水準(zhǔn)儀是進(jìn)行高程測(cè)量的儀器。根據(jù)國(guó)標(biāo)《水準(zhǔn)儀》（GB/T 10156 2009）規(guī)定．我國(guó)水準(zhǔn)儀按精度分為3級(jí)，有高精密水準(zhǔn)儀、精密水準(zhǔn)儀、普通水準(zhǔn)儀。國(guó)產(chǎn)的水準(zhǔn)儀系列有DSZ05、DS1、DS3、DS10等型號(hào)，其中“D”、“S”和“Z”分別為“大地測(cè)量”、“水準(zhǔn)儀”和“自動(dòng)安平”的漢語(yǔ)拼音第一個(gè)字母，05、1、3、10等是以毫米為單位的每千米高差中數(shù)偶然中誤差，通常在書(shū)寫(xiě)時(shí)省略字母“D”，直接寫(xiě)為S05、S1、S3等。

一.普通水準(zhǔn)儀

　　普通水準(zhǔn)儀包括DS3中等精度以下水準(zhǔn)儀，主要分為光學(xué)微傾式水準(zhǔn)儀和光學(xué)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀。其中光學(xué)微傾式水準(zhǔn)儀在水準(zhǔn)管的上方安裝一組符合棱鏡，通過(guò)符合棱鏡的反射作用，氣泡兩端的影像反映在望遠(yuǎn)鏡旁的符合氣泡觀察窗中；若氣泡兩端的半像吻合時(shí)，就表示氣泡居中；若氣泡的半像錯(cuò)開(kāi)，則表示氣泡不居中，這時(shí)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使氣泡的半像吻合。

　　光學(xué)微傾式水準(zhǔn)儀使用時(shí)，需先用圓水準(zhǔn)器進(jìn)行粗略整平，再用水準(zhǔn)管進(jìn)行精確整平。每對(duì)準(zhǔn)一個(gè)方向，就要調(diào)平一次水準(zhǔn)管。由于微傾式水準(zhǔn)儀對(duì)環(huán)境要求較高，尤其是多風(fēng)地區(qū)，使用難度較大，現(xiàn)已經(jīng)較少使用。

二.光學(xué)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀

　　自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀也稱補(bǔ)償器水準(zhǔn)儀，它的構(gòu)造特點(diǎn)是沒(méi)有水準(zhǔn)管和微傾螺旋，而是利用自動(dòng)安平補(bǔ)償器代替水準(zhǔn)管和微傾螺旋。即使望遠(yuǎn)鏡筒傾斜，自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸仍能保持水平。因此，自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀是一種操作比較方便、有利于提高觀測(cè)速度的儀器。

（1）自動(dòng)安平原理。

　　當(dāng)視準(zhǔn)軸水平時(shí)，物鏡光心位于O，十字絲交點(diǎn)位于B，通過(guò)十字A絲橫絲在尺上的正確讀數(shù)為a。當(dāng)視準(zhǔn)軸傾斜一個(gè)微小角度α(<10'）時(shí)，十字絲交點(diǎn)從B移至，通過(guò)十字絲橫絲在尺上的讀數(shù)A不再是水平視線的讀數(shù)a。為了能使十字絲橫絲讀數(shù)仍為水平視線的讀數(shù)a，可在望遠(yuǎn)鏡的光路上加一個(gè)補(bǔ)償器，通過(guò)物鏡光心的水平視線經(jīng)過(guò)補(bǔ)償器的光學(xué)元件后偏轉(zhuǎn)一個(gè)β角，這樣在A點(diǎn)處十字絲橫絲仍可讀得正確讀數(shù)a。由于α角和β角都是很小的角值，如果下式成立，即能達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康模骸?/span>

　　　　自動(dòng)安平補(bǔ)償器一般有兩種。第一種是使光線偏轉(zhuǎn)，需要在光路中加入光學(xué)部件，故稱為光學(xué)補(bǔ)償；第二種是用機(jī)械方法使十字絲在視準(zhǔn)軸傾斜時(shí)自動(dòng)移動(dòng)，故稱為機(jī)械補(bǔ)償。

（2）光學(xué)補(bǔ)償器。

　　如下圖所示為自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)剖面圖。在對(duì)光透鏡與十字分劃板之間安裝一個(gè)補(bǔ)償器，這個(gè)補(bǔ)償器由固定在望遠(yuǎn)鏡上的屋脊棱鏡以及用金屬絲懸吊的兩塊直角棱鏡組成。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡傾斜時(shí)，直角棱鏡在重力擺作用下，作與望遠(yuǎn)鏡相反的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且由于阻尼器的作用，很快會(huì)靜止下來(lái)。

　　當(dāng)視準(zhǔn)軸水平時(shí)，水平光線進(jìn)入物鏡后經(jīng)過(guò)第一個(gè)直角棱鏡反射到屋脊棱鏡，在屋脊棱鏡內(nèi)作三次反射后，到達(dá)另一直角棱鏡，再經(jīng)反射后光線通過(guò)十字絲的交點(diǎn)。

（3）自動(dòng)安平水平儀的使用。

　　自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的使用方法與普通水準(zhǔn)儀的使用方法大致一樣，但也有不同之處。自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的操作方法與普通水準(zhǔn)儀的操作方法不同的是，自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀經(jīng)過(guò)圓水準(zhǔn)器粗平后，即可觀測(cè)讀數(shù)。有些型號(hào)的自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)設(shè)有警告指示窗。當(dāng)警告指示窗全部呈綠色時(shí)，表明儀器豎軸傾斜在補(bǔ)償器補(bǔ)償范圍內(nèi)，即可進(jìn)行讀數(shù)。否則警告指示窗會(huì)出現(xiàn)紅色，表明已超出補(bǔ)償范圍，應(yīng)重新調(diào)整圓水準(zhǔn)器。

三.精密水準(zhǔn)儀

　　DS05級(jí)和DS1級(jí)水準(zhǔn)儀屬于精密水準(zhǔn)儀。精密水準(zhǔn)儀主要用于國(guó)家一、二等精密水準(zhǔn)測(cè)量、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、大型建筑施工測(cè)量等。在建筑工程測(cè)量中，精密水準(zhǔn)儀主要用于房屋建筑物的沉降觀測(cè)、樁基試驗(yàn)的沉降觀測(cè)以及建筑構(gòu)件試驗(yàn)的撓度觀測(cè)等。精密水準(zhǔn)儀必須配有精密水準(zhǔn)尺。

（1）精密水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)。

　　1.望遠(yuǎn)鏡性能好，物鏡孔徑大于40mm，放大率一般大于40倍。

　　2.望遠(yuǎn)鏡筒和水準(zhǔn)器套均用因瓦合金鑄件構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，水準(zhǔn)管軸與視準(zhǔn)軸關(guān)系穩(wěn)定的特點(diǎn)。

　　3.采用符合水準(zhǔn)器，水準(zhǔn)管的分劃值為（8"～10"）/2mm；精密水準(zhǔn)儀的安平精度一般不低于0.2"。

　　4.為了提高讀數(shù)精度，望遠(yuǎn)鏡上裝有平行玻璃測(cè)微器，最小讀數(shù)為0.05~0.1mm。

（2）平行玻璃板測(cè)微器。

　　平行玻璃板測(cè)微器由平行玻璃板、測(cè)微分劃尺、傳動(dòng)桿、測(cè)微螺旋和測(cè)微讀數(shù)系統(tǒng)組成。平行玻璃板裝在物鏡前面，通過(guò)有齒條的傳動(dòng)桿與測(cè)微分劃尺相連接，由測(cè)微讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺旋時(shí)，傳動(dòng)桿帶動(dòng)平行玻璃板前后俯仰，而使視線上下平行移動(dòng)，同時(shí)測(cè)微分劃尺也隨之移動(dòng)。當(dāng)平行玻璃板鉛垂時(shí)，光線不產(chǎn)生平移；當(dāng)平行玻璃板傾斜時(shí)，視線經(jīng)平行玻璃板后則產(chǎn)生平行移動(dòng)，移動(dòng)的數(shù)值則由測(cè)微尺讀數(shù)反映出來(lái)。

（3）精密水準(zhǔn)尺。

　　精密水準(zhǔn)尺，又叫因瓦水準(zhǔn)尺，尺的長(zhǎng)度受外界溫度、濕度影響很小，尺面平直，刻劃精密、最大誤差每米不大于±0.1mm，并附有足夠精度的圓水準(zhǔn)器。精密水準(zhǔn)尺一般都是線條式分劃，在木制的尺身中間凹槽內(nèi)，裝有厚1mm、寬26mm的因瓦尺帶，尺底一端固定，另一端用彈簧拉緊，以保持因瓦帶尺的平直和不受木質(zhì)尺身伸縮的變化而變化。因瓦帶尺上有左右分劃，右邊為基本分劃，左邊為輔助分劃，彼此相差一個(gè)常數(shù)K，相當(dāng)于從面尺以供測(cè)量校核之用。精密水準(zhǔn)尺以1cm注記，但有1cm、0.5cm兩種分劃，0.5cm分劃的實(shí)際值為讀數(shù)的1/2，而且該尺與測(cè)微螺旋周值為5mm的水準(zhǔn)儀配套使用。1cm分劃的水準(zhǔn)尺應(yīng)與測(cè)微螺旋周值為10mm的水準(zhǔn)儀配套使用。

（4）精密水準(zhǔn)儀的使用。

　　精密水準(zhǔn)儀的操作方法和普通水準(zhǔn)儀基本相同，亦是粗平、瞄準(zhǔn)、精平、讀數(shù)四個(gè)步驟，但讀數(shù)方法則不同。讀數(shù)時(shí)，先轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋。從望遠(yuǎn)鏡內(nèi)觀察使水準(zhǔn)管氣泡影像符合，再轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺旋，使望遠(yuǎn)鏡中的楔形絲夾住靠近的一條整分劃線。其讀數(shù)分為兩部分：厘米以上的數(shù)由望遠(yuǎn)鏡直接在尺上讀??；厘米以下的數(shù)從測(cè)微讀數(shù)顯微鏡中讀取，估讀至0.01mm。

四.電子水準(zhǔn)儀

　　電子水準(zhǔn)儀也稱數(shù)字水準(zhǔn)儀，測(cè)量時(shí)，水準(zhǔn)儀直接讀取特制水準(zhǔn)尺上代表數(shù)字的條形編碼，通過(guò)處理器進(jìn)行分析，并最終轉(zhuǎn)化為電子數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或存儲(chǔ)。

（1）電子數(shù)字水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)。

　　1.自動(dòng)讀數(shù)。只需照準(zhǔn)專用的條形碼標(biāo)尺，便可進(jìn)行自動(dòng)讀數(shù)和測(cè)量。

　　2.作業(yè)效率高。自動(dòng)讀數(shù)提高了測(cè)量速度和工作效率。

　　3.操作簡(jiǎn)便。較少的操作鍵結(jié)合自動(dòng)讀數(shù)功能大大地簡(jiǎn)化了測(cè)量過(guò)程。

　　4.無(wú)疲勞觀測(cè)及操作。只要照準(zhǔn)標(biāo)尺聚焦，按測(cè)量鍵即可完成標(biāo)尺讀數(shù)和視距測(cè)量。標(biāo)尺讀數(shù)并不完全依賴標(biāo)尺編碼清晰度，即使聚焦欠佳也不會(huì)影響標(biāo)尺讀數(shù)，但調(diào)焦清晰后可提高測(cè)量速度。

　　5.與計(jì)算機(jī)連接后，可對(duì)水準(zhǔn)儀自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

（2）電子水準(zhǔn)儀測(cè)量原理。

　　電子水準(zhǔn)儀使用的標(biāo)尺與傳統(tǒng)標(biāo)尺不同，它采用條形碼尺，條形碼印制在尺身上。觀測(cè)時(shí)，望遠(yuǎn)鏡接收到標(biāo)尺上的條形碼信息后，探測(cè)器將采集到的標(biāo)尺編碼光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并與儀器內(nèi)部存儲(chǔ)的標(biāo)尺編碼信號(hào)進(jìn)行比較，若兩者信號(hào)相同，則讀數(shù)可以確定。條形碼在探測(cè)器內(nèi)成像的“寬窄”不同，轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)也隨之不同，這就需要處理器按一定的步距改變電信號(hào)的“寬窄”，同時(shí)與儀器內(nèi)部存儲(chǔ)的信號(hào)進(jìn)行比較，直至相同為止，這項(xiàng)工作花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。為縮短比較時(shí)間，可調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的焦距，使標(biāo)尺成像清晰。傳感器通過(guò)采集調(diào)焦鏡的移動(dòng)量，對(duì)編碼電信號(hào)進(jìn)行縮放，使其接近儀器內(nèi)部存儲(chǔ)的信號(hào)，因此，可以在較短的時(shí)間內(nèi)確定讀數(shù)。