光学微倾水准仪等级测定.doc

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1、第 2 5 卷 第 2 期 2018 年 2 月 仪器仪表用户 INSTRUMENTATION Vol.25 2018 No.2 光学微倾水准仪等级测定 任英桥，亢新河，范双江，袁曼飞，李燕敏 （陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714099） 摘 要：国家计量法中规定，测绘行业所使用的仪器本身归属于计量仪器的范畴，仪器在出厂、出售、使用中应当 通过我国的计量检验，确保计量仪 器性能的合格。光学微倾水准仪是工程中常用而且重要的一种测绘仪器 1，为了 保证水准仪测量数据的准确、精确，确实保证工程质量，不但要熟悉仪器各个部件而且要检验仪器各类性能是否达 到计量的精度，对初始购买、正在使用和维修

2、的仪器需要进行仪器的检验与校正，确保仪器在额定的等级内使用， 本文主要对使用中的水准仪进行等级测量，并且与额定仪器等级进行比较分析。 关键词： 水准仪；等级；标准偏差；精度 DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2018.02.011 中图分类号： TH766.1 文献标志码： A 文章编号： 1671-1041(2018)02-0039-03 Optical Tilting Level Level Determination Ren Yingqiao, Kang Xinhe, Fan Shuangjiang, Yuan Manfei, Li Yanmin (Shanxi

3、Railway Institute, Shanxi, Weinan, 714099, China) Abstract: National Metrology Law provides that, instrument used in surveying and mapping industry itself belongs to the instru- ment category of instruments in the factory, sale, use should be through the econometric test in our country, to ensure th

4、e metrolog- ical performance of instrument. Optical tilting level is commonly used in engineering and an important instrument of surveying and mapping, in order to ensure the level measurement data is accurate and precise, really ensure the quality of the project, not only to be familiar with instru

5、ment parts and all kinds of performance testing instrument meets the precision of measuring instruments, is being used to the initial purchase, and the need for maintenance and calibration test instrument, to ensure that the instruments used in the rated level, this article mainly carries on the mea

6、surement of the grade level in use, and compared with the rated grade of instrument. Key words: level； grade； standard deviation； accuracy 0 引言 仪器的等 级反映了 光学水准 仪的精度 与性能， 是评定 仪器 的重要指 标，光学 水准仪的 仪器级别 一般用测 量高差 的标 准差来确 定，故仪 器的等级 是否达到 相应级别 要通过 测定 两点高差的标准 偏差来确定 2-5。本文以学 院教学仪器 为研究对象，随机抽查 6 台仪器，确定其性能与等级。 1 仪器

7、等级外业数据采集 在学 院 内部 选 择两 个 固 定水 准 点， 要 求两 点 之间 相 距 50m 55m 之间 ，命 名为 A 、 B。 为了 确保 误差 出现 的随 机 性，在 仪器 室随 机选择 6 台仪 器、 随机选 择两 把塔 尺、 随机 选择脚架 ，需要固 定的人员 进行观测 且避开阳 光直射 对仪 器造成 的影响 。仪器 等级 确定是 用 1km 往 返水准 测量 标准 差来表示， 对相距 50m 55m 的点进行 20 次往测 、 20 次 返测 ，往返 测量要 求尺子 的位 置对调 ，可以 达到 1km 的要 求， 每次进行 观测必须 对仪器进 行调整， 包括：调 整仪器

8、 三脚架 的高度或位置 ，三脚架位移保 证在中线 5m 的范围之 内。 每次读数间 隔不能多 于 2min，采集 40 组数据不 能超过 1h，这样可以最大限度的 减少环境对数据的影响。 收稿日期： 2017-12-18 基金项目： 陕西铁路工程职业技术学院科学研究基金项目 (KY2017-024)。 作者简介： 任英桥（ 1987-），男，山东菏泽人，硕士研究生，研究方向：三维空间数据模型与误差分析。 40 2 实验数据处理 2.1 数据处理依据 仪器仪表用户 INSTRUMENTATION 第 25 卷 （ 8） 往测 20 次，读取读数（ d 和 d , d 和 d , d 和 d ）

9、; 2.2 实验数据处理 a1 b1 a2 b2 a20 b20 两水准标尺互换位置以后，返 测 20 次，读取读数（ d a21 和 由上述测量 过程与 数据处理 公式，把 班级学生 随机分 d , d 和 d , d 和 d ） , 观测高差 h 的计算公式（ 1）、 配 6 组，采集两个固定点 A、 B 的读数，表 1 表示得 到往返观 b21 a22 b22 a40 b40 公式（ 2）为 hi = dbi - dai i=1,2,20 hk = dbk - dak k=21,22,40 （ 1） （ 2） 测的 修正值， 利用上述 公式对修 正值进行 一系列处 理，最 终得 到 1k

10、m 往返水 准测量 的标准 差，用 此标准 差代替 仪器 的等级。 3 实验结果分析 算术平均值 h 往 和h 返 见公式（ 3）、公式（ 4） （ 3） （ 4） 以 学院仪器 为资源 ，以学院 精测班学 生为助手 ，依托 监测仪器理论为 指导，进行数据处理与分析，得到 6 台教学 仪器 1km 标准差为 ： 4.53， 4.35， 4.41， 4.10， 4.35， 3.97， 即得到这 6 台仪器的仪器精度。从数 据可以看出：仪器在学 修正值 c 见公式（ 5）、公式（ 6） ci = h 往 - hi i=1,2,20 ck = h 返 - hk k=21,22,40 自由度 f=38

11、 的 50m 有效距离标准偏差 1km 往返水准测量标准偏差 1km （ 5） （ 6） （ 7） 院管 理下，基 本处于稳 定的状态 ，实验结 果达到预 期的效 果。但与仪器出 厂额定标准差 3 还存 在一定的差距，超出中 国计 量法规定 的限制， 故不可以 用于生产 ，下面分 析产生 差值的因素。 1）外界环境因素 仪 器保管室 要求清 洁、环境 安静，避 免环境的 潮湿对 仪器 造成生锈 、生雾、 生霉等危 害，直接 影响仪器 的质量 和使 用寿命。 地面上空 气的密度 随离开地 面的高度 发生变 化， 形成一定 的密度梯 度，光线 通过不同 密度的介 质时会 表 1 6 台仪器观测偏差

12、值 Table 1 6 instruments observed deviation 第 2 期 任英桥 光学微倾水 准仪等级 测 定 41 发生 折射现象 ，光线总 是由光疏 媒质折向 光密媒质 ，使视 线在 垂直方向 形成弯曲 ，因而使 水准仪的 视线往往 不是一 条理 想的水平 线。一般 ，大气层 的空气密 度上疏下 密，视 线通 过大气层 时形成一 条向下弯 折的曲线 ，使尺上 读数减 小， 它与水平 线的差值 即为折光 差。在晴 天，靠近 地面的 温度较高，致使下面的空气密度比上面稀，这时视线成为 一条向上 弯折的曲线，使尺上读数增大。视线离地面越近， 折射 也越大。 因此，二 等水

13、准测 量规定视 线必须高 出地面 一定 高度，如 光学水准 仪下线读 数应高出 地面 0.3m，对于 实验仪器的标准差都超过仪器额定误差，也有直接关系。 2）观测误差 在观 测 过程 中 ，人 的 视 力存 在 差异 ， 标尺 成 像不 清 晰、 视线有遮 挡或标尺 上光线反 差过大， 造成标尺 读数产 生误 差。在读 数过程中 ，水准气 泡没有完 全居中造 成水准 仪视 线倾斜使 观测读数 产生误差 ，整平误 差与水准 管分划 值及 视线长度成正比。 3）检定环境要求 检定一般 在室内常 温下进行 ，而且被 检测仪器 在检定 前应预置 2h，而检定仪器在室外也是产生差值的因素。 4 结论 在

14、 教学中， 常规测 绘仪器使 用频率较 高，进而 对仪器 的管 理提出了 更高要求 。通过对 水准仪等 级的测定 ，得到 的标 准偏差都 集中在某 一数值附 近，但是 这个数据 超过仪 器固 有精度。 可以通过 对仪器的 校正，使 教学仪器 达到教 学、生产的要求。 参考文献： 1 国家质量 技术监督局组编 .通用计量术语及 定义解释 M.北京 : 中国计量出版社 ,2001. 2 杨俊志 .常 用大地测量仪器名称及相 关术语的标准化 J.测绘通 报 ,2004(2):65-66. 3 杨俊志 ,张贵和 .测绘仪器精度的表示与检定 J.测绘科学 ,2006, 31(3):69-70. 4 李琦

15、 .测绘仪器检核管理系统的设计与实现 J.四川测绘 ,2005, 28(1):43-44. 5 谭凯 ,程效军 .激光强度值改正模型与 点云分类精度 J.同济大学 学报 :自然科学版 ,2014,42(1):131-135. （上接第 46 页） 20%。压力控制 PID 输 出 050 的时候 ，只通过开关防喘振阀 （防空阀）来控制出口压力 ；而在压力控制 PID 输出 50100 的时 候，防喘 振阀已全 开，此时 只能通过 开关入口 导叶来 控制出口压力。 5 改造后的效果 主处 理器和 I/O 卡件完全 三重化，没有 出现因为卡 件故障而引起的系统停车。 故障 卡件在 线更换 、系统维

16、 护量少 、故障 诊断非 常方便。 电源 由安全 可靠的 稳压电源 提供且 具有自 动切换 功能。 防喘振控制软件包为装置提供了最佳的工作性 能，减少系统波动。 调速 软件包 完全替 代原有电 子调速 控制器 ，控制 精度高，节约蒸汽消耗。 所有 振动位 移探头 及前置放 大器更 新，未 出现仪 表原因引起的波动。 6 结束语 ST /K031 机组控 制系 统经 改造实 现了 一次开 车成 功， 由 于汽 轮 机调 速 功能 与 机组 联 锁保 护 功能 实 现 了 基于 同 TRICON 公司 TMR 系统平台的功能集 成，安全可靠性也有了 很大 的提高， 改造后控 制系统运 行，各种 控制参数 均符合 工艺要求，这次改造整体来说是成功的。 参考文献： 1 王树青 ,乐嘉谦 .自动化与仪表工程师手册 M.北京 :化学工业出 版社 ,2011. 2 黄步 余 ,范 宗海 ,马蕾 .石油 化工安 全仪表 系统设 计规范 :GB/T 50770-2013S.北京 :中国计划出版社 ,2013,49(6):1-9. 3 石油 化工仪表 自动化 培训教材 :安全仪 表控制 系统 (SIS)Z.北 京 :中国石化出版社 ,2011.