水准测量的仪器和工具

水准测量所使用的仪器为水准仪，工具为水准尺和尺垫。

2．2．1　水准仪

按构造分类：水准仪按构造可分为微倾水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪。

按精度分类：高精度仪器DS0．5，DS1，主要用于精度要求较高的精密水准测量。中等精度仪器DS3，主要用于三、四等水准测量。一般精度仪器DS10，DS20，主要用于图根水准测量。DS分别为大地测量仪器和水准仪的汉语拼音第一个字母，0．5，1，3等下标表示每千米水准路线长度往返测高差平均值中误差为0．5 mm，1 mm，3 mm等。本节主要介绍DS3级微倾式水准仪。

1）水准仪的构造

根据水准测量原理，水准仪的作用是提供一条水平视线，并能瞄准水准尺进行读数。因此，水准仪主要由望远镜、水准器、托板及基座4部分组成，图2．2是我国生产的DS3级微倾式水准仪。

图2．2　水准仪的构造

1—准星；2—物镜；3—微动螺旋；4—制动螺旋；5—符合水准器观测镜；6—水准管；7—圆水准器；8—校正螺丝；9—照门；10—目镜；11—目镜调焦螺旋；12—物镜调焦螺旋；13—微倾螺旋；14—基座；15—脚螺旋；16—连接板；17—架头；18—连接螺旋；19—三脚架

（1）望远镜

望远镜是用于瞄准目标和读数，它主要是由物镜、调焦透镜、十字丝和目镜等几个部分组成（如图2．3（a）所示）。此外还有制动、微动螺旋和微倾螺旋。

图2．3　望远镜的构造

①物镜：由冕牌玻璃及火石玻璃组成，目的是消除色散像差，改善成像质量。物镜的主要作用是收集众多的光线，成一小而光强的物像，便于目镜放大后有足够的光亮度，以利观测。物镜的大小是望远镜分辨率大小的主要指标之一。因为物镜大，收集物体的光线便多，可以放得较大而又有足够的明亮度。另外，物像的清晰度对分辨率有较大的影响，清晰度由物镜、目镜等琢磨的精度和光学质量所决定。DS3级水准仪望远镜的放大率一般为30～35倍。望远镜物镜光心与十字丝交点的连线，称为视准轴。

②调焦透镜：如果物镜与十字丝的距离不变动，则远近不同的物体，将成像在十字丝的前后，移动调焦透镜，可使物像精确地落在十字丝平面上。这种望远镜叫内调焦望远镜，我国生产的水准仪和经纬仪上的望远镜都是内调焦。如果不用调焦透镜，而使物镜对十字丝做相对运动，也可使远近不同的物像，精确落在十字丝平面上，这种望远镜称外调焦望远镜，罗盘仪上的望远镜就属于外调焦望远镜。内调焦望远镜的优点是：密封性好、灰尘和潮气不容易进入望远镜内，望远镜可以做得短些，仪器比较轻便等。

③十字丝：是刻画在玻璃板上，竖直的一条称为竖丝，横的一条称为中丝，是为瞄准目标和读数用的。中丝上下还有对称的两条短横丝，是测定距离用的，称为视距丝（如图2．3（b）所示）。十字丝分划板一般用4个止头螺丝安装在镜筒上。

④目镜：主要起放大作用，将十字丝和物体在十字丝平面上的物像同时放大，以便观测。为了使十字丝的虚像在明视距离上，目镜对十字丝可做相对运动。旋转目镜，可使十字丝看得十分清晰。倒像望远镜的目镜由两个平凸透镜组成，正像望远镜的目镜由四个平凸透镜组成，因为增加了两个透镜，使镜筒变长，光线损失较多。

（2）水准器

水准仪上的水准器，是用来指示视线是否水平或竖轴是否竖直的装置。水准器分圆水准器和管水准器（又称为长水准管）两种。圆水准器一般装在基座部分上，作为概略整平用，管水准器和望远镜连在一起，供精确调平视线用。

水准器是一个内表面磨成圆弧的玻璃管，如图2．4（a）所示，管内贮满乙醚和乙醇的混合液体，加热封闭，冷却后便形成一个气泡，水准管上刻有间隔2 mm的刻画，每2 mm弧长所对圆心角称为水准器的分划值，用τ表示，如图2．4（b），（c）所示。水准管的分划值越小，灵敏度越高。我国生产的DS3级水准仪管水准器的分划管值为20″／2mm，DS10级水准仪管水准器的分划值为45″／2 mm。水准管圆弧内壁中点的切线称为水准管轴LL。当气泡居中时，水准管轴就处于水平位置。由于水准管轴和视准轴平行，此时仪器的视线即为水平视线。