水準儀是進行高程測量的儀器。根據(jù)國標《水準儀》（GB/T 10156 2009）規(guī)定．我國水準儀按精度分為3級，有高精密水準儀、精密水準儀、普通水準儀。國產(chǎn)的水準儀系列有DSZ05、DS1、DS3、DS10等型號，其中“D”、“S”和“Z”分別為“大地測量”、“水準儀”和“自動安平”的漢語拼音第一個字母，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，通常在書寫時省略字母“D”，直接寫為S05、S1、S3等。

一.普通水準儀

　　普通水準儀包括DS3中等精度以下水準儀，主要分為光學微傾式水準儀和光學自動安平水準儀。其中光學微傾式水準儀在水準管的上方安裝一組符合棱鏡，通過符合棱鏡的反射作用，氣泡兩端的影像反映在望遠鏡旁的符合氣泡觀察窗中；若氣泡兩端的半像吻合時，就表示氣泡居中；若氣泡的半像錯開，則表示氣泡不居中，這時應轉(zhuǎn)動微傾螺旋，使氣泡的半像吻合。

　　光學微傾式水準儀使用時，需先用圓水準器進行粗略整平，再用水準管進行精確整平。每對準一個方向，就要調(diào)平一次水準管。由于微傾式水準儀對環(huán)境要求較高，尤其是多風地區(qū)，使用難度較大，現(xiàn)已經(jīng)較少使用。

二.光學自動安平水準儀

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

（1）自動安平原理。

　　當視準軸水平時，物鏡光心位于O，十字絲交點位于B，通過十字A絲橫絲在尺上的正確讀數(shù)為a。當視準軸傾斜一個微小角度α(<10'）時，十字絲交點從B移至，通過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，可在望遠鏡的光路上加一個補償器，通過物鏡光心的水平視線經(jīng)過補償器的光學元件后偏轉(zhuǎn)一個β角，這樣在A點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，即能達到補償?shù)哪康模骸?/span>

　　　　自動安平補償器一般有兩種。第一種是使光線偏轉(zhuǎn)，需要在光路中加入光學部件，故稱為光學補償；第二種是用機械方法使十字絲在視準軸傾斜時自動移動，故稱為機械補償。

（2）光學補償器。

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

　　當視準軸水平時，水平光線進入物鏡后經(jīng)過第一個直角棱鏡反射到屋脊棱鏡，在屋脊棱鏡內(nèi)作三次反射后，到達另一直角棱鏡，再經(jīng)反射后光線通過十字絲的交點。

（3）自動安平水平儀的使用。

　　自動安平水準儀的使用方法與普通水準儀的使用方法大致一樣，但也有不同之處。自動安平水準儀的操作方法與普通水準儀的操作方法不同的是，自動安平水準儀經(jīng)過圓水準器粗平后，即可觀測讀數(shù)。有些型號的自動安平水準儀，在望遠鏡內(nèi)設有警告指示窗。當警告指示窗全部呈綠色時，表明儀器豎軸傾斜在補償器補償范圍內(nèi)，即可進行讀數(shù)。否則警告指示窗會出現(xiàn)紅色，表明已超出補償范圍，應重新調(diào)整圓水準器。

三.精密水準儀

　　DS05級和DS1級水準儀屬于精密水準儀。精密水準儀主要用于國家一、二等精密水準測量、地殼運動監(jiān)測、大型建筑施工測量等。在建筑工程測量中，精密水準儀主要用于房屋建筑物的沉降觀測、樁基試驗的沉降觀測以及建筑構(gòu)件試驗的撓度觀測等。精密水準儀必須配有精密水準尺。

（1）精密水準儀的特點。

　　1.望遠鏡性能好，物鏡孔徑大于40mm，放大率一般大于40倍。

　　2.望遠鏡筒和水準器套均用因瓦合金鑄件構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)堅固，水準管軸與視準軸關系穩(wěn)定的特點。

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

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

（2）平行玻璃板測微器。

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

（3）精密水準尺。

　　精密水準尺，又叫因瓦水準尺，尺的長度受外界溫度、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器。精密水準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，彼此相差一個常數(shù)K，相當于從面尺以供測量校核之用。精密水準尺以1cm注記，但有1cm、0.5cm兩種分劃，0.5cm分劃的實際值為讀數(shù)的1/2，而且該尺與測微螺旋周值為5mm的水準儀配套使用。1cm分劃的水準尺應與測微螺旋周值為10mm的水準儀配套使用。

（4）精密水準儀的使用。

　　精密水準儀的操作方法和普通水準儀基本相同，亦是粗平、瞄準、精平、讀數(shù)四個步驟，但讀數(shù)方法則不同。讀數(shù)時，先轉(zhuǎn)動微傾螺旋。從望遠鏡內(nèi)觀察使水準管氣泡影像符合，再轉(zhuǎn)動測微螺旋，使望遠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)由望遠鏡直接在尺上讀取；厘米以下的數(shù)從測微讀數(shù)顯微鏡中讀取，估讀至0.01mm。

四.電子水準儀

　　電子水準儀也稱數(shù)字水準儀，測量時，水準儀直接讀取特制水準尺上代表數(shù)字的條形編碼，通過處理器進行分析，并最終轉(zhuǎn)化為電子數(shù)據(jù)進行顯示或存儲。

（1）電子數(shù)字水準儀的特點。

　　1.自動讀數(shù)。只需照準專用的條形碼標尺，便可進行自動讀數(shù)和測量。

　　2.作業(yè)效率高。自動讀數(shù)提高了測量速度和工作效率。

　　3.操作簡便。較少的操作鍵結(jié)合自動讀數(shù)功能大大地簡化了測量過程。

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

　　5.與計算機連接后，可對水準儀自動記錄和存儲的數(shù)據(jù)進行傳輸并在計算機上進行數(shù)據(jù)處理。

（2）電子水準儀測量原理。

　　電子水準儀使用的標尺與傳統(tǒng)標尺不同，它采用條形碼尺，條形碼印制在尺身上。觀測時，望遠鏡接收到標尺上的條形碼信息后，探測器將采集到的標尺編碼光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并與儀器內(nèi)部存儲的標尺編碼信號進行比較，若兩者信號相同，則讀數(shù)可以確定。條形碼在探測器內(nèi)成像的“寬窄”不同，轉(zhuǎn)換成的電信號也隨之不同，這就需要處理器按一定的步距改變電信號的“寬窄”，同時與儀器內(nèi)部存儲的信號進行比較，直至相同為止，這項工作花費時間較長。為縮短比較時間，可調(diào)節(jié)望遠鏡的焦距，使標尺成像清晰。傳感器通過采集調(diào)焦鏡的移動量，對編碼電信號進行縮放，使其接近儀器內(nèi)部存儲的信號，因此，可以在較短的時間內(nèi)確定讀數(shù)。