高精度工程测量技术

高精度工程测量技术 ξ7－1 工程测量标志 工程测量标志与大地测量标志相同的地方是水准标志应具有明显的顶部，平面要具有明显的中心。 但是工程测量标志应有很高的复位精度，因为工测点位的高程或坐标误差的绝对值小。此外工程测量的标志的稳定性要好些。有些工程测量标志要埋设在建筑物上。这些特殊 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 使工程测量标志的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、加工和埋设成为工程测量的重要内容之一。良好的工程测量标志应该具有加工简单、埋设方便、使用方便、精度高、标志稳固且能长久的保存等优点，有时还要求外形美观。下面将对高程标志和平面标志分别进行讨论。 ξ7－1－1 高程标志 工程水准点标志的顶部必须用不锈钢或铜等耐腐蚀的金属车制而成，有光滑的半球形顶部，为了节约不锈钢和铜，可以用普通钢材加工水准标志的本体，把不锈钢或铜的标志头焊接（或镶嵌）在上面。 1、​ 水准基点 水准基点应埋设在稳定的地方。 （一）基岩标； 有基岩露头的地方，先清除风化层后把水准标志用水泥砂浆埋设在新鲜的基岩上（图7－1－1）。这时要注意，别把孤石当成了基岩，否则孤石有所移动，水准头的标高也会跟着变动。 （二）山硐标； 有条件的话可把特别重要的水准基点通过平硐埋设在山体内（图7－1－2）。标志埋在硐内地面上。平硐口要设两道门，在两道门之间埋一个副标，引测高程时首先打开内门关上外门，测量主标和副标之间地高差。然后关上内门，打开外门，把高程从副标传到外面地水准路线上去，这样做的目的是为了减少因硐内外温差引起的折光差的影响。 （三）深管标 在松散覆盖层较厚，基岩或硬土层埋得较深得地区，可采用深管水准点（图7－1－3）。深管水准点由水准标志头、芯管、尾部、套管及保护窖井等组成。 先在地面上把芯管与套管组装成整体。为防止芯管弯曲或倾斜，在芯管与显然，套管之间装上一些横隔。在下端两管之间塞以麻丝机油组成的防水塞。在上端两管之间装硬橡胶圈。一般芯管外径Φ＝50mm，套管Φ＝110～135mm。 在埋设地点先钻孔至预定的硬土层（比管长0。5～0。8m），清好钻孔后放下混凝土，再把两管组装好放入。让套管提高一些，只把芯管下端埋于混凝土中。 窖井的作用除保护标志不受外力损害外，还防止地表水侵入。 如果地表下一定深度内没有硬土层，深管标底端只能放在软土层中，这时芯管与土层不用混凝土联结而采用图7－1－4那样的结构：芯管下端破成几个分枝，另外加工一个带斜面的楔块，当两管下至钻孔底部后，锤击芯管，使其下端分枝沿楔块的斜面张开而插入土层中。 （四）爆扩桩 图7－1－5所示的爆扩桩也可作为良好的水准点。 钻孔后下好保护套管（不到底），然后吊下黑色炸药并引爆，将钻孔底部扩大。在放入混凝土、吊下芯管，让芯管固定在体积较大的混凝土疙瘩中。 深管水准点的设计思想在于通过芯管把水准头与一定深度下较为稳定的土层联结起来，并用套管隔离上部土层对芯管的影响。在很多情况下这样做是有效的。这种水准点相对于地表建筑物来说是比较稳固的。 （五）双金属标； 深管水准点的芯管一般是用钢材制成，随着土层温度变化，芯管长度也会变化，虽然深土层的温度变化很小，但近地表土层的年温差可能有较大的值，由此会引起深管水准点顶部标高周期性的升降。如果工作要求不高，可以忽略温度变化对深管水准点高程的影响，但有时必须顾及这种影响。对于温度变化的影响有两种处理方法：一种是在埋设时在芯管上安装一些热电欧测温头，用导线引到管外。这样可以随时用电表测量芯管的不同部位的温度。从而计算相应的高程改正值。另一种处理方法是埋设双金属水准点（图7－1－6）。 双金属水准点的套管中有两根芯管，其膨胀系数不同。例如一根主要芯管为钢制的，其温度线膨胀系数为ac＝0。000012；另一根辅助芯管为铝制的，设其温度膨胀系数为aa＝0。000024。随着温度的变化两管会有不同的变化（即升长或缩短）。利用两管伸缩的差值可以推知钢制芯管相对于其初始状态的伸缩量，其原理如下： 设两芯管长为l0，温度在套管内的分布随温度H而变，用函数形式表示之为： (7－1－1) 设初始函数状态分布函数为： （7－1－2） 则这时钢管和铝管的长分别为： （7－1－2、3） 设到另一时刻，孔内温度分布函数改变为： 则这时两管实长分别为： （7－1－4） （7－1－5） 把（7－1－4）式与（7－1－2）式相减，（7－1－5）式与（7－1－3）式相减，可得： （7－1－6） （7－1－7） 把两式相除，可得： （7－1－8） 我们只可能测得从初始状态到某一工作状态期间两根管子伸缩量之差，即： （7－1－9） 我们要利用这来求钢管得伸缩量。 由（7－1－9）和（7－1－8）式得： 由此可得： （7－1－10） 为了测量 值，可以在两个芯管得上端各制有突出部从c及a（图7－1－6之a），利用卡尺可以精确地测量它们之间地距离 。当然也可以装分划尺及指标线，但其精度不及用卡尺测量地精确。 图7－1－6b是另一种结构地双金属标。它用两根金属丝（如烟瓦钢丝及不锈钢丝）代替两根芯管，金属丝用重锤通过横臂引张，在金属丝上分别安装突出部，以便用百分表测量其伸缩量之差，在主要金属丝上装有小水准尺（其刻划与常用铟钢水准尺的相同，用毫米分划尺也可），以代替放在水准头上的水准尺，供引测高程时读数。双金属标应用外罩保护。 （六）桩标 一些为观测建筑物沉降用的工作水准点，常常只要求它相对于建筑物来说是稳定的。当建筑物下面是桩基础时，可以在离建筑物两倍于桩深的距离之外设置同样深的桩，在桩顶上埋设水准点。用这种水准点可以有效地观测由于建筑物重量引起的沉降量。 （七）其他 有人曾利用古树根，在它上面打入一铁钉作为水准点，事实证明其高程非常稳定。 也可以利用年代较久的、坚固的建筑物，在其基础上或墙上设置水准标志，构成墙上水准点，这种水准点也比较稳定。 2、​ 埋设在建筑物上的高程点 有两大类高程点要埋设在建筑物上。 在稳定的建筑物上埋设水准标志，可以作为水准基点的补充。这是第一类。 一些新建筑物，在自重及外界应力作用下产生沉降或倾斜。为了监测这些沉降和倾斜随着时间发展的情况，需要在建筑物上埋设一些水准标志，再定期用水准测量方法测量它们的高程。这是第二类。 埋设在建筑物上的水准标志结构可以多种多样，其实质都在于使水准标志与建筑物牢固地联结，并且要便于进行水准测量。图7－1－7列举了一些建筑物上水准标志的结构。 图7－1－7中a、b是两种最简单的墙上沉降观测点。 c的标体由槽钢或角钢制成，上面镶嵌或焊接水准头，还可以用螺盖保护水准头。 d是地面水准标志，常用在室内地坪或建筑物的基础上。 e是一种活动式墙上水准标志，平时水准头藏在墙体内，进行水准测量时把水准头翻装到外面来。 f是墙上水准尺，其作用一方面代替通常的3米长水准尺，另一方面因为它是固定在墙上的，所以又起水准点的作用。由于进行水准测量时不必再携带长水准尺，所以适用于地下工程，建筑物的廊道等场所。水准尺上的刻划可以与因瓦水准尺上的一样，也可以用普通的毫米刻划。当用毫米刻划的水准尺时，精密水准仪平行玻璃板活动范围内可以选择5或10根刻划线进行瞄准。这样做既可作为效核，也有利于提高读数的精度。 g表示简易的墙上水准点配合带磁块的小水准尺工作的情况，简易水准点实际上是带球形尾部的大铁钉。用铆钉枪安装这种大铁钉非常方便。小水准尺和磁块固联再一起，进行水准测量时磁块吸附在水准头下面，小水准尺靠自重居于竖直位置。测量时可以方便地使尺面转向水准仪。 h也是一种利用小水准尺工作地水准标志，其头部细长，埋设时要使它居铅垂位置。进行水准测量时，借助一个套管把小水准尺立于水准头上。套管侧面开个小孔，通过它可观测小水准尺底端与水准头接触是否良好。 i是一种可以把水准头顶面调节到所需高程地水准标志。标志体上端是一段螺杆，上面旋着固定螺帽和水准头螺帽。先把水准头螺帽旋在适中位置，把水准体埋在所需高程附近，待标志体稳固后，进行水准测量，并调节螺帽使水准头升降，直至水准头顶面处于所需高程上为止，然后旋紧固定螺帽即可。必要时还可以将螺帽与螺杆焊接。 三、其他高程标志 （1）水下标志 如果需要测量水下某点（例如水池地板）的高程，这时可以在底板上预先埋设带环的水准标志尺。水准测量时，用一专门装置水准尺，这装置（图9－1－8）。由钢尺（或钢丝）钩子、浮筒和铝管标尺等组成。浮筒可产生10－20公斤浮力将钢尺拉直并托住上面的铝管标尺。加工时，浮筒下端的钩子和浮筒的中心应位于铝管中心线的延长线上，这样浮力可使铝管中心线居铅垂位置。 （2）回弹观测标 在软土上挖掘基础时，随着基坑的开挖，其底部会逐渐隆起。当建筑物荷载加上去以后，这部分隆起（回弹量）多半会重新沉下去。如果我们不知道基坑隆起了多高，就会把坑底“超挖”。这样，或者要消耗大量建筑 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 去抵偿这超挖量，或者建筑物将低于设计的标高。通常会误认为它是施工期建筑物的沉降量。因此在软土上挖深基础时应该进行“基坑回弹观测”。 基坑回弹观测的要点在于基坑开挖之前先测得坑底土层的高程。待基坑挖到一定深度以后复测该土层的高程。它与初始高程差就是基坑回弹量。为此要在基坑开挖前在该土层中埋设回弹观测标志。 如图7－1－9所示。先在待观测的地点钻一孔，将回弹观测标（一截钢材上焊接上一个有半球形突出部的标志）放入钻孔底部，锤击入土内，或者用水泥砂浆使它固定在土中。 基坑开挖前，回弹观测标初始高程的测量方法如图7－1－9所示。把钢尺通过滑轮导入孔中，钢尺下端有一平底的重锤，让它去与回弹标顶接触。另一端有一平衡重使钢尺引张。待重锤底碰到标志后，用水准仪测量水准点与回弹标间的高差。这时钢尺相当于一把长水准尺。只是要注意尺子的零点值。 ξ7－1－1 平面标志 平面标志比高程标志难设计。 1、​ 强制对中装置 高程标志的顶部只要能安放水准尺，因此只需半球形或尖角就行了。但平面标志上不仅要安放瞄准的目标，而且还要能够安放经纬仪，测距仪以及反光棱镜，或者能够安放精密测距用的专用标志。这些仪器、工具在互换工程中不应产生显著的对中误差。 前面曾经证明过（3－2－22）式，当对中误差为 时，它对方向值的影响为： 式中S为视线长。工程测量控制网的边有长有短。当边较短，例如S＝10米，而要求 时， 值就应该不大于0.07毫米。显然控制测量中常用的垂球对中、光学对中技术都达不到这样高的精度要求。因此在工测平面标志顶部常安装机械对中装置。这种装置实质上是一些机械接插件，其中一部分固定在标志顶部，其对称中心即作为平面标志的中心；另一部分与经纬仪或其它测量仪具连接（或另一部分就是仪器的部件）。通过接插件使仪器的旋转中心精确地安置在平面标志的中心上。是这类对中装置也常称为强制对中装置。 标志上有强制对中装置时，就不再使用三角架了，因此标志体应高出地表1.2m左右。使仪器高度便于观测员操作。标志体一般用混凝土或砖石砌成墩子形状，也可以用钢材制成。称为观测墩。对中装置安在观测墩上，其上表面应水平。 强制对中装置形式很多，常用的有下面几种： （1）点、线、面式对中装置（图7－1－10） 它是一只对中盘，盘上有三个小金属块；分别是点、线、面。“点”是金属块上有个圆锥形的凹穴，脚螺旋尖端在凹槽内可以沿槽线移动。第三块是一个平面，脚螺旋尖端在上面有二维自由度。当脚螺旋间距大致相当时，仪器可以在对中盘上精确就位。 这种对中盘的缺点在于经纬仪必须拆掉基座的底板才好安置上去。卸掉底板后三只脚螺旋没有弹性板压住，产生晃动的可能性增加了。基座及水平度盘只能靠仪器的自重来保持其稳定性，因此观测操作中的微小不慎、风吹或其他外力都能影响观测的质量。此外，如果经纬仪要放到三角架上使用，又得重新把底板装上。拆拆装装甚不方便，因此实际使用效果不好。 此外，如果同类型仪器和站标的脚螺旋的间距，由于加工误差不完全相同，就会带来偏心差，因此网的质量会受其影响。 脚螺旋间距不同的仪器（几乎不同厂生产的仪器，其脚螺旋的间距都不一样），不能共用同一块对中盘。 （2）三叉式对中装置（图7－1－11） 它也是一个对中盘，盘上铣出三条辐射形凹槽，三条凹槽夹角为120o，经纬仪要在这种盘上对中前也必须先把基座的底板卸掉，把三只脚螺旋的尖端暴露出来。三只脚螺旋尖端在三条凹槽中安放好后经纬仪就在对中盘上定位了。如果三只脚螺旋尖的连线成正三角形，且经纬仪的旋转轴通过正三角形的重心，则当三只脚螺旋旋放到三条槽线的交点――及对中盘的中心，也即平面标志的中心。这种对中盘的优点是适用脚螺旋间距不同的仪器。 考虑到脚螺旋尖连线通常不会是严格的正三角形，仪器旋转轴也不一定通过三只脚螺旋尖的重心。因此仪器旋转轴可能不通过平面标志的中心，产生偏心差。所以实际工作中要在测好1/3测回数后把基座旋转120o，测好2/3测回后再把基座旋转120o，这样作后在诸测回观测值的平均数中将不会有偏心差的影响。 使用这种对中盘也要求卸掉经纬仪基座的底板，因此观测时显得仪器不稳，增加工作的难度，观测时要采取防风措施。操作中动作要非常轻巧。这样会影响工作的速度和质量。 （3）球、孔式对中装置 固定在观测墩上的对中盘有一个圆柱形的对中孔另有一个对中球（或圆柱）通过螺纹可以旋在基座的底板下（图7－1－12）。对中球外径与对中孔的内径匹配，旋上对中球的测量仪器通过球、孔接口，可以精确地就位于对中盘上。考虑到经纬仪的旋转中心不一定通过对中球的中心，即对中球可能偏离仪器旋转轴一小段距离，所以球放入孔内后仪器旋转轴可能偏离对中孔中心――即平面标志的中心。为了消除这一偏心误差的影响，必须在测好一半测回以后把，基座连同对中球拔出旋转180o后再放入，然后再观测另一半测回。 若对中球和对中孔的加工精度良好，对中盘上表面水平，则这种装置可使仪器的对中误差小于0.05毫米。 对中盘上有压板及压板螺丝，用它可以压住基座下的弹性压板，从而使仪器的稳定性大大增加。 这种对中装置的特点是：1、加工、安装简便；2、对中精度高；3、只要准备不同螺纹的对中球，就可使不同型号的测量仪器在同一对中盘上对中。即通用性强；4、测量仪器不用做任何的改装或拆卸就可使用这种对中装置；5、有压板可增加仪器的稳定性，这对保证测角精度是十分重要的。 （4）可微调的球孔对中装置 在设备安装的工作中，为了放样一些预埋件或让设备正确就位，希望测量控制点精确地位于预定地位置上。显然只有用归化法才能把一些点子严格地安置在预定地位置上。如果要求控制点具有0.1~0.2毫米的平面精度，则归化操作的精度的误差至少要小于0.05毫米。用一般的归化方法很难把点子以这样高的精度归化，为此我们设计了可微调的对中盘。它是从上述球孔对中装置发展而来的。 如图7－1－12所示，对中盘由内盘、外盘及底板三部分组成。 底板固定在观测墩上，为便于安装，并不要求它有太高的整平与对中精度。 外盘上有三个螺孔，旋入螺丝可把外盘顶离底板，用它们可把上面调成水平。然后通过另外三个螺丝，把外盘与底板紧固起来。 内盘中心是对中孔。所谓平面点位的归化，实质上是要把对中孔归化到预定的位置上。在外盘侧面有四个水平的螺孔。旋入微调螺杆可以使内盘在二维平面内微动，把内盘调节到所要求的位置后，在内盘上的螺孔内旋入螺丝，一直顶到底板上，底板的反作用力把内盘抬起使它紧贴在外盘上。因为外盘面已水平，因此对中孔轴呈铅垂状态，且位于所需要的位置上。 为了控制归化量，可以在归化时在盘上临时架一读数显微镜，观测对中孔的位置。也可以用卡尺等量具测定归化前后对中孔中心的位置。 这种可微调的对中盘在工程中使用效果甚好。 二、平面标志体 设计和埋设平面标志的另一个重要问题是如何使标志稳定。对于水准点提高高程稳定性的重要手段是深埋。但对于平面标志，深埋并不一定会增加其稳定性。如果采用深管标作为平面标志，则芯管只有底端是固定的，其上端是一个可以自由平移的自由端。芯管越长，自由端抗侧向力的性能越差。芯管与套管之间也不应架横隔，否则土体位移时产生的对套管的侧压力会通过横隔传给芯管，从而会改变芯管上端的平面位置。把对中盘装在芯管顶端也不适宜，因为架设和操作仪器时难免会产生一些侧向力，从而会使芯管自由端产生平面位移，此外芯管较长时如何保证使其上端中心和下端中心在同一铅垂线上也是一个难题。 （一）观测墩： 在土体比较稳定的地方常用钢筋混凝土建造观测墩作为平面控制点标志。 为防止活动冻土层对标志的不良影响，观测墩的底板必须埋在当地冻土线以下（超过0。5米），底板与观测墩柱体间要配置钢筋。 观测墩作为标志，关键在于防止倾斜引起顶部位移，因此底板尺寸宜适当大一些，底板下最好能打一些桩以增加抵抗不均匀沉降的能力。观测墩柱体的截面可以逐步缩小，也可以台阶式的缩小。观测墩露出地面高以1。2米为宜，上面截面宜小于30×30厘米2。过高、过低或截面过大都不便于观测。 有时为了太高视线，观测墩可以做得高些，下面堆土或砖砌操作平台，平台不要与观测墩直接接触。 有些工作点需要固定在建筑物上，这时应尽量在建造该建筑物的同时造观测墩，使墩与建筑物联成整体。为此观测墩应作为建筑物的组成部分标明在设计图上。如果在现有的建筑物上加建观测墩，则要采取措施，让观测墩与建筑物牢固连接。 为了外表美观，可用钢管加工成观测墩，顶部安置对中盘，涂上红白相间的油漆，这种观测墩既防锈又美观，加工安装也方便。 （二）地下发光标志： 这种标志的中心并不是对中盘的中心，对中盘与标志中心分离。 平面标志的中心刻在玻璃上，它与照明匣一起埋在地下，放仪器的对中盘放在地面的空心观测墩上（如图7－1－14）。对中盘的中心可能偏离标志的真正的中心。为了测量这个偏心量（或者移动盘子使偏心量等于零）需要具备精度高的光学对点器。此外为了修理照明匣还需在旁边设个人孔，因此这种形式的标志不可能埋得很深。 三、倒锤 倒锤是一种可以埋设很深，稳定性很好的平面标志。 图7－1－15之a是倒锤原理图。标志中心o固定在钻孔底部。标志上连接着一个柔性的吊丝，吊丝上端连着浮子。当钻孔中充满液体后，浮力会把吊丝引张。因为浮力的方向正好与重力的方向在同一铅垂线上，所以吊丝必处于o点的铅垂线上，也既吊丝上任何一点的平面坐标与o点的平面坐标相同。 图7－1－16之b是倒锤的结构示意图，垂直钻孔底部有平面标志中心点o，上面连接着吊丝，吊丝上端与一刚性连杆相连，这刚性连杆通过十字架与浮子连接在一起。水箱中灌入液体后，浮力会把吊丝引张，调节液面的高度可以改变张力的大小。如果想让连杆也处于铅垂线的位置，则可在十字架上装水准气泡，并利用平衡重来调节。吊丝与套管壁不接触，因此表层土体移动只可能带动套管移动而不会影响吊丝的平面位置。 倒锤可以以很高的精度保持平面标志中心位置稳定不变，但是它不便与强制对中装置直接连接。 可以在倒锤旁边地表上另建观测墩，上面装强制对中装置。设其中心为P点。使用观测墩之前（或之后）应测量Po连线的长度及其方位角，从而求得P点相对于o点的坐标差。有了这坐标差就不难把观测成果归算到o点上来，或做其它相应处理了。 若吊丝是用因瓦钢丝制成，则其长度变化小，所以还可以在吊丝上固定一个小水准尺，这样的倒锤可同时当作一个深管水准点使用。 利用倒锤可以把平面标志埋在很深的地下，倒锤的深度实际上受钻孔的垂直度和钻孔直径限制，在水利枢纽工程中建有深达40米的倒锤。 ξ7－2 工程测量测角方法 控制测量学中对水平观测误差进行了详细的分析，并总结了一套观测中的注意事项。经大量三角测量实践证明那些分析和注意事项是有效的。但是用到工程测量中有些规定要改变，有些注意事项须补充，下面我们讨论几个问题。 ξ7－2－1 望远镜对光问题 在三角测量中规定：“一测回中不动调焦镜”，这一条规定在很多工程测量实践中没法遵守。工程测量网选点时受工程结构的限制，网中边的长度可能相差较大，例如某变形观测控制网中最短视线长90米，最长视线长1600米。某工程测量一个目标是星星（对光至无穷远），另一目标距测站仅6米，显然测角时必须在一测回中重新对光，否则视场中没有目标的清晰像，根本无法瞄准。有时虽然在视场中，但是有明显的视差，如果不重新对光，在有明显视差条件下进行瞄准，测角误差会显著增加。 下面我们先分析视差对瞄准的影响。 图7－2－1中用×表示十字丝位置，用o表示目标像的位置，它们相隔了一段da距离。目镜光心到十字丝的距离为a0当观测员眼睛位于视准轴的延长线上时，da对瞄准没有眼睛偏离了一小段距离ε，就会感到十字丝中心和在视准轴上的目标像不重合，及O、×在眼睛处形成张角dθ。 由图7－2－1可知： （7－2－1） dθ是由视差da所引起的θ之变化量，所以微分上式可得dθ的表达式： （7－2－2） 但是dθ还不等于视差引起的瞄准误差。由视差引起目标像偏离其正确位置一段Δ值，与此Δ值相应，视准轴偏离一个x角。（图7－2－1），这x才是由视差引起的瞄准误差。 因为： （7－2－3） （7－2－4） 所以可得： （7－2－5） 式中V为望远镜的放大率 （7－2－6） 设望远镜目镜出光瞳之半径为r，又设观测员瞳孔中心偏离目镜出光瞳中心的极限值为r（图7－2－2）。因此所以人眼偏离的平均值为： （7－2－7） 把（7－2－5）、（7－2－2）式代入（7－2－4，）式后可得： （7－2－8） 在推导上式时我们只把目镜当作一个光阑看待。实际上目镜是一个光学零件，我们看到的是经目镜放大了的像，按几何光学定理有： 式中：f――目镜的焦距； a――十字丝到目镜的距离，即物距； b――十字丝的像距。 微分上式可得： 所以： 也就是说，讨论视差引起的瞄准误差这个问题时，考虑目镜的放大作用与不考虑目镜放大作用两者结果一样。 设a＝8毫米，da＝0.1毫米，V＝30，r＝1毫米；则可算得： ，当da＝0.02毫米时， 。 对于精密工程测量来说，这是一个很大的误差。 与摄影时的景深原理相仿，当望远镜调焦到1000米处时，前后相差数百米的目标引起的da只有0.02毫米左右。当调焦到100米时，前后相差几米就会引起da达0.02毫米。当调焦到10米处时，视线相差几个厘米就会引起视差0.02毫米。“景深”大致与视距的平方成比例。 在短边控制网中由于视差引起的瞄准误差是个很重要的误差来源。因此短边工程控制网中进行角度观测时，应该对每一个目标严格消除视差以后再瞄准。 消除视差必须移动调焦镜，移动调焦镜就可能改变视准轴的位置。我们以它不垂直于望远镜旋转轴的偏值的C来表示，由于调焦镜筒的隙动，对同一目标的重复对光时，其C值也可能不同。如果按照通常的全圆测回法观测程序测角，即盘左，目标A、B、C，……A；盘右，目标A、……C、B、A。由于C值的变动，正倒镜观测成果的平均值中可能仍包含C值变动的影响。 为避免调焦对测角精度的影响，我们提出适用于高精度工程测量的测角操作程序如下： a）​ 盘左，粗略地瞄准一个目标i； b）仔细对光，消除视差； c）精确瞄准目标，取读数Li； d）不动调焦镜，盘右，精确瞄准目标，取读数Ri； e）对于下一个目标i＋1，重复a~d几步操作。 对于一测站上：i＝A、B、C……H、A诸目标，依此按上述a~d步骤操作，这样，可望在每个目标盘左、盘右读数地平均值中消除视准轴变动的不良影响。 按照这种新的操作程序测角，不必做“2C值变动限差”的检验。 规范中规定了几项限差，其目的是想及时发现不良的观测结果，及时进行复测。显然，限差与测角的操作方法有关。现在测角方法改变了，由“一测回中不动调焦镜”改为“对每一个目标仔细调焦消除视差后再观测”。相应的限差规定也应该改变。如果新的操作方法确实能够保证成果的质量，那么完全可以取消已经不必要也不使用的限差规定。 至于“归零差”和“测回差”的限差检验仍应执行。 下面对所提出的测角方法作一些分析。 原来的测角程序（简称它为“一般法”）与这时提出的程序（简称为“工测法”）相比有什么不同呢？ 一般法是按【时间对称】原则设计的。如果操作速度不变，则按此法观测时，盘左盘右两次瞄准统一目标时刻的平均数，对于诸目标来说大致相等。如果可以认为有一些误差因素，例如标架扭转、气温变化对仪器的影响、旁折光等，是随时间而匀速变化的，则按此法观测时它们对成果的影响将很小。 在工程测量条件下，一般可以避免标架发生扭转。又由于距离近、目标清晰，因而观测速度比较高。因此与时间有关的误差因素比较小。但在国家三角网中不是主要的误差因素――视差的影响，在工测网中却显得很大；而在国家三角网中主要的误差因素在工测中降为次要因素。说明事物是相互联系的，一切随时间、地点、条件及事物间联系不同而变化。工测法，是一种适用于工程测量条件的精密测角操作程序。工测法的优点在多个工程实践中得到证明。 ξ7－2－2 照准目标 实践证明瞄准精度与望远镜的光学性能、大气透明度、成像的稳定度有关外，也与照准目标有相当大的关系。好的照准目标可减少观测者的疲劳，有利于加快工作速度和提高瞄准精度。 好的目标应满足下列要求： 1）​ 其大小和形状便于精确瞄准； 2）​ 没有相位差； 3）​ 反差大，亮度好。 当然还应该便于制作，便于使用，也不应该有偏心差，即目标的图案或实体的中心轴应与它的机械轴重合。 平面标志如站牌不会产生相位差，也比较容易满足上述要求。所以工程测量中常用站牌作为照准目标。 站牌的图案基本上是三种：线条形，如图7－2－3之a、d、f，楔形，如b、e、g和圆形，如c，而实际上又有各种混合图形，如h。 实践表明，下述情况下瞄准精度最高：目标与十字丝同宽，同样明亮、具有同样的反差。J1、J2类光学仪器读数窗内，度盘对经分划像就具备上述条件。 当然实际生活中不会有如此理想的条件，但这可以给我们不少启示。 首先，条形目标比圆形便于精确瞄准所以现在几乎没有在站牌上采用圆形图案的了。如果条形目标的长与宽接近，则从远处观测起来近似为圆形目标，效果差。因此条形目标长宽比应大于3。 如果要求目标像宽接近十字丝宽，对于不同视线长度的目标应具有不同的宽度。因为十字丝角宽近似是一个常数，它等于实际十字丝的宽度与望远镜焦距的比值，目前刻在玻璃上的十字丝线条的宽度约为6毫米，望远镜的物镜的焦距约为300毫米，由此算得十字丝的角宽约为4"。如果希望目标宽在测站处的张角与十字丝同粗，则目标像宽应为4"。 不少观测员习惯用双丝去夹目标。用目标两侧空隙是否对称来判断是否瞄准。设十字丝双丝间隔的宽度为ζ"，目标像两侧空隙宽为b"，则目标像宽： （7－2－7） 在大多数仪器中 ，如果 ，则 。如果 时得 ,一般认为d不宜小于b，否则要用单丝瞄准。 由上述分析表明，目标像宽应在 之用间，而目标之长应是宽的三倍以上。据此可以设计不同视线长度的实际目标的大小了。 顺便指出，按“一般法”测角时，在一测回中，对测站上的诸目标或者全用单丝照准或者全用双丝照准，不得混用。按“工测法”测角时，只要求对于同一个目标同一种丝去照准，换了一个目标后，即使在同一测回中，也允许换用另一种丝去照准。 图7－2－3之d图案中有两种宽度的线条，可以适应不同视线的长度。 这种台阶形的线条发展下去就成为楔形图案，（图7－2－3之b、g和e），淡色背影上的深色楔形便于双丝观测。而深色背影上的淡色图案便于单丝瞄准，e是楔形的变形加上便于观测竖直角的两个横隔而已。 图7－2－3之h是以楔形为基础，对于近距离有一条细线供瞄准，中间一个圆孔可以在背面打光照明供夜间观测用，是一种混合的图案。 图案的颜色，淡色常选白、淡黄两种，深色选黑、红两种。 图案f中有着几种目标。使用这种站牌时十字丝分别瞄准各线条并取读数。以诸读数的中数为最终读数，这样有助于提高瞄准和读数的精度，用照相缩小的 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 制作这种图案相当方便。 用平面站牌作照准目标时，站牌应面向经纬仪。仪器搬战后，周围所有点位上的站牌都得转个向。使站牌面向新的测站。这在实际工作中不方便。相比之下立体目标可供任何方位得测站进行瞄准，使用方便。但是使用立体目标要设法防止相位差。相位差是因立体标志在阳光照射下部分明亮部分阴暗所引起。 只要能够设法把立体目标置于阴影中，就可以使它们不产生相位差，这在工程测量条件下常可以做到。 图7－2－5表示在立体标杆上放上一些遮光得隔板，使标杆处于阴影之中，靠大气中漫射光照射。这种标志是没有相位差的。称为“无相差照准标志”。标杆由芯杆及套环组成，更换不同厚度的套环可以获得不同粗细的标杆以适应不同的视线长度、套环有红、白两种颜色。 标杆的下部可以直接插入对中盘的中心孔中，也可以改装后插入基座的中心孔中。 ξ7－2－3 其他注意事项 有时视线上有电线、钢丝绳、树枝、草叶等障碍物，当障碍物在仪器和目标之间时，它们并不在望远镜中清晰成像，而目标仍成像，障碍物仅仅使目标像有些模糊而已，有些现象往往为观测员所忽视。而事实上，这类障碍物会降低瞄准精度，甚至引起 的系统误差。为了保证观测的高精度，必须排除视线上的障碍物。 在工程环境中测角还要注意旁折光的影响。 当工程控制网中有些边倾角大时，要加竖轴倾斜改正数。 ξ7－3 高精度测距技术 ξ7－3－1 读数显微镜 高精度测量短距离主要使用因瓦尺。 用因瓦尺量距的误差源主要有：读数误差、尺长鉴定误差、温度改正数误差、高差改正数误差和拉力误差等项。 对于24米的因瓦线尺，尺长鉴定误差约为5微米：温度改正数误差，在 ℃时，约为1微米：在工程测量条件下，高差改正数误差一般可以设法避免；设拉力误差为10克，它引起长度误差约10微米；目估读数的误差约为100微米，显得相当大。在丈量长距离时读数误差是偶然误差，积累慢，而那些系统误差积累快。但在丈量短距离时读数误差显得比其它误差都大。 为了减少读数误差可以利用读数显微镜或其他测微装置。苏联在修建粒子加速器时，丈量长度用读数显微镜读数（图7－3－1）。 普通因瓦尺三棱分划尺与标志头上十字线贴不紧，因此不便用显微镜读数，所以改用石英玻璃下表面刻上细分划，最小格值为0.2毫米，这时即使用普通显微镜目估读数也可取至0.02毫米。 如果用测微显微镜，则读数可取至0.01毫米或0.001毫米，但工作速度要慢得多。实际上工作中采用高精度的测微显微镜，并不能显著提高总的量距精度。 测量距离时，利用J2型经纬仪代替显微镜读数也可以提高读数精度。为此，在标志处垂直于侧线的方向上，距标志2.062米的地方架设经纬仪，利用这经纬仪测量尺上刻划线（设为a）及标志中心点O在经纬仪中心J的水平角（设为β）则ao两点间平距离为： 也就是说角值β为 时，ao的水平距离为1毫米，如果测量该水平角的精度为 ，则由此引起的长度误差为0.03毫米，这种方法在大多数场合都可采用。 在环形控制网中需要测量狭长三角形的高（见图3－5－6）。图7－3－3就是丈量这种高的工具。它的主体是一根因瓦杆，其一端与一接插件联着，通过它把因瓦杆一端精确地与对中孔连接。因瓦杆地另一端上镶嵌着一段分划尺。通过另两个控制点引张一根弦线，此弦线在分划尺上方通过，弦线相对于分划尺的位置由读数显微镜测量，这种杆尺的长度不超过2米，量距精度可达15～20微米。 ξ7－3－2 因瓦测长仪（DISTINVAR） 西欧几国在联合建造粒子加速器时用“因瓦测长仪” 测量长度。该仪器的主体是因瓦钢丝，但读数测微方法与一般因瓦线尺不同，它的两端是专用接插件，一端与安在标志的插口联结，另一端与专用测微装置的插口联接。测微装置安置在另一标志上（图7－3－4）。张力由一个平衡重通过杠杆传递给因瓦钢丝，杠杆可以绕支点旋转，支点可以前后移动。刃口形支点的摩擦力很小。当杠杆的横臂严格水平时，张力达到标准值。如果横臂不水平，则可以过测微螺杆使支点前后移动，改变因瓦钢丝对杠杆的拉力，一直到横臂水平为止。这时从读数盘上可以读得支点得移动量，也即标志间的长度与该仪器标准长度之差。由于支点移动的量程有限，所以要丈量不同的长度就必须换用不同长度的因瓦丝，不同长度因瓦丝装在该仪器上的标准长度要用别的装置鉴定（见ξ7－3－4）。 与此相仿，瑞士可恩（KERN）厂生产的弹力测长仪（DISTOMETER）也是一种机械式高精度测距仪器。其主体也是因瓦钢丝，通过接插件与两端标志联接。只不过它由弹簧给因瓦丝施加张力，用弹力计指示拉力的大小。调节拉力使达到额定值后，就可以在指针式测微器上读取两点间距与仪器标准长度的差值。 ξ7－3－3 高精度电磁波测距仪 工程测量工作中高精度丈量几百米以上的距离最好用可恩（KERN）厂生产的Mekometer ME3000或ME5000电磁波测距仪。ME3000用膻光灯作光源，精测频率约为500MHz，即“电子尺”长度 米，用光学机械装置改变光路长度的方法测量相位。因此测距的偶然误差很小，中误差约为0.2毫米，又因为有较好的晶体稳频装置及考虑测站气温影响的自动补偿装置，因此比例误差也较小，厂家介绍其测距精度为±0.2mm±1.10－6D。 ME5000是ME3000的改进型，测程更长精度更高，性能更稳定。 ξ7－3－4 双频激光干涉测长仪 双拼激光干涉测长仪是按光干涉原理测距的一种仪器，精度很高。图7－3－5是美国HP公司生产的双频激光干涉测长仪的原理图，激光束通过法拉第磁光调制器被分裂为两束不同频率的偏振光f1和f2，光束f1沿纸面偏振，光束f2的偏振方向与之垂直，它们的频率差f1－f2是磁场强度的函数。分光镜的斜面上镀有介质膜，可让f1光束近似100％地通过，而把f2光束反射，所以亦称为偏振分束器。f2从从固定的参数反射器返回，f1从可动的反射器返回，两束回光在分光镜汇合产生干涉条纹。如果可动反射器静止不动，则每秒将产生f1－f2条干涉条纹。如果反射器移动，由于多普勒效应频率f1变为 干涉条纹数也随之而改变， 取决于反射器的移动速度，两只光电管分别接收测距信号f1－f2， 和参考信号f1－f2，经可逆脉冲计数器计数的 后，由小型电子计算机把它对时间积分处理，从而给反射器移动的距离。该仪器的测量范围可达61米，按厂方介绍，精度可达5×10－7，最小示值为微米，只是它要求四面体反光镜在平移时其表面基本与激光束垂直，而且不得离开激光束，因此反光镜应该在导轨上移动。这样就限制了它的应用场合。因此通常把这种测长仪当作精密的长度鉴定设备，用它可以鉴定61米以内的各种尺子的长度。 ξ7－4 高精度测量高差的技术 ξ7－4－1 几何水准测量 一、短距水准测量 目前几何水准测量仍是高精度测量高差的主要方法，因为精密水准仪的精度高，水准测量方法简便，成熟。 工程测量工作者的任务在于利用误差理论知识，结合工程条件，使工作能方便地进行，同时获得高精度地成果。 在工程测量中仪器置平误差和瞄准误差是偶然误差，带水准管地精密水准仪，其气泡居中精度约为0.30"。楔形丝瞄准水准尺分划的精度有很多人用实验方法测定过。有的测得，当视线长S＝50米时，m瞄＝0.17"；当S=15～7米时，m瞄＝0.25"。这是因为视线太短时，标尺的分划线像比十字丝粗很多，为了能用楔形丝去夹它，必须把分划像移至视场的边缘。而在视场边缘成像质量较差。如果换用分划较细的尺子，近距离时仍可有较高的瞄准精度。另有人测得m瞄＝0.2"～0.4"。因此可以认为视线置平误差加上瞄准误差的综合误差约为0.3"～0.5"。测微鼓上读数上的误差为0.01毫米（对于格值为10毫米的水准尺）或0.005毫米（对于格值为5毫米的水准尺）。当视线较长时与视线置平及瞄准误差相比显得较小，居于不重要地位，但当视线短于10米时，读数误差相对说就不小了。 水准测量时取一个读数的偶然误差m主要是由视线置平误差和瞄准误差的影响组成。这两项误差以角度为单位时基本上是常量，设为m"；以长度为单位时它与视线长成正比，视线越长这误差越大。 式中S为视线长。 （7－4－1） 由于测站上高差是正辅分划所得两个高差的平均值，而每个高差由前后视读数相减而得，所以测站高差的误差 （7－4－2） 设一公里水准路线由n格高差组成，则 而一公里高差之和的误差为 所以： （7－4－3） 此式表明：视线越短，水准测量传递高程的误差越小。 此外大气折光是影响水准测量精度的另一个重要误差源。采用了前后等长这个措施后，可以在高差中消除折光差影响的绝大部分，但是仍会有一些剩余影响存在，（例如前后视线离地面不等高，所以折光系数并不相同，或前后视并不严格相等）。理论证明，折光差的影响与视线长的平方成正比。如果缩短视距，就可以大大缩小折光差的影响。加上用前后视等距消除大部分影响后，剩余下的影响就更加微小了。 视线缩短后大气湍流的影响也会显著减小，成像稳定从而可以提高瞄准的精度或延长水准测量工作时间，（适宜于国家一二等水准测量外业的时间，通常每天只有2～4个小时）。 综上所述，缩短视线是提高水准测量精度的重要措施。 在一些高精度工程测量工作中要求视线长度≤15米。 二、关于调焦误差 这里要进一步讨论调焦引起的距离只有几米至几十米，视线这样短时，两个目标长度略有改变就需要改变对光以消除视差。但这时并不能像经纬仪那样用正倒镜法消除调焦引起的视准轴误差的影响。 （1）​ 视准轴与准线 在测量学中，望远镜的视准轴定义为十字丝中心与物镜光心的连线。水准仪应满足的基本条件就是当水准仪的气泡居中时望远镜的视准轴居于水平位置。 我们先以对外望远镜来讨论这个问题。设o为物镜的中心，十字丝中心原先在k1，到o的距离为f，则按定义k1o为视准轴的方向，如果调焦时十字丝中心的移动轨迹k1 k2与视准轴方向不重合，相交一个θ角，则当十字丝移动一段距离 后，十字丝中心偏离了k1o直线一段距离 ： 由此视准轴方向将旋转一个小角δ 设 ＝300mm， mm， ，则： mm， 。 看起来这个误差似乎相当大，可是事实上问题并没有这么严重。 分析起来，用望远镜瞄准不同远近的目标，可以理解为十字丝经光学系统作用后投影到物方空间的目标上去，或者把目标投影到十字丝上去。因此，我们可引用﹤准线﹥这个新概念：准线是在调焦过程中，十字丝交点在物方空间共轭点的轨迹。 根据几何光学原理，如果十字丝中心移动的轨迹是一直线，则其共轭点轨迹（即准线）也一定是直线，虽然这两条直线不一定平行。 如果，1）十字丝中心移动的轨迹是直线；2）水准管轴平行于准线，则将不会产生调焦误差，而并不是像上面所算的会产生很大的误差。 内对光望远镜中十字丝不动，运动的是调焦镜，因此情况与外对光望远镜有些不同。演算证明，当调焦镜沿直线运行时，准星仍近似为一直线，所以上述分析仍然有效。 由此可见，用【准线】取代已沿用了多年的【视准轴】概念是有实际意义的。 （2）​ 水准仪i角的检验方法 存在着多种检验水准仪i角的方法，这些方法有共同点，即用不同方法测量两个点的高差，用高差不符值来反映i角。 例如一种方法是：水准仪分别放在A、B两点，测量C、D两点间的高差，并要求在整个检验过程中不改变调焦镜的位置（图7－4－2）。因此CD两点较近，A与C’及B与D相距适当远一些。 另一种方法是：水准仪分别放在CD两点的附近。分别从远近两尺上读取读数，显然必须每次重新调焦（图7－4－3）。 这两种方法那种较好呢？ 我们知道，检验i角的目的在于校正i角。根据上面的分析可知，角应该是准线而不是视准线与水准管轴间的夹角。准线只有通过调焦表现出来。由此可见第二种方法是正确的，而第一种方法不可取。 此外，调焦可以消除视差提高读数精度，加上用第二种方法时可以扩大两尺的间距，这都有助于提高测定i角的精度。 （3）准线直线性的检验 准线直线性的检验也就是调焦镜运行正确性的检验。只有当准线是直线，才可避免调焦带来的误差。 检验准线要用准直管。 准直管如图7－4－4所示，在镜筒内有一个分划板筒，筒内于有5块分划板。最远的分划板位于物镜焦面上，因此它成像无穷远处。其余几块在物镜和焦面之间。五块分划板经物镜作用后在距物镜2米、4米、10米及∞处成虚像。制造时把这些分划板中心调整在一直线上。因此它们的虚像也在一条直线上，这条直线就作为检验测量望远镜调焦误差的基准线。 使用时把被检仪器置于准直管的物镜前，通过物镜可以看到位于不同距离处的虚像。先照准位于∞处的像，即让准线的∞与准直管∞像重合，再调焦到最近处的目标，这时目标一般与准线不重合。利用准直管的微动螺丝摆动整个分划板筒，一直到其最近的虚像与望远镜十字丝像重合为止。这时被检望远镜准线的近点和远点都在准直管的基准直线上了。这以后，逐步调焦依次瞄准诸虚像，十字丝相对于分划板中心的偏差就反映了望远镜的调焦误差。 如果检验表明水准仪调焦的误差很小，并且仪器经校正做到了准线与水准管轴平行，则工作中可以改变对光，在消除视差的条件下瞄准并取读数。 不过，调焦或多或少会增加一些误差，所以如果条件允许，应争取使前后视距相等，避免调焦。 （4）自动安平水准仪 这里不打算重复自动安平水准仪的原理，只想强调指出一下，自动安平水准仪很适合于做精密工程水准测量，它们工作速度快，精度高，受外界温度影响小，i角一般比气泡水准仪小些。 特别是东德蔡司厂生产的自动安平水准仪Ni002，从原理上说，它是没有调焦误差的。在工地上往往难于保证前后视距相等，因此使用Ni002水准仪的效果特别好。 （5）水准仪望远镜的盲区 测量仪器的望远镜，几乎都用负透镜做调焦透镜。这类望远镜有一个盲区。当目标离仪器很近时，无法调焦到清晰成像，而工程测量有时要观测很近的目标，例如在室内进行水准测量。有一些仪器厂设计了一些附加镜，望远镜带上这种附加镜后改变了组合物镜的焦距，从而可以大大缩小盲区，可以清晰地对近在0.5米的水准尺取读数。 ξ7－4－2 微距水准仪 在机械安装等工程中，由于设备尺寸只有几米到几十米，但精度要求很高，所以有必要以更短的视线进行水准测量，机械式微距水准仪是适宜在安装工作中进行微距水准测量的仪器。 一、简单的微距水准仪（图7－4－5） 在支架上固定着一个高精度的水准管，下面有两个固定的支撑点。如果被测构件的表面是平面，则支撑面宜具有半球面形状，如果被测点表面是球面，则支撑面宜是平面。两个支撑点间距为B，称为水准仪的基距。 水准管上有刻划，该刻划注记从一端向另一端增加。当需要用这样的水准仪测量构件上的两点间的高差时，先把两个支撑点搁在被测点上，这时气泡一般不居中，读下气泡两端的读数，设为a往、b往，（a为靠近O端的读数，b为靠近大数的读数）。把水准仪前后位置颠倒作返测，又读得气泡两端的读数为b返、a返。设两支撑点同高时气泡的读数为a0及b0，水准管的格值为ζ，被测两点连线的倾斜角为i，则： （7－4－6） 两点的高差 （7－4－7） 设读数取气泡端格数的误差为m0，即 则由（7－4－5）、（7－4－7）可得。 （7－4－8） 如果m0＝0.2格， ，B＝1米，则可算得： 毫米。 可见用这种微测水准仪测量相近两点间高差的精度是相当高的，但是这种水准仪量程太小，因此使用不便。设气泡可以偏离中心位置十格（再大了没法读数），则用它能测量的最大高差为： 因此被测构件必须事先整平得相当好。 另一方面这种水准仪把水准管作为量具，因此要求水准器刻划得格值十分均匀。当然还必须精确测定这格值。事实上水准器的格值不太均匀。这会增加高差的误差。此外用这种水准器连续测量高差时，要求后支撑点严格放在上一次的前支撑点安放的位置上，这在实际工作中也很难做到，被测表面的高低不会影响高差传递的精度。所以用这种水准仪测量高差的实际误差要比理论计算的大得多。 2、​ 有测微器的微距水准仪 这种水准仪只有一个固定支撑点，代替另一个支撑点的是测微器的探头，可以用指针式测微器（最小读数为0.01毫米的俗称百分表，其量程一般为10毫米；最小读数为0.001毫米，的称为千分表）。也可以用其他的测微器，由于测微器探头不能承受大荷载，所以必须另有一只测微螺丝来承受这部分支架的重量。基距为固定支点到测微器探头的距离。 测量时转动测微螺丝，使水准器气泡居中然后从测微器上读取高差,设为h往，再前后调换位置作返测，得h返。平均高差为： 这种水准仪的量程大，加上直接读取高差，所以使用方便。又因为这时水准管只作为一个标准状态的指示器，因此其格值的不均匀性以及测定格值的误差对测量高差的影响都可忽略而不计，所以工作精度有所提高。 微距水准仪的基距一般为0.2-1.5米，支架应具有足够的刚度，不致因其自重变形或搬运时受力不均匀而产生变形，影响仪器的精度。因此支架较笨重。用微调螺旋使其升降不甚灵便。为此可以改进一下。 如图7－4－7所示，支架下是两个固定的支撑点。水准器和支架之间有测微装置，水准器装在一个较短的因而也是较轻巧的动臂上。设水准器动臂的长度（从转点到测微螺旋）为l，测微螺旋上读得的数为h′，两支点之间的高差为h；则 （7－4－9） 由上式可知： （7－4－10） 因此lmh′。 三、机械式测斜仪 机械式测斜仪（也叫水准管式测斜仪）的原理和微距水准仪一样的，如图 7－4－4所示也是一种机械测斜仪，只要读数改为以倾斜角（角值或坡度）标志就行了。它可测量水平构件表面的倾斜度。 有时要求测量竖立构件表面的倾斜度，这只要改装一下底板就可以了（图7－4－8）机械安装人员常使用的方框水准器，其原理也是测斜仪，只是它用方形金属框替代图7－4－7和7－4－8a的底板，因此既可用来测量平放构件、也可测量竖放构件的倾斜度，水准管上装有符合棱镜系统以提高气泡居中的精度。 ξ7－4－3 流体静力水准测量 利用静止液面传递高程的测量方法是一种古老的测量方法，早在我国奴隶社会的殷朝，就用这种方法来整平城堡的基础。北宋时期的沈括在治理汴渠时用这种方法测量了相距840里两地的高差。流体静力水准测量不要求两点的通视，因此容易克服障碍物的阻挡，也有可能实现遥测。加上多年来不断的研究改进后精度已大大提高，因此在大坝或工业设备的变形观测等工作中仍在使用，效果更好。 一、流体静力水准仪的基本结构 图7－4－9是一种可移动悬挂式的流体静力水准仪，它可以挂在专门的墙上水准标志上，仪器顶部有圆水准器，用下面两个整平螺丝可使气泡居中，从而使水管处于铅垂位置，圆柱形水管下端与连通管联接。测针通过螺母可随测微螺杆转动而升降。螺杆由微动螺栓经伞形齿轮带动。螺杆的螺距为0.5或1毫米，测针升降的值一方面按指标从分划尺上读得毫米数，另一方面从测微分划盘上读取毫米以下的小数（至百分之一毫米）。 一般说来流体静力水准仪必须有三个主要组成部分：1）搁支点，用来与被测对象接触；2）盛液体的容器以及连通管，后者使搁在两个标志上的容器中液面沟通；因此流体静力水准仪也叫连通管水准仪，3）测微读数装置，用来测量液面到搁支点之间的高度，它一般由测针或探头，丝杆以及分划尺等组成。转动手动使测针升降，在针尖接触液面的一霎那停止转动，然后在分划尺上读取测针下降的高度，加上零位值后就可以得到搁置点到液面的垂直距离了。 二、提高静力水准测量精度的措施 对于连通器中的液面有 或 （7－4－11） 式中 P－作用在液面上的大气压力 ρ－液面的密度 g－重力加速度 H－液面的高度 当两个容器处于不同的环境中，所受的大气压力可能不相等。风速的变化可能引起大气压力的波动。如果用气管把两个容器的上部联接起来，就可使两容器上方的P相同（图7－4－10） 不同容器中用的是同一种液体，按理说其密度应该相同，其实不然，如果两容器处的环境不一样，容器以及在连通管中的液体的密度也就不一样，从而会给测量结果带来误差。理论上可以测量温度，并根据温度差计算改正数但若温度测不准，改正数也就算不准了。 为了减少温度的影响，宜设法减少液面至连通管最低点间的高差，为此，连通管应尽量水平放置而不应让它自然悬垂。 液体对针尖的附着力是影响读数精度的重要因素，下面介绍没有附着力影响的两种读数装置。如图7－4－11所示，测微用的针尖一直浸在液体中，在容器侧壁上放大镜中可以看到它以及它受液面反射的倒像。旋转测微螺旋让针尖逐渐升起，直到针尖与其倒影碰着为止，这时针尖正好抵达液面。 图7－4－12所示的读数装置带一个光学读数显微镜，镜中可以同时观测到针尖及其倒影，在分划板上有两根平行线，观测时转动测微螺旋让一根线与针尖重合，取读数，然后用另一根线与针尖的倒影重合，再取读数，这时针尖并没有接触液面，这两个读数的平均数就是针尖接触液面时应有的读数。 仪器读数标尺的零点到搁支点的距离，对于各容器说来，应该是常数，但实际上往往存在差异，我们称它为零点差。为了消除零点差对高差的影响，可用交换容器位置往返测量的办法，从往返测所得高差的差数中，求得零点差，高差的平均数中将没有零点差的影响。 三、