高度仪型号(高度仪型号有哪些)
高度仪有哪些品牌
国内成量、哈量、广陆、上量的都有,你要什么性能的?
高度仪器
河口海岸潮间带浅水区域地形的冲淤和微地貌的变化,是沉积动力学研究的热点。了解潮间带浅水区域冲淤的时空变化规律对潮滩地形地貌演变研究和海岸工程防护具有重要指导和现实意义。关于潮间带浅水区域冲淤变化研究,Yang等通过对比不同时段的数字化海图来判断潮间带向海淤积或是向陆侵蚀,并通过对比0m线所在位置来判断潮间带的冲淤变化,但是这种方法很难揭示潮间带区域冲淤变化的具体细节。
张晓冬等通过遥感影像提取海滩水边线,以此来分析整个潮间带的冲淤变化,但是由于遥感影像为垂直视角且受光线影响等,其反演精度仍有待提高。沉积物沉积速率研究中广泛采用的方法有同位素测年法。王爱军等利用210Pb和137Cs的半衰期测量了沉积物数十年尺度的沉积速率,但是对于潮滩的侵蚀过程而言,该方法并不适用。Yang等和Fan等在滩面出露期间采用双桩法测量了滩面*部高程变化,但由于潮间带宽广、滩面植被发育以及滩面质地松软等因素影响,难以保证连续准确的观测要求,观测效率也有待提升。Yang等、谢卫明等和Mancini等利用RTK-GPS和三维激光扫描仪测量了滩面高程变化,尽管RTK-GPS技术很大程度上提高了观测效率,但其点位式的观测方式仍然无法满足浅水区域的实时观测要求。三维激光扫描仪可以快速获取大面积、高精度的点云数据,满足高精度、大面积的测量要求,但无法揭示潮水淹没期间以及风暴潮时期底床的动态冲淤变化信息。
近年来,声学技术的发展催生出了一种可以准确、连续观测淹没期间底床冲淤变化的方法。声学三维多普勒流速仪(ADV)被广泛应用于近底边界层以及潮间带浅水区域的沉积动力过程研究中。国外,SalehiMehrdad等在SanJacinto河口区设立了3个不同动力环境的观测站点,利用ADV进行水动力数据采集;国内,Wang等在长江口和江苏沿岸淤泥质潮滩上利用ADV开展了一系列潮间带沉积动力过程的先驱研究。ADV不仅可以通过高频采样(最高64Hz)获得某一高度水体紊动信息,同时,还可以对中间传感器信息进行提取,获得高频率底床高度的变化。
Shi等也利用ADV在野外开展了多项研究,但在分析野外现场数据时发现了一些异常现象:①在长时间的野外观测中,随着时间的推移,发现有时在水动力较弱的环境下,测量结果却显示底床发生了较大的侵蚀(超过10cm),这与水动力较弱时常常发生淤积的情况不相符;②在仪器正常的流速测量范围内,得到的底部高程变化数据有时会发生异常跳动,甚至突变为0,经过一段时间后,数据又恢复正常。
作为上述工作的延续,我们对异常现象进行了分析,认为可能的原因有:①ADV换能器距离底床高度的测量可能具有一定的适用范围,野外现场底床的冲淤变化造成底部高度超出了仪器的测量范围;②由于野外现场泥沙量丰富、泥沙颗粒小,在水动力较强的情况下,水平输运以及*地再悬浮会引起水体中含沙量激增,影响到ADV测量信号的接收。为验证上述原因是否会造成ADV测量异常,本文从设计ADV室内试验出发,研究ADV测量底床高度变化的可行性及准确性,以期为野外环境下ADV的布设以及底床高度变化信息提取提供参考。
一、试验原理与方法
野外环境下,ADV测量会受到仪器姿态、底床冲淤变化、水体含沙量及水体紊动等多因素的影响。为了确定单一变量对ADV测量带来的影响,本研究通过室内试验来控制仪器姿态和水体紊动,探究底床冲淤变化和水体含沙量对ADV测量的影响,还原ADV在野外真实的工作环境。
⒈试验原理
声学三维多普勒流速仪ADV利用多普勒效应测量水流速度,方法是换能器发送一个短时间脉冲,传感器通过接收回声并测量回声的音调或频率的变化来获取水体流速信息(图1)。本次试验采用的仪器为挪威Nortek“威龙vector”,主要获取距离换能器157mm处水体的三维流速信息(图1a),该仪器不仅可以测量水体的流速信息,还可以获取底床冲淤变化信息。在每个采样周期开始和结束时仪器换能器均会发射一束声波信号,声波信号在接触到底床后发生反射,通过计算传感器接收到的反射信号强度及时间差,从而得到换能器与底床的相对高程(图1b)。
图1ADV测量过程及相关参数
⒉野外观测
2017年10月20日至10月28日在长江口南槽开展了定点观测(图2a),采用三脚架坐底观测系统搭载ADV和激光边界层悬浮剖面测量仪ASM-Ⅳ(量程为0~4000NTU)获取野外现场流速、底床相对高度以及含沙量数据,并采集野外现场底质样品和悬沙水样用于室内仪器的标定工作。三脚架上仪器距离底床高度如图2b所示。
图2野外观测站位和仪器布设高度
⒊室内试验
⑴试验一
选取2台威龙vectorADV(编号为5653和4846)进行试验,仪器采样频率为1~64Hz,最大适应水深为300m。为尽可能多地采集试验数据,保证数据测量结果的准确性,采样间隔设置为10s,采样数为80个(表1)。
表1ADV参数设置(burst模式)
项目
ADV型号
威龙vector5653
威龙vector4846
采样频率/Hz
16
16
采样间隔/s
10
10
采样数/个
80
80
本试验在圆柱形桶内进行(图3),为更好地还原野外现场底质环境,试验开始前在桶内底部铺上50mm厚的野外现场底质样品,然后将ADV固定在桶内的支架上,向桶内缓慢注入清水,使ADV完全淹没在清水之中。
图3室内试验
试验开始时,换能器距离桶底部高度50mm处,等待ADV测量2min后,提升换能器高度10~20mm,等待ADV测量2min后再次提升换能器高度,由此往复,直至换能器高度达到500mm左右时结束试验记录。每次提升换能器高度后都会通过刻度尺(精确到mm)测量换能器距离桶底部的高度,并记录为人工测量ADV换能器距离底部的实际高度(H)。ADV在2min内共记录到12组数据,为了保证数据的准确性,对12组数据进行平均,结果记录为仪器测量ADV换能器距离底部高度(h)。为了验证仪器自身记录数据h和人工实测数据H是否一致,按照时间将H与h进行对应,并做散点分布图,比较两者之间的差距。
⑵试验二
使用浊度传感器OBS-3A(美国,Compbell)测量水体浊度,固定OBS-3A和ADV于圆柱形桶内,保证OBS传感器、ADV换能器以及桶内取水口三者高度平齐(高度为距离桶底部20cm),将野外现场采集的高含沙量浑浊水体注入到桶内并搅拌均匀,经过浊度传感器测量,浊度值最高达到4899NTU,搅拌均匀后静置水体开始试验测量。
通过浊度传感器实时读数记录各时间段取水口处水体浊度,同步打开取水口进行水样采集,直至水体清澈后停止试验记录。后续对采集的水样进行抽滤、烘干、称重,确定各时间段水体的含沙量。根据试验记录的水体采样时间,同步到仪器高度记录数据,提取出各时间段仪器测量到的换能器距离底部高度h。
⒋数据处理
试验二中浊度传感器测量了水体的浑浊程度,单位为NTU,通过仪器标定关系式将浊度值转换成水体的含沙量(图4)。按照试验时间将ADV内部vhd文件记录的换能器距离底部高度h与水体含沙量大小进行对应,确定不同含沙量情况下仪器测量结果。
图4浊度传感器室内标定曲线
对野外现场采集到的ADV换能器距离底部高度h进行提取,绘制底床相对高度变化的时序图(图5a)。室内通过标定实验将ASM-Ⅳ记录的浊度值转换成水体的含沙量,同步绘制出整个观测期间水体含沙量的垂向变化(图5b)。
图5野外实测底床相对高度和含沙量剖面变化
二、结果
⒈野外底床及含沙量变化
受强台风“兰恩”影响,观测点附近最大风速达到16.5m/s。10月20日至24日台风期间,由图5底床相对高度和现场实测含沙量剖面分布可知,部分时段水体中含沙量较高,但换能器距离底床高度稳定在380mm附近。10月24日至26日台风过后,该时段观测架附近出现浮泥层,含沙量超过了ASM-Ⅳ的最大量程,距离底床1m范围内的水体含沙量由最低值0.12kg/m3突增至12kg/m3,并超出了ASM-Ⅳ的量程范围,实际的含沙量超过了12kg/m3。在该时段内,ADV底床高度数据也未能获得,导致了底床变化数据的不连续。由于受到浮泥层的影响,换能器距离底床高度由380mm降低至280mm附近,底床抬升了近100mm。10月26日之后,悬浮在水体中的沉积物由于沉降和海流输运作用,水体含沙量下降,换能器距离底床高度稳定在300mm左右。
⒉室内ADV测量
⑴ADV底部高度测量
图6为试验一中人工实测数据(H)与仪器自身记录数据(h)的散点分布。由图6可见,2个不同编号仪器记录的数据中,H在第16次时发生“转折”,当150mm≤H≤370mm时,H与h散点基本重合,该范围内人工实测距离H与仪器记录距离h相同;当H≤70mm和H>370mm时,h均为0,该范围内仪器内部vhd文件并没有记录到有效数据。考虑到ADV内部程序在该范围内可能会对底部实际高度产生误判,从而造成测量高度h记录为0。因此,通过人为处理记录高程及回声强度相关关系的pck文件,提取并绘制出H=50mm和H=410mm时,ADV记录的高程及回声强度曲线图(图7)。当H=50mm时,图7a和图7e出现多处峰值,其中第二处峰值所对应的距离D分别为43.5mm和51.6mm;当H=410mm时,图7d和图7h均只出现1处峰值,对应的距离D分别为17.5mm和18.1mm。当70mm
图6人工实测距离与仪器记录距离分布
图7距离换能器不同高度处回声强度曲线
图8H与Δh关系
由图8可见,Δh与H具有很强的相关性,Δh随着H的增加而增加,相关系数R2达到0.99以上。我们认为在70mm
⑵含沙量对ADV测量的影响
试验二中桶内泥沙搅拌均匀后静置,随着试验的进行泥沙缓慢沉降,水体含沙量逐渐减小(图9)。停止搅拌时,水体含沙量最大,达到23.99kg/m3;试验记录结束时,水体含沙量最小,为0.32kg/m3。当水体含沙量>14.36kg/m3,仪器记录的高度均为0,此时仪器无法探测到换能器距离底部高度。当含沙量3,仪器记录到真实的换能器距离底部高度,并且换能器距离底部高度随着含沙量的减小而逐渐减小。因为随着泥沙的沉降,桶内泥沙逐渐堆积在底部,造成了换能器距离底部高度减小,底部泥沙的堆积高度为2.72mm。
图9含沙量曲线变化
三、讨论
试验一中采用了2个不同编号的ADV进行试验,获得的数据变化趋势保持一致,可以排除不同编号的仪器对试验造成的影响。通过对比h和H发现,当150mm≤H≤370mm时,h和H数值上相互吻合,认为在该范围内ADV内部vhd文件记录的数据是准确的,在野外现场安装仪器时,保证换能器与底床距离在此范围内,仪器是能够准确记录底床相对高程的变化。当H≤70mm和H>370mm时,仪器内部vhd文件记录的数据h均为0,可见在该范围内通过直接读取仪器自动记录的h是无法获取准确的换能器距离底部高度数据。
通过提取pck文件中高程及回声强度曲线图发现:当H=50mm时,曲线图中出现多处峰值,因为换能器与底床距离过近,信号经过多次反射多次被传感器接收,从而造成仪器无法判断底床的位置。通过对比曲线图中第二处峰值所对应的距离D与换能器实际距离底部高度H,发现D=43.5mm和D=51.6mm与H较为接近(图7a和图7e),认为当H≤70mm时,可以通过人为提取pck文件内的信息,判断第二峰值所对应的距离D的大小,来弥补因ADV误判造成数据的缺失。但是此方法还存在误差,因此在野外安装仪器时应该避免换能器距离底部高度过近。当H>370mm时,图7d和图7h均只出现一处峰值,所对应的距离D分别为17.5mm和18.1mm,该距离约为换能器与传感器的间距,不能被认为是底床所处的高度。经分析认为,出现单峰值是由于底床与换能器距离过大,信号经过衰减后无法被传感器接收,造成仪器自动记录的h=0。当70mm
如在野外环境中,安装的换能器与底床距离起始时是在150~370mm的正常范围内,由于水动力环境较弱,大量细颗粒沉积物在底床沉积,造成换能器与底床距离逐渐减小,当换能器与底床距离减小至70~150mm的范围内,仪器记录的数据h会发生“跳跃”,显著大于实际换能器与底床的距离。由于仪器记录数值的突增,会被误认为研究区域发生了明显的侵蚀事件,而实际上研究区域是逐渐淤积,由仪器自身造成的误判。当70mm
通过对野外现场观测数据分析,10月24日之前换能器与底床高度稳定在(380±10)mm,受涨落潮的影响,底床高度有10mm的变幅。对比室内试验一结果可知,当ADV记录的结果处于340~370mm时,换能器实际距离底部高度H和ADV记录的数据h一致,认为ADV在该范围内的记录结果是真实的换能器距离底部高度。当整体变化范围处于370~390mm,虽然室内试验是在桶内进行的,跟野外环境相比,桶的直径较小,桶内空间有限,但当换能器距离底部高度≥370mm时,可能会造成信号在桶壁内发生反射、吸收,并造成传感器无法接收到信号,这种可能性需要后续试验进一步研究。结合野外现场实测数据发现仪器记录的数据稳定,因此认为该数据是较为可信的。
10月26日之后,ADV记录的数据结果稳定在300mm,造成该结果存在2种可能:①换能器距离底床高度确实是300mm,并被ADV准确记录到;②由于浮泥层的存在,底床淤高造成换能器距离底床真实的高度处于70~150mm范围内,试验一表明ADV内部vhd文件在该范围内会产生错误记录。结合野外现场含沙量分析,如果浮泥层的存在造成换能器距离底床高度处于70~150mm范围内,那么相比之前而言,底床高度抬升了230~310mm,那么放置在距底200mm的ASM-Ⅳ探头会被泥沙覆盖,但是10月26日之后并未记录到高含沙量事件的发生,所以可能性②被排除,野外现场ADV记录的数据为真实的换能器距离底床高度。
通过试验二可知,ADV换能器距离底部高度的测量会受到水体含沙量的影响,当水体含沙量超过14.36kg/m3时,信号无法穿透高含沙量水体,反射信号无法被传感器接收,导致仪器出现测量数据为0的异常情况。野外现场实测数据也验证了该观点,实测含沙量超出了仪器的量程范围,野外现场实际的含沙量>12kg/m3,高含沙量的时间段内野外现场布设的ADV没有记录到底床高度数据。在野外高含沙量的水体环境中,通过ADV测量底床的变化仍有*限性。
四、结语
用于野外现场观测水体单点三维流速的ADV具有观测底床相对高程变化的能力,在获得高频率水动力数据的同时,可以同步获得野外现场底床相对高程的变化,结合水动力变化信息可以更加真实准确地反映出底部边界层冲淤变化信息。底床含沙量大小及变化影响ADV的测量结果,本次试验的泥沙颗粒中值粒径为35.54mm,平均粒径为41.59mm,在含沙量3时,ADV可以有效的获得野外现场底床高度变化信息。
因此,利用ADV野外测量的三维高频流速,结合含沙量的大小和变化,以及同步获得准确的床面冲淤变化值来进行床面侵蚀淤积的动力机制分析,为河口潮间带区域沉积动力学研究提供一种新的手段。
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高度仪测量教程
付费内容限时免费查看回答你好很高兴可以为您提供解答电子经纬仪和光学经纬仪。我国主要使用光学经纬仪和电子经纬仪,游标经纬仪早已淘汰。光学经纬的水平度盘和竖直度盘用玻璃制成,在度盘平面的周围边缘刻有等间隔的分划线,两相邻分划线间距所对的圆心角称为度盘的格值,又称度盘的最小分格值。
高度仪使用教学视频
高度仪是一种工具,用于测量所在位置的海拔高度。它通常被用于户外活动,如登山、徒步旅行和飞行等,以帮助人们确定自己所处的海拔。以下是使用高度仪的简单步骤:
1. 打开高度仪并使其处于工作状态。一些高度仪会自动打开,而其他型号可能需要手动启动。
2. 校准高度仪。这一步是确保准确测量海拔高度的关键。校准方法可能因高度仪的型号而异,但通常需要参考仪器的使用手册。校准过程可能包括设置海平面大气压值、调整高度仪的指针或输入基准数据等。
3. 将高度仪保持水平。在测量过程中,确保高度仪保持垂直和水平放置,以获得准确的结果。
4. 读取高度显示。高度仪上通常有一个显示屏或指针来显示当前海拔高度。根据所选型号,可能显示为数字、刻度线或其他形式。
5. 移动或散步时注意观察高度变化。高度仪可以实时显示海拔高度的变化。当移动到新的位置或变换海拔时,观察高度仪的变化以了解位置的变化。
请注意,使用高度仪时,确保了解和遵守相关的安全操作指南和使用手册。不同型号的高度仪可能有不同的特性和操作方法,因此最好熟悉相关的说明书。
高度仪使用方法
问题一:工地建筑测量仪器有哪些?经纬仪(或全站仪)、水准仪、钢尺、钢卷尺。足够了。
问题二:建筑工程现场常用的测量仪器有哪些?高程测量需要水准仪,水准场分为微倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪
角度测量需要经纬仪,经纬仪分为游标经纬仪,光学经纬仪和电子经纬仪
距离测量需要钢尺等
问题三:建筑测量仪器都有哪些?经纬仪
测量水平角和竖直角的仪器。由望远镜、水平度盘与垂直度盘和基座等部件组成。按读数设备分为游标经纬仪、光学经纬仪和电子(自动显示)经纬仪。经纬仪广泛用于控制、地形和施工放样等测量。中国经纬仪系列有:DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15、DJ60六个型号(”DJ“表示”大地测量经纬仪“,”07、1、2、……“分别为该类仪器以秒为单位表示的一测回水平方向的中误差)。在经纬仪上附有专用配件时,可组成:激光经纬仪、坡面经纬仪等。此外,还有专用的陀螺经纬仪、矿山经纬仪、摄影经纬仪等。
水准仪
测量两点间高差的仪器。由望远镜、水准器(或补偿器)和基座等部件组成。按构造分:定镜水准仪、转镜水准仪、微倾水准仪、自动安平水准仪。水准仪广泛用于控制、地形和施工放样等测量工作。中国水准仪的系列标准有:DS05、DS1、DS3、DS10、DS20等型号(”DS“表示”大地测量水准仪“,”05、1、3、……“分别为该类仪器以毫米为单位表示的每公里水准测量高差中数的偶然中误差)。在水准仪上附有专用配件时,可组成激光水准仪。
平板仪
地面人工测绘大比例尺地形图的主要仪器。由照准仪、平板和支架等部件组成。在照准仪上附加电磁波测距装置,可使作业更为方便迅速。
电磁波测距仪
应用电磁波运载测距信号测量两点间距离的仪器。测程在5~20公里的称为中程测距仪,测程在5公里之内的为短程测距仪。精度一般为
5mm+5ppm,具有小型、轻便、精度高等特点。60年代以来,测距仪发展迅速。近年来,生产的双色精密光电测距仪精度已达0.1mm+0.1ppm.电磁波测距仪已广泛用于控制、地形和施工放样等测量中,成倍的提高了外业工作效率和量距精度。
电子速测仪
由电子经纬仪、电磁波测距仪、微型计算机、程序模块、存储器和自动记录装置组成,快速进行测距、测角、计算、记录等多功能的电子测量仪器。有整体式和组合式两类。整体式电子速测仪为各功能部件整体组合,可自动显示斜距、角度,自动归算并显示平距、高差及坐标增量,具有较高的自动化程度。组合式电子速测仪,即电子经纬仪,电磁波测距仪,计算机及绘图设备等分离元件,按需要组合,既有较高的自动化特性,又有较大的灵活性。电子速测仪适用于工程测量和大比例尺地形测量。并能为建立数字地面模型提供解析数据,使地面测量趋于自动化,还可对活动目标做跟踪测量,例如对于港口工程中的船舶进出港口的航迹观测。
陀螺经纬仪
将陀螺仪和经纬仪组合在一起,用以测定真方位角的仪器。在地球上南北纬度75°范围内均可使用。陀螺高速旋转时,由于受地球自转影响,其轴向子午面两侧往复摆动。通过观测,可定出真北方向。陀螺经纬仪主要用于矿山和隧道地下导线测量的定向工作。有的陀螺经纬仪用微处理机进行控制,自动显示测量成果,具有较高的测量精度。激光陀螺经纬仪则具有精度较高、稳定和成本低的特点。
激光测量仪器
装有激光发射器的各种测量仪器。这类仪器较多,其共同点是将一个氦氖激光器与望远镜连接,把激光束导入望远镜筒,并使其与视准轴重合。利用激光束方向性好、发射角小、亮度高、红色可见等优点,形成一条鲜明的准直线,做为定向定位的依据。在大型建筑施工,沟渠、隧道开挖,大型机器安装,以及变形观测等工程测量中应用甚广。常见的激光测量仪器有:①激光准直仪和激光指向仪。两者构造相近,用于沟渠、隧道或管道施工、大型机械安装、建筑物变形观测。目前激光准直精度已达10-5~10-6.②激光垂线仪。将激光束置于铅直方向以进行竖向准直的仪器。用于高层建筑、烟囱、电梯等施工过程中的垂直定位及以后的倾斜观测,精度可达0.5......>>
问题四:工程测量仪器有哪些?有全站仪、经纬仪、水准仪、红外线投测仪、楼层垂直引线的铅垂仪、楼层开间进深及高度距离殓测的红外测距仪等
问题五:建筑测量所需要的工具及机具有哪些?一、水准测量
1、水准仪2、水准标尺3、高差法4、仪高法
二、基准线测量
1、经纬仪2、检定钢尺
三、平面控制测量
1、三角测量法2、导线测量法3、三边测量法
四、测量仪器
1、光学经纬仪2、全站仪机具:分别:1、千斤顶(齿条、螺旋、液压)、滑轮组、葫芦(手动、电动)、卷扬机(手动、电动、液动)、悬挂单轨吊。
2、桥架式起重机(桥式、门式)、缆索式起重机、臂架式起重机(自行式、塔式、门座式、铁路式、浮式、桅杆式)。
3、自行式起重机、塔式起重机、门座式起重机。
4、汽车式起重机、履带式起重机、轮胎式起重机。
问题六:工程测量有那些仪器水准仪,经纬仪,全站仪
问题七:建筑测量仪器有哪些水准仪:测量高程、高差及距离;
经纬仪:测量角度;
全站仪:以上两者都具有的功能;
铅锤仪:引轴线用;
测距仪:测量室内垂直度、水平度高差;
GPS:这是最高级的,路桥上用的多,定位放线用。
问题八:建筑施工测量仪器有哪些全站仪、经纬仪、水准仪、gps、测距仪、垂直仪这些是比较大的。
还有些小的。很多。比如拉力计。
高度仪使用方法及说明
1 我没有亲身体验过,因此无法明确选择哪个版本比较好。2 一般来说,手机海拔高度仪的版本影响其测量的准确性和稳定性。版本更新会修复已知的漏洞,提高仪器的功能和性能。同时,不同品牌、型号和操作系统也会对仪器的表现产生影响。3 如果需要购买手机海拔高度仪,建议根据自己的需求和经济实力选择具有较高测量精度和稳定性、采用有效算法的版本。同时,需要根据具体情况根据用户评价和专业测评等渠道寻找适合自己的产品。
高度仪操作指导书
高度仪(又名测高仪)是用于测量空间点位相对地面高度的仪器,瑞士TESA、瑞士TRIMOS等品牌测高仪,广泛应用于在线或批量检测,可测量高度、深度、槽宽、内外径、孔心距、轴心距、平面度、垂直度等(需另选附件)。
高度仪作用
作品鉴赏编辑整体赏析
高度仪型号有哪些
水准仪是水准测量的主要仪器,按水准仪的精度可分为DS05,DS1,DS3及DS10等几种等级(型号)。“D”和“S”表示中文“大地”和“水准仪”中“大”字和“水”字的汉语拼音的第一个字母,通常在书写时可省略字母“D”,下标“05”,“1”,“3”及“10”等数字表示该类仪器的精度,见表2-1。S3型水准仪称为普通水准仪,用于国家三、四等水准及普通水准测量,S05型和S1型水准仪称为精密水准仪,用于国家一、二等精密水准测量。本节主要介绍S3型水准仪及其使用。
表2-1常用水准仪系列及精度
一、DS3型水准仪的构造
图2-3为DS3型微倾式水准仪,它主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。
仪器的上部有望远镜、水准管、水准管气泡观察窗、圆水准器、目镜及物镜对光螺旋、水平制动螺旋、水平微动螺旋和微倾螺旋等,通过中心螺旋把仪器竖轴与仪器基座相连。望远镜和水准管连成一个整体,转动微倾螺旋可以调节水准管连同望远镜一起相对于支架作上下微小转动,使水准管气泡居中,从而使望远镜视线精确水平,由于用微倾螺旋使望远镜上、下倾斜有一定限度,必须先调整脚螺旋使圆水准器气泡居中,粗略定平仪器。
整个仪器的上部可以绕仪器竖轴在水平面旋转,水平制动螺旋和水平微动螺旋用于控制望远镜在水平面转动,松开制动螺旋,望远镜可在水平面任意转动,只有当拧紧制动螺旋后,微动螺旋才能使望远镜在水平面上作微小转动,以精确瞄准目标。
图2-3DS3型微倾式水准仪
1.基座
基座的作用是支撑仪器的上部,并通过连接螺旋使仪器与三脚架相连。它包括轴套、脚螺旋、三角形底板等,仪器竖轴插入轴套内。
2.望远镜
望远镜是用来精确瞄准远处目标和提供水平视线进行读数的设备,如图2-4(a)所示。它主要由物镜、目镜、调焦透镜及十字丝分划板等组成。图2-4(b)是从目镜中看到的经过放大后的十字丝分划板像。十字丝分划板是用来准确瞄准目标用的,中间一根长横丝称为中丝,与之垂直的一根丝称为竖丝,与中丝平行的上下两根短横丝称为上、下丝(又称视距丝)。在水准测量时,用中丝在水准尺上进行后、前视读数,用以计算高差,用上、下丝在水准尺上读数,用以计算水准仪至水准尺的距离(视距)。
图2-4测量望远镜
物镜和目镜采用多块透镜组合而成,调焦透镜由单块透镜或多块透镜组合而成。望远镜成像原理如图2-5所示,望远镜所瞄准的目标AB经过物镜的作用形成一个倒立而缩小的实像ab,调节物镜对光螺旋即可带动调焦透镜在望远镜筒内前后移动,从而将不同距离的目标都能清晰地成像在十字丝平面上。调节目镜对光螺旋可使十字丝像清晰,再通过目镜,便可看到同时放大了的十字丝和倒置的目标影像,在望远镜中再加一组透镜,可得到放大了的正像。近几年生产的测量仪器大部分都是正像的。
图2-5望远镜成像原理
通过物镜光心与十字丝交点的连线CC称为望远镜视准轴,视准轴的延长线即为视线,它是瞄准目标的依据。
从望远镜内所看到目标影像的视角与观测者直接用眼睛观察该目标的视角之比称为望远镜的放大率(放大倍数)。如图2-5所示,从望远镜内所看到的远处物体AB的影像a′b′的视角为β,肉眼直接观测原目标AB的视角可近似地认为是α,故放大率V=β/α。S3型水准仪望远镜放大率一般不小于28倍。
如果望远镜没有调好焦,可能使目标形成的实像ab与十字丝分划板平面不完全重合,此时当观测者眼睛在目镜端略作上、下少量移动时,就会发现目标的实像与十字丝平面之间有相对移动,这种现象称为视差。测量作业中不允许存在视差,因为它不利于精确地瞄准目标与读数,因此在观测中必须消除视差。消除视差的方法:首先应按操作程序依次调焦,先进行目镜调焦,使十字丝十分清晰;再瞄准目标进行物镜调焦,使目标十分清晰,当观测者眼睛在目镜端作上下少量移动时,发现目标与十字丝平面之间没有相对移动,则表示视差不存在;否则应重新进行物镜调焦,直至无相对移动为止。在检查视差是否存在时,观测者眼睛应处于松弛状态,不能紧张,且眼睛在目镜端上下移动量不宜大,仅作很少量移动,否则会引起错觉而误认为视差存在。
3.水准器
水准器是水准仪上的重要部件,它是利用液体受重力作用后使气泡居于最高处的特性,指示水准器的水准轴位于水平或竖直位置的一种装置,从而使水准仪获得一条水平视线。水准器分圆水准器和长水准管两种。
(1)长水准管
长水准管是由玻璃管制成,又简称“水准管”,其纵向内壁研磨成具有一定半径的圆弧(圆弧半径一般为80~200m),内装酒精和乙醚的混合液,加热密封冷却后管内形成一个被液体蒸汽充塞的空间,这个空间称为水准气泡,因气泡较轻,故处于管内最高处。
水准管圆弧中点O称为水准管零点,通过零点O的圆弧切线LL称为水准管轴,如图2-6(a)所示。水准管表面刻有2mm间隔的分划线,并与零点O相对称。当气泡的中点与水准管的零点重合时,称为气泡居中,表示水准管轴水平。若保持视准轴与水准管轴平行,则当气泡居中时,视准轴就处于水平位置。通常根据水准气泡两端距水准管两端刻划的格数相等的方法来判断水准气泡是否精确居中,如图2-6(b)所示。
图2-6水准管
水准管上两相邻分划线间的圆弧(弧长为2mm)所对的圆心角,称为水准管分划值τ。用公式表示为
建筑工程测量
式中:ρ″=206265″;
R——水准管圆弧半径,单位:mm。
上式说明分划值τ与水准管圆弧半径R成反比。R愈大,τ愈小,水准管灵敏度愈高,则定平仪器的精度也愈高,反之定平精度就低。S3型水准仪水准管的分划值一般为20″,表明气泡移动一格(2mm),水准管轴倾斜20″。
为了提高水准管气泡居中精度,S3型水准仪的水准管上方安装有一组符合棱镜,如图2-7所示。通过符合棱镜的反射作用,把水准管气泡两端的影像反射在望远镜旁的水准管气泡观察窗内,当气泡两端的两个半像符合成一个圆弧时,就表示水准管气泡居中,如图2-7(a)所示;若两个半像错开,则表示水准管气泡不居中,如图2-7(b)所示,此时可转动位于目镜右下方的微倾螺旋,使气泡两端的半像严密吻合(即居中),达到仪器的精确置平。这种配有符合棱镜的水准器,称为符合水准器。它不仅便于观察,同时可以使气泡居中精度提高一倍。
图2-7水准管与符合棱镜
图2-8圆水准器
(2)圆水准器
用于初步整平仪器的圆水准器,如图2-8所示。圆水准器顶面的内壁磨成圆球面,顶面中央刻有一个小圆圈,其圆心O称为圆水准器的零点,过零点O的法线L′L′称为圆水准轴。由于它与仪器的旋转轴(竖轴)平行,所以当圆气泡居中时,圆水准轴处于竖直(铅垂)位置,表示水准仪的竖轴也处于竖直位置了。S3水准仪圆水准器分划值一般为8′~10′,由于分划值较大,则灵敏度较低,只能用于水准仪的粗略整平,为仪器精确置平创造条件。
二、水准尺、尺垫和三脚架
水准尺是水准测量时使用的标尺,其质量的好坏直接影响水准测量的精度,因此水准尺是用不易变形且干燥的优良木材、玻璃钢或铝合金制成,要求尺长稳定,刻划准确,长度从2m至5m不等。根据它们的构造,常用的水准尺可分为直尺(整体尺)和塔尺两种,如图2-9所示。直尺中又分单面分划尺和双面(红黑面)分划尺。
图2-9水准尺
水准尺尺面每隔1cm涂有黑白或红白相间的分格,每分米处注有数字,其注记有的是正写有的是倒写的,可根据望远镜成像是正像还是倒像来选用。
双面水准尺的两面均有刻划,一面为黑白分划,称为“黑面尺”(也称主尺),另一面为红白分划,称为“红面尺”。通常用两根尺组成一对进行水准测量,两根尺的黑面尺尺底均从零开始,而红面尺尺底,一根从固定数值4.687m开始,另一根从固定数值4.787m开始,此数值称为红黑面零点差(或红黑面常数差)。
塔尺是由三节或四节小尺套接而成,不用时套在最下一节之内,长度为2m左右。如把全部小尺拉出可达5m。塔尺携带方便,但应注意塔尺的连接,务使套接准确稳固。塔尺一般用于地形起伏较大,精度要求较低的水准测量。
图2-10尺垫
尺垫一般用生铁铸成,为三角状,如图2-10所示。下面有三个尖脚,便于使用时将尺垫踩入土中,使之稳固。上面有一个突起的半球体,水准尺竖立于球顶最高点。在精度要求较高的水准测量中,转点处应放置尺垫,以防止观测过程中水准尺下沉或位置发生变化而影响精度。
三脚架是水准仪的附件,用于安置水准仪,由木质(或金属)制成,脚架一般可伸缩,便于携带及调整仪器高度,使用时用中心连接螺旋与水准仪器基座固紧。
三、水准仪的操作
水准仪的操作包括安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精确置平和读数等步骤。
1.安置仪器
在测站打开三脚架,按观测者的身高调节三脚架腿的高度,为便于整平仪器,应使三脚架的架头大致水平,并将三脚架的三个脚尖踩实,使脚架稳定。然后将水准仪平稳地安放在三脚架架头上,一手握住仪器,一手立即将三脚架连接螺旋旋入仪器基座的中心螺孔内,适度旋紧,防止仪器从架头上摔下来。
2.粗略整平(粗平)
粗平即初步地整平仪器,通过调节三个脚螺旋使圆水准器气泡居中,从而使仪器的竖轴大致铅垂。具体作法是:如图2-11(a)所示,外围三个圆圈为脚螺旋,中间为圆水准器,虚线圆圈代表气泡所在位置,首先用双手按箭头所指方向转动脚螺旋1,2,使圆气泡移到这两个脚螺旋连线方向的中间,然后再按图2-11(b)中箭头所指方向,用左手转动脚螺旋3,使圆气泡居中(即位于黑圆圈中央)。在整平的过程中,气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋时的移动方向一致。
图2-11圆水准器整平
3.瞄准水准尺
首先将望远镜对着明亮的背景(如天空或白色明亮物体),转动目镜对光螺旋,使望远镜内的十字丝像十分清晰(此后瞄准目标时一般不需要再调节目镜对光螺旋)。然后松开制动螺旋,转动望远镜,用望远镜筒上方的缺口和准星瞄准水准尺,大致进行物镜对光,能在望远镜内看到水准尺像,此时拧紧制动螺旋,转动水平微动螺旋,使十字丝的竖丝对准水准尺或靠近水准尺的一侧,如图2-12所示,可检查水准尺在左右方向是否倾斜。再转动物镜对光螺旋进行仔细对光,使水准尺的分划像十分清晰,并注意消除视差。
图2-12瞄准水准尺与读数
图2-13水准气泡的符合
4.精确置平(精平)
转动位于目镜下方的微倾螺旋,从气泡观察窗内看到符合水准气泡严密吻合(居中),如图2-13所示。
由于粗略整平不很完善(因圆水准器灵敏度较低),故当瞄准某一目标精平后,仪器转到另一目标时,符合水准气泡将会有微小的偏离(不吻合)。因此在进行水准测量中,务必记住每次瞄准水准尺进行读数时,都应先转动微倾螺旋,使符合水准气泡严密吻合后,才能在水准尺上读数。
5.读数
仪器精平后,应立即用十字丝的中丝在水准尺上读数。根据望远镜成像原理,观测者从望远镜里看到的水准尺影像是倒立的(大多数仪器如此),为了便于读数,一般将水准尺上的注字倒写,这样在望远镜里看到的就是正的。读数时应从上往下读,即从小数向大数读。观测者应先估读水准尺上毫米数(小于一格的估值),然后读出米、分米及厘米值,整个读数为4位数。如图2-12中水准尺的中丝读数为1.259m,其中末位9是估读的毫米数,读记为1259,单位为mm。读数应迅速、果断、准确,读数后应立即重新检视符合水准气泡是否仍居中,如仍居中,则读数有效,否则应重新使符合水准气泡居中后再读数。
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