专利名称：一种光电测量仪器中的调平补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电测量仪器，特别涉及一种光电测量仪器中的调平补偿装置。
背景技术：
大多数仪器或者测量设备每次进行测量前为了提高仪器或者设备的测量精度，都要找 一个精确的测量基准。比如水准仪、经纬仪等，都要求在某一基准水平状态下工作。而相 对于地球的惯性系统来说，由于地球万有引力的作用，最常用而又最简单的测量基准就是 利用大地的水平基准，即需要把仪器或设备基准面调到与大地水平面相平行(简称调平)。 在大多数工程测量应用中，都是通过手动利用电子水平仪来对设备或仪器进行调平。通常 的做法是，调平时，用手调节调平基座上的旋钮，用眼观察安放在调平基座上的气泡，调 节使气泡位于中心位置；或者是观察安放在调平基座上的电子水准仪的数字显示，调节基 座旋钮使电子水平仪在任何位置放置时的读数都相同。
随着技术的进步，用电子气泡检测水平度并通过电机反馈控制的自动调平系统逐渐得 到应用。用微处理器或处理器的脉宽调制(PWM)功能通过闭环控制可以实现自动调平,但由 于微处理器单任务的特点，同一时刻只能监测一个方向的电子气泡和控制一个电机，而实 际上往往需要在X， y两个方向上同时进行调节，因此这样的调平过程一般需要较长时间， 并且还要使用各种方法来保持这种水平状态。在调平过程中还有一定的人为因素，从而使 不同人对同一事物的测量结果也可能不完全相同。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种仪器或设备基准面在一定的倾角范围内倾斜时， 能够根据倾斜的角度值对测量结果进行实时补偿，从而得到准确测量值的光电测量仪器中 的调平补偿装置。
本发明的光电测量仪器中的调平补偿装置包括微处理器，水平倾角仪；水平倾角仪安 装在光电测量仪器的基准面上，其串口接微处理器的串口，微处理器根据水平倾角仪输出 的倾斜角度值、被测目标的高度及被测目标成像高度计算被测目标与光学系统主点之间的 距离。
所述的微处理器包括
初始化模块；读取水平倾角仪输出数据的模块； 计算被测目标成像高度的模块；根据水平倾角仪输出的倾斜角度值、被测目标的高度和被测目标成像高度计算被测目 标与光学系统主点之间距离的模块。在实际测量时，首先将光电测量仪器调平，然后调节水平倾角仪到绝对零点。当光电 测量仪器基准面在一定的倾角范围内倾斜时，水平倾角仪测量倾斜的角度值，并将该角度 值传输给微处理器，微处理器就可以根据水平倾角仪输出的倾斜角度值、被测目标的高度 及被测目标成像高度计算出被测目标与光学系统主点之间的距离。本发明可以根据水平倾角仪输出的倾斜角度值对测量结果进行实时补偿，从而在倾斜 的情况下得到准确的测量值，因而光电测量仪器不需要精确调平，调平过程时间短，并且 在测量过程中不需要采取任何措施使光电测量仪器基准面保持在初始水平状态，测量效率咼°下面根据附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图l为本发明结构示意图。图中l为光电测量仪器，2水平倾角仪，3微处理器。 图2为微处理器内部主程序流程图。图3激光目标靶与光电测量仪器相对位置示意图。图中4为激光目标靶，l为光电测量 仪器。图4激光目标靶与大地垂直情况下的测量原理图。图5激光目标靶平行于XOZ面，与YOZ平面夹角为a时的测量原理图。 图6激光目标靶平行于YOZ面，与XOZ平面夹角为e时的测量原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的光电测量仪器中的调平补偿装置包括微处理器3，水平倾角仪 2;水平倾角仪2采用高精度双周水平倾角仪，安装在光电测量仪器l的基座上，其串口通 过RS232接口与微处理器3的串口连接，微处理器3根据水平倾角仪2输出的倾斜角度值、 被测目标的高度及被测目标成像高度计算被测目标与光学系统主点之间的距离。如图2所示，所述的微处理器3的内部程序包括下列步骤-初始化；
读取水平倾角仪输出的数据； 计算被测目标的成像高度；根据水平倾角仪输出的倾斜角度值、被测目标的高度和被测目标成像高度计算被测目 标与光学系统主点之间的距离； 观!l更结束；返回。编制微处理器内部主程序所依据的调平补偿数学模型根据光学成像理论建立。根据光学成像理论建立调平补偿数学模型过程如下如图3所示，在光电测量仪器1的光学系统前放置激光目标靶4，首先将该激光目标靶4调到与大地垂直，将光学系统的光轴调到与大地水平，线阵CCD调到与大地垂直，然后 在激光目标靶4上安装一个水平倾角仪，把水平倾角仪调到零点。此时，光电测量仪器1测量的是光学镜头的主点O到两激光目标点的连线之间的直线 距离L。以光学系统的主点为坐标原点，光轴为Y轴建立图3的测量原理图如图4所示， 两激光目标点之间的距离D可精确标定到0.01mm，光学镜头的焦距f可精确标定到0.01 mm，两激光目标点在CCD上的成像距离d可精确标定到0.001 mm。通电使电机带动镜头 水平转动可测得两激光目标点在CCD上的成像距离d，根据光学成像理论可计算出光学镜 头主点到两激光器目标点连线的直线距离L:""x/" (1)由于系统各个部分都存在误差，根据实际测量结果证明L的测量精度可保证在1 mm以内。 光学检测系统和激光目标靶都有两种基本倾斜情况，所有的倾斜都可以由这两种基本 倾斜来分解。因为它们在同一坐标系的位置是相对的，所以可以假定光轴始终平行于大地， 把所有倾斜都折算在激光目标靶4上。第一种基本倾斜情况是直线AB平行于XOZ面，直 线AB与YOZ平面夹角为a如图5所示。这时在CCD上成像的有效高度是A^，由图.5 知j =x cosa ( 2 )式中i/7为投影物高^5; i/为物高X5。第二种基本倾斜情况是直线AB平行与YOZ面，直线AB与XOZ平面夹角为P ，如图 6所示。这时在CCD上成像的有效高度是A2B，由图6知根据光轴在CCD上的像点02、激光器A在CCD上的像点a及焦距/可得y = fl/"ctow(77W (3)=x co5〃 — 7/ x + towy (4) 式中/T为投影物高^万，//为物高^8,/z为像高a02。在激光目标耙4上装一个双周水平倾角仪，在激光目标耙4与大地垂直时，把水平倾角仪调到零点。则当目标靶倾斜时，从水平倾角仪可以直接读出"和/ ，则由公式(1)， (2)，(3)， (4)可得调平补偿数学模型丄=77 x cos" x {coy/ —(5)其中z为光学系统主点到激光目标靶两目标点连线的直线距离(即在倾斜情况下的物距)， i/为两目标点之间的距离，"、》为激光目标靶的倾斜角度，/为光学系统的焦距。
权利要求
1、一种光电测量仪器中的调平补偿装置，包括微处理器，其特征在于还包括水平倾角仪；水平倾角仪安装在光电测量仪器的基准面上，其串口接微处理器的串口，微处理器根据水平倾角仪输出的倾斜角度值、被测目标的高度及被测目标成像高度计算被测目标与光学系统主点之间的距离。
2、 根据权利要求l所述的光电测量仪器中的调平补偿装置，其特征在于所述的微处理 器包括初始化模块；读取水平倾角仪输出数据的模块； 计算被测目标成像高度的模块；根据水平倾角仪输出的倾斜角度值、被测目标的高度和被测目标成像高度计算被测目 标与光学系统主点之间距离的模块。
全文摘要
本发明涉及一种光电测量仪器中的调平补偿装置，该装置包括微处理器，水平倾角仪；水平倾角仪安装在光电测量仪器的基准面上，其串口接微处理器的串口，微处理器根据水平倾角仪输出的倾斜角度值、被测目标的高度及被测目标成像高度计算被测目标与光学系统主点之间的距离。当光电测量仪器基准面在一定的倾角范围内倾斜时，本发明可以根据倾斜的角度值对测量结果进行实时补偿，从而在倾斜的情况下得到准确的测量值，因而光电测量仪器不需要精确调平，调平过程时间短，并且在测量过程中不需要采取任何措施使光电测量仪器基准面保持在初始水平状态，提高了测量效率。
文档编号G01D18/00GK101158593SQ20071005629
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月12日 优先权日2007年11月12日
发明者李建荣, 杜璧秀, 王志乾, 雁 赵, 高峰端 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所