，再倒转望远镜读出横尺上纵丝所截之数为B，如B'、B读数相同，则说明视准轴与横轴垂直，否则条件不满足，应进行校正。图4-230视准轴检验校正：用十字丝竖丝进行校正，即将左右两个十字丝校正螺丝一松一紧，使竖丝从B移至B，BB为两次读数差的1/4。在校正时，对上下两个校正螺丝中之一还应略微放松，以免两旁拉力过大，损坏螺丝螺纹和镜片。此项检验必须重复检查校正，直到条件满足。如果在B处不设置横尺，可在该处贴一张白纸，将B'、B投于纸上，然后在B'、B之间定一点B，使BB=B'B/4，按同法校正之。4．横轴垂直于竖轴检验：离建筑物10~30m的A点安置仪器（图4-231），在建筑物上固定一横尺，使大致垂直于视平面，并应与仪器高度大约相同。使望远镜向上倾斜30°~40°，用望远镜十字丝的交点照准建筑物高处一固定点M，固定照准部（游标经纬仪则固定上下盘），不使在水平方向转动，将望远镜放平，在横尺上得出读数m1，然后以倒镜位置瞄准M再向下俯视，在横尺上截取数值为m2，如果m1、m2不相同，则证明横轴不垂直于竖轴。图4-231横轴检验校正：以十字丝交点对准横尺上m1、m2两数的平均值m（即m1m2的中点），然后固定照准部（游标经纬仪则固定上下盘），抬高望远镜，这时十字丝纵丝必不通过M点，而偏向点M'，用校正针拨动支架上横轴校正螺丝，改变支架高度，即抬高或降低横轴的一端，使十字丝交点对准M点。这项检校也须反复2~3次才能使条件满足。如仪器上没有此项校正设备，校正时需在较低的一个支架上用锡纸垫高，使之符合要求。如在建筑物上m处不设置横尺，可于该处贴一白纸。以正倒镜瞄准M向下投出m1、m2，然后取m1m2之中点m，按同法校正。4-9-1-3激光经纬仪的构造如图4-232是苏州第一光学仪器厂生产的J2-JD型激光经纬仪，它以J2型光学经纬仪为基础，在望远镜上加装一只He-Ne气体激光器而成。由激光器发出的光束，经过一系列棱镜、透镜、光阑进入经纬仪的望远镜中（图4-233），再从望远镜的物镜端射向目标，并在目标处呈一明亮清晰的光斑（图4-234）。图4-232激光经纬仪图4-233光束射程1-氦-氖气体激光器；2-遮光开关；3-反射棱镜；4-聚光镜组；5-针孔光阑；6-分光棱镜组；7-望远镜调焦镜组；8-望远镜物镜组；9-波带片；10-望远镜分划板；11-望远镜目镜组图4-234激光目标光斑4-9-1-4激光经纬仪的操作方法J2-JD激光经纬仪的经纬仪部分操作方法完全与J2型光学经纬仪相同。下面介绍激光器中的特殊操作方法：1．把激光器的引出线接上电源。注意在使用直流电源时不能接错正、负极。2．开启电源开关，指示灯发亮，并可听到轻微的嗡嗡声。旋动电流调节旋钮，使激光电源工作在最佳电流值下（一般为3~7mA），便有最强的激光输出。激光束即通过棱镜、透镜系统进入望远镜，由望远镜物镜端发射出去。3．观测完毕后，先将电源开关关断，指示灯熄灭，激光器停止工作，然后拉开电源。4．激光器工作时，遮光开关及波带片两个部件，可根据需要分别用它们的旋钮控制使用。4-9-1-5激光经纬仪的特点和应用激光经纬仪除具有普通经纬仪的技术性能，可作一般常规测量外，又能发射激光，供作精度较高的角度坐标测量和定向准直测量。它与一般工程经纬仪相比，有如下的特点：1．望远镜在垂直（或水平）平面上旋转，发射的激光可扫描形成垂直（或水平）的激光平面，在这两个平面上被观测的目标，任何人都可以清晰地看到。2．一般经纬仪在场地狭小，安置仪器逼近测量目标时，如仰角大于50°，就无法观测。激光经纬仪主要依靠发射激光束来扫描定点，可不受场地狭小的影响。3．激光经纬仪可向天顶发射一条垂直的激光束，用它代替传统的锤球吊线法测定垂直度，不受风力的影响，施测方便、准确、可靠。4．能在夜间或黑暗场地进行测量工作。由于激光经纬仪具有上述的特点，特别适合作以下的施工测量工作：1．高层建筑及烟囱、塔架等高耸构筑物施工中的垂度观测和准直定位。如某公司在某电厂180m钢筋混凝土烟囱滑模施工中，与天津大学协作，用一台KASSEL型经纬仪，加装一个氦-氖激光管，制成激光对中仪（图4-235）。仪器置于地下室烟囱中心点上，将激光的阴极对准中心点，调整经纬仪水准管，使气泡居中，严格整平后，进行望远镜调焦，使光斑直径最小，这时仪器射出的激光束，反应在平台接收靶上，即可测出烟囱的中心。由于使用激光对中仪对中，比用传统的垂球对中节约时间，提高了精度，并可随时检查筒身中心线，便于及时纠偏。使用结果，180m高的烟囱，滑升到顶时，中心偏差只有1.2cm，为国家规范允许偏差18cm的1/15。图4-235激光对中仪2．结构构件及机具安装的精密测平和垂直度控制测量。如图4-236所示，用两台激光经纬仪置于柱基互相垂直的两条轴线上，在场地狭小的情况下，可以比一般经纬仪更靠近柱子。安置、对中、整平等手续同一般经纬仪。转动望远镜，打开遮光开关，发射激光束，使光斑沿柱的平面轴线扫描到柱脚，校正柱脚位置后缓缓仰视柱顶，如柱的轴线与光斑偏离（人人都可看到），可立即进行校正，使两台激光经纬仪发射的光斑都正对柱的轴线，即为柱的正确位置。图4-236用激光经纬仪定柱法3．管道铺设及隧道、井巷等地下工程施工中的轴线测设及导向测量工作。4-9-2水准仪的检验与校正4-9-2-1普通水准仪的检验与校正1．圆水准器轴（圆球面中点和球心的连线）平行于仪器的竖轴检验：把仪器安置在三脚架上，转动脚螺旋，使圆水准器的气泡居中。然后使仪器绕竖轴旋转180°，此时若圆水准器的气泡仍然居中，则说明此项条件满足。校正：如气泡偏离圆水准器中心位置，先用脚螺旋使气泡退回一半，然后拨动圆水准器校正螺丝使气泡居中。反复检验校正直至满足条件。此外，还可以先按照经纬仪上盘水准管轴垂直于竖轴的检校方法，将水准仪上长水准管校正好，在长水准管水平的条件下，拨动圆水准器校正螺丝，使圆气泡居中。2．十字丝横丝垂直于仪器竖轴检验：将水准仪在地上安置好，以横丝的一端瞄准远处一清晰固定的点，然后转动水平方向的微动螺旋，如该点始终在横丝上移动，说明横丝垂直于竖轴，否则应进行校正。校正：松动十字丝环上相邻两校正螺丝，转动十字丝环，直到满足要求为止。3．水准管轴平行于视准轴检验：在地面选定A、B两点，相距60~100m，置仪器于A、B之中点，对两端所立标尺进行观测得读数a1、b1（图4-237），a1－b1＝h即为两点间的正确高差。然后将仪器搬近B点，紧靠B整置仪器，使望远镜目镜端靠近标尺，自物镜端观测水准尺，以铅笔尖指出圆孔中心在尺上的位置，在镜外读得B点标尺之读数b2（即仪器高）。然后再对A点所立水准尺进行观测得读数a2。若a2－b2＝a1－b1，则此项条件满足。图4-237水准管检验校正：若a2－b2不等于a1－b1，在A点上水准尺的正确读数应为a'2＝b2＋（a1－b1）＝b2＋h。旋转望远镜微倾螺旋，使横丝对准A点标尺上的正确读数a'2，这时视准轴已水平，但气泡却偏离中心，拨动水准管校正螺丝使气泡居中。此项检校要反复进行，直至仪器在B点所测之高差，与仪器在A、B的中点所测正确高差相差在3~4mm以内，就可以认为校正好了。4．视准轴与水准管轴应平行（即无交叉误差）检验：安平仪器后，在距仪器约50m处竖立一水准尺。水准仪三个脚螺旋的位置应如图4-238所示，其中两脚螺旋的连线与仪器至标尺的连线相垂直。将仪器整平，使水准管气泡严格居中，用横丝的中心部位在尺上读数。然后将两个脚螺旋相对地旋转1~2整周，使水准仪向一侧倾斜，此时横丝所对尺上读数必已变动，旋转微倾螺旋，使十字丝交点处读数保持不变，查看气泡是否偏离中心，如有偏离，记住气泡偏离中心的方向（如偏向目镜端或物镜端）。使脚螺旋恢复原来位置，并旋转微倾螺旋使气泡居中，此时横丝所对尺上读数仍为原来数值。然后再以和前次相反的方向旋转脚螺旋1~2整周，使水准仪向另一侧倾斜，同时旋转微倾螺旋保持十字丝交点处读数不变，再查看气泡有无偏离中心现象，或偏向哪一端。如通过两次检查，气泡始终居中或仅偏于同一端，说明水准轴与视准轴平行。若气泡一次偏于目镜端而另一次偏于物镜端，则说明此项条件不满足，即有交叉误差的存在。图4-238视准轴检验1-脚螺旋；2-标尺校正：用水准管上左右两校正螺旋一松一紧使气泡居中。此项检验与校正要重复进行，直至满足条件。在进行三、四等水准测量时，应进行此项检验，一般情况下可不进行。4-9-2-2精密水准仪的检验与校正精密水准仪的特征：（1）望远镜有较大的放大率，约36~50倍。望远镜品质甚高，有很好的清晰度、光明度，一切色差变形消除殆尽；（2）水平管的灵敏度极高，约自2/2mm~6/2mm之间。近代观察水泡像的方法多采用棱镜折影符合法，符合观察之精度为水平管灵敏度的1/4，例如水准管的灵敏度4/2mm，则用符合法之后，观测精度可达0.1。因此，现今精密的水准仪上水准管的灵敏度绝对值不需过高，而仍能达到非常精密的安平效果。1．精密水准仪的基本构造精密水准仪的构造如图4-239所示。图4-239精密水准仪构造1-瞄准器；2-望远镜目镜；3-望远镜调焦螺旋；4-水准器反光板；5-微倾螺旋；6-楔形保护玻璃；7-平行玻璃板测微手轮；8-制动螺旋；9-微动螺旋；10-脚螺旋2．使用方法（1）安平安平方法与普通水准仪大致相同。不过此仪器长水准灵敏度极高，气泡动荡静止较慢，应注意将脚架安踏牢固，安平时先使圆水准大致居中，为了尽量提高视线，减少地面折光影响，仪器架应尽量架高。在瞄准水准尺之后用微倾螺旋作精确居中，此时只需稍微转动一下即可。螺旋转动的方向与气泡像相对移动方向是一致的（图4-24