数字水准仪是由光学机械部分和电子设备组成,其误差除由以上两项单独所产生的而外,还包括二者组合产生的误差。其中光学机械部分产生的误差已被大家所熟知。主要包括a、圆水准器误差;b、调焦透镜运行误差;c、竖轴倾斜引起的视准轴误差;d、自动补偿器的补偿误差。以下主要讨论电子设备和二者组合所产生的误差 。

1线阵探测器(CCD)的物理特性引起的误差

1.1光线的强弱引起条码标尺影像对比度的误差影响

数字水准仪是根据条码影像在探测器上的位置和比例进行测量的,CCD的物理特性决定其在光线过强或过弱、条码标尺表面光照不均匀、观测瞬间强光闪烁、外界热闪烁等情况下,都会大大降低标尺成像的对比度,也会造成局部失真,这将造成测量误差,甚至无法读数。

1.2人工光线的影响

徕卡NA系列数字水准仪的探测器是利用红外光部分(CCD阵列对红外光最敏感)接收和检测条码影像的。因此,在人工光线下进行测量时,如红外光成份较弱时,会造成测量误差,甚至无法读数。而在这方面,蔡司DINI系列数字水准仪是采用可见光接收和检测条码影像,所以不受此影响。

2信号分析和处理的误差

2.1信号分析方法的误差

徕卡NA系列数字水准仪采用相关法进行测量,根据经验,仪器内存储的参考信号(伪随机码)与测量信号(伪随机码)的相关(对齐)精度约为码元宽度(或码的波长)的1%。条码标尺的码元宽度为2.025mm,因此相关精度约为0.02mm。

2.2最大相关系数计算的误差

数字水准仪相关时,在精度相关搜索区域内,测量信号与参考信号带全八位数被相关,因为两信号的振幅不同,最大相关系数是在高度和距离坐标系内逐点计算:最大相关位置的精度取决于格网的尺寸,相关的内插计算,忽略丢失条码造成的影响。

2.3测量信号处理(图像处理)的误差

数字水准仪的测量信号处理是获得高精度水准测量的关键环节,条码影像在CCD阵列上的成象的质量以及处理技术的优劣,在很大程度上决定着测量的精度。引起图像误差的主要误差影响包括:(1)因CCD阵列的物理特性引起的误差;(2)标尺被遮挡引起条码信息丢失的误差;(3)调焦的准确引起的图像的分辨力误差;(4)标尺倾斜引起的图像变形误差;(5)外界条件变化引起的影像误差;(6)测量信号形成时电子设备的误差等。

获得稳定、清晰、对比适中、完整的条码影像是测量信号生成和处理的前提,是测量的关键。一般来说,图像的处理是由水准仪内置的软件完成的。其误差依赖于软件的算法和技术的先进性。

3电视准轴(i角)的误差

电视准轴(i角)的误差对水准测量的影响理论上与光学水准仪i角误差相同,但电视准轴(i角)在数字水准仪中又缺少象光学视准轴(i角)那样的绝对标定水平视线的性质。然而电视准轴(i角)对水准测量的精度的影响是肯定的,而且它随外界条件的变化而变化。尽管可以用前后视距等长加以减弱,数字水准仪也可由机内设置的程序自动改正,然而外条件随时在变化,随时测定i角而加以改正不仅影响作业效率,而且改正数也不是可以线性模拟的。

4外界条件变化引起的误差

数字水准仪与条码标尺组成的测量系统是处在时刻变化的外界条件下工作的。外界条件的变化将引起仪器各部件产生误差。这种影响常常表现为各部件及其组合的综合影响,外界因素影响产生的误差主要有:(1)视准轴(i角)变化的影响;(2)大气垂直折光的影响;(3)仪器和标尺垂直位移的影响;(4)地面震动的影响;(5)地面电磁场的影响等。

5数字水准仪所克服的常规水准仪的误差

(1)没有读数错误,没有人为读数误差;(2)多条码(可认为是多分划)测量,削弱标尺分划误差;(3)自动多次测量,削弱外界条件变化的影响;(4)实现内外业一体化,实现自动记录、检核、处理和存储。

以上仅能从概念上对数字水准仪误差加以论述,由于数字水准仪的许多技术是保密的,尚难给予量的估算,只能通过大量的实验数据加以分析。