水準(zhǔn)儀檢定裝置的型式與校準(zhǔn)

摘要：水準(zhǔn)儀是一種運(yùn)用廣泛的大地工程測(cè)量?jī)x器，本文對(duì)水準(zhǔn)儀檢定裝置的型式與校準(zhǔn)進(jìn)行闡述，以對(duì)了解、研究和建立水準(zhǔn)儀檢定裝置，更好開(kāi)展水準(zhǔn)儀檢定工作起到一定的作用

　　關(guān)鍵詞：水準(zhǔn)儀;水平標(biāo)準(zhǔn);準(zhǔn)直標(biāo)準(zhǔn);平行光管;準(zhǔn)線管

　　一、前言

　　水準(zhǔn)儀是借助儀器的水平準(zhǔn)直線作為基準(zhǔn)，進(jìn)行高差測(cè)量的大地工程測(cè)量?jī)x器，廣泛用于大地水準(zhǔn)測(cè)量、地震形變測(cè)量、各種工程建設(shè)水準(zhǔn)測(cè)量與大型精密機(jī)械安裝等。計(jì)量檢定校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)研究與建立水準(zhǔn)儀檢定裝置，對(duì)開(kāi)展與滿足水準(zhǔn)儀的檢定工作無(wú)疑具有重要作用。本文就此對(duì)水準(zhǔn)儀檢定裝置的型式及校準(zhǔn)做一定的分析與闡述。

　　二、正文

　　水準(zhǔn)儀檢定裝置是一種為檢定水準(zhǔn)儀提供水平標(biāo)準(zhǔn)視線和準(zhǔn)直標(biāo)準(zhǔn)視線的檢定裝置。它主要由水平平行光管、準(zhǔn)直準(zhǔn)線管、微傾與位移工作臺(tái)、相關(guān)測(cè)微機(jī)構(gòu)組成。可檢定水準(zhǔn)儀的i角誤差、望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦運(yùn)行誤差、安平誤差、視軸交叉誤差、自動(dòng)安平補(bǔ)償誤差及補(bǔ)償工作范圍等項(xiàng)目。按其精度與性能可分為三個(gè)等級(jí)：由高到低分別是用于檢定最高精度DS05、DSZ05級(jí)水準(zhǔn)儀，高精度DS1、DSZ1級(jí)水準(zhǔn)儀和普通精度DS3、DSZ3級(jí)水準(zhǔn)儀。它所要求作為標(biāo)準(zhǔn)器的平行光管，其焦距f分別為f≥1000 mm、f≥500 mm、f≥500mm，其水平準(zhǔn)線偏差分別為≤2″，≤3″，≤4″。作為準(zhǔn)直標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)線管，其準(zhǔn)直線誤差分別為≤0.2 mm，≤0.2mm，≤0.3 mm。

　　水準(zhǔn)儀檢定裝置的型式主要可以列舉三類，分別是以水準(zhǔn)儀檢定規(guī)程中所例：由可相互獨(dú)立的水平標(biāo)準(zhǔn)平行光管與準(zhǔn)直標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)線管組成;以武漢地震研究所JSJ精密水準(zhǔn)儀檢定儀為例：由水平標(biāo)準(zhǔn)平行光管與準(zhǔn)直標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)線管合為一體組成;以九江中國(guó)船舶總公司第6354所JQJY高精度經(jīng)緯儀水準(zhǔn)儀檢定儀為例：由多齒臺(tái)與可相對(duì)水平定位的平行光管，及分立與平行光管的準(zhǔn)直標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)線管組成。以下就上述三類水準(zhǔn)儀檢定裝置的型式與校準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)的闡述。

　　1、 由可相互獨(dú)立的水平標(biāo)準(zhǔn)平行光管與準(zhǔn)直標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)線管組成的水準(zhǔn)儀檢定裝置,如圖1所示，

　　以水準(zhǔn)儀檢定規(guī)程所列為例：由一個(gè)不帶測(cè)微器的平行光管作為水平標(biāo)準(zhǔn)主管，另一個(gè)帶測(cè)微器的平行光管作為水平標(biāo)準(zhǔn)副管和主管的陪撿管，借助一臺(tái)精密水準(zhǔn)儀，將位于水準(zhǔn)儀工作臺(tái)兩側(cè)相對(duì)位置的這兩個(gè)平行光管，按JJG423-2003水準(zhǔn)儀檢定規(guī)程的方式建立水平基準(zhǔn)。也可以由一個(gè)帶測(cè)微器的平行光管作為水平標(biāo)準(zhǔn)管，如圖2所示，

　　借助一臺(tái)陪撿器，如圖3所示，調(diào)整平行光管，將其視線十字絲與經(jīng)陪撿器反射回來(lái)的十字絲像重合，從而將平行光管校至水平。檢定水準(zhǔn)儀i角時(shí)，按檢定規(guī)程的方式得出i=d儀器-d標(biāo)準(zhǔn) 。

　　2、 由水平標(biāo)準(zhǔn)平行光管與準(zhǔn)直標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)線管合為一體所組成的水準(zhǔn)儀檢定裝置，如圖4所示，

 圖5                       圖4

　　以JSJ精密水準(zhǔn)儀檢定儀為例：該檢定裝置采用平面外調(diào)焦自動(dòng)安平原理設(shè)計(jì)，主機(jī)為長(zhǎng)焦距自平準(zhǔn)線系統(tǒng)，分劃板十字絲中心位于成像物鏡組的后主點(diǎn)，如圖5所示，高精度雙擺位移動(dòng)擺鏡補(bǔ)償器，能自動(dòng)安平且在準(zhǔn)線方向上實(shí)現(xiàn)2m～∞準(zhǔn)線目標(biāo)連續(xù)可調(diào)的自平準(zhǔn)線。其校準(zhǔn)方式為補(bǔ)償器(擺鏡)雙擺位確定反射面居大地豎直位置，雙擺位對(duì)稱于豎直位置，通過(guò)i角測(cè)量光楔測(cè)量雙擺位的兩個(gè)位置確定其豎直零位位置，從而確定i角測(cè)量光楔的讀數(shù)零位。雙擺位對(duì)稱中心豎直面確保分劃板中心點(diǎn)隨擺鏡調(diào)焦移動(dòng)時(shí)，其擺鏡成像點(diǎn)成一水平直線。若分劃板中心在徑向處于光軸的理想位置，則出射光線為理想水平位置。由于實(shí)際存在徑向位置誤差，其出射平行光一定程度上偏于水平方向， 通過(guò)補(bǔ)償器的調(diào)整與擺位來(lái)消除擺差;借助一臺(tái)陪撿器，通過(guò)微調(diào)光楔進(jìn)行儀器自校，使其平行光水平，但同時(shí)水平微調(diào)光楔調(diào)整后也會(huì)改變存在擺差的i角測(cè)量光楔零位，因而需要不斷通過(guò)i角測(cè)量光楔，調(diào)整擺鏡零位位置和通過(guò)自平微調(diào)光楔調(diào)整分劃板出射光線的水平性來(lái)達(dá)到i角測(cè)量光楔既位于擺境對(duì)稱豎直面位置，同時(shí)也達(dá)到分劃板出射光線水平方向;即調(diào)整時(shí)先調(diào)i角測(cè)量光楔，確定擺境零位，消除擺差，再調(diào)準(zhǔn)線水平光楔，最終使水平準(zhǔn)線達(dá)到溯源精度。

　3、 由多齒分度臺(tái)與可相對(duì)水平定位的平行光管及分立于平行光管的準(zhǔn)直標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)線管組成水準(zhǔn)

　　儀檢定裝置，如圖6所示，以我司研制的JQY-1A型 高精度經(jīng)緯儀水準(zhǔn)儀檢定裝置為例：該檢定裝置由立式多齒分度臺(tái)、臥式多齒分度臺(tái)、檢調(diào)管、自準(zhǔn)直平行光管和儀器底座組成。通過(guò)自準(zhǔn)直平行光管與臥式多齒分度臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)成任意角度豎直方向無(wú)窮遠(yuǎn)目標(biāo)。檢定水準(zhǔn)儀i角時(shí)，利用多齒分度臺(tái)的分度精度，由置平于工作臺(tái)上被檢水準(zhǔn)儀兩相對(duì)180°水平位置，提供對(duì)水準(zhǔn)儀i角檢定的標(biāo)準(zhǔn)方位線，以水準(zhǔn)儀橫絲在分劃板豎絲上讀數(shù)d1(帶正負(fù)號(hào)，格)，臥式多齒分度臺(tái)轉(zhuǎn)180°，望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)180°，瞄準(zhǔn)光管分劃板，同樣讀數(shù)d2， i角計(jì)算式如下：

　　4、水準(zhǔn)儀檢定裝置中對(duì)水準(zhǔn)儀調(diào)焦運(yùn)行誤差的檢定是以檢定裝置中準(zhǔn)線管為準(zhǔn)直標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)準(zhǔn)線管的調(diào)整螺釘與升降水準(zhǔn)儀工作臺(tái)，將準(zhǔn)線管遠(yuǎn)近兩處目標(biāo)與被檢水準(zhǔn)儀調(diào)焦位置校至重合，由準(zhǔn)線管測(cè)微器測(cè)出被檢儀器調(diào)焦運(yùn)行誤差。以武漢地研所JSJ精密水準(zhǔn)儀檢定儀為例:將被檢儀器安置在四維工作臺(tái)上，升降工作臺(tái)使望遠(yuǎn)鏡與自平準(zhǔn)線光管大致等高，正平水準(zhǔn)儀。瞄準(zhǔn)光管的無(wú)窮遠(yuǎn)目標(biāo)使橫絲重合，微量不重合時(shí)可旋轉(zhuǎn)平板測(cè)微器使之重合。按規(guī)程要求分別照準(zhǔn)5、10、20、30、50m處目標(biāo)，用主光管物鏡前的平板測(cè)微器讀出鉛錘方向位移量(mm)，從而得出被檢水準(zhǔn)儀調(diào)焦運(yùn)行誤差。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　以上本文列舉了具有代表性的三種類型水準(zhǔn)儀檢定裝置，它們滿足了水準(zhǔn)儀檢定中的相關(guān)要求，是國(guó)內(nèi)各計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)中廣泛采用的型式。通過(guò)對(duì)這三種類型“水準(zhǔn)儀檢定裝置型式與校準(zhǔn)”的分析闡述，可為相關(guān)計(jì)量人員了解和掌握它們的形式特點(diǎn)和校準(zhǔn)方法提供幫助，也可為從事水準(zhǔn)儀檢定的計(jì)量機(jī)構(gòu)根據(jù)自身的條件和需求，建立水準(zhǔn)儀檢定裝置起到一定的作用。

　　參考文獻(xiàn)：

JJG423-2003水準(zhǔn)儀檢定規(guī)程

　　JJG960-2001水準(zhǔn)儀檢定裝置檢定規(guī)程

　　相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)說(shuō)明

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 朱正輝主編.幾何量計(jì)量(上冊(cè)).北京:原子能出版社,2002.6

　　[2] 李伯奎,劉遠(yuǎn)偉.表面粗糙度理論發(fā)展研究.中國(guó)科學(xué)院上海冶金研究所.博士論文,2000