第五节　自动安平水准仪与电子水准仪

一、自动安平水准仪

用普通水准仪进行水准测量，必须使水准管气泡严格居中才能读数，这种手动操作费时较多，为了提高工效，研制生产了一种称为自动安平水准仪的仪器。使用这种仪器只要将圆水准器气泡居中，就可直接利用十字丝进行读数，从而加快了测量速度。图2-16（a）是我国DSZ3型自动安平水准仪的外形，图2-16（b）是它的构造图。现以这种仪器为例介绍其构造原理和使用方法。

图2-16　自动安平水准仪
（a）外形图；（b）构造图
1—物镜；2—物镜调焦螺旋；3—补偿器；4—十字丝分化板；5—目镜

（一）自动安平水准仪的补偿原理

如图2-17所示，当视线水平时，水平光线恰好与十字丝交点所在位置K′重合，读数正确无误，如视线倾斜一个α角，十字丝交点移动一段距离d到达K处，这时按十字丝交点K读数，显然有偏差。如果在望远镜内的适当位置装置一个“补偿器”，使进入望远镜的水平光线经过补偿器后偏转一个β角，恰好通过十字丝交点K，这样按十字丝交点K读出的数仍然是正确的。由此可知，补偿器的作用，是使水平光线发生偏转，而偏转角的大小正好能够补偿视线倾斜所引起的读数偏差。因为α和β角都很小，从图2-17可知：

图2-17　自动安平水准仪原理

在设计时，只要满足式（2-12）的关系，即可达到补偿的目的。

（二）自动安平水准仪的使用

使用自动安平水准仪进行水准测量，只要把仪器安置好，令圆水准器气泡居中，即可用望远镜瞄准水准尺读数。为了检查补偿器是否起作用，有的仪器装置一个掀钮，按下掀钮可把补偿器轻轻触动，待补偿器稳定后，观察读数是否有变化，如无变化，说明补偿器正常。如仪器没有掀钮装置，可稍微转动一下脚螺旋，如尺上读数没有变化，说明补偿器起作用，仪器正常，否则应进行检查修理。

二、电子水准仪

电子水准仪也称数字水准仪，1990年威特公司研制出了世界上第一台NA2000数字水准仪，使水准测量自动化得以实现。目前，我国从国外引进了不同型号和不同精度的数字水准仪，常见的有NA2000、NA2002、NA3003。现以NA2000为例，简要介绍其结构、自动读数原理、特点和精度。

（一）仪器的结构和自动读数原理

如图2-18所示，数字水准仪NA2000具有与传统水准仪相同的光学和机械结构，实际上就是采用WildNA24自动安平水准仪的光学机械部分。与数字水准仪配套的水准标尺一面具有用于电子读数的条码尺，另一面有用于目视观测的常规E型分划线。标尺总长4.05m，由三节1.35m长的短尺插接而成。

NA2000水准仪利用电子工程学原理，进行自动观测和记录。作业员只要粗略整平仪器，将望远镜对准标尺并调焦，然后按下相关的按键，探测器就将采集到的标尺编码光讯号转换成电信号（测量信号），与仪器内部存储的标尺编码信号（参数信号）相比较，若两信号相同，即处于最佳相关位置，则水准读数和视距就可以确定，并在屏幕上显示。为了缩短比较时间，仪器内部有调焦镜移动量传感器采集调焦的移动量，由此可算出概略视距，再对采集到的标尺编码电信号的“宽窄”进行缩放，使其接近仪器内部存储的信号的“宽窄”，这是粗相关或粗优化过程。然后进行二维相关，称精优化，由此在短时间内确定结果。这种比较、确定、显示过程只需几秒钟就可完成。图2-18（a）为NA2000型电子水准仪的结构图，图2-18（b）为标尺读数与视距原理图。

图2-18　NA2000结构及读数原理
（a）结构图；（b）读数与视距原理图

（二）仪器的特点和精度

该仪器如同自动安平水准仪，操作使用简单，易于掌握。其最大的优点是具有许多软件可供采用，通过阅读使用手册和实际操作，充分应用仪器的内在功能设施，实现自动化观测，提高测量工效。

附录2列举了常见的NA2000、NA2002、NA3003电子水准仪的技术参数，可供购置使用时参考。这里需要指出的是数字水准仪如同其他测量仪器一样，在实施观测时，也会受到仪器本身条件的影响，如i角有大小；尺码刻划和接缝的误差；外界光照条件和温度的影响等，这些综合不利因素的影响可通过检校仪器，选择适宜的观测时间加以减弱。