垂準儀的原理、標準化校準與不確定度分析

關鍵詞：垂準儀，標準化，不確定度

0引言

新時期國民經濟發展的背景下，基建項目增多，隨之對垂準儀的使用也越發頻繁。相關部門也很關注這一方面，根據市場需求，出臺規定來滿足市場需要，如出臺《垂準儀校準規范》的相關內容，這讓建筑施工以及其他領域內使用垂準儀都可以有很好的規范，保證設備使用的精度，給施工建設提供了可靠的標準。現在在高層建筑、高塔、煙囪等裝置上面，都有垂準儀的使用身影。該裝置為國家的經濟建設以及軍事發展提供可靠的保證。

1垂準儀的原理

垂準儀是以重力線為基準給出鉛垂直線的測量裝置，根據垂線來確定物體是否存在偏差等。具體運用中，垂準儀校準裝置能夠調整吊裝的長度，從而保證測量精度。

按照實際工作原理，垂準儀可以劃分為兩類：（1）水泡型垂準儀，裝置在生活中十分常見，由于缺乏垂線作為基準，重力線就作為重要參考。以重力線為參考，根據水平軸、重力線確定實際狀況。該設備運用原理比較簡單，以視準軸在分劃板十字中心和物鏡、調焦透鏡中心重合情況為基準。在使用的時候，根據重合情況進行判斷即可。新時期該裝置還有所改變，比如將改進過的水泡型垂準設備和激光結合起來，根據光束指向判斷是否垂準即可。（2）自動補償型垂準裝置，該裝置的精準度優于水泡型垂準儀。水泡型裝置操作人員技術要求很高，但自動裝置使用十分簡單，只需要粗略調整，射出的激光光軸就是參考軸線[1]。

2垂準儀的標準化校準

根據不同垂準儀，存在不同的校準方法。根據裝置的不同，標準化校準方式如下。

2.1水泡型

該裝置中，視準軸與豎軸的垂直度會直接影響水準儀裝置使用的垂直度，在使用之前，必須進行校準，只有這樣才可以減小誤差。在理想的狀態下，水泡型水準儀要求各軸與重力線的重合作為標準。因此軸重合度就是關鍵。校準過程有室內和室外兩種。

（1）室內用棱鏡折射出光線，把水準儀自準直光管射出的平行光轉折為垂直光形成45°的反射面。無論怎樣射入光線，射入與射出的光線都互相垂直，利用這一方式，能夠判斷視準軸以及豎軸之間存在的偏差。在校準過程中，自準直光管內分劃板和垂直儀分劃板的偏差可以通過其他裝置檢測出來，一般使用契角測微器精準觀測。在旋轉照準部測量，獲得參數是最大相差變化量絕對值的一半，這可看作是豎軸以及視準軸的同軸誤差，如果兩者之間差距大、誤差大就要進行精準校準。標準化校準是通過調節棱鏡的折射角度，再讓其與十字中心重合，技術人員還要進行儀器腳螺旋的調節，用校正棒進行調節，按照預設對接，讓調節裝置的十字中心重合，不斷重復直到分劃板的十字中心重合在一起。

（2）室外校準，這種校準通常是用校準激光光軸與豎軸來進行的。技術人員校準的時候，將用棱鏡放在垂準儀上面，折射出的光轉向標靶，再調整標靶上面的光斑，調整后，根據標靶上面展示出來的光軸和豎軸的同軸度來進行校準即可。這種校準方法的前提，應該以視準軸與豎軸的同軸誤差校準完畢，再進行調整校準。通常可使用目鏡來讓十字中心和標靶的設定中心重合，開啟激光光軸，調整光軸在同一個點即可。

2.2自動補償裝置

自動補償裝置通常以激光指示在室外展開，這種裝置水泡精度低，整平后，因為豎軸和重力線重合度差，因此不考慮兩者和激光的重合度，而是校準和找準光斑即可。校準之后的，通過工作臺微傾螺旋整平儀器，照準部旋轉再觀察光斑的偏移情況。進行照準誤差就是操作補償器，調整其功能以及結構等。按照相關的規定，校準規范提到“一測回垂準測量標準偏差”這個指標作為垂準儀測量的一項指標，這一個指標的定義應是與經緯儀的使用區別開。在使用的時候分析裝置的定義，對于自動補償型垂準儀而言，主要測量的是重復性，經緯儀主要確定裝置的誤差[2]。從校準標準來看，垂準儀測量誤差主要體現在三軸是否重合上，所以“一測回……偏差”這個標準在本文的標準校準中不適用。

3垂準儀應用的不確定度分析

根據上文的內容，綜合精密水準儀與檢驗儀以及垂準儀裝置等，能確定校準豎軸和準視軸的誤差校準點。結合文件JSJ-IIZ來看，其中說明裝置校準偏差是用0.2″倍檢器以及光電自準直儀進行校準。在校準過程中光路轉折到垂準儀上面，再使用綜合檢驗儀器進行驗證，契角測微器測出兩個分劃板的十字中心角度差，最終得到同軸度偏差的參數值[3]。

根據同軸度偏差參數與文件規范，可得到以下方程式。同軸度偏差由ωi來表示。

式中：A表示差值（十字中心水準線之間，符號：″）；B表示差值（中心垂直線之間，符號：″）。

根據差值，計算方差以及傳播系數，再通過這些參數來求偏導，能夠得到：

結合上述內容來看，當（Ca+CB）這個條件成立的時候，兩個十字中心能相互平衡，能夠得到最佳測量能力，得0.34″。

任何基建項目當中，要進行測量，在測量之前應該結合報告制定規范，確保可以得到標準結果。新時期在工商業等領域，雖然不會有明確的不確定度報告，但是，所有使用的校準儀器都符合規定，滿足技術文件的標準。對于對應的不確定度測量，儀器裝置有決定性的作用，在測定的時候需要核對與檢驗來確定。

4結語

綜上所述，測量不確定度的提出是基于精準度基礎上衍生的概念，現代社會背景下國防建設以及科學研究當中，人們都會用測量工具，在測量中一切的測量結果都會存在不確定度。本文對垂準儀使用進行簡單的討論，論述其原理，分析該裝置的使用方式，再論述使用過程中如何確定不確定度。技術人員在掌握廠里的基礎上進行測量作業，可以保證工程測量的意義和價值。