专利名称：数字水准仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字水准仪，具体说是关于能自动识别或判断水准器是否处于水平位置，并能自动调节水准器至水平位置的数字水准仪。
背景技术：
水准仪是精密测量地面点高程的主要仪器，常见的水准仪均采用水准器实现一条水平线，具有结构简单、造价便宜等优点，但需要人工调节水准器，人工观察读数，操作不方便。目前已有的数字水准仪均是在自动安平水准仪的基础上实现了自动测量和读数功能，而调节水准器至水平位置仍需人工操作。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、精度高、能自动调节水准器至水平位置的数字水准仪。
本发明的数字水准仪包括由依次安装在同一轴线的六面塔形棱镜、物镜、调焦镜、分光镜、目镜组成的望远镜、水准调节装置以及信号处理装置，所说的水准调节装置包括上调节平板和位于上调节平板下方的下调节平板，上调节平板的中线设有轴，下调节平板的中线设有轴，上、下这二根轴相互平行垂直，分别与第一步进电机和第二步进电机的轴相联，上、下两调节平板各自以轴为中心摆动，在上、下两调节平板间有两根支撑杆，该两根支撑杆的一端分别与其中一调节平板的轴的两端活动连接，另一端与另一调节平板紧固，在调节平板上固定有激光器、用于将激光器发射的光反射到望远镜分光镜上的反射镜和水准器，所说的信号处理装置包括采集水准器图像信号的二维光电传感器，中央处理器(CPU)，二维光电传感器输出的图像信号输给图像存储器，中央处理器与图像存储器、数据存储器和程序存储器相连，中央处理器的输出信号分二路，分别与接第一步进电机的驱动电路和接第二步进电机的驱动电路相连。
工作时，二维图像传感器将采集的水准器的图像转换成电信号，以数字图像形式存储在图像存储器中，中央处理器将采集的图像信号与存储在程序存储器中的水准器位于水平位置时的参考数据进行比较，判断当前水准器位置是否在水平位置。如果判断到水准器位于水平位置，则由激光器发射激光，照射到水准尺上，可测量高程数据。如果判断到水准器没有在水平位置，此时中央处理器根据比较结果得到当前水准器相对于水平位置的偏移距离，并根据此偏移距离通过驱动电路驱动步进电机运动，实现对平板的调节，调整水准器至水平位置。此时激光器发射出的激光照射在水准尺上，实现高程数据测量。
本发明采用两块调节平板，通过由中央处理器控制的两个步进电机，分别对调节平板实现X方向和Y方向的调节，其中每个平板只有一个调节方向，组合起来实现装置水准器平板的二维调节，即实现水准器的二维调节。同时，水准器的水平位置还可以由出射的激光束来判断，激光束在通过六面塔形梭镜后，由于水准器所处的位置不同，激光光束入射到六面塔形棱镜的角度不同，使得出射的激光束数目也不相同。当水准器位于水平位置时，激光光束垂直入射在六面塔形棱镜的入射面上，则通过棱镜后光束仍然只有一束；当水准器在一个方向(如X方向)上有偏差，这时激光器发射出的激光通过六面塔形棱镜后在子午平面内分离成3束激光，当水准器在另一方向(如Y方向)有偏差，这时激光器发射出的激光在通过六面塔形棱镜后在弧矢平面内分离成3束激光，当水准仪在X方向和Y方向都有偏移时，这时激光器发射出的激光在通过六面塔形棱镜后在子午平面和弧矢平面内将分离成5束激光。本发明结构简单、精度高，能实现自动调节水准器至水平位置。
图1是本发明数字水准仪构成示意图；图2是两块调节平板相连接的一种具体实例。
具体实施例方式
参照图1、图2，数字水准仪包括由依次安装在同一轴线的六面塔形棱镜2、物镜3、调焦镜4、分光镜5、目镜6组成的望远镜、水准调节装置以及信号处理装置，所说的水准调节装置包括上调节平板17和位于上调节平板17下方的下调节平板20，上调节平板的中线设有轴21，下调节平板的中线设有轴22，上、下这二根轴21和22相互平行垂直，分别与第一步进电机16和第二步进电机19的轴相联，上、下两调节平板各自以轴为中心摆动，在上、下两调节平板间有两根支撑杆23，图2所示具体实例，两根支撑杆的一端分别套在上调节平板17的轴21的两端，另一端与下调节平板20紧固，这样，当步进电机16驱动平板17在X方向转动，平板20在X方向静止不动；步进电机19驱动平板20在Y方向转动，此时平板20在Y方向的转动带动平板17在Y方向上作同步转动，两者组合起来实现平板17的二维平面调节。图例，在上调节平板上固定有激光器8、用于将激光器8发射的光反射到望远镜分光镜5上的反射镜7和水准器9。所说的信号处理装置包括位于水准器9上方采集水准器图像信号的二维光电传感器10，中央处理器12，二维光电传感器10可以是CCD或CMOS图像传感器，其输出的图像信号输给图像存储器11，中央处理器12与图像存储器11、数据存储器13和程序存储器14相连，中央处理器12的输出信号分二路，分别与接第一步进电机16的驱动电路15和接第二步进电机19的驱动电路18相连。图中1是供测量高程数据用的水准尺。如果中央处理器12判断水准器9在一个方向(如X方向)上有偏差，没有在水平位置，此时中央处理器计算出水准器9在此方向(X方向)上的偏差距离，通过驱动电路15来驱动步进电机16调节平板17，实现水准器9的一维方向自动调平(X方向)；如果中央处理器12判断水准器9在另一个方向(如Y方向)上有偏差，没有在水平位置，此时中央处理器12计算出水准器9在此方向(Y方向)上的偏差距离，通过驱动电路18来驱动步进电机19调节平板20，实现水准器9的另一维方向自动调平(Y方向)，如果中央处理器12判断水准器9在两个方向(X方向和Y方向)上均有偏差，此时中央处理器12计算出水准器9在两个方向上的各自偏差距离，通过驱动电路15、18来驱动步进电机16、19调节平板17、20，最终实现水准器9的二维平面自动调平(X方向与Y方向所确定的平面)，水准器的调节是一个自动反馈过程，需要二维光电传感器多次采集图像，并由中央处理器多次进行处理计算，最终驱动电机调整水准器至水平位置。
上述水准器可以是圆水准器，也可以采用二个管状水准器，分别沿X、Y二维方向装置在上、下两调节平板上。当采用二个管状水准器时，在二个管状水准器的上方分别装置二维光电传感器，两个光电传感器的输出信号输入图像存储器11。
权利要求
1.数字水准仪，其特征是它包括由依次安装在同一轴线的六面塔形棱镜(2)、物镜(3)、调焦镜(4)、分光镜(5)、目镜(6)组成的望远镜、水准调节装置以及信号处理装置，所说的水准调节装置包括上调节平板(17)和位于上调节平板(17)下方的下调节平板(20)，上调节平板的中线设有轴(21)，下调节平板的中线设有轴(22)，上、下这二根轴(21)和(22)相互平行垂直，分别与第一步进电机(16)和第二步进电机(19)的轴相联，上、下两调节平板各自以轴为中心摆动，在上、下两调节平板间有两根支撑杆(23)，该两根支撑杆的一端分别与其中一调节平板的轴的两端活动连接，另一端与另一调节平板紧固，在调节平板上固定有激光器(8)、用于将激光器(8)发射的光反射到望远镜分光镜(5)上的反射镜(7)和水准器(9)，所说的信号处理装置包括采集水准器(9)图像信号的二维光电传感器(10)，中央处理器(12)，二维光电传感器(10)输出的图像信号输给图像存储器(11)，中央处理器(12)与图像存储器(11)、数据存储器(13)和程序存储器(14)相连，中央处理器(12)的输出信号分二路，分别与接第一步进电机(16)的驱动电路(15)和接第二步进电机(19)的驱动电路(18)相连。
2.按权利要求1所述的数字水准仪，其特征是所说的水准器(9)是圆水准器。
3.按权利要求1所述的数字水准仪，其特征是所说的水准器(9)为二个管状水准器，分别沿X、Y二维方向装置在上、下两调节平板上，在二个管状水准器的上方分别装置二维光电传感器(10)。
全文摘要
数字水准仪包括望远镜、水准调节装置以及信号处理装置,水准调节装置包括各自绕设在中线的轴摆动的上、下二块调节平板,上、下两轴相互平行垂直,分别与两个步进电机轴相联,在调节平板上固定有激光器、反射镜和水准器,信号处理装置包括采集水准器图像信号的二维光电传感器,中央处理器,二维光电传感器输出的图像信号输给图像存储器,中央处理器与图像存储器、数据存储器和程序存储器相连,中央处理器的输出信号分二路,分别与两个步进电机的驱动电路相连。工作时,中央处理器通过两个步进电机分别对调节平板实现X方向和Y方向的调节,实现装置水准器平板的二维调节,当达到水平位置时,以激光器发射出的激光照射在水准尺上,实现高程数据测量。
文档编号G01C5/00GK1388357SQ02112480
公开日2003年1月1日 申请日期2002年7月9日 优先权日2002年7月9日
发明者陆祖康, 王立强 申请人:浙江大学