CN101319898B

CN101319898B - 测量系统

Info

Publication number: CN101319898B
Application number: CN2008101096218A
Authority: CN
Inventors: 大友文夫; 熊谷薰; 上园史彦
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2028-06-06
Also published as: US7633609B2; EP2000767A3; JP5207665B2; US20080304041A1; JP2008304371A; EP2000767A2; EP2000767B1; CN101319898A

Abstract

一种测量系统，包括通过旋转辐射投射激光束的、具有第一无线电通信单元的测量仪器和安装在测量点的、具有第二无线电通信单元的光检测传感器设备，能够在测量仪器和光检测传感器设备之间执行通信，其中测量仪器包括检测激光束的投射方向上的水平角的角度检测装置和从第一无线电通信单元接收信号来控制角度检测装置的第一运算单元，光检测传感器设备包括用于接收激光束的光检测单元和第二运算单元，第二运算单元用于执行传输光检测通知信号以通知由光检测单元接收激光束且还执行由第二无线电通信单元向第一无线电通信单元传输同步数据，其中第一运算单元根据光检测通知信号和同步数据来计算在光检测传感器设备接收激光束时激光束的投射的水平角。

Description

测量系统

技术领域

本发明涉及用于通过旋转辐射投射激光束来对待测对象执行测量的测量系统。

背景技术

作为一种测量设备(surveying device)，已知以下类型的测量设备，利用该设备通过旋转辐射来投射用于测量距离的脉冲光(距离测量光)，并且通过接收和检测从待测对象反射的光来确定到所述待测对象的距离。这种类型的测量设备的优点在于能够同时确定到多个待测对象的距离。而且，在测量操作中，除了测量距离，还有必要测量待测对象在水平方向上的位置，即测量水平角。

在近年来已提出的旋转辐射型的测量设备中，除了距离测量光之外，还通过旋转辐射投射激光束(扫描光)以用于检测待测对象或形成参考平面。所述扫描光是连续光。所述测量设备包括量角器(例如，编码器)，其能够连续检测所述扫描光被投射的方向的水平角。当扫描光通过旋转辐射被投射于整个圆周并穿过待测对象时，从所述待测对象反射的反射光(反射的扫描光)被接收和检测。通过在检测时读取量角器的角度，就确定了所述待测对象的水平角。

当检测到所述待测对象的水平角时，根据需要在围绕检测到的水平角的范围内投射距离测量光，从而测量距离。

这种测量设备基于光学系统所进行的检测，其检测来自待测对象的反射光。在这一方面，所述测量设备必须具有的结构包括对具有用于所述测量设备的光检测(photodetection)光学系统的需求，并且必须具有复杂的设计。而且，反射光必须具有足以进行测量的光量。在另一方面，出于安全原因，作为连续光的扫描光在辐射强度方面存在限制。因此，在用于待测对象确认和角度测量的距离方面存在限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量系统，借助于所述测量系统通过使用便利的通信装置可以确认待测对象并执行水平角测量，并且还可能降低成本。

为了实现以上目的，根据本发明的测量系统包括用于通过旋转辐射投射激光束的测量仪器(surveying instrument)和安装在测量点的光检测传感器设备，其中所述测量仪器包括第一无线电通信单元，所述光检测传感器设备包括第二无线电通信单元，并且能够在所述测量仪器和所述光检测传感器设备之间执行通信，其中所述测量仪器包括用于检测所述激光束的投射方向上的水平角的角度检测装置和用于根据从所述第一无线电通信单元接收信号来控制所述角度检测装置的第一运算单元，并且所述光检测传感器设备包括用于接收所述激光束的光检测单元和第二运算单元，所述第二运算单元用于执行传输光检测通知信号以通知由所述光检测单元接收激光束，并且还用于执行由所述第二无线电通信单元向所述第一无线电通信单元传输同步数据，其中所述第一运算单元根据所述光检测通知信号和所述同步数据来计算在所述光检测传感器设备接收激光束时所述激光束的投射的水平角。

而且，本发明还提供一种测量系统，所述测量系统包括用于通过旋转辐射投射激光束的测量仪器和安装在测量点的光检测传感器设备，其中所述测量仪器包括第一无线电通信单元，所述光检测传感器设备包括第二无线电通信单元，并且能够在所述测量仪器和所述光检测传感器设备之间执行通信，其中所述光检测传感器设备包括用于检测激光束的光检测单元，用于根据所述光检测单元对激光束的检测来准备光检测通知信号、利用所述光检测通知信号合成同步数据以及检测所述同步数据的第二信号处理单元，以及用于向所述测量仪器传送所述光检测通知信号的第二无线电通信单元，并且其中所述测量仪器包括用于接收所述光检测通知信号的第一无线电通信单元和用于根据所述光检测通知信号检测同步数据的第一信号处理单元，其中所述光检测传感器设备检测所述同步数据并且所述同步数据由所述测量仪器来检测，并且使所述光检测传感器设备和所述测量仪器之间的信号处理同步。

此外，本发明提供一种如上所述的测量系统，其中所述信号处理是用于检测水平角的信号处理，其中所述光检测传感器设备包括第二时间测量装置，所述第二时间测量装置测量从所述光检测单元检测激光束的时刻到所传送的光检测通知信号的同步数据的传输时刻的时间ΔT，并且经由所述第二无线电通信单元将所述时间ΔT传送到所述测量仪器，并且其中所述测量仪器包括第一时间测量装置、用于检测与所述时间相关联的水平角的角度检测装置和用于计算所述水平角的运算单元，其中所述第一时间测量装置检测所述同步数据的检测时间，所述运算单元根据所检测的时间反向计算所述时间ΔT、计算所述光检测单元检测所述激光束时的时间、并且计算由所述角度检测装置在该时间所检测的水平角。

而且，本发明还提供一种如上所述的测量系统，其中所述测量仪器具有距离测量单元，所述距离测量单元测量到所述光检测传感器设备的距离，并且根据所测量的距离对由所述激光束的传播时间中的时间延迟或所述光检测通知信号的传播时间中的时间延迟所导致的水平角误差进行补偿。此外，本发明提供一种如上所述的测量系统，其中所述测量仪器具有距离测量单元，所述距离测量单元测量到所述光检测传感器设备的距离，并且当所测量的距离大于预定值时，对由所述激光束的传播时间中的延迟或所述光检测通知信号的传播时间中的延迟所导致的水平角的误差进行补偿。而且，本发明还提供一种如上所述的测量系统，其中所述光检测传感器设备向所述测量仪器传送ID数据，并且所述测量仪器将所述ID数据与所述水平角相关联以使得能够所述光检测传感器设备能够被识别。此外，本发明提供一种如上所述的测量系统，其中所述激光束是扇形激光束。而且，本发明还提供一种如上所述的测量系统，其中在所述光检测通知信号中还包括测试数据。此外，本发明提供一种如上所述的测量系统，其中所述ID数据被添加到所述光检测通知信号。

根据本发明，一种测量系统包括用于通过旋转辐射投射激光束的测量仪器和安装在测量点的光检测传感器设备，其中所述测量仪器包括第一无线电通信单元，所述光检测传感器设备包括第二无线电通信单元，并且能够在所述测量仪器和所述光检测传感器设备之间执行通信，其中所述测量仪器包括用于检测所述激光束的投射方向上的水平角的角度检测装置和用于根据从所述第一无线电通信单元接收信号来控制所述角度检测装置的第一运算单元，并且所述光检测传感器设备包括用于接收激光束的光检测单元和第二运算单元，所述第二运算单元用于执行传输光检测通知信号以通知由所述光检测单元接收所述激光束，并且还用于执行由所述第二无线电通信单元向所述第一无线电通信单元传输同步数据，其中所述第一运算单元根据所述光检测通知信号和所述同步数据来计算在所述光检测传感器设备接收激光束时所述激光束的投射的水平角。结果，不需要总是在所述测量仪器和光检测传感器设备之间进行同步。这使得可以采用简单的结构和布置来设计系统。而且，不需要利用所述测量仪器和光检测传感器设备这二者的时钟信号的高精度来保持稳定性。此外，不需要在这两个设备之间进行连续通信以用于同步。而且，不要求通信设备有高稳定性。这意味着不需要具有高精度的时钟信号发生器并且也不要求非常高的稳定性。电路配置简单，并且能够在每次从复位状态测量水平角，而且可以以较少误差和高可靠性来测量水平角。

根据本发明，一种测量系统包括用于通过旋转辐射投射激光束的测量仪器和安装在测量点的光检测传感器设备，其中所述测量仪器包括第一无线电通信单元，所述光检测传感器设备包括第二无线电通信单元，并且能够在所述测量仪器和所述光检测传感器设备之间执行通信，其中所述光检测传感器设备包括用于检测激光束的光检测单元，用于根据所述光检测单元对激光束的检测来准备光检测通知信号、利用所述光检测通知信号合成同步数据以及检测所述同步数据的第二信号处理单元，和用于向所述测量仪器传送所述光检测通知信号的第二无线电通信单元，并且其中所述测量仪器包括用于接收所述光检测通知信号的第一无线电通信单元和用于根据所述光检测通知信号检测同步数据的第一信号处理单元，其中所述光检测传感器设备检测所述同步数据并且所述同步数据由所述测量仪器来检测，并且使所述光检测传感器设备和所述测量仪器之间的信号处理同步。结果，不需要总是在所述测量仪器和光检测传感器设备之间进行同步。这使得可以采用简单的结构和配置来设计系统。而且，不需要利用所述测量仪器和光检测传感器设备这二者的时钟信号的高精度来保持稳定性。换句话说，不需要在这两个设备之间进行连续通信以用于同步。而且，不要求通信设备有高稳定性。这意味着不需要具有高精度的时钟信号发生器并且也不要求非常高的稳定性。结果，电路配置简单。

此外，根据本发明，所述信号处理是用于检测水平角的信号处理，其中所述光检测传感器设备包括第二时间测量装置，所述第二时间测量装置测量从所述光检测单元检测激光束的时刻到所传送的光检测通知信号的同步数据的传输时刻的时间ΔT，并且经由所述第二无线电通信单元将所述时间ΔT传送到所述测量仪器，并且其中所述测量仪器包括第一时间测量装置、用于检测与所述时间相关联的水平角的角度检测装置和用于计算所述水平角的运算单元，其中所述第一时间测量装置检测所述同步数据的检测时间，所述运算单元根据所检测的时间反向计算所述时间ΔT、计算所述光检测单元检测所述激光束时的时间、并且计算由所述角度检测装置在该时间所检测的水平角。因此，能够每次都从复位状态测量水平角，并且可以以较少误差和高可靠性来测量水平角。

而且，根据本发明，所述测量仪器具有距离测量单元，所述距离测量单元测量到所述光检测传感器设备的距离，并且根据所测量的距离，对由所述激光束的传播时间中的时间延迟或所述光检测通知信号的传播时间中的时间延迟所导致的水平角的误差进行补偿。而且，所述测量仪器具有距离测量单元，所述距离测量单元测量到所述光检测传感器设备的距离，并且当所测量的距离大于预定值时，对由所述激光束的传播时间中的延迟或所述光检测通知信号的传播时间中的延迟所导致的水平角的误差进行补偿。

因此，可以以高精度来测量水平角，而不管是对短距离还是长距离进行测量。

而且，根据本发明，所述光检测传感器设备向所述测量仪器传送ID数据，并且所述测量仪器将所述ID数据与所述水平角相关联以使得能够所述光检测传感器设备能够被识别。结果，通过使用多个光检测传感器设备，能够同时进行测量。

此外，根据本发明，所述激光束是扇形激光束。这使得所述光检测传感器设备的检测更为容易。

附图说明

图1是解释根据本发明的测量系统的近似布置的示意图；

图2是解释所述测量系统的一般特征的透视图；

图3是示出其中扫描光是排列为N形形式的多个扇形激光束的情况的示意图；

图4是解释以N形排列的扫描光和光检测(光接收)传感器设备之间的关系的示图；

图5是示出测量仪器和光检测传感器设备的近似布置的示意性框图；

图6是示出所述光检测传感器设备和测量仪器的控制运算单元的近似布置的示意性框图；

图7是示出在测量水平角时所述光检测传感器设备和测量仪器之间的信号的关系的示图。

具体实施方式

以下将参考附图给出实施本发明的最佳方式的详细描述。

首先，参考图1和图2，将给出其中实施了本发明的测量系统的一般特征的描述。

在图1中，附图标记1表示测量仪器，而附图标记2表示作为待测对象的光检测传感器设备。

测量仪器1包括参考平面形成单元3和距离测量单元4，并且测量仪器1被安装于已知点。参考平面形成单元3以恒定速度投射扫描光5，所述扫描光5是经由旋转单元10通过旋转辐射而得到的连续光。距离测量单元4能够投射距离测量光6，所述距离测量光6是经由旋转单元10通过旋转辐射而得到的脉冲光束。单个旋转单元10通常被用作参考平面形成单元3的旋转单元和距离测量单元4的旋转单元。或者，可以提供彼此独立驱动的旋转单元10和10，并且可以彼此独立地投射扫描光5和距离测量光6。

光检测传感器设备2接收和检测扫描光5，并且光检测的结果被传送到测量仪器1。然后，测量仪器1检测光检测传感器设备2，并且通过接收和检测光检测传感器设备2所反射的距离测量光6，能够测量到位于多个点的光检测传感器设备2的距离。

参考平面形成单元3通过旋转辐射以恒定速度投射扫描光5并且形成水平参考平面7(见图3)。水平参考平面7是要由扫描光5的光通量的横截面中心所形成的水平平面。扫描光5由在垂直方向上传播的两个或更多扇形激光束构成，并且所述扇形激光束中的至少一个相对于所述水平平面以已知角度倾斜。由于扫描光5已经在垂直方向上传播，所以光检测传感器设备2能够很容易地在宽范围的垂直方向上(上到下)的位置处检测扫描光5。

在图2中，扫描光5由三个扇形激光束构成，并且光通量的横截面是N形形式。JP-A-2004-212058中提出了一种旋转激光设备，作为用于通过旋转辐射来投射三个或更多扇形激光束的激光设备，其中所述激光束中的一个激光束是倾斜的。

如图3和图4所示，当通过旋转辐射投射扫描光5，并且两个或更多扇形光束5a、5b和5c穿过光检测传感器设备2时，光检测传感器设备2接收并检测扇形光束5a、5b和5c中的两个或更多，并且这在接收到光束时导致时间滞后。通过获取光接收(光检测)时刻之间的时间差，能够根据所述时间差并且根据倾斜的扇形激光束的倾角θ来获得相对于水平参考平面7的仰角。而且，根据所述仰角，能够设定倾斜参考平面。

通过旋转辐射投射具有N形形式的横截面的扫描光5，并且通过旋转辐射来投射距离测量光6。并且通过接收从待测对象反射的光来确定到所述待测对象的距离。JP-A-2006-337302中公开了这种类型的测量设备。在该测量设备中，通过旋转辐射来投射距离测量光6，并且能够同时测量到多个光检测传感器设备2的距离。因此，根据所测量的仰角和所测量的距离，能够确定待测对象(即，光检测传感器设备2)的高度方向上的位置。

为了检测和指定光检测传感器设备2，当通过旋转辐射投射扫描光5并且光检测传感器设备2接收扫描光5时，用于通知光的光检测(接收)的光检测通知信号被从光检测传感器2传送到测量仪器1。通过在光检测通知信号被接收到时检测扫描光5在投射方向上的角度，即通过检测水平角，能够指定和识别光检测传感器设备2，并且将所检测的水平角确定为光检测传感器设备2的水平方向上的位置(即，水平角)。

结果，在光检测传感器设备2中，对仰角进行计算。计算得到的仰角和光检测通知信号被从光检测传感器设备2传送到测量仪器1。在测量仪器1，根据所接收的仰角和所检测的水平角来测量距离并确定光检测传感器设备2的三维位置。

根据需要，在测量仪器1所获得的测量结果被传送到光检测传感器设备2，并且所述测量结果作为光检测传感器设备2的位置测量数据而被存储在光检测传感器设备2中。

如上所述，在测量仪器1和光检测传感器设备2之间执行双向通信。作为相应的通信装置，测量仪器1具有无线电通信单元17(在稍后进行描述)，而光检测传感器设备2具有光检测侧的无线电通信单元21(在稍后进行描述)。

接下来，参考图5，以下将给出在其中实施本发明的测量系统的近似布置的描述。在下文中，将给出通过旋转辐射经由公共旋转单元10投射扫描光5和距离测量光6的情况的描述。

测量仪器1主要包括参考平面形成单元3、距离测量单元4、控制运算单元8、存储单元9、操作单元11、用于通过旋转辐射投射扫描光5和距离测量光6的旋转电机12、用于驱动参考平面形成单元3的参考平面形成驱动单元13、用于驱动距离测量单元4的距离测量驱动单元14、用于驱动旋转电机12的电机驱动单元15、用于与光检测传感器设备2进行通信的无线电通信单元17以及用于检测扫描光5和距离测量光6的投射方向的量角器(例如，编码器)16。参考平面形成驱动单元13、距离测量驱动单元14和电机驱动单元15的驱动由控制运算单元8来控制。由编码器16所检测的水平角与所述水平角被获取的时间相关联，并且被存储在存储单元9中。编码器16和时间测量装置(在稍后进行描述)共同构成水平角检测装置。

在存储单元9中，存储有各种类型的程序，即存储有用于驱动参考平面形成驱动单元13、距离测量驱动单元14和电机驱动单元15来实施距离测量和角度测量的顺序程序、用于执行距离测量和水平角测量的测量程序以及其他程序。而且，测量数据被存储和保存在存储器中。

光检测传感器设备2被安装在杆18上的已知高度(见图1)，并且光检测传感器设备2主要包括用于接收扫描光5的光检测单元19和诸如棱镜20之类的用于反射距离测量光6的反射器、用于执行与测量仪器1的无线电通信单元17的无线通信的光检测侧的无线电通信单元21、光检测侧的控制运算单元22、光检测侧的存储单元23、光检测侧的操作单元24以及光检测侧的显示单元25。光检测侧的显示单元25可以被设计为触摸板以使得光检测侧的显示单元还能够实现光检测侧的操作单元24的功能。

光检测侧的无线电通信单元21能够执行无线电通信，例如与另一个光检测传感器设备2的光检测侧的无线电通信单元21互相传送和接收数据。

光检测侧的存储单元23中存储有各种类型的程序，并且这些程序包括：用于根据多个扇形激光束被接收到时的光检测时间差来计算仰角的计算程序、用于根据所述仰角和距离测量数据来计算在高度上的位置的计算程序、用于经由光检测侧的无线电通信单元21执行与测量仪器1、其他光检测传感器设备2和无线电通信单元17的无线电通信的通信程序以及用于在光检测侧的显示单元25上显示指令内容、操作内容、通信内容等的图像显示程序。而且，在存储器中存储和保存着从测量仪器1传送的测量数据和在光检测设备2处获得的测量数据。

现在，将给出对测量操作的一般概要的描述。

通过旋转辐射从参考平面形成单元3投射扫描光5。形成水平参考平面，并且通过旋转辐射从距离测量单元4投射距离测量光6。

当扫描光5穿过光检测单元19时，所述光检测单元19检测扫描光5。所述光检测的结果被输入到光检测侧的控制运算单元22。光检测侧的运算单元22把所述光被接收到的事实作为光检测通知信号经由光检测侧的无线电通信单元21传送到无线电通信单元17。光检测侧的控制运算单元22根据光检测的结果计算仰角，并且计算得到的仰角被记录在光检测侧的存储单元23中。

无线电通信单元17将光检测通知信号的接收输入到控制运算单元8。然后，控制运算单元8在接收到所述信号时从编码器16读取水平角并且测量所述水平角。

根据所述水平角，控制距离测量驱动单元14并且控制距离测量光6的投射范围。从棱镜20反射的距离测量光被接收到。根据所述反射的距离测量光，距离测量单元4测量到光检测传感器设备2的距离。测量的结果和测得的水平角经由无线电通信单元17被传送到光检测侧的无线电通信单元21，并且光检测侧的无线电通信单元21把由此接收到的距离测量的结果输入到光检测侧的控制运算单元22。

光检测侧的控制运算单元22根据由此接收到的距离测量结果和所述仰角来计算光检测传感器设备2的在高度上的位置。在高度上的位置的计算结果、仰角、水平角和距离测量的结果被彼此关联并且被记录在光检测侧的存储单元23中。

在高度上的位置的计算结果和所述仰角经由光检测侧的无线电通信单元21被传送到无线电通信单元17。在无线电通信单元17处接收到的诸如在高度上的位置、仰角等之类的测量结果被与距离测量结果和仰角相关联，并且被记录在存储单元9中。

在高度上的位置、仰角、距离测量结果和关于水平角的测量结果等可以被一起存储在存储单元9或光检测侧的存储单元23中。或者，这些可以被一起记录在外部记录单元中。

在如上所述的过程中，从由光检测单元19接收扫描光5到从光检测侧的无线电通信单元21传送光检测通知信号，由于以下原因会产生时间延迟，例如：光检测单元19的响应度、光检测侧的无线电通信单元21的电路上的延迟以及根据光检测侧的控制运算单元22的程序来准备光检测通知信号所需要的时间。

此外，在测量仪器1上，也会由于处理时间而产生时间延迟，所述处理时间是从由无线电通信单元17接收光检测通知信号到检测水平角所需要的时间。

因此，由编码器16在接收到来自光检测侧的无线电通信单元21的光检测通知信号的时刻所检测的水平角会产生误差。误差量是作为扫描光5的旋转速度乘以时间延迟的数值来得到的。由程序处理所引起的时间延迟对于每个处理是不同的并且不是恒定的，所述程序处理是引起时间延迟的原因之一。

为此，为了检测准确的水平角，有必要在每次水平角被测量时消除时间延迟所引起的误差。此外，在测量仪器1和光检测传感器设备2之间的距离较长的情况下(例如，在它为300米或更多的情况下)，光检测侧的无线电通信单元21和无线电通信单元17之间的光检测通知信号的传输时间(传播延迟时间)将是不能被忽略的。

根据本发明，针对每次测量消除了时间延迟所引起的误差，并且能够测量准确的水平角。

以下将参考图5至图7给出根据本发明的水平角测量的描述。

首先，将给出关于控制运算单元8的描述。控制运算单元8包括运算单元28(典型地，由CPU表示)、时钟发生器29、用于产生用于同步的模式数据(pattern data)的模式发生器31以及信号处理单元32，所述信号处理单元32用于出于传输目的而处理信号并且用于处理接收信号以使得所述接收信号能够在控制运算单元8中得以处理。运算单元28具有用于整合(integrate)来自时钟发生器29的时钟信号以及用于测量时间的功能。时钟发生器29和运算单元28共同构成时间测量装置。

光检测侧的控制运算单元22包括光检测侧的运算单元34(典型地，由CPU表示)、光检测侧的时钟发生器35、用于产生用于同步的模式信号的光检测侧的模式发生器36以及光检测侧的信号处理单元37，所述信号处理单元37用于出于传输目的而处理信号并且用于处理接收信号以使得所述接收信号能够在光检测侧的控制运算单元22中得以处理。光检测侧的运算单元34具有整合来自光检测侧的时钟发生器35的时钟信号以及测量时间的功能。光检测侧的时钟发生器35和光检测侧的运算单元34共同构成时间测量装置。

当扫描光5被从参考平面形成单元3投射并且被光检测单元19接收到时，光检测信号41被发出。所述光检测信号41然后通过光检测单元19的信号处理功能被变成脉冲并且被输出到光检测侧的运算单元34以作为光检测信号检测脉冲42。在光检测侧的运算单元34，获取光检测信号检测脉冲42的上升(rise-up)时间。此外，计算光检测信号41的加权点，并且确定加权位置的时间Ta。能够如下所描述的那样来确定时间Ta。

如图7所示，光检测信号41上升。当其超过预定阈值时，光检测信号检测到脉冲42上升，并且获取时间T。当光检测信号41下降到低于所述预定阈值的水平时，光检测信号检测到脉冲42下降。在这种情况下，只要在光检测信号检测脉冲42期间就继续检测光检测信号41。通过使用光检测信号41的区域(area)等获取加权位置，并且计算所述加权位置从时间T的偏移。通过使用该偏移，能够获得时间Ta。这里，使用了光检测信号41的区域，且同时还可以通过寻找上升时间和下降时间来获得时间Ta。

当生成光检测信号检测脉冲42时，由光检测侧的模式发生器36生成用于同步的模式信号，并且所述模式信号被传送到光检测侧的信号处理单元37。在光检测信号处理单元37，用于同步的模式的数据被合成(synthesize)在从光检测侧的无线电通信单元21传送的通信信号43上。通信信号43被从光检测侧的无线电通信单元21传送到无线电通信单元17。

在所述通信信号中，包括测试数据43a、同步模式数据43b和光检测通知数据43c。此外，如果通过光检测侧的运算单元34计算了两个或更多测量数据，诸如仰角、在高度上的位置等，或者如果存在两个或更多光检测传感器设备2，则添加诸如标识信号(ID数据)之类的用于识别光检测传感器设备2的信息数据。

在图7中，以最小单位示出测试数据43a、同步模式数据43b和光检测通知数据43c。测试数据43a、同步模式数据43b和光检测通知数据43c采用连续信号的形式。同步模式数据43b被置于除通信信号43的最前部分以外的位置，例如，被置于如图所示的中间部分或最后部分(未示出)。

在光检测侧的信号处理单元37，检测同步模式数据43b的最后的部分。在同步模式数据43b的最后，发出时间脉冲Tb。然后，获得时间脉冲Ta和时间脉冲Tb之间的经过时间ΔTx。经过时间ΔTx被从光检测侧的无线电通信单元21传送到无线电通信单元17。

在无线电通信单元17接收通信信号43。信号处理单元32能够保持或准备具有与同步模式数据43b的模式相等的模式的同步模式数据43b’作为用于判断的数据。在信号处理单元32，将所接收的通信信号43与同步模式数据43b’进行比较。通过模式识别，检测通信信号43中的同步模式数据43b，并且在同步模式数据43b的最后获取在控制运算单元8处的时间Tc。通过从时间Tc减去经过时间ΔTx所得到的时间(反向计算的时间)是当在光检测传感器设备2检测到扫描光5时在测量仪器1处的时间Ta’。

在运算单元28，把从编码器16获得的角度信号与所述角度信号被发出的时间关联起来，并且将结果记录在存储单元9中。通过获取时间Ta’，可以在光检测传感器设备2检测扫描光5时获得水平角θ_H。

特别地，如果假定时间Ta’是在测量仪器1处的时间T1和时间T2之间，并且通过编码器16在时间T1和时间T2所检测到的水平角分别是θ1和θ2，则能够根据以下等式获得水平角θ_H：

θ_H＝(θ2-θ1)×(Ta’-T1)/(T2-T1)+θ1(等式1)

在测量仪器1和光检测传感器设备2的同步操作中，在光检测传感器设备2接收扫描光5并且准备和传送通信信号43期间存在着时间滞后。而且，该时间滞后不是恒定的并且其每次都有所不同。也就是说，经过时间ΔTx的值在每次测量时都有所不同。

根据本发明，通过计算每次测量的经过时间ΔTx而获得水平角θ_H。因此，尽管在电路或软件处理中存在误差，但是也能够测量准确的水平角θ_H。为了增加测量精度，可以进行设计以使得水平角θ_H的值被确定两次或更多次并且计算平均值。

在提供有两个或更多光检测传感器设备2的情况下，在信号处理单元32通过诸如模式识别之类的手段来识别被添加到通信信号43的ID数据，并且将测得的水平角与所述ID数据相关联以使得能够识别光检测传感器设备2。测量数据等被与ID数据相关联并且被转变为光检测传感器设备2所特有的数据，可以通过ID数据为所述光检测传感器设备2指定标识数据。然后，所述数据被存储在存储单元9中。或者，它可以被传送到光检测传感器设备2。

在如上所描述的水平角的测量中，通过假设该时间是可忽略的(即，扫描光5从测量仪器1到达光检测传感器设备2的时间或者通信信号43从光检测传感器设备2到达测量仪器1的时间是可忽略的)来确定水平角。然而，例如当测量仪器1和光检测传感器设备2之间的距离超过300米时，将会出现测量误差。该距离会根据测量系统所要求的测量精度而有所不同。

在这种情况下，根据在距离测量单元4测得的距离测量结果和光速，获得扫描光5的到达时间和通信信号43的到达时间。通过将这些时间值当作延迟时间来对所获得的水平角进行补偿。关于是否应当进行补偿的判断，根据所要求的测量精度来设置执行补偿的距离，并且在测得的距离超过执行补偿的距离时进行补偿。可以进行设计以使得不对补偿的执行距离进行设置，并且总是根据测得的距离对水平角进行补偿。

如上所描述的本发明实施例，已经给出了通过旋转辐射投射多个扇形激光束的情况的描述。然而，当通过旋转辐射投射一个扇形激光束或点状(spot-like)激光束时，能够通过使测量仪器1和光检测传感器设备2同步而以相同的方式测量水平角。

作为用于无线电通信的介质，可以使用电通信，或者可以通过对光进行调制来使用光通信，其中信号被叠加(superimpose)在光上。

虽然已经在本实施例中描述了双向通信，但是也可以使用单向通信。这能够被应用于不是同时通过使用两个或更多光检测设备进行测量的情况。

根据本发明，不需要总是使测量仪器1的操作和光检测传感器设备2的操作同步。因此，不一定要在测量仪器1和光检测传感器设备2的时钟信号中保持高精度的稳定性。因此，会有这样的效果，即不需要使用连续通信来保持两个设备之间的同步以及不要求通信设备的高度稳定性。

根据本发明，扫描光5的反射光并不被用于光检测传感器设备2的检测。如果扫描光5的强度是其到达光检测传感器设备2的强度，这将是足够的。这使得降低扫描光5的强度或者检测位于远距离的光检测传感器设备2成为可能。

根据本发明，提供以无线电通信装置以使得能够实现通信。因此，光检测传感器设备能够向测量仪器通知其存在。在这一点上，在没有在测量仪器侧分配操作者的情况下，光检测传感器设备能够加入测量操作或者能够与测量操作分离。

Claims

1.一种测量系统，包括用于通过旋转辐射投射激光束的测量仪器和安装在测量点的光检测传感器设备，其中所述测量仪器包括第一无线电通信单元，所述光检测传感器设备包括第二无线电通信单元，并且能够在所述测量仪器和所述光检测传感器设备之间执行通信，其中所述测量仪器包括用于检测所述激光束的投射方向上的水平角的角度检测装置和用于根据从所述第一无线电通信单元接收信号来控制所述角度检测装置的第一运算单元，并且所述光检测传感器设备包括用于接收激光束的光检测单元和第二运算单元，所述第二运算单元用于执行传输光检测通知信号以通知由所述光检测单元接收激光束，并且还用于执行由所述第二无线电通信单元向所述第一无线电通信单元传输同步数据，其中所述第一运算单元根据所述光检测通知信号和所述同步数据来计算在所述光检测传感器设备接收所述激光束时所述激光束的投射的水平角。

2.一种测量系统，包括用于通过旋转辐射投射激光束的测量仪器和安装在测量点的光检测传感器设备，其中所述测量仪器包括第一无线电通信单元，所述光检测传感器设备包括第二无线电通信单元，并且能够在所述测量仪器和所述光检测传感器设备之间执行通信，其中所述光检测传感器设备包括用于检测激光束的光检测单元，用于根据所述光检测单元对激光束的检测来准备光检测通知信号、利用所述光检测通知信号合成同步数据以及检测所述同步数据的第二信号处理单元，以及用于向所述测量仪器传送所述光检测通知信号的所述第二无线电通信单元，并且其中所述测量仪器包括用于接收所述光检测通知信号的所述第一无线电通信单元和用于根据所述光检测通知信号检测同步数据的所述第一信号处理单元，其中所述光检测传感器设备检测所述同步数据并且所述同步数据由所述测量仪器来检测，并且使所述光检测传感器设备和所述测量仪器之间的信号处理同步。

3.如权利要求2所述的测量系统，其中所述信号处理是用于检测水平角的信号处理，其中所述光检测传感器设备包括第二时间测量装置，所述第二时间测量装置测量从所述光检测单元检测所述激光束的时刻到所传送的光检测通知信号的同步数据的传输时刻的时间ΔT，并且经由所述第二无线电通信单元将所述时间ΔT传送到所述测量仪器，并且其中所述测量仪器包括第一时间测量装置、用于检测与所述时间相关联的水平角的角度检测装置和用于计算所述水平角的运算单元，其中所述第一时间测量装置检测所述同步数据的检测时间，所述运算单元根据所检测的时间反向计算所述时间ΔT、计算所述光检测单元检测所述激光束时的时间、并且计算由所述角度检测装置在所述时间所检测的水平角。

4.如权利要求3所述的测量系统，其中所述测量仪器具有距离测量单元，所述距离测量单元测量到所述光检测传感器设备的距离，并且根据所测量的距离对由所述激光束的传播时间中的时间延迟或所述光检测通知信号的传播时间中的时间延迟所导致的水平角的误差进行补偿。

5.如权利要求3所述的测量系统，其中所述测量仪器具有距离测量单元，所述距离测量单元测量到所述光检测传感器设备的距离，并且当所测量的距离大于预定值时，对由所述激光束的传播时间中的延迟或所述光检测通知信号的传播时间中的延迟所导致的水平角的误差进行补偿。

6.如权利要求4所述的测量系统，其中所述光检测传感器设备向所述测量仪器传送ID数据，并且所述测量仪器将所述ID数据与所述水平角相关联以使得所述光检测传感器设备能够被识别。

7.如权利要求1或2所述的测量系统，其中所述激光束是扇形激光束。

8.如权利要求1至3中任一项所述的测量系统，其中在所述光检测通知信号中还包含测试数据。

9.如权利要求6所述的测量系统，其中所述ID数据被添加到所述光检测通知信号。