专利名称：一种数字电子水准仪的制作方法
技术领域：
该技术属于测绘仪器制造技术领域。
背景技术：
现有的数字电子水准仪，因为其测量原理的缘故，仪器的设计都相对复杂，运算量都相对巨大，码尺制作也很复杂。本申请人在200410061193.8的发明专利申请中提出了一种全新的测量原理，该技术方法为载码相位法(或简称码相位法)，其技术方法要点在于条码水准尺的编码方法为等宽等距码占空比数字调制，即以码元宽度相等的比例码作为载码，将伪随机码(或其他约定规律的测量码)对比例码进行占空比调制，使得伪随机码调制寄生在比例码之中。比例码码元宽度相等当然就使相邻码元中心的距离也相等。仪器的解码使用伪随机序列码(或其他约定规律的测量码)直接译码获取粗测值，而以码元相对电子中丝的相位测量出精测值，然后对粗、精观测值进行衔接就获得观测结果。恒定的码元宽度方便了伪随机码的解调，完全回避了相关法的二维相关运算的巨大运算量，也回避了几何法和相位法的标尺制作复杂等缺陷，同时恒定的码元宽度使得视距解算非常方便，仪器的设计制造也大大简化。而且由于有了宽度恒定的码元，该方法设计的水准尺还可以同时实现光学人工模拟读数，刻划示值对应于每一码元的边沿，使得普通光学水准仪也可以使用该水准尺，校核更方便。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种数字电子水准仪，它具有结构简单，运算量小，测量快捷的特点。
本实用新型的技术方案是一种数字电子水准仪，包括条码水准尺1，物镜2、调焦透镜3、补偿器4、分划板5、目镜6，其特征在于条码水准尺1上的码元由一对明暗条纹组成，明暗顺序一致，码元中暗条纹的占空比至少有两种，不同占空比的码元称为比例码，多个比例码按约定的规律排列，构成数字水准仪条码尺条码，其特征在于每个码元的宽度相等；在补偿器4和分划板5之间安置有折反棱镜7，使得条码水准尺1的望远镜成像也成像到线阵CCD传感器8上；传感器8与CCD驱动及程控放大电路9、A/D转换器10、微处理器11和显示器及键盘12依次电连接。
有益效果是结构简单，运算量小，测量快捷。
图1，是本实用新型的实施例的结构示意图。其中，1、条码水准尺，2、物镜组，3、调焦镜，4、光学补偿器，5、分划板，6、目镜，7、折反棱镜，8、CCD传感器，9、CCD驱动及程控放大电路，10、A/D转换，11、微处理器，12、显示及键盘，13、电源。
图2，是图1中的条码水准尺1的条纹示意图。其中，14一个码元，14-1暗条纹，14-2明条纹，15用于人工读数的数字。
具体的实施方式该数字水准仪的光学系统和普通光学水准仪是类似的，主要由物镜2、调焦透镜3、补偿器4、分划板5、目镜6构成水准仪望远镜照准系统，不同之处是在补偿器4和分划板之间5安置有折反棱镜7，使得条码水准尺1的望远镜成像也成像到线阵CCD传感器8上。
条码水准尺1的编码方法是码元由一对明暗条纹组成，明暗顺序一致，码元中暗条纹的占空比至少有两种，不同占空比的码元称为比例码，多个比例码按约定的规律排列，其特征在于每个码元的宽度相等。
本实现过程使用四种基本的码元0(00)、1(01)、2(10)和3(11)，分别对应的明暗宽度比例为1/3、3/5、5/3和3/1。
CCD传感器8将条码水准尺1的成像转换成相应的强弱电信号，在驱动电路9.1时序的控制下串行输出至程控放大器9.2，程控放大器9.2根据光照的强度将信号放大到恰当的强度后送往A/D转换器10，A/D转换器10将模拟电信号转换为数字信号后再送微处理器11。
微处理器11获得条码水准尺1的成像数字信号后，首先进行边沿识别，以确切判别每一个码的明暗边沿所在的细分到亚像素级的坐标值，然后根据码元所对应的像数的平均值计算出视距。
根据边沿坐标值，直接求算出每一码元的明暗比例关系，然后根据视距的不同进行译码，视距小于6米时，比例码按4级比例级次进行译码，即0、1、2和3四个级次；视距大于6米时，码元对应的像素减少，难以实现准确的四级次比例译码，则比例码按二级比例级次进行译码，即0和1二个级次。二级次的0和四级次的0、1是对应关系，二级次的1和四级次的2、3是对应关系。就是说，仪器中已经储存有二组按照上述对应关系编码的测量码序列，最终按哪种序列进行解码都能获得同一粗测结果。这就是远近视距兼容解码。
由于远视距时码元对应像素很少，为了保证远近视距兼容解码的可靠实现，在条码尺的编码时人为加大了四级次码的1码和2码的比例差距---3/5和5/3，这样既不影响短视距时的比例译码，也保证了远视距时的比例译码准确。这就是比例反差增强措施。
下一步是精测。精测过程是对载码(比例码)相对电子中丝的相位差的测量过程。
无论远码近码，解码时都将进行码元边沿的探测而获得码相位，同时解算出码元的平均宽度，根据平均宽度值和电子中丝的位置确立中丝的相位分布，然后求出码相位与中丝相位的平均相位差，再由相位差和码元在标尺上的实际宽度推算出精测值。这里和几何法相位法的精测原理是类似的。
精测值和粗测值直接进行衔接就是最终的高差测量结果。
考虑到仪器I角误差的可变性，程序中设计了I角误差矫正程序，通过调整电子中丝的坐标值实现对I角误差的矫正。
权利要求1.一种数字电子水准仪，包括条码水准尺(1)，物镜(2)、调焦透镜(3)、补偿器(4)、分划板(5)、目镜(6)，其特征在于条码水准尺(1)上的码元由一对明暗条纹组成，明暗顺序一致，码元中暗条纹的占空比至少有两种，不同占空比的码元称为比例码，多个比例码按约定的规律排列，构成数字水准仪条码尺条码，其特征在于每个码元的宽度相等；在补偿器(4)和分划板(5)之间安置有折反棱镜(7)，使得条码水准尺(1)的望远镜成像也成像到线阵CCD传感器(8)上；传感器(8)与CCD驱动及程控放大电路(9)、A/D转换器(10)、微处理器(11)和显示器及键盘(12)依次电连接。
专利摘要一种数字电子水准仪，包括条码水准尺1，物镜2、调焦透镜3、补偿器4、分划板5、目镜6，其特征在于条码水准尺1上的码元由一对明暗条纹组成，明暗顺序一致，码元中暗条纹的占空比至少有两种，不同占空比的码元称为比例码，多个比例码按约定的规律排列，构成数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码，其特征在于每个码元的宽度相等；在补偿器4和分划板5之间安置有折反棱镜7，使得条码水准尺1的望远镜成像也成像到线阵CCD传感器8上；传感器8与CCD驱动及程控放大电路9、A/D转换器10、微处理器11和显示器及键盘12依次电连接。具有结构简单，运算量小，测量快捷的特点。
文档编号G01C5/00GK2831045SQ200520095799
公开日2006年10月25日 申请日期2005年4月4日 优先权日2005年4月4日
发明者叶晓明 申请人:武汉大学, 刘平