CN104111060B - 同向双观测通道水准仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可有效提高水准测量工作效率、精度和可靠性的同向双观测通道水准仪，有壳体（1），壳体（1）通过竖轴活动连接于基座（2）上，在壳体（1）上固定有圆水准器（3）及精密安平装置（4），在壳体（1）内横向一端沿水平方向依次设有第一物镜（5）、第一调焦透镜（6）及第一读数装置（8），与第一调焦透镜（6）相接有第一调焦螺旋（7），在所述壳体（1）内还依次设有与第一物镜（5）、第一调焦透镜（6）及第一读数装置（8）的光轴相互平行且同向的第二物镜（9）、第二调焦透镜（10）及第二读数装置（12），与第二调焦透镜（10）相接有第二调焦螺旋（11）。

Description

同向双观测通道水准仪

技术领域

本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种可有效提高水准测量工作效率、精度和可靠性的同向双观测通道水准仪。

背景技术

目前，公知的水准测量装置是由一个水准仪和两个水准标尺组成。测量时先将两个水准标尺分别置于地面上的A、B两点，再将水准仪设置在A、B两点的中间位置，利用整平后水准仪的水平视线分别照准读取两个水准标尺的标高数值，所测标高数值之差即为地面A、B两点的水准高差，若已知其中一点的高程，即可由高差推算出另一点的高程。现有水准仪由望远镜、水准器和基座组成。望远镜主要由物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板所组成，十字丝交点与物镜光心的连线，称为视准轴或视线，水准测量是在视准轴水平时，用十字丝的中丝截取水准尺上的读数。 水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置，有管水准器和圆水准器两种，管水准器用来指示视准轴是否水平；圆水准器用来指示竖轴是否竖直。基座的作用是支承仪器的上部并与三脚架连接，它主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。现有水准仪有如下不足：

（1）由于受仪器制造工艺及大气环境等因素影响，使得观测时的望远镜视准轴（十字丝交点与物镜光心的连线）与水平面之间存在一个夹角，即i角，i角的大小直接影响到水准测量的精度和可靠性，实践证明：i角的大小通过仪器检验、校对、改正后，可以得到控制，但不能完全消除。

（2）一次仅能提供一个水准测量观测值，会出现系统偏差，为了保证观测的正确性、防止读数出错，通常采用两次仪器高法（即在同一地点两次架设水准仪进行观测，但两次架设的仪器高不同）和两面尺法（即用不同颜色面的尺子分别观测两次，不同面的起始刻划差一个常数）来构成多系统检核，这样做不仅增加了测量环节，降低了工作效率，还可能会因增加测量环节而导入其它观测误差；

（3）尽管测量员手扶水准尺，并随时使水准尺上的圆水准器的气泡居中来保持水准尺处于垂直状态，但由于用手、胳膊的肌肉力量来实时控制水准尺，不可避免地产生晃动或抖动使水准尺倾斜，难以保证水准尺长时间处于垂直状态，水准仪观测时会导致水准尺倾斜误差的产生，降低了水准测量的精度。

为了彻底克服i角影响，中国专利申请号为201310285829.6的发明专利公开了一种“双通道水准仪”，其特征是将传统单观测通道的水准仪有机拓展到双通道的水准仪，设有第二套望远镜观测装置，并相对于第一套望远镜观测装置呈现为同轴、对称、反向设置，解决了人们一直渴望却难以解决的i角影响测量精度等技术难题，有效提高了水准测量的精度，然而现有单通道水准仪存在的上述不足（2）和（3）仍未得到圆满克服。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，提供一种可有效提高水准测量工作效率、精度和可靠性的同向双观测通道水准仪。

本发明的技术解决方案是：一种同向双观测通道水准仪，有壳体，壳体通过竖轴活动连接于基座上，在壳体上固定有圆水准器及精密安平装置，在壳体内横向一端沿水平方向依次设有第一物镜、第一调焦透镜及第一读数装置，与第一调焦透镜相接有第一调焦螺旋，在所述壳体内还依次设有与第一物镜、第一调焦透镜及第一读数装置的光轴相互平行且同向的第二物镜、第二调焦透镜及第二读数装置，与第一调焦透镜相接有第二调焦螺旋。

所述第一读数装置由第一目镜及第一分划板构成，第二读数装置由第二目镜及第二分划板构成，第一目镜及第一分划板光心连线与第二目镜、第二分划板的光心连线平行。

设有第三读数装置及第四读数装置，所述第三读数装置和第四读数装置是对应设置在两个光路中的第一读数分光镜、第一线阵CCD）和第二读数分光镜、第二线阵CCD。

所述第一读数装置和第二读数装置是分别对应设置在两个光路中的第一成像CCD、第一显示屏和第二成像CCD、第二显示屏。

所述第一线阵CCD和第二线阵CCD由双面成像CCD替代，与双面成像CCD相接有数据处理及显示单元。

本发明是将传统单观测通道的水准仪有机拓展到双观测通道的水准仪，设有第二套望远镜观测装置，并相对于第一套望远镜观测装置呈现为同向上下分层设置。本发明一方面可利用两倍的观测数据进行不同视准轴的双系统检核，可取代传统的两次仪器高测量法和两面尺测量法，提高水准测量工作效率；另一方面可有效改正水准尺倾斜产生的误差，提高水准测量的精度。

附图说明

图1、2是本发明实施例1的结构示意图。

图3、4是本发明实施例的使用状态示意图。

图5、6是本发明实施例2的结构示意图。

图7是本发明实施例3的结构示意图。

图8是本发明实施例4的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1、2所示：与现有技术一样，设有金属等材料制成的壳体1和基座2，壳体1和基座2通过竖轴固定相接，壳体1可绕竖轴相对于基座2转动，基座2与辅助脚架固定连接，在壳体1上设有用来指示竖轴是否竖直的圆水准器3及用来指示视准轴是否水平的精密安平装置4，精密安平装置4由管水准器4-1及微倾螺旋4-2构成。在壳体1内上层横向沿水平方向由外至内依次设有第一物镜5、第一调焦透镜6及由第一目镜8-1和第一分划板8-2构成的第一读数装置8，与第一调焦透镜6相接有第一调焦螺旋7。与现有技术所不同的是在壳体1内的下层横向沿水平方向由外至内依次还设有第二物镜9、第二调焦透镜10及由第二目镜12-1及第二分划板12-2构成的第二读数装置12，与第二调焦透镜10相接有第二调焦螺旋11，特征是双观测通道的光轴相互平行且同向。

实施例1的具体工作过程如下：

如图3所示：按下列步骤进行：

（1）安置仪器：与现有技术相同，将两个普通水准测量标尺（即传统的人工读数标尺）放置于A、B两个测量点，使其稳固。在A、B两个测量点的中点处安置辅助脚架，将辅助脚架调节至合适长度，然后将本发明实施例1（同向双观测通道水准仪）固定于辅助脚架的架头。

（2）粗整平：与现有技术相同，通过调节脚螺旋使位于壳体1底部的圆水准器3气泡居中。

（3）精整平：与现有技术相同，调节微倾螺旋，使同向双通道水准仪的管水准器气泡精确居中。

（4）照准调焦观测：与现有技术相同，将第一物镜5及第二物镜9照准水准标尺A，先使用第一读数装置8读取水准标尺A的水准高度a1；与现有技术不同得是：再使用第二读数装置12读取水准标尺A的水准高度a2。

（5）双系统检核及水准尺倾斜改正：与现有技术不同，

A双系统检核：理论上，第一读数装置8与第二读数装置12读取水准标尺A的水准高度差（a1-a2）应等于C，然而由于误差的存在，通常（a1-a2）不等于C，令：

判断ε是否超限？若ε在限差之内，则接受观察值a1和a2；若ε超出限差，则重新观察。超限的阈值可根据水准测量的等级来定，等级越高，阈值越小。

B水准尺倾斜改正：有时尽管ε超出限差（事实上限差ε的制定本身应考虑到水准尺的倾斜改正），但当排除其它因素、有理由确信ε的误差仅来源于水准尺前后或左右倾斜时，如图4所示，则可按下式进行改正以提高观测精度，水准尺倾斜改正后的第一读数装置8及第二读数装置12的正确读数为：

式中：

a1为水准仪第一读数装置8读取水准标尺A的水准高度读数；

a2为水准仪第二读数装置12读取水准标尺A的水准高度读数；

A1为水准仪第一读数装置8读取水准标尺A的正确水准高度读数；

A2为水准仪第二读数装置12读取水准标尺A的正确水准高度读数；

C为水准仪第二读数装置12与第一读数装置8视准轴之间的固定垂直距离；

（6）旋转水准仪望远镜使第一物镜5及第二物镜9照准水准标尺B，同理可获得水准标尺B的水准高度读数b1、b2和改正后的正确读数B1、 B2。

（7）与现有技术相同，由水准标尺A、B的水准高度读数即可获得A、B两点处的高差。

实施例2：

如图5、6所示：基本结构同实施例1，不同的是：用来指示视准轴是否水平的精密安平装置4由自动安平补偿器取代了管水准器和微倾螺旋，设有第一自动安平补偿器4-3和第二自动安平补偿器4-4，在上下两个光路中对应设有第三读数装置13及第四读数装置14，第三读数装置13由读数分光镜13-1、读数线阵CCD13-2构成；第四读数装置14由读数分光镜14-1、读数线阵CCD14-2构成。

实施例2的工作过程与实施例1相同。不同之处如下：（1）不再需要精整平步骤。（2）既适用于普通水准测量标尺（即传统的人工读数标尺），也可适用于条码水准测量标尺（即仪器自动读数标尺），当使用普通水准测量标尺时，可用第一读数装置8、第二读数装置12进行人工读数，当使用条码水准测量标尺时，改由第三读数装置13及第四读数装置14实现仪器自动读数。

实施例3：如图7所示：基本结构同实施例3，所不同的是：不再设置分划板和目镜来进行瞄准或读数，取而代之设有第一成像CCD 15、第一LED显示屏16和第二成像CCD17、第二LED显示屏18。

实施例3的工作过程与实施例2相同。不同之处如下：LED显示屏直接显示观测图像及数据信息。

实施例4：

如图8所示：基本结构同实施例3，与实施例3所不同的是：采用集成的双面成像CCD19替代第一成像CCD 15、第二成像CCD17，与双面成像CCD19相接有数据处理及显示单元20（智能手机、掌上电脑或通用便携式计算机等），双面成像CCD19与数据处理及显示单元20之间可以有线或无线通讯连接。

实施例4的工作过程与实施例3相同。

Claims (5)

1.一种同向双观测通道水准仪，有壳体（1），壳体（1）通过竖轴活动连接于基座（2）上，在壳体（1）上固定有圆水准器（3）及精密安平装置（4），在壳体（1）内横向一端沿水平方向依次设有第一物镜（5）、第一调焦透镜（6）及第一读数装置（8），与第一调焦透镜（6）相接有第一调焦螺旋（7），其特征在于：在所述壳体（1）内还依次设有与第一物镜（5）、第一调焦透镜（6）及第一读数装置（8）的光轴相互平行且同向的第二物镜（9）、第二调焦透镜（10）及第二读数装置（12），与第二调焦透镜（10）相接有第二调焦螺旋（11）。

2.根据权利要求1所述的同向双观测通道水准仪，其特征在于：所述第一读数装置（8）由第一目镜（8-1）及第一分划板（8-2）构成，第二读数装置（12）由第二目镜（12-1）及第二分划板（12-2）构成，第一目镜（8-1）及第一分划板（8-2）光心连线与第二目镜（12-1）、第二分划板（12-2）的光心连线平行。

3.根据权利要求2所述的同向双观测通道水准仪，其特征在于：设有第三读数装置（13）及第四读数装置（14），所述第三读数装置（13）和第四读数装置（14）是对应设置在两个光路中的第一读数分光镜（13-1）、第一线阵CCD（13-2）和第二读数分光镜（14-1）、第二线阵CCD（14-2）。

4.根据权利要求1所述的同向双观测通道水准仪，其特征在于：所述第一读数装置（8）和第二读数装置（12）是分别对应设置在两个光路中的第一成像CCD（15）、第一显示屏（16）和第二成像CCD（17）、第二显示屏（18）。

5.根据权利要求3所述的同向双观测通道水准仪，其特征在于：所述第一线阵CCD（13-2）和第二线阵CCD（14-2）是双面成像CCD（19），与双面成像CCD（19）相接有数据处理及显示单元（20）。