物理实验室仪器读数显微镜(水准仪、经纬仪、全站仪的使用及保护)

Posted 2023-06-02

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物理实验室仪器读数显微镜(水准仪、经纬仪、全站仪的使用及保护)

房建测量常用的测量仪器：水准仪、经纬仪、全站仪。

一水准仪：按精度水准仪可分为DS05、DS1、DS3、DS10 等几个等级：

DS05 每千米水准测量的全中误差为±0.5 mm，用于高等级水准测量；

DS1 每千米水准测量的全中误差为±1.0 mm，用于高等级水准测量；

DS3 每千米水准测量的全中误差为±3.0 mm，用于一般工程测量和地形测量；

DS10 每千米水准测量的全中误差为±10.0 mm，用于一般工程测量和地形测量。

DS 为“大地”、“水准仪”的汉语拼音缩写，本节主要介绍DS3 级水准仪。

测站安置安置三脚架与仪器打开三脚架，旋紧脚架伸缩腿螺旋，安置三脚架高度适中，目估使架头水平。然后打开仪器箱，取出水准仪，置于三脚架头上，并用中心连接螺旋把水准仪与三脚架头固连在一起。粗平粗平是用圆水准器，使其气泡居中，以便达到仪器竖轴大致铅直，这时称仪器粗略水平。具体操作是要转动脚螺旋使气泡居中，如图1 所示。图1－a 气泡未居中而位于a 处；首先按图上箭头所指的方向，两手相对转动脚螺① 、② ，使气泡移到通过水准器零点作① 、② 脚螺旋连线的垂线上，如图中垂直的虚线位置。然后，用左手转动脚螺旋③ ，使气泡居中，如图1-b 所示。掌握规律：左手大姆指移动方向与气泡移动方向一致。

对于图 1 气泡偏歪情况，第 1 步也可先旋转脚螺旋 ①，使气泡 a 向刻划圆圈移动，实际移到b 处，如图2 所示，位于通过刻划圈中心与脚螺旋② 、③ 连线的平行线的位置（图中虚线位置）。第 2 再用两手相对向转脚螺旋②、③ ，使气泡居中，反复操作使气泡完全居中。

图 2

瞄准水准尺

首先进行目镜对光，把望远镜对准明亮的背景，转动日光镜对光螺旋，使十字丝清晰。再松开望远镜制动螺旋，转动望远镜，用望远镜上的照门与准星瞄准水准尺，固紧制动螺旋，用微动螺旋精确瞄准。如果目标不清晰，应转动对光螺旋，使目标清晰。

图 3

当眼晴在目镜端上下移动时，如果发现目标的像与十字丝有相对移动的现象，如图3－a,b 所示，这种现象称视差（视差现象）。产生视差的原因是因为目标像平面与十字丝平面不重合。由于视差的存在，不能获得正确读数。当人眼位于目镜端中间时，十字丝交点读得读数为a。当眼略向上移动读得读数为 b。当眼略向下移动读得读数为 c。只有在图3-c 的情况，眼睛上下移动度的读数均为a。因此，瞄准目标时存在的视差必须加以消除。

消除视差的方法：首先把目镜对光螺旋调好，然后瞄准目标反复调节对光螺旋，同时眼睛上下移动观察，直至读数不发生变化时为止。此时目标像与十字丝在同一平面，这时读取的读数才是无视

差的正确读数。如果换另一人观测，由于各人眼睛的明视距离不同可能需要重新再调一下目镜对光螺旋，一般情况是目镜对光螺旋调好后就不必在消除视差时反复调节。

精平

眼睛注视望远镜旁观察窗，转动微倾螺旋，使水准气泡两端半像符合，此时水准管轴严格水平。因为水准管轴与视准轴平行，所以视准轴也处于严格水平位置。

读数

水准管泡居中后，用十字丝的横丝在水准尺上读数。水准尺有正字与倒字之分，读数时总是从小到大读取，由于倒像望远镜，如图 4-a 所示，水准尺正字成像为倒字，在望远镜中从小到大读为

。

图 4

如图 4-b 所示，水准尺倒字成像为正字，在望远镜中应读1.62m毫米数估读得到。

五、水准仪的校正方法

将仪器摆在两固定点中间，标出两点的水平线，称为a、b 线，移动仪器到固定点一端，标出两点的水平线，称为a’、b ’。计算如果 a－b≠a’－b ’时，将望远镜横丝对准偏差一半的数值。用校针将

水准仪的上下螺钉调整，使管水平泡吻合为止。重复以上做法，直到相等为止。

水准仪保养与维修水准仪是精密的光学仪器，正确合理使用和保管对仪器精度和寿命有很大的作用；避免阳光直晒，不许可证随便拆卸仪器；每个微调都应轻轻转动，不要用力过大。镜片、光学片不准用手触片；仪器有故障，由熟悉仪器结构者或修理部修理；每次使用完后，应对仪器擦干净，保持干燥。注意事项：立尺时应站在水准尺后面，双手扶尺，使尺身保持竖直；前后视距可先由步数概量，使前、后视距大致相等；读取读数前，应仔细对光以消除视差；观测过程中不应进行粗平，若圆水准器气泡发生偏离，应整平

仪器后重新观测；每次读数时都应进行精平；

测量完毕后，应立刻检核，一旦误差超限，应立即重测。

二、经纬仪的使用：

按精度从高精度到低精度分：DJ07,DJ1,DJ2,DJ6,DJ30 等(D,J 分别为

大地和经纬仪的首字母，07、1、2、6、30 分别表示测角的精度，单位秒。) 经纬仪是测量任务中用于测量角度的精密测量仪器，可以用

1、安置仪器

于测量角度、工程放样以及粗略的距离测取。整套仪器由仪器、脚架

部两部分组成。

安置仪器是将经纬仪安置在测站点上，包括对中和整平两项内容。对中的目的是使仪器中心与测站点标志中心位于同一铅垂线上；整平的目的是使仪器竖轴处于铅垂位置，水平度盘处于水平位置。

初步对中整平用锤球对中，其操作方法如下：将三脚架调整到合适高度，张开三脚架安置在测站点上方，在脚架的连接螺旋上挂上锤球，如果锤球尖离标志中心太远，可固定一脚移动另外两脚，或将三脚架整体平移，使锤球尖大致对准测站点标志中心，并注意使架头大致水平，然后将三脚架的脚尖踩入土中。将经纬仪从箱中取出，用连接螺旋将经纬仪安装在三脚架上。

调整脚螺旋，使圆水准器气泡居中。

此时，如果锤球尖偏离测站点标志中心，可旋松连接螺旋，在架头上移动经纬仪，使锤球尖精确对中测站点标志中心，然后旋紧连接螺旋。用光学对中器对中时，其操作方法如下：使架头大致对中和水平，连接经纬仪；调节光学对中器的目镜和物镜对光螺旋，使光学对中器的分划板小圆圈和测站点标志的影像清晰。转动脚螺旋，使光学对中器对准测站标志中心，此时圆水准器气泡偏离，伸缩三脚架架腿，使圆水准器气泡居中，注意脚架尖位置不得移动。、精确对中和整平整平先转动照准部，使水准管平行于任意一对脚螺旋的连线，如图3-7a 所示，两手同时向内或向外转动这两个脚螺旋，使气泡居中，注意气泡移动方向始终与左手大拇指移动方向一致；然后将照准部转动90°，如图3-7b 所示，转动第三个脚螺旋，使水准管气泡居中。再将照准部转回原位置，检查气泡是否居中，若不居中，按上述步骤反复进行，直到水准管在任何位置，气泡偏离零点不超过一格为止。

图 3-7 经纬仪的整平

对中先旋松连接螺旋，在架头上轻轻移动经纬仪，使锤球尖精确对中测站点标志中心，或使对中器分划板的刻划中心与测站点标志影像重合；然后旋紧连接螺旋。锤球对中误差一般可控制在3mm以内，光学对中器对中误差一般可控制在1mm 以内。

对中和整平，一般都需要经过几次“整平—对中—整平”的循环过程，直至整平和对中均符合要求。

2、瞄准目标

松开望远镜制动螺旋和照准部制动螺旋，将望远镜朝向明亮背景，调节目镜对光螺旋，使十字丝清晰。
利用望远镜上的照门和准星粗略对准目标，拧紧照准部及望远镜制动螺旋；调节物镜对光螺旋，使目标影像清晰，并注意消除视差。转动照准部和望远镜微动螺旋，精确瞄准目标。测量水平角时，

应用十字丝交点附近的竖丝瞄准目标底部，如图3-8 所示。

a） b）

图 3-8 瞄准目标

3、读数

打开反光镜，调节反光镜镜面位置，使读数窗亮度适中。转动读数显微镜目镜对光螺旋，使度盘、测微尺及指标线的影像清晰。根据仪器的读数设备，按前述的经纬仪读数方法进行读数。

4、经纬仪三轴误差：

经纬仪的三轴（视准轴、水平轴、垂直轴）之问在测角时应满足视准轴与水平轴正交，水平轴与垂直轴正交，垂直轴与测站铅垂线一致。当这些关系不能满足时，将分别引起视准轴误差、水平轴倾斜误差、垂直轴倾斜误差。

视准轴误差（C）：视准轴误差是指视准轴与水平轴的不正交误差，在望远镜的安装过程中容易出现这种误差，视准轴误差主要影响水平方向观测值。检查经纬仪是否合格：消除的方法：取盘左与盘右的中数可以消除视准轴误差的影响。将仪器固定在校正台上并精密整平将仪器开机并正镜（盘左）照准平行光管无穷远目标，水平度

盘读数为HC

将仪器倒镜（盘右）照准平行光管无穷远目标，水平度盘读数 HR。

4.1.1.4.计算C=1/2[（HC-HR）±180°]

4.1.1.5.如果C>9〝，则需进行校正，否则无需校正。

4.2 水平轴倾斜误差：当仪器置平时，若横轴垂直于竖轴，则望远镜

视准轴绕横轴旋转所划之圆切面为铅垂面，否则该圆切面与铅垂方向会产生一个夹角，称之i 角误差。

测定的方法：在望远镜纵转前后，同一方向上的盘左和盘右的观测值之差 L  R  180  2i取盘左和盘右读数的中数，可以消除水平轴倾斜误差对观测方

向值的影响。

4.3 垂直轴倾斜误差：当仪器三轴间的关系均已正确由于仪器未严格整置水平，而使仪器垂直轴偏离测站铅垂线一个微小的角度v 称为垂

直轴倾斜误差。

垂直轴倾斜误差对观测方向值的影响特性：垂直轴倾斜的方向和大小，不随照准部转动而变化，所引起的水平轴倾斜方向在望远镜纵转前后是相同的（即v 的正负号不变），因而，对任一观测方向不能期望通过盘左和盘右观测取中数而消除其

误差影响。

4.3.1.2 垂直轴倾斜误差对观测方向值的影响，不仅与垂直轴倾斜量、

观测目标的垂直角有关，而且随观测方向方位的不同而不同。

消除的方法及减弱的措施：观测前要精密整平仪器，观测过程中要经常注意照准部水准器是否居中，其气泡偏离中央不得超出一格。否则，应停止观测，重新整置仪器水平。在一站的观测过程中，适当的增加重新整平仪器的次数，以便

改变垂直轴倾斜的方向，使其对观测结果的影响具有偶然性。

经纬仪使用注意事项：运输仪器时，应采用原装的包装箱运输、搬动。近距离将仪器和脚架一起搬动时，应保持仪器竖直向上。拔出插头之前应先关机。在测量过程中，若拔出插头，则可能

丢失数据。

换电池前必须关机。仪器只能存放在干燥的室内。充电时，周围温度应在10~30℃之

间。

全站仪是精密贵重的测量仪器，要防日晒、防雨淋、防碰撞震

动。严禁仪器直接照准太阳。

三、全站仪

全站仪的厂家很多，主要的厂家及相应生产的全站仪系列有：瑞士徕卡公司生产的 TC 系列全站仪；日本 TOPCN （拓普康）公司生产的

GTS 系列；索佳公司生产的 SET 系列；宾得公司生产的 PCS 系列；尼康公司生产的 DMT 系列及瑞典捷创力公司生产的 GDM 系列全站仪以及我国南方测绘仪器公司 90 年代生产的 NTS 系列等。

全站仪的功能：测角、测边、测三维坐标和三维坐标放样、对边测量、

悬高测量、面积测量等

1、全站仪的工作特点：

1.1 能同时测角、测距并自动记录测量数据；

12 设有各种野外应用程序，能在测量现场得到归算结果；

1.3 能实现数据流

全站仪保管的注意事项

仪器的保管由专人负责，每天现场使用完毕带回办公室；不得放在现场工具箱内。仪器箱内应保持干燥，要防潮防水并及时更换干燥剂。仪器须放

置专门架上或固定位置。

仪器长期不用时，应一月左右定期通风防霉并通电驱潮，以保持仪器良好的工作状态。仪器放置要整齐，不得倒置。使用时应注意事项开工前应检查仪器箱背带及提手是否牢固。开箱后提取仪器前，要看准仪器在箱内放置的方式和位置，装卸仪器时，必须握住提手，将仪器从仪器箱取出或装入仪器箱时，请握住仪器提手和底座，不可握住显示单元的下部。切不可拿仪器的镜

筒，否则会影响内部固定部件，从而降低仪器的精度。应握住仪器的基座部分，或双手握住望远镜支架的下部。仪器用毕，先盖上物镜罩，并擦去表面的灰尘。装箱时各部位要放置妥帖，合上箱盖时应无障碍。

在太阳光照射下观测仪器，应给仪器打伞，并带上遮阳罩，以免影响观测精度。在杂乱环境下测量，仪器要有专人守护。当仪器架设在光滑的表面时，要用细绳（或细铅丝）将三脚架三个脚联起来，以防滑倒。当架设仪器在三脚架上时，尽可能用木制三脚架，因为使用金属三脚架可能会产生振动，从而影响测量精度。当测站之间距离较远，搬站时应将仪器卸下，装箱后背着走。

行走前要检查仪器箱是否锁好，检查安全带是否系好。当测站之间距离较近，搬站时可将仪器连同三脚架一起靠在肩上，但仪器要尽量保持直立放置。

搬站之前，应检查仪器与脚架的连接是否牢固，搬运时，应把制动螺旋略微关住，使仪器在搬站过程中不致晃动。仪器任何部分发生故障，不勉强使用，应立即检修，否则会加

剧仪器的损坏程度。

元件应保持清洁，如沾染灰沙必须用毛刷或柔软的擦镜纸擦掉。禁止用手指抚摸仪器的任何光学元件表面。清洁仪器透镜表面时，请先用干净的毛刷扫去灰尘，再用干净的无线棉布沾酒精由透镜中心向外一圈圈的轻轻擦拭。除去仪器箱上的灰尘时切不可作用任何稀释剂或汽油，而应用干净的布块沾中性洗涤剂擦洗。湿环境中工作，作业结束，要用软布擦干仪器表面的水分及灰尘后装箱。回到办公室后立即开箱取出仪器放于干燥处，彻底凉干后再装箱内。冬天室内、室外温差较大时，仪器搬出室外或搬入室内，应隔

一段时间后才能开箱。

3、电池的使用

全站仪的电池是全站仪最重要的部件之一，现在全站仪所配备的电池一般为 Ni-MH( 镍氢电池 ) 和 Ni-Cd( 镍镉电池 ) ，电池的好坏、电量的多少决定了外业时间的长短。

建议在电源打开期间不要将电池取出，因为此时存储数据可能会

丢失，因此在电源关闭后再装入或取出电池。

可充电池可以反复充电使用，但是如果在电池还存有剩余电量的状态下充电，则会缩短电池的工作时间，此时，电池的电压可通过刷新予以复原，从而改善作业时间，充足电的电池放电时间约需 8 小时。不要连续进行充电或放电，否则会损坏电池和充电器，如有必要

进行充电或放电，则应在停止充电约 30 分钟后再使用充电器。

不要在电池刚充电后就进行充电或放电，有时这样会造成电池损坏。

超过规定的充电时间会缩短电池的使用寿命，应尽量避免电池剩余容量显示级别与当前的测量模式有关，在角度测量的模式下，电池剩余容量够用，并不能够保证电池在距离测量模式下也能用，因为距离测量模式耗电高于角度测量模式，当从角度模式转换为距离模式时，

由于电池容量不足，不时会中止测距。

总之，只有在日常的工作中，注意仪器的使用和维护，注意仪器电池的充放电，才能延长全站仪的使用寿命，使仪器的功效发挥到最大。