专利名称：水银盘水平基准装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水平基准装置，具体涉及一种水银盘水平基准装置。
背景技术：
在精密测试计量技术领域，水平基准装置的应用非常广泛，且所使用的水平基准是影响系统性能和技术指标的的重要因素之一，然而在其设计过程中，由于水平面的不绝对水平以及水平基准装置的不稳定性，对测量误差产生重要影响，从而影响测量精度。传统的水平基准为平台罗经和惯导平台，但由于周期匹配及长时间加速均需要利用陀螺的稳定性等原因使其体积大，且价格昂贵。
发明内容
为解决背景技术中水平基准装置存在的问题，提出了一种水银盘水平基准装置， 具有高精度、高可靠性、结构简单等优点，有效地克服了传统水平基准装置的不足。本发明的技术方案如下水银盘水平基准装置，包括水银盘和水银盘底座，水银盘内盛有水银以及浮于水银上的水平基准平台，所述水平基准平台在水平方向上被限位；水银盘的敞口端面由平板玻璃和平板玻璃座密封；所述水平基准平台包括调平基座以及固定于调平基座上的平面反射镜，调平基座和平面反射镜的重心连线为重力方向，沿调平基座的上部侧壁圆周均勻分布有三个互成120°圆周分布或四个互成90°圆周分布的调平旋钮；所述水银盘和调平基座均采用不与水银发生汞齐效应的材料制得。水银盘的敞口端面密封，使仪器免受尘埃在碰撞作用下避免水银泄露。上述调平基座和平面反射镜均呈圆对称结构且二者的竖直中心线重合，平面反射镜嵌于调平基座内凹的中心孔。上述水银盘采用铸铁、钢、钨、钼或钽材料制作；或者采用铜或硬铝材料制作，同时在采用铜或硬铝材料制作的水银盘内表面与水银接触的部分镀有白金膜。由于水银和大多数金属会发生汞齐效应，而不和铁、钨、钼、钽金属反应，所以和水银直接接触的调平基座和水银盘采用上面四种材料制作，而铁较软，硬度不够，所以就可以采用铸铁、钢材料，我们通过实验验证过，因为不发生汞齐效应，所以水银也不会吸附在以上材质的表面。而铜、硬铝在硬度上，即材料的稳定性上也可以达到实验要求，但铜、铝材料会和水银发生反应，所以在采用这两种材料时，在与水银接触的面上镀层白金膜即可。同理，上述调平基座也采用铸铁、钢、钨、钼或钽材料制作；或者采用铜或硬铝材料制作，同时在采用铜或硬铝材料制作的调平基座外表面与水银接触的部分镀有白金膜。上述平板玻璃座的下底面固定均布有向下伸出的四个限位柱，用以限位水平基准平台在水平方向上的移动。上述平板玻璃座通过压圈、螺钉固定于水银盘的敞口端面并胶封，当然，也可以根据平板玻璃座的具体形式以其他公知手段进行胶封；一般来说，平板玻璃嵌于平板玻璃座的中心孔。上述水银盘与水银盘底座之间设置有减震装置，水银盘底座采用三角架调平结构并设置有可观测的调平水泡。上述水银盘底座由粗调连接座和粗调基座组成；水银盘置于粗调连接座中，二者之间放置减震橡胶垫，水银盘底部通过减震弹簧、螺钉、弹簧垫片与粗调连接座连接；将粗调连接座置于粗调基座中，粗调基座采用三角架调平结构，其上设置调平水泡。为了增加阻尼，使调平基座在水银上更易于保持稳定而不晃动，所述调平基座的底部面积比其主体的截面积大，即调平基座可视为由上部的主体部分和下部的基底部分组成，基底部分的底面积大于主体部分的截面积，设计上最好使基底部分的底面积大于所述限位柱形成的范围。应用上述的水银盘水平基准装置对平面反射镜调平的方法，主要是通过位于水银盘水平基准装置外部的五棱镜和自准直经纬仪的观测与测量，调节调平基座上的调平旋钮，将平面反射镜调至水平状态。上述五棱镜位于平面反射镜正上方，所述自准直经纬仪与五棱镜位于同一高度； 将调平基座在水平面内旋转至多个状态，多次测量并调平，以保证精度。因为平面反射镜内嵌于调平基座中，且用胶粘在一起，通过直接旋转调平基座就可以间接旋转平面反射镜，主要是在用自准直经纬仪瞄准测量的时候，它一次只能测一个方向的方位值，比如说俯仰和水平方向，将其旋转至多个状态是指旋转至不同角度，即测量多个角度的方位值。本发明和现有技术相比具有以下优点1)体积小，制作简单，安装调试方便。本发明的水平基准平台装置由平面反射镜和调平基座组成，将二者安装好后，直接放置于水银上，通过调节调平基座上的调平螺钉即可实现基准平台的水平，安装简单，调节方便。2)精度高，可靠性好，且造价便宜。本发明利用水银在常温下为液态且密度较高浮力较大的物理性质，不管处于何种装态都能保证水银表面为绝对水平面，进而保证平面反射镜的表面即水平基准平台装置处于水平状态，保障了水平度，且水平基准平台装置置于水银盘底座中，使用过程中可以通过调节水银盘底座使装置精确水平，这样其装置和使用时的水平精度就能够得到保证。实验发现，本发明的水平基准精度能够达到2"。
图1为本发明的水平基准装置示意图(剖视图)；图2为本发明的水平基准装置侧视图；图3为本发明的水平基准平台装置俯视图；图4为本发明的水平基准平台装置调平原理图。附图标号说明1-水银盘；2-水银；3-调平基座；4-平面反射镜；5-平板玻璃； 6-平板玻璃座；7-减震橡胶垫；8-粗调基座；9-调平水泡；10-保护罩；11-压圈；12-粗调连接座；13-限位柱；14-减震弹簧；15-螺钉；16-弹簧垫片；31、32、33_调平螺钉(调平旋扭)；341-五棱镜；342-自准直经纬仪。
具体实施例方式本发明是将包括平面反射镜的水平基准平台装置置于水银上，利用水银在常温下为液态且密度较高浮力较大的性质，平面反射镜装置浮在水银表面，经过调平，平面反射镜的法线与水银液体表面法线平行，这样平面反射镜的上表面即为水平基准的基准面。本发明的任务是通过以下方案实现的水银盘1，水银2，调平基座3，平面反射镜4，平板玻璃5， 平板玻璃座6，减震橡胶垫7，粗调基座8，调平水泡9，平板玻璃防护罩10，压圈11，粗调连接座12，限位柱13，减震弹簧14，螺钉15，弹簧垫片16，调平螺钉31、32、33。具体方法包括1)将平面反射镜4置于调平基座3之中，并胶合，二者共同构成水平基准平台装置，所设计的平面反射镜4和调平基座3均为圆对称结构，理论情况下其重心在装置的中心竖直直线上；2)将水银2倒入水银盘1中，利用水银2在常温下为液态且密度较高浮力较大的性质，将调平基座3置于水银2上，这样调平基座3就浮于水银2表面；3)实际上，由于调平基座3和平面反射镜4自身质量分布不均勻的影响，即重心不在装置的中心竖直直线上，以及表面不洁净造成水银2与调平基座3接触处的浸润不同， 导致置于其中的平面反射镜4表面不与水银2液体表面即水平面平行，继而造成实际使用时的平面反射镜4表面与水平面存在夹角，造成误差，使用自准直经纬仪，观测平面反射镜 4偏离水平方向的空间方位角，调节调平基座3上的调平螺钉31、32、33，使平面反射镜4的表面和水平面平行；4)为了使装置免受尘埃或碰撞而导致水银外流的影响，将平板玻璃5用压圈11置于平板玻璃座6中，用螺钉固定于水银盘1的上端面，用胶密封，同时也防止了水银挥发的人体的危害。其中平板玻璃座6的四周均布有四个90°圆周分布的限位柱13，限位柱13向下伸出，分布在调平基座3的外侧，起到防止调平基座3在水平方向内大幅度移动的作用， 由于平面反射镜4有一定面积即工作范围，因而调平基座3的小幅度移动则不影响本装置的具体使用；为了增加阻尼，使调平基座在水银上更易于保持稳定而不晃动，所述调平基座的底部面积比其主体的截面积大，即调平基座可视为由上部的主体部分和下部的基底部分组成，基底部分的底面积大于主体部分的截面积，如图1，设计上最好使基底部分的底面积大于所述限位柱形成的范围。5)将水银盘1置于粗调连接座12中，二者之间放置减震橡胶垫7，水银盘1底部通过减震弹簧14、螺钉15、弹簧垫片16与粗调连接座12连接，这样构成的减震装置就能够在遇到外界冲击或震动的时候，保持装置处于稳定状态，保证精度；6)将粗调连接座12置于粗调基座8中，由于粗调基座8采用三角架调平结构，其上设有高精度调平水泡9，这样就可以使整个装置调至理想工作状态，在不使用时该装置时，将保护罩10套在平板玻璃座6上，起到保护平板玻璃5的作用。通过调节水银盘底座的三角架支柱使整个装置处于水平状态，不过主要是使平板玻璃处于水平位置，这样在使用的时候不用拆下平板玻璃座，也防止了水银挥发对人的危害。平板玻璃调平的参考装置即为调平水泡9。由上面的具体方法可见，本发明是利用水银在常温下为液态且密度较高浮力较大的物理性质，对于位于其上的调平基座3，本发明采用和水银不发生汞齐效应的钢材料制作，这样就能够保证调平基座3不受水银液体吸附作用的影响，在遇到外界冲击和振动的时候，该装置更易于维持稳定。下面结合附图对本发明的水平基准设计方法及其装置进行详细的说明。图1为本发明的水平基准装置示意图；图2为本发明的水平基准装置侧视图；图3 为本发明的水平基准平台装置俯视图。由图看出，该水平基准装置包括水银盘1，水银2，调平基座3，平面反射镜4，平板玻璃5，平板玻璃座6，减震橡胶垫7，粗调基座8，调平水泡9， 保护罩10，压圈11，粗调连接座12，限位柱13，减震弹簧14，螺钉15，弹簧垫片16，调平螺钉31、32、33。调平基座3和平面反射镜4共同组成水平基准平台装置置于水银2上，水银 2置于水银盘1中，将平板玻璃5置于平板玻璃座6中，用螺钉固定于水银盘1的上端面，平板玻璃座6的四周均布有四个90°圆周分布的限位柱13向下伸出；将水银盘1置于粗调连接座12中，二者中间放置减震橡胶垫7，底部通过减震弹簧14，螺钉15，弹簧垫片16相连；将粗调连接座12置于粗调基座8中，观察粗调基座8上的调平水泡9，调节粗调基座8 的三角架调平结构，使整个装置处于水平状态。由图3可以看出，水平基准平台装置呈圆对称结构，平面反射镜4内嵌于调平基座3中，二者竖直中心线重合，三个调平螺钉31、32、33 处于调平基座3的周围，呈120°圆周分布。图4为本发明的水平基准平台装置调平原理图。其中341为五棱镜，342为自准直经纬仪。调平包括以下几个步骤1)将水平基准平台装置放置于水银2上，将五棱镜341放置于平面反射镜4的上方，自准直经纬仪342置于和五棱镜341同一高度上；2)待水平基准平台装置稳定后，将自准直经纬仪342调平，由自准直经纬仪342发出的激光束经过五棱镜342的光路转折作用射向平面反射镜4的上端面，平面反射镜4将此光束反向反射回五棱镜341，再次经过五棱镜341使自准直经纬仪342接收，这样即可测得平面反射镜4在一稳定状态的方位角q，若平面反射镜4处于绝对水平状态，则q = 0°， 实际上平面反射镜4的上表面和水平面存在一倾斜角a，此时自准直经纬仪342测出的q = 2a，通过调节调平基座3上的调平螺钉31、32、33，观察直至自准直经纬仪342测出的q = 0°，也就是将平面反射镜4调至水平状态；3)将平面反射镜4在水平面内旋转至多个状态，多次测量并调平，以保证精度。调平操作时操作人员可以带上口罩手套或防毒面具以防止水银挥发的毒性危害， 待调平操作完成后就将平板玻璃座和平板玻璃置于水银盘上方，用螺钉和胶密封，这样就防止了水银的挥发和溅出，也使得水平基准平台免受灰尘的影响。
权利要求
1.水银盘水平基准装置，其特征在于包括水银盘和水银盘底座，水银盘内盛有水银以及浮于水银上的水平基准平台，所述水平基准平台在水平方向上被限位；水银盘的敞口端面由平板玻璃和平板玻璃座密封；所述水平基准平台包括调平基座以及固定于调平基座上的平面反射镜，调平基座和平面反射镜的重心连线为重力方向，沿调平基座的上部侧壁圆周均勻分布有三个互成120°圆周分布或四个互成90°圆周分布的调平旋钮；所述水银盘和调平基座均采用不与水银发生汞齐效应的材料制得。
2.根据权利要求1所述的水银盘水平基准装置，其特征在于所述调平基座和平面反射镜均呈圆对称结构且二者的竖直中心线重合，平面反射镜嵌于调平基座内凹的中心孔。
3.根据权利要求1所述的水银盘水平基准装置，其特征在于所述水银盘采用铸铁、 钢、钨、钼或钽材料制作；或者采用铜或硬铝材料制作，同时在采用铜或硬铝材料制作的水银盘内表面与水银接触的部分镀有白金膜。
4.根据权利要求1所述的水银盘水平基准装置，其特征在于所述调平基座采用铸铁、 钢、钨、钼或钽材料制作；或者采用铜或硬铝材料制作，同时在采用铜或硬铝材料制作的调平基座外表面与水银接触的部分镀有白金膜。
5.根据权利要求1所述的水银盘水平基准装置，其特征在于平板玻璃座的下底面固定均布有向下伸出的四个限位柱，用以限位水平基准平台在水平方向上的移动。
6.根据权利要求1所述的水银盘水平基准装置，其特征在于所述平板玻璃座通过压圈、螺钉固定于水银盘的敞口端面并胶封，平板玻璃嵌于平板玻璃座的中心孔。
7.根据权利要求1至6任一所述的水银盘水平基准装置，其特征在于所述水银盘与水银盘底座之间设置有减震装置，水银盘底座采用三角架调平结构并设置有可观测的调平水泡。
8.根据权利要求7所述的水银盘水平基准装置，其特征在于所述水银盘底座由粗调连接座和粗调基座组成；水银盘置于粗调连接座中，二者之间放置减震橡胶垫，水银盘底部通过减震弹簧、螺钉、弹簧垫片与粗调连接座连接；将粗调连接座置于粗调基座中，粗调基座采用三角架调平结构，其上设置调平水泡。
9.应用如权利要求1所述的水银盘水平基准装置对平面反射镜调平的方法，主要是通过位于水银盘水平基准装置外部的五棱镜和自准直经纬仪的观测与测量，调节调平基座上的调平旋钮，将平面反射镜调至水平状态。
10.根据权利要求9所述的调平的方法，其特征在于所述五棱镜位于平面反射镜正上方，所述自准直经纬仪与五棱镜位于同一高度；将调平基座在水平面内旋转至多个状态，多次测量并调平，以保证精度。
全文摘要
本发明提供了一种水平基准的设计方法及其装置，实现水平基准平台的设计和选定，解决了背景技术中无法实现的技术问题。本发明是利用水银在常温下为液态且密度较高浮力较大的物理性质，使浮于其上的平面反射镜表面能和水平面平行，达到了选定水平基准平面的目的。本发明具有有高精度、高可靠性、体积小、结构简单、制作安装调试方便等显而易见的优点。
文档编号G01C15/14GK102353363SQ201110170208
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月23日 优先权日2011年6月23日
发明者吴易明, 李春艳, 陆卫国 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所