水準(zhǔn)儀是建立水平視線測(cè)定地面兩點(diǎn)間高差的儀器。原理為根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量原理測(cè)量地面點(diǎn)間高差。主要部件有望遠(yuǎn)鏡、管水準(zhǔn)器（或補(bǔ)償器）、垂直軸、基座、腳螺旋。按結(jié)構(gòu)分為微傾水準(zhǔn)儀、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀、激光水準(zhǔn)儀和數(shù)字水準(zhǔn)儀（又稱電子水準(zhǔn)儀）。按精度分為精密水準(zhǔn)儀和普通水準(zhǔn)儀。

水準(zhǔn)儀是在17~18世紀(jì)發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡和水準(zhǔn)器后出現(xiàn)的。20世紀(jì)初，在制出內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡和符合水準(zhǔn)器的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出微傾水準(zhǔn)儀。50年代初出現(xiàn)了自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，60年代研制出激光水準(zhǔn)儀。90年代研制出了數(shù)字水準(zhǔn)儀。歷史上，還有老式的活鏡水準(zhǔn)儀等。

儀器原理/水準(zhǔn)儀

微傾水準(zhǔn)儀

借助于微傾螺旋獲得水平視線的一種常用水準(zhǔn)儀。作業(yè)時(shí)先用圓水準(zhǔn)器將儀器粗略整平，每次讀數(shù)前再借助微傾螺旋，使符合水準(zhǔn)器在豎直面內(nèi)俯仰，直到符合水準(zhǔn)氣泡精確居中，使視線水平。

微傾的精密水準(zhǔn)儀同普通水準(zhǔn)儀比較，前者管水準(zhǔn)器的分劃值小、靈敏度高，望遠(yuǎn)鏡的放大倍率大，明亮度強(qiáng)，儀器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，特別是望遠(yuǎn)鏡與管水準(zhǔn)器之間的聯(lián)接牢固,裝有光學(xué)測(cè)微器，并配有精密水準(zhǔn)標(biāo)尺，以提高讀數(shù)精度。

中國生產(chǎn)的微傾式精密水準(zhǔn)儀，其望遠(yuǎn)鏡放大倍率為40倍,管水準(zhǔn)器分劃值為10″/2毫米，光學(xué)測(cè)微器最小讀數(shù)為0.05毫米，望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)部分、管水準(zhǔn)器和光學(xué)測(cè)微器都共同安裝在防熱罩內(nèi)。

自動(dòng)安平

借助于自動(dòng)安平補(bǔ)償器獲得水平視線的一種水準(zhǔn)儀。它的特點(diǎn)主要是當(dāng)望遠(yuǎn)鏡視線有微量?jī)A斜時(shí)，補(bǔ)償器在重力作用下對(duì)望遠(yuǎn)鏡作相對(duì)移動(dòng),從而能自動(dòng)而迅速地獲得視線水平時(shí)的標(biāo)尺讀數(shù)。

補(bǔ)償?shù)幕驹硎牵寒?dāng)望遠(yuǎn)鏡視線水平時(shí)，與物鏡主點(diǎn)同高的水準(zhǔn)標(biāo)尺上物點(diǎn)P構(gòu)成的像點(diǎn)Z應(yīng)落在十字絲交點(diǎn)Z上。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)水平線傾斜一小角α后，十字絲交點(diǎn)Z向上移動(dòng)，但像點(diǎn)Z仍在原處，這樣即產(chǎn)生一讀數(shù)差ZZ。當(dāng)很小時(shí)可以認(rèn)為ZZ 的間距為α×f′（f′為物鏡焦距），這時(shí)可在光路中K點(diǎn)裝一補(bǔ)償器，使光線產(chǎn)生屈折角β，在滿足α×f′=β×S（S為補(bǔ)償器至十字絲中心的距離，即KZ）的條件下，像Z就落在Z點(diǎn)上；或使十字絲自動(dòng)對(duì)儀器作反方向擺動(dòng)，十字絲交點(diǎn)Z落在Z點(diǎn)上。

如光路中不采用光線屈折而采用平移時(shí)，只要平移量等于Z0Z，則十字絲交點(diǎn)Z落在像點(diǎn)Z上，也同樣能達(dá)到Z和Z重合的目的。自動(dòng)安平補(bǔ)償器按結(jié)構(gòu)可分為活動(dòng)物鏡、活動(dòng)十字絲和懸掛棱鏡等多種。補(bǔ)償裝置都有一個(gè)“擺”，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡視線略有傾斜時(shí)，補(bǔ)償元件將產(chǎn)生擺動(dòng)，為使“擺”的擺動(dòng)能盡快地得到穩(wěn)定，必須裝一空氣阻尼器或磁力阻尼器。這種儀器較微傾水準(zhǔn)儀工效高、精度穩(wěn)定，尤其在多風(fēng)和氣溫變化大的地區(qū)作業(yè)更為顯著。

自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的使用

自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的使用方法較微傾式水準(zhǔn)儀簡(jiǎn)便。安置儀器后，只需用腳螺旋使圓水準(zhǔn)氣泡居中，完成儀器的錯(cuò)略整平，即可用望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺直接讀數(shù)。由于補(bǔ)償器有一定的補(bǔ)償范圍，所以使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀時(shí)，要防止補(bǔ)償器貼靠周圍的部件，保證其處于自由懸掛狀態(tài)。有的儀器在目鏡旁有一按鈕，它可以直接觸動(dòng)補(bǔ)償器。讀數(shù)前可輕按此按鈕，以檢查補(bǔ)償器是否處于正常工作狀態(tài)，也可以消除補(bǔ)償器輕微的貼靠現(xiàn)象。如果每次觸動(dòng)按鈕后，水準(zhǔn)尺讀數(shù)變動(dòng)后又能恢復(fù)原有讀數(shù)，則表示工作正常。如果儀器上沒有這種檢查按鈕，則可用腳螺旋使儀器數(shù)軸在視線方向稍作傾斜，若讀數(shù)不變則表示補(bǔ)償器工作正常。由于要確保補(bǔ)償器處于工作范圍內(nèi)，使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀時(shí)應(yīng)特別注意圓水準(zhǔn)器的氣泡居中。

激光水準(zhǔn)儀

利用激光束代替人工讀數(shù)的一種水準(zhǔn)儀。將激光器發(fā)出的激光束導(dǎo)入望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)，使其沿視準(zhǔn)軸方向射出水平激光束。

利用激光的單色性和相干性，可在望遠(yuǎn)鏡物鏡前裝配一塊具有一定遮光圖案的玻璃片或金屬片，即波帶板，使之所生衍射干涉。經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦，在波帶板的調(diào)焦范圍內(nèi)，獲得一明亮而精細(xì)的十字型或圓形的激光光斑，從而更精確地照準(zhǔn)目標(biāo)。如在前、后水準(zhǔn)標(biāo)尺上配備能自動(dòng)跟蹤的光電接收靶，即可進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。在施工測(cè)量和大型構(gòu)件裝配中，常用激光水準(zhǔn)儀建立水平面或水平線。

電子水準(zhǔn)儀

電子水準(zhǔn)儀又稱數(shù)字水準(zhǔn)儀，它是在自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它采用條碼標(biāo)尺，各廠家標(biāo)尺編碼的條碼圖案不相同，不能互換使用。2013年前照準(zhǔn)標(biāo)尺和調(diào)焦仍需目視進(jìn)行。人工完成照準(zhǔn)和調(diào)焦之后，標(biāo)尺條碼一方面被成象在望遠(yuǎn)鏡分化板上，供目視觀測(cè)，另一方面通過望遠(yuǎn)鏡的分光鏡，標(biāo)尺條碼又被成象在光電傳感器（又稱探測(cè)器）上，即線陣CCD器件上，供電子讀數(shù)。

因此，如果使用傳統(tǒng)水準(zhǔn)標(biāo)尺，電子水準(zhǔn)儀又可以象普通自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀一樣使用。不過這時(shí)的測(cè)量精度低于電子測(cè)量的精度。特別是精密電子水準(zhǔn)儀，由于沒有光學(xué)測(cè)微器，當(dāng)成普通自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀使用時(shí)，其精度更低。