CN104034349A - 绝对水平基准精度测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绝对水平基准精度测试系统及测试方法，该绝对水平基准精度测试系统包括二维电子水平仪、平面反射镜、整平基座以及双轴自准直仪；二维电子水平仪、平面反射镜以及整平基座自上而下依次设置在一起；双轴自准直仪设置在平面反射镜的上方并与平面反射镜置于同一光路。本发明提供了一种高自动化、高效率以及高精度的绝对水平基准精度测试系统及测试方法。

Description

绝对水平基准精度测试系统及测试方法

技术领域

本发明属精密光学测试技术领域，涉及一种水平基准精度测试系统，尤其涉及一种绝对水平基准精度测试系统及测试方法。

背景技术

水平基准装置可提供绝对水平基准，目前广泛应用于实验室标定、精密计量、大地测量、靶场测量、土木建筑等多个领域，且准确的绝对水平基准也是标定计量、工程实施的前提保障。绝对水平基准精度是水平基准装置最为重要的技术指标，是衡量水平基准装置性能优劣的标准。

由于水银的天然特性，因此往往被选为制作水平基准装置最主要的原材料。这种水平基准装置结构简单、成本低廉、可靠性高，应用最为广泛。但通常水银纯度不高，含杂质较多，密度不均匀的现象会造成水银液面提供的绝对水平基准存在误差。因此有必要对绝对水平基准精度经常进行测试，且测试过程对测试设备、方法和人员的要求很高。

传统测试方法的具体步骤是：将待测水平基准装置安放在转台上，在其上方安置平面反射镜，固定平面反射镜使其镜面法线与水平成45°角，在平面反射镜另一侧架设自准直经纬仪。待水银液面稳定半小时后，通过平面反射镜的反射，使用自准直经纬仪对待测水平基准装置进行目瞄自准测量。缓慢转动转台180°，待水银液面再次稳定半小时后，由自准直经纬仪再进行目瞄自准测量。根据两次对径方向上的测量值，再通过计算得到绝对水平基准精度。

传统测试方法存在诸多弊端：第一，平面反射镜的架设繁琐，其镜面法线应与水平成45°角，该角度若有偏差，会影响最终的测试精度，偏差过大时，甚至观察不到自准直像，使测试无法进行；第二，缓慢转动转台180°，目的是为了使水银液面整体转动至对径方向，但实际上水银液面并不能完全转动180°，致使对径方向上的测量值不够准确；第三，测试人员通过自准直经纬仪目视瞄准会引入瞄准误差；第四，自准直光线需要经平面反射镜折转，反射次数过多，回光效果差；第五，在测试过程中，水银液面需要稳定两次，测试时间过长。

可见，使用传统方法测试水平基准装置的绝对水平基准精度，仪器设备架设繁琐，测试过程中引入的误差源较多，测试精度不高，且测试时间过长，效率低。

鉴于以上原因，极其需要一种绝对水平基准精度测试系统。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种高自动化、高效率以及高精度的绝对水平基准精度测试系统及测试方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种绝对水平基准精度测试系统，其特殊之处在于：所述绝对水平基准精度测试系统包括二维电子水平仪、平面反射镜、整平基座以及双轴自准直仪；所述二维电子水平仪、平面反射镜以及整平基座自上而下依次设置在一起；所述双轴自准直仪设置在平面反射镜的上方并与平面反射镜置于同一光路。

上述平面反射镜的面形精度RMS值不低于λ/20。

上述平面反射镜镀有高反射率膜。

上述平面反射镜是金属平面反射镜或玻璃平面反射镜。

上述整平基座是带有三个或四个脚螺旋调节机构的基座。

一种基于如上所述的绝对水平基准精度测试系统的测试方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：

1)安装二维电子水平仪、平面反射镜以及整平基座；

2)调节整平基座使平面反射镜的镜面绝对整平；

3)调节双轴自准直仪使其对平面反射镜完全自准；

4)由双轴自准直仪读取待测水平基准装置的正交两轴向的测试值X和Y，最终根据公式计算待测水平基准装置的绝对水平基准精度。

上述步骤1)的具体实现方式是：

1.1)选择平稳隔振的地方安置整平基座；

1.2)在整平基座上方安放平面反射镜，平面反射镜的镜面法线竖直向上；

1.3)将二维电子水平仪安放在平面反射镜上，使二维电子水平仪的花岗岩底座与平面反射镜的镜面相接触。

上述步骤2)的具体实现方式是：打开二维电子水平仪的电源，待示数稳定后，调节整平基座的脚螺旋，且同时观察二维电子水平仪的绝对倾斜量值变化，不断调节将平面反射镜的镜面绝对整平。

上述步骤3)的具体实现方式是：取走二维电子水平仪，在平面反射镜的镜面上方架设双轴自准直仪，双轴自准直仪的测量头竖直向下正对平面反射镜的镜面；保持整平基座和平面反射镜的位置稳定不变，调节双轴自准直仪使其对平面反射镜完全自准，并将示数清零。

上述步骤4)的具体实现方式是：

取走整平基座和平面反射镜，保持双轴自准直仪的位置稳定不变，将待测水平基准装置安放在双轴自准直仪的测量头下方的测试光路中；待待测水平基准装置的水银液面稳定半小时后，由双轴自准直仪读取正交两轴向的测试值X和Y，最终根据公式计算待测水平基准装置的绝对水平基准精度。

本发明的优点是：

1、高自动化。本发明采用了双轴自准直仪，内置CCD器件，完全取代人眼瞄准，实现了对自准直像的自动判读，并实时输出自准直偏角的测试值。使得绝对水平基准精度测试从根本上实现了高自动化。

2、高效率。本发明采用了另一种平面反射镜的架设方式，通过整平基座和二维电子水平仪实现对平面反射镜镜面的快速整平，相比传统架设方式更加快捷方便。同时，本发明还采用了双轴自准直仪，一旦双轴自准直仪对平面反射镜完全自准后，便可将待测水平基准装置放入测试光路中，由双轴自准直仪直接输出测试值，待测水平基准装置无需任何调整，水银液面只需稳定一次，取消了水银液面转动180°且需二次稳定的操作过程。使得绝对水平基准精度测试从根本上实现了高效率。

3、高精度。本发明采用了另一种平面反射镜的架设方式，通过整平基座和二维电子水平仪实现对平面反射镜镜面的精确整平，消除了由传统架设方式引入的平面反射镜角度偏差，且取消了平面反射镜对自准直光线的折转过程，改善了回光效果。同时，本发明还采用了双轴自准直仪，无需人眼瞄准，消除了瞄准误差，更无需进行对径测量，消除了由水银液面未完全转动180°而引入的自准直测量误差。使得绝对水平基准精度测试从根本上实现了高精度。

附图说明

图1是本发明所提供的绝对水平基准精度测试系统的测试示意图；

其中：

1-二维电子水平仪；2-平面反射镜；3-整平基座；4-双轴自准直仪；5-待测水平基准装置。

具体实施方式

本发明提供了一种绝对水平基准精度测试系统，该测试系统包括二维电子水平仪、平面反射镜、整平基座及双轴自准直仪；双轴自准直仪下方安置平面反射镜；平面反射镜下方安置整平基座，其镜面上方安置二维电子水平仪；二维电子水平仪取走后，调整双轴自准直仪对平面反射镜完全自准；取走平面反射镜和整平基座，在相同位置将待测水平基准装置安放在双轴自准直仪下方。

下面将结合附图对本发明进行详细阐述。

参见图1，本发明提供了一种绝对水平基准精度测试系统，该绝对水平基准精度测试系统用到的仪器设备包括二维电子水平仪1、平面反射镜2、整平基座3、双轴自准直仪4、待测水平基准装置5。该绝对水平基准精度测试系统中的平面反射镜安置在整平基座上，其镜面上方安置二维电子水平仪；平面反射镜镜面整平后，取走二维电子水平仪，将双轴自准直仪架设在平面反射镜上方；双轴自准直仪的测量头正对平面反射镜镜面；调整双轴自准直仪对平面反射镜完全自准；取走平面反射镜和整平基座，在相同位置将待测水平基准装置安放在双轴自准直仪测量头下方的测试光路中。

二维电子水平仪1具有显示屏，可测量水平基面的绝对倾斜量，并将两正交方向的倾斜量值同时给出，且以角度形式实时显示在显示屏上，两方向测量精度均为0.2″，底座为0级花岗岩底座，并使用干电池供电。

平面反射镜2口径不小于Φ200mm，主体材料为玻璃或金属，并镀有高反射率膜，反射率可达到99％，面形精度RMS值不低于λ/20。

整平基座3是带有三个或四个脚螺旋调节机构的基座，三个脚螺旋为120°均布，四个脚螺旋为90°均布，承重不低于30kg。

双轴自准直仪4采用CCD成像器件和可见激光光源，可自动采集自准直像，自动判读自准直偏角，同时给出正交两轴向的测试值，具有绝对测量和可清零的相对测量两种模式，两轴向测角精度均为0.1″。

待测水平基准装置5的绝对水平基准由水银液面提供。

按照图1安置测试设备，工作原理为：选择平稳隔振的地方安置整平基座3，在整平基座3上方安放平面反射镜2，平面反射镜2的镜面法线竖直向上；将二维电子水平仪1安放在平面反射镜2上，使二维电子水平仪1的花岗岩底座与平面反射镜2的镜面相接触；打开二维电子水平仪1的电源，待示数稳定后，调节整平基座3的脚螺旋，且同时观察二维电子水平仪1的绝对倾斜量值变化，不断调节将平面反射镜2的镜面绝对整平；取走二维电子水平仪1，在平面反射镜2的镜面上方架设双轴自准直仪4，双轴自准直仪4的测量头竖直向下正对平面反射镜2的镜面；保持整平基座3和平面反射镜2的位置稳定不变，调节双轴自准直仪4使其对平面反射镜2完全自准，并将示数清零；取走整平基座3和平面反射镜2，保持双轴自准直仪4的位置稳定不变，将待测水平基准装置5安放在双轴自准直仪4的测量头下方的测试光路中；待待测水平基准装置5的水银液面稳定半小时后，由双轴自准直仪4读取正交两轴向的测试值X和Y，最终根据公式计算待测水平基准装置5的绝对水平基准精度。

Claims (10)

1.一种绝对水平基准精度测试系统，其特征在于：所述绝对水平基准精度测试系统包括二维电子水平仪、平面反射镜、整平基座以及双轴自准直仪；所述二维电子水平仪、平面反射镜以及整平基座自上而下依次设置在一起；所述双轴自准直仪设置在平面反射镜的上方并与平面反射镜置于同一光路。

2.根据权利要求1所述的绝对水平基准精度测试系统，其特征在于：所述平面反射镜的面形精度RMS值不低于λ/20。

3.根据权利要求2所述的绝对水平基准精度测试系统，其特征在于：所述平面反射镜镀有高反射率膜。

4.根据权利要求3所述的绝对水平基准精度测试系统，其特征在于：所述平面反射镜是金属平面反射镜或玻璃平面反射镜。

5.根据权利要求4所述的绝对水平基准精度测试系统，其特征在于：所述整平基座是带有三个或四个脚螺旋调节机构的基座。

6.一种基于如权利要求5所述的绝对水平基准精度测试系统的测试方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)安装二维电子水平仪、平面反射镜以及整平基座；

2)调节整平基座使平面反射镜的镜面绝对整平；

3)调节双轴自准直仪使其对平面反射镜完全自准；

4)由双轴自准直仪读取待测水平基准装置的正交两轴向的测试值X和Y，最终根据公式计算待测水平基准装置的绝对水平基准精度。

7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于：所述步骤1)的具体实现方式是：

1.1)选择平稳隔振的地方安置整平基座；

1.2)在整平基座上方安放平面反射镜，平面反射镜的镜面法线竖直向上；

1.3)将二维电子水平仪安放在平面反射镜上，使二维电子水平仪的花岗岩底座与平面反射镜的镜面相接触。

8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于：所述步骤2)的具体实现方式是：打开二维电子水平仪的电源，待示数稳定后，调节整平基座的脚螺旋，且同时观察二维电子水平仪的绝对倾斜量值变化，不断调节将平面反射镜的镜面绝对整平。

9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于：所述步骤3)的具体实现方式是：取走二维电子水平仪，在平面反射镜的镜面上方架设双轴自准直仪，双轴自准直仪的测量头竖直向下正对平面反射镜的镜面；保持整平基座和平面反射镜的位置稳定不变，调节双轴自准直仪使其对平面反射镜完全自准，并将示数清零。

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于：所述步骤4)的具体实现方式是：

取走整平基座和平面反射镜，保持双轴自准直仪的位置稳定不变，将待测水平基准装置安放在双轴自准直仪的测量头下方的测试光路中；待待测水平基准装置的水银液面稳定半小时后，由双轴自准直仪读取正交两轴向的测试值X和Y，最终根据公式计算待测水平基准装置的绝对水平基准精度。