小科曰|全站仪水准器的检校原理及方法

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全站仪的一个重要功能是精密测角，在使用它之前必须对它进行检验，看看它是否满足测角仪器的基本要求，若不满足，则必须进行校正，使之满足这些基本要求。从测角原理可知，测角时仪器水平度盘必须居于水平位置，水平度盘是否水平，是借助水准管气泡居中来实现的。水准管气泡居中了则水准管轴水平，水准管轴水平了则仪器竖轴与铅垂线一致，仪器竖轴与铅垂线一致则水平度盘水平。其中，水平度盘垂直于竖轴是由仪器生产厂家保证的，所以，要满足这一系列的几何关系，最关键的是水准管轴必须垂直于仪器的竖轴。

水准器的检校分圆水准器的检校和管水准器的检校。

圆水准器的检校

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检校的原理

圆水准器轴是指水准器圆球面中点与球心的连线，仪器竖轴是仪器照准部的旋转轴，即水平度盘的几何中心。若圆水准器轴在空间平行于仪器竖轴，当气泡居中(此时意味着圆水准器轴竖直)时，竖轴就竖直了，与竖轴垂直的水平度盘也就水平了。

若圆水准器轴不平行于仪器竖轴，当气泡居中(此时圆水准器轴竖直)时，竖轴却倾斜了。如图1所示，VV为仪器的旋转轴(竖轴)，L＇L＇为仪器的圆水准器轴，假设它们有一交角δ，那么当气泡居中时，圆水准器轴竖直，则仪器的旋转轴VV与铅垂位置有偏差角δ，见图1(a)。将仪器照准部绕竖轴旋转180°，见图1(b)，由于仪器旋转时是以VV为旋转轴，即VV的空间位置是不动的，仪器旋转之后，圆水准器中的液体受重力作用，气泡仍将处于最高处。由图1(b)可看出圆水准器轴与铅垂钱之间的夹角为2δ，这时，圆水准器气泡已不居中，而是偏歪到了另一边，气泡中心偏移的弧长所对应的圆心角即等于2δ。

这说明，在任一位置整平圆水准器，照准部旋转180°后，气泡的偏移量反映了圆水准器轴与竖轴的不平行性(偏角的2倍)，可以通过脚螺旋调整气泡回到刚才偏离值的一半，如图1(c)所示，然后再通过脚螺旋下的校正螺旋将气泡调回圆水准器中心，此时圆水准器轴就平行于仪器竖轴了，见图1(d)。

图1 圆水准器检校的原理

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检校的方法

(1)将全站仪安置于三脚架上，调整脚螺旋使圆水准器气泡居中，见图2(a)。

(2)气泡居中后再将照准部绕竖轴旋转180°，如果圆水准器轴不平行于竖轴，则气泡会偏离分划圈的中心位置，见图2(b)，偏离角为2δ。

(3)用脚螺旋调整仪器，使气泡退回偏离值的一半(δ)，见图2(c)，这时竖轴就竖直了，再用校正针调整圆水准器的校正螺旋，使气泡再退回偏离值的另一半(δ)，见图2(d)，此时圆水准器气泡居中了，竖轴也竖直了，从而达到圆水准器轴平行于竖轴。

图2 圆水准器的检校

(4)本项检校工作需反复进行，直到符合要求为止。特别是当偏离角2δ过大时，照准部旋转180°后，气泡受限于水准器壁，无法自由偏移，显示出的偏移距离远小于实际偏移的距离，故此时不应该按表面偏移的距离来计数，而应估计调整，待调整到偏角较小、气泡能够自由偏移时，再按各调整一半的原则操作。

管水准器的检校

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检校的原理

管水准器气泡检校的原理同圆水准器气泡，水准管轴是指过水准管零点的切线，竖轴是仪器的旋转轴，若水准管轴不垂直于仪器竖轴，当气泡居中(此时水准管轴处于水平)时，竖轴却倾斜了，其倾斜角即是水准管轴与水平度盘面的夹角(设为α)，见图3(a)。将全站仪照准部绕竖轴旋转180°时，竖轴的空间位置没有改变，仍倾斜α，但水准管的高低两端却易位了，水准管中心偏离了2е(即此时的水准管轴与水平面的夹角为2α)，见图3(b)，其中一个е是竖轴倾斜引起，另一个е是水准管轴和水平度盘面的夹角，所以当气泡居中后再将照准部绕竖轴旋转180°时，气泡的法线方向偏离竖直面的夹角为2α。

图3 管水准器的校正原理

(a) 气泡居中，水准轴水平；(b)旋转照准部180°，气泡偏差为е

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检校的方法

(1)将全站仪安置于三脚架上，粗略整平。

(2)将水准管平行于任意两个脚螺旋A和B，调整脚螺旋A和B，使管水准器气泡居中。然后转动照准部180°，若气泡仍居中，则符合要求，否则须校正。

(3)转动水准管的校正螺旋，使气泡移动总偏移量的一半e，再调整脚螺旋，使气泡居中。

(4)当偏离角α过大，转180°后，气泡受限于水准管壁，无法自由偏移，显示出的偏移格数远小于实际偏移的格数，故此时不应该按表面偏移的格数来计数，而应估计调整，待调整到α角较小、气泡能够自由偏移时，再按各调整一半的原则操作。

(5)本项校正工作需反复进行，直到符合要求。

图4 管水准器校正过程

(a)用脚螺旋改正е/2；(b)用水准器校正螺旋改正е/2