JJF 1081-2002 垂准仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范

JJF1081-2002

垂准仪校准规范

CalibrationSpecificationforPlumbInstruments

2002一04一02发布2002一07一01实施

国家质量监督检验检疫总局发布

JJF1081-2002

、

;

垂准仪校准规范

石?夕

b全

CalibrationSpecificationfor。

{JJF1081-2002。.

-

。

护.

PlumbInstruments

本规范经国家质量监督检验检疫总局于2002年04月02日批准，并自

2002年07月01日起施行。

归口单位:全国几何量角度计量技术委员会

起草单位:河南省计量测试研究所

河南省测绘产品质量监督检验站

北京测绘长度检定中心

苏州一光仪器有限公司

本规范由归口单位负责解释

JJF1081-2002

本规范主要起草人:

张卫东(河南省计量测试研究所)

王冬梅(河南省测绘产品质量监督检验站)

李荃(北京测绘长度检定中心)

参加起草人:

付晓平(苏州一光仪器有限公司)

JJF1081-2002

目录

1范围········································。·················································……(1)

2引用文献····················································································……(1)

3概述··························································································……(1)

4计量特性····················································································……(1)

5校准条件····················································································……(2)

5.1环境条件·················································································……(2)

5.2校准用标准器及其他设备····························································……(3)

6校准项目和校准方法·····································································……(3)

6.1望远镜分辨力·····················。··························。··························……(3)

6.2管状水准器轴与竖轴的垂直度··············································，·······……(4)

6.3照准部旋转的正确性···。······························································……(4)

6.4望远镜调焦运行误差··································································……(4)

6.5自动安平补偿器补偿误差·。··························································……(5)

6.6自动安平补偿器自动安置误差······················································……(6)

6.7竖轴与望远镜视准轴(或激光光轴)的同轴度·············。·····················一(7)

6.8激光光轴与望远镜视准轴的同轴度··················································一(8)

6.9一测回垂准测量标准偏差····························································……(8)

6.10光学(激光)对点器的光轴相对于竖轴的同轴度···························……(10)

7校准结果表达。·············。················································。·······。······……(10)

8复校时间间隔·································。············································……(10)

附录A校准用计算表格····························································，·····……(11)

附录B校准证书封面格式·······························································……(16)

附录C校准证书内容·····································。·······························……(17)

附录D校准结果格式·····························································。·······……(18)

JJF1091-2002

垂准仪校准规范

范围

本规范适用于垂准仪的校准。

2引用文献

本规范引用下列文献:

JB/T9319-1999垂准仪

JJF1059-1999测量不确定度评定与表示

JJF1001-1998通用计量术语及定义

使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。

3概述

垂准仪是以重力线为基准，给出铅垂直线的光学仪器。它用于建筑施工和设备安装

中相对铅垂线的微小水平偏差的测量和铅垂线的点位传递，按其工作原理可分为水准泡

型和自动补偿器型(包括吊挂悬摆式和自动补偿器式);按其性能可分为精密型、普通

型和简易型三种。常见的结构形式见图to

光学垂准仪带激光器的光学垂准仪激光垂准仪激光自动垂准仪

4计f特性

计量特性见表10

JJF1081-2002

类型

校准项目

精密型普通型简易型

一测回垂准测量标准偏差、簇1/1000001/100000<s<1/400001/40000<s-<1/5000

在望远镜十字丝中心附近，、1D200k

望远镜分辨力

k一系数，选用1.5

D一望远镜物镜有效孔径，mm

管状水准器轴与竖轴的垂

水准器标称角值的1/4

直度

照准部旋转的正确性管状水准器标称角值的1/2

望远镜调焦运行误差6'100

竖轴与望远镜视准轴(或

2"5`100

激光光轴)的同轴度

激光光轴与望远镜视准轴

5'

的同轴度

光学(激光)对点器的光

1mm

轴相对于竖轴的同轴度

自动补

S0.5"/1'

自补偿在偿器式

动+8"

误差吊挂悬

安至G3"/1"

摆式

平一8"

自动补

补自动工作<O.5"

偿器式

偿安置范围

器误差内吊挂悬<1

摆式

5校准条件

5.1环境条件

校准时的温度为常温。

2

.iJF1081-2002

5.2校准用标准器及其他设备

校准用标准器及其他设备详见表20

表2

校准用计量器具技术要求

平行光管带2#分辨力板，焦距f'->500mm

平行光管带分度值镇200的分划板，焦距厂)500mm

测微平行光管最小分度值为1"

直角坐标板

钢卷尺最大允许误差为10,3mm,测量范围为0-50m

管内应安置包括1.5m近点和无穷远目标的5块分划板，且所有目标刻

准线仪(或准线光管)

划中心均处于同一水平线上，其视准线直线度不大于20

钢直尺分度值为0.5mm

其他设备技术要求

两维微倾台格值为1',测量范围大于+8'一一8'

五角棱镜通光口径大于被校仪器通光口径且有独立支撑机构

6校准项目和校准方法

6.1望远镜分辨力

被校仪器安置在工作台上，通过具有独立支撑机构的五角棱镜对准装有相应分辨力

板的平行光管(图2或图3所示)，将望远镜调焦使分辨力板像清晰地成像在十字丝分

划板中心，仔细观察找出能分辨出分辨力板上的最小条纹宽度。

望远镜分辨力a按式(1)计算:

2d

(1)

“=fp

式中:d—能清晰分辨的最小条纹宽度，mm

J一一平行光管焦距，mm;

p—系数，p=206265.

JJF1081-2002

带分辨力板的平行光管

五角棱镜

仁立一叶/‘

被校垂准仪

工作台

带分辨力板的平行光管被校垂准仪工作台

\五角棱镜

()一、一n一i-

6.2管状水准器轴与竖轴的垂直度

先将垂准仪精确整平，并以气泡两端读数和表示气泡位置的方式读取气泡零起位

置;然后旋转照准部，每隔45’观测一次气泡位置，共转2周。8个气泡位置读数的平

均值与其零起位置的读数之差为校准结果。

6.3照准部旋转的正确性

将垂准仪精确整平，顺时针方向转动照准部，按气泡两端读数和表示气泡位置的方

式，每隔45。读取水准气泡位置一次，共进行两周。

然后仪器照准部逆时针方向旋转，按同样的方法测量两周。

计算每周中对径位置读数的平均值，四周中所有对径位置读数平均值的最大值与最

小值之差为校准结果。

6.4望远镜调焦运行误差

将五角棱镜、准线仪和被检仪器按图2或图3所示布置。整平仪器后，用仪器望远

4

JJF1081-2002

镜调焦对准准线仪无穷远和1.5m近点的准线标志，调整仪器或准线仪使两目标中心重

名、

不翔o

然后将望远镜十字中心与准线仪1.5m近点目标中心瞄准，由近点到无穷远点逐个

测得各目标中心与仪器望远镜十字中心的水平、垂直偏差角值。再由无穷远点到近点为

返测，取各点往返测水平、垂直读数的平均值分别为A;,B。

视轴各点相对准线的位置偏差按式(2)求得:

w一,/A子+B子(2)

式中:A—仪器望远镜十字中心与第i目标中心的往返测水平偏差平均值，(”);

B—仪器望远镜十字中心与第i目标中心的往返测垂直偏差平均值，(”)。

视轴各点的位置变动差按式(3)计算:

W=w。一w:(3)

式中:w—视轴第i点的位置变动差，(”);

—视轴oc点相对准线的位置偏差，(”);

—视轴第i点相对准线的位置偏差，(”)。

取W绝对值最大值为校准结果(计算详见附录A表A.1).

6.5自动安平补偿器补偿误差

光学自动垂准仪按室内方法校准，激光自动垂准仪按室外方法校准。

6.5.1室内方法

将调整水平的测微平行光管、微倾工作台、五角棱镜按图2或图3所示布置，调整

微倾工作台使其纵向倾斜方向与测微平行光管竖丝大致在同一平面内。然后在微倾工作

台纵向微倾指示为0时‘，将仪器精确整平于微倾工作台上，并调整五角棱镜和转动仪

器照准部使测微平行光管分划板中心与望远镜分划板中心重合。从测微平行光管上读取

0’位置的测量值。

转动微倾工作台微倾螺旋按2’间隔从十8’到一8'，再从一8’到+8’作纵向转动，工

作台每倾斜一个角值时按上述读数方法读取该倾斜位置的测量值。按式(4)得仪器纵

向补偿误差8,o

Y一Yo

(4)

式中:S—自动安平补偿器补偿误差，()“/1,;

Y—竖轴纵向或横向倾斜时的测量值，(”);

Yo—竖轴铅垂时的测量值，(”);

9—竖轴倾斜的角度，(’)。

调整微倾工作台使纵向微倾指示为『后，按上述方法操作使微倾工作台作横向转

动并得仪器横向补偿误差82。取各纵向补偿误差S,和横向补偿误差8:的最大绝对值

5

JJF1081-2002

为校准结果(计算详见附录A表A.2)

6.5.2室外方法

先将微倾工作台安置于三脚架上，直角坐标板、五角棱镜和被校仪器按图4所示布

置，其中用钢卷尺标定直角坐标板与微倾工作台中心的距离，约为100m。然后以

6.5.1方法调整微倾工作台使其纵向倾斜方向与直角坐标板的垂直坐标方向大致平行。

直角坐标板五角棱镜

犷-被校垂准仪

三脚架

精确整平仪器后，从直角坐标板上读取激光光斑在0’位置的测量值，并在直角坐

标板上加以标定。

按6.5.1方法改变微倾工作台倾斜角度，并从直角坐标板上分别读取被校仪器在不

同倾斜方向上倾斜不同角度时，激光光斑中心相对0’位置的位置变化距离△Y;。按式

(5)分别计算各纵向补偿误差S,和横向补偿误差82，取其最大绝对值为校准结果(计

算详见附录A表A.3).

Ay

(5)

“一IaP

式中:S—自动安平补偿器补偿误差，(”)/1'.1

Ay-竖轴纵向或横向倾斜时，激光光斑相对0’位置的位置变化距离，mm;

l—直角坐标板相对于仪器中心的距离值，mm;

P—常数，206265;

Q—竖轴倾斜的角度，(’)。

6.6自动安平补偿器自动安置误差

光学垂准仪按室内方法校准，激光垂准仪按室外方法校准。

6.6.1室内方法

JJF1081-2002

按6.5.1方法操作后，利用微倾工作台按前倾、后倾、左倾、右倾4个方向变动仪

器。先用微倾工作台测微螺旋使仪器倾斜12'，紧接着旋进使气泡重新吻合，按6.5.1

方法从测微平行光管上读数。如此在每个方向上重复4次，取4次观测值的平均值，按

式(6)计算自动安置误差标准偏差。

一nn-vz1(6)

式中:、—自动安置误差标准偏差，(”);

n—安平次数，n=4;

v;—各观测值的残差，(”)。

6.6.2室外方法

按6.5.2方法操作后，利用微倾工作台按前倾、后倾、左倾、右倾4个方向变动仪

器。先用微倾工作台测微螺旋使仪器倾斜12'，紧接着旋进使气泡重新吻合，按6.5.2

方法从直角坐标板上读数。如此在每个方向上重复4次，取4次观测值的平均值，按式

(7)计算自动安置误差标准偏差。

(7)

式中::—自动安置误差标准偏差，(”);

n—安平次数，二=4;

v;—各观测值的残差，mm;

l—直角坐标板相对于仪器中心的距离值，mm;

P—常数，2062650

6.7竖轴与望远镜视准轴(或激光光轴)的同轴度

光学垂准仪按室内方法校准，激光垂准仪按室外方法校准。

6.7.1室内方法

将五角棱镜、带分划板的平行光管和被检仪器按图2或图3所示布置。

精确整平仪器后，用仪器望远镜调焦对准测微平行光管，调整仪器与五角棱镜使垂

准仪十字丝中心与测微平行光管的分划板中心重合。转动仪器，读取仪器十字丝中心偏

离测微平行光管的分划板中心的最大角值，其绝对值的1/2为校准结果。

6.7.2室外方法

先将五角棱镜、直角坐标板和被检仪器按图4所示布置，用钢卷尺标定直角坐标板

与仪器中心的距离应不小于100m。然后精确整平仪器，调整五角棱镜使激光光斑中心

与直角坐标板的坐标中心重合。转动仪器，读取激光光斑中心偏离直角坐标板坐标中心

的最大距离。设该距离的1/2为h，则竖轴与望远镜视准轴(或激光光轴)的同轴度按

JJF1081-2002

式(8)计算。

h

a=arctan了(8)

式中:6—激光发射轴与望远镜视准轴的同轴度，(”);

l—坐标板相对于仪器中心的距离值，mm;

h—激光光斑中心偏离直角坐标板坐标中心最大距离的1/2,mm,

6.8激光光轴与望远镜视准轴的同轴度

6.8.1将直角坐标板垂直置于距仪器中心不小于40m(距离测量不确定度U95不大于

20mm)的地方。然后精确整平仪器，在仪器物镜上方放置一五角棱镜使激光束的出射

方向转换为水平方向(如图4所示)。

6.8.2在用望远镜分划板十字线中心对准坐标板坐标中心后，反射激光束，用钢直尺

在直角坐标板面直接量取激光光斑中心偏离坐标板十字中心的距离h。激光发射轴与望

远镜视准轴的同轴度按式(8)计算。

69一测回垂准测量标准偏差

光学垂准仪或带激光器的光学垂准仪的一测回垂准测量标准偏差按室内方法校准，

激光垂准仪的一测回垂准测量标准偏差按室外方法校准。

6.9.1室内方法

将垂准仪安置于工作台上，按图2或图3所示布置带分划板的平行光管和五角棱

镜。精确调平仪器后，转动仪器照准部使其望远镜分划板的一根分划丝转至与平行光管

的分划板的一根分划丝平行，并将此处作为00位置，读取读数alij，将竖轴转动1800,

读取数值。2ii，按式(9)求取望远镜对径位置的测量值，完成一个测回。如此反复10

个测回为一个独立的测量列。

Xij一l“ij+2a2ij(9)

式中:alij;a2ij—第7测量列第i测回望远镜对径位置的读数值，格;

Xij—第i测量列第i测回望远镜对径位置的测量值，(“);

r—平行光管测微分划板的分度值，(”)/格。

将仪器在原位按大致45。间隔整体转动，分别重复上述操作，再进行3个独立测量

列的测试。则按式(10)可求得第，测量列的测量平均值为

乙·戈

戈浏(10)

式中:n第1测量列的测回数，n=10

Xj第，测量列的测量平均值，(‘

8

JJF1081-2002

按式(11)求得测量列的测量值残差为

vii二Xii一Xi(11)

式中:vii—第7测量列第i测回的残差，(”);

Xi;—第1测量列第i测回望远镜对径位置的测量值，(”);

Xi—第，测量列的测量平均值，(”)。

按式(12),(13)分别计算点位标准偏差:点和一测回垂准测量标准偏差、垂(详见

附录A表A.4)o

(12)

(13)

式中:vii—第7测量列第i测回的残差，(”);

m-测量列次数，m二4;

n-测回次数，n=10;

:点—点位标准偏差，’’();

:垂—一测回垂准测量标准偏差。

6.9.2室外方法

先按6.8.1方法操作，打出铅垂激光束，并调整仪器使激光光斑投射在直角坐标板

面上，直至直角坐标板的坐标中心与激光光斑中心重合。然后在直角坐标板上确定激光

光斑中心位置，读出仪器00位置测量值。原位转动仪器(或仪器照准部)1800，再读出

仪器180。位置测量值。由此按式(9)可得一组对径位置的测量平均值。重复上述操作

10次((n=10)，完成一个独立的测量列，得Xii，按式(10)计算对径中心的测量平

均值X1o

相对0’位置转动仪器(或仪器照准部)，再在45’和225`,90。和2700,135’和3150

的三组对径位置重复上述操作，共完成4个独立的测量列(m=4)，分别得Xi;，以及

各对径中心的测量平均值戈，按式(11),(12)和(14)计算一测回垂准测量标准偏

差s垂(详见附录A表A.5、表A.6)o

垂‘=s点/2(14)

式中:l—垂准仪中心到直角坐标板的距离，mm;

:点—点位标准偏差，mm;

睡—一侧回垂准测量标准偏差。

6.9.3对于天顶天底仪应按6.9.1或6.9.2方法分别检测向上和向下一测回垂准测量

标准偏差，取向上和向下一测回垂准测量标准偏差中的最大值为校准结果。

也允许用测量不确定度U99不大于仪器一测回垂准测量标准偏差要求113的其他方

9

JJF1081-2002

法校准。

6.10光学(激光)对点器的光轴相对于竖轴的同轴度

固定仪器，转动仪器照准部，用光学(激光)对点器分别观测距仪器高度0.6m和

1.5m处分划板上任意对径位置的最大变化量，两高度处任意对径位置的最大变化量绝

对值为校准结果。

7校准结果表达

校准后的垂准仪，应填发校准证书或报告。

8复校时间间隔

垂准仪的复校时间间隔根据实际使用情况而定，建议为1年。

.TJF1081-2002

附录A

校准用计算表格

表A.1调焦运行误差的测定计算表(，，)

距离1.5m2m4m9m50m(泊

方向横纵横纵横纵横纵横纵横纵

往测0.00.02.02.02.04.00.04.00.04.00.00.0

返测0.00.00.00.00.02.00.06.02.02.00.00.0

平均值0.00.01.01.01.03.00.05.01.03.00.00.0

z之f0.01.43.25.03.20.0

W‘0.0一1.4一3.2一5.0一3.20.0

调焦运行误差:5.0

表A.2自动安平补偿器补偿误差室内方法计算衰

各测量位各测量位

方Y一Yo}r，，。方Y一YoIr-,，:

倾角P/c)置的测值—Ill1,11倾角P/(')置的测值—11、}/II

向卢)-向31)一

Yi(")Y/(">

+84.00.5一+82.00.2

+6纵2.00.31·6_横2.00.3

+42.00.5一+40.00.0

+20.00.0一20.00.0

00.00.000.00.0

一20.0。。一一20.00.0

一4一2.00.5一一40.00.0

向向

一6一2.00.3一6一2.00.3

一8一4.00.5一一8一2.00.2

补偿器补偿误差:0.5`/1"

11

JJF1081-2002

表A.3自动安平补偿器补偿误差室外方法计算表

(1=96.00m)

方不同倾斜位置'Ay/「‘·、/1'1

倾角R/(’)向的测量值/mm么Y/mm1/i/“

+87.60.70.2

+66.90.00.0

+46.90.00.0

+2纵6.90.00.0

06.90.00.0

一26.90.00.0

一4向6.90.00.0

一66.80.10.0

一87.60.7一0.2

+87.60.70.2

+66.90.00.0

+4横6.90.00.0

+26.90.00.0

06.90.00.0

一26.90.00.0

一4向6.90.00.0

一67.60.7一0.2

一87.60.7一0.2

补偿器补偿误差:0.2"/1'

12

JJF1081-2002

裹A4一测回垂准测且标准偏差室内校准方法计算表

(r=200/格)

垂准仪读数

测回号n。I=(X;;一X,)/(”)

a,，路a2(l格X;,/(’)

110.210.02022.2

210.010.02000.2

310.09.9199一0.8

49.810.1199一0.8

59.99.9198一1.8

69.910.0199一0.8

79.910.12000.2

810.010.02000.2

910.110.02011.2

109.910.12000.2

X，一199.8"名V21=11.6

观测列号m1234

m·;11.612.210.512.4

:点=了藕=丫宾黔·1.1"s.1=tans一·

13

JJF1081-2002

表A.5一测回垂准测f标准偏差室外校准方法数据记录表

(Z=40m)

表A.6一测回垂准测，标准偏差室外校准方法数据计算表

00与180.对450与2250900与270。对135.与3150

测回号n径位置读数对径位置读数径位置读数对径位置读数

X;,/mmX,2/mmX,3/MMXi4/mm

110.212.210.310.0

210.011.011.610.2

310.69.99.911.0

411.310.010.010.0

510.39.911.812.2

69.912.010.712.5

710.211.210.413.2

810.512.012.311.4

14

JJF1081-2002

表A.6(续)

0.与180.对45.与225090.与270一对135.与3150

测回号n径位置读数对径位置读数径位置读数对径位t读数

X/mmX;2/mmX;3/mmX;4/mm

910.112.811.010.2

10