电子水准仪检定装置的研究与实现

摘 要：本文介绍了电子水准仪检定装置的基本情况，分析了目前检定装置的不足之处，作者通过多年的电子水准仪检定工作，找到了一种新的可替代的方式将原本在室外完成的工作转变成室内也可完成，解决了目前检定工作的不足，可供计量同行参考。

关键词：电子水准仪 检定装置 研究

1、概述

随着信息时代的到来，各种信息技术与制造工艺技术融合发展，测绘仪器设备和测量方法也迅速更新换代。高精度的测量仪器和技术方法不断出现，测量自动化、内外业一体化的测量方式已经大量取代了许多传统的人工测量技术。各行业领域里都出现了重大的变革。

水准仪是一种集光、机、电于一体的高科技测绘仪器，其精度高、测量速度快，大大提高了作业效率，已经广泛应用于多个领域，也是水准测量仪器发展的趋势。电子水准仪都是使用条码标尺，通过数字图像处理技术实现电子读数，但是由于原理不同，实现电子读数的方式也不同。目前市场上有Leica、Trimble、TOPCON 等仪器公司推出了各自的产品，由于技术含量高，国内的仪器厂家还无法制造。

2、电子水准仪检定检定存在的问题

目前，电子水准仪的检定基本上还是依照光学水准仪的检定方法来进行。现行检定规程为JJG425-2003水准仪检定规程。规程中对光学水准仪各项计量指标都有明确的规定和检定方法，但对电子水准仪，除了它本身具有的光学性能可依照光学水准仪的条款进行外，其电子部分的各项指标只能采用室外水准测量的方式进行检定和校准。

现行检定方法的缺陷和不足，对于电子水准仪的检定，现行方法除了光学部分指标可在室内依照传统光学水准仪的检定方法进行外，电子部分的指标只能在室外至少60m的场地上进行检测。每次操作至少需要三人，工作强度大，效率低下。同时受天气、环境的影响较大，例如温度、气压、风力、光线等对测量数据的影响，雨天不能作业等。标尺一般采用人工扶助的方式，人为造成的误差影响也较大。因此，现行检定方法对计量工作人员来说，劳动强度大，工作效率低，且测量误差受外界环境的因素影响较大，测量稳定性差，并不适合实际计量检定工作。

3、电子水准仪检定装置的基本原理

电子水准仪室内检定装置是依据光学成像原理，计算出电子水准仪所使用的条码标尺在某一视距处的理论条码长度，并将同一段条码，按远、近目标的不同而形成不同长、宽的条码，分别按一定比例微缩后刻划在分划板上，然后将分划板安置在平行光管内。通过调节分划板与平行光管物镜之间的距离，微缩条码在平行光管内就可形成从1m至无穷远的虚像。将两个相对应的光管安置在同一水平线上，相当于一对条码尺，测量时调节平行光管的成像距离，模拟野外测量的距离。这样，就可利用分划板上的条码代替条码尺本身进行测量。

4、电子水准仪检定装置的研究

室内检定装置包括两组对应的平行光管和安置电子水准仪的可调升降台（带两维微倾装置）。每组平行光管包括两个刻划有相同条码的光管，分别固定于两个水泥台上，相对安置。本装置的核心部件为平行光管，一组光管所包含的两个平行光管其结构是相同的，我们以其中一个为例来说明它的构造。它的结构示意图如图1所示。

1.在镜管（1）内，左端设有前置分划板（2），右端设有光源（10），可用白炽灯或其他发光源；

2.在前置分划板（2）与光源之间设有物镜（3），它是透镜组，左边为凸透镜，右边为凹透镜；

3.光源的左侧设有滤光片（9），用于通过黄光和绿光，滤掉其他杂光；

4.镜管（1）上还安置有下端与齿轮（5）连为一体的调焦手轮（4），同时镜管（1）内设有活动调焦筒（7），齿条（6）设在活动调焦筒（7）上，齿轮（5）与齿条（6）啮合，旋转调焦手轮（4）时，齿轮（5）跟随转动，带动齿条（6）在镜管（1）内前后移动，活动调焦筒（7）也随之在镜管（1）内移动，从而实现调整焦距的目的；

5.条码分划板（8）则设在物镜（3）与滤光片（9）之间，上面刻划有微缩的标尺条码，中心位置刻制有光学十字丝。

6.光管的活动套筒外装有标示距离的刻度标尺，可以方便的确定成像位置。

检定员采用上面的检定装置在进行检定时，只需一个人操作即可，实验场地也只需6-7m，对比室外测量时需要至少60m开阔场地和三人以上操作，室内实验法大大减轻了劳动强度，提高了工作效率。

5、电子水准仪的检定过程

在保证温湿度环境条件下，采用Fostner方法进行测量，水准仪的检定过程如下：

1）将电子水准仪固定在可调升降台上，调节水准气泡居中，并保持高度基本与平行光管一致；

2）按Fostner测量法的要求，将光管A调焦旋纽调至15m距离的位置，将光管B调焦旋纽调至30m距离的位置，此时被检仪器相当于处于距离45m的两根标尺之间；

3）开启仪器，进入校正模式，选取Fostner法，将仪器照准光管A，调焦清晰后按下Meas键，仪器自动读取测量值a1并记录；

4）旋转仪器180°，照准光管B，调焦清晰后按下Meas 键，仪器自动读取测量值1b并记录；

5）保持仪器照准方向不变，将光管B的调焦旋纽调至15m的距离；

6）照准光管B，调焦清晰后按下Meas 键，仪器自动读取测量值b2并记录；

7）将光管A的调焦旋纽调至30m的距离，旋转仪器180，照准光管A，调焦清晰后按下Meas键，仪器自动读取测量值a2并记录；

8）确认上述测量步骤，仪器按设定程序自动计算，给出电子i 角误差，重复测量两次，取平均值作为测量值。

6、结论

本文所描述的室内检定装置的测量精度完全可以满足电子水准仪的检定要求。因此，可以认为这种电子水准仪的室内检定装置是可靠的，且比原来的室外测量法更加稳定，同时可以满足JJG425-2003水准仪检定规程的要求。并且，在室内进行测量，不但避免了外界环境的干扰，也减轻了人员的工作强度，提高了工作效率。

参考文献

[1] JJG 425-2003，国家计量检定规程水准仪[S]. 国家质量监督检验检疫总局，2003.

[2] 路杰，付辉清等.一种新型数字水准仪室内检定装置[J]. 大地测量与地球动力学，2007.

[3] 王欣.数字水准仪i角检校方法对比研究[J].科技创新导报，2010.

[4] 杨俊志，张锐.数字水准仪测量系统及其检定方法和设备[J].中国计量，2009

[5] 成亚宣，田宝明.基于数字水准仪的测试与误差分析的探讨[J].测绘标准化，2009

作者简介：

冀红 性别：女 出生年月：1968年11月20日 职称：工程师 工作单位：沈阳计量测试院 研究方向：测绘仪器、光学仪器、验光设备