CN108168514B - 具有i角检测功能的新型水准仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可提高水准测量精度、可靠性及效率的具有i角检测功能的新型水准仪，有壳体，在壳体内由内至外依次设有中心线同一的物镜、调焦透镜、自动水平视线补偿器、分光镜、十字丝分划板及目镜，在壳体上还设有电子读数器、显控终端和第一电源，在壳体的外部侧面设有水准器，在所述物镜的另一侧由远至近依次排列有中心线同一的内置光源、散射玻璃、竖向透明缩微编码标尺及凸透镜，所述内置光源、散射玻璃、竖向透明缩微编码标尺及凸透镜与物镜和目镜形成同一光路，与所述显控终端相接有报警装置。

Description

具有i角检测功能的新型水准仪

技术领域

本发明涉及大地测量及工程测量领域的水准测量装置，尤其是一种可提高水准测量精度、可靠性及效率的具有i角检测功能的新型水准仪。

背景技术

传统的水准测量装置是由一个水准仪和两个水准标尺组成。水准仪由物镜、调焦透镜、水平视线自动补偿器、分光镜、十字丝分划板、目镜、电子读数器和显控终端组成。测量时先将两个水准标尺分别垂直安置于地面上的A、B两点，再将水准仪设置在A、B两点的中间位置，利用整平后水准仪望远镜视准轴（即十字丝交点与物镜光心的连线）提供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。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与水平面之间存在一个夹角，测量领域俗称为i角。i角的大小直接影响到水准测量的精度、稳定性和可靠性，目前为保证水准测量精度，通常采用如下措施：（1）每天水准测量前需测定并调整i角，使水准仪的i角小于水准测量等级限差（例如中国标准：一、二等水准测量i角限差为15秒；三、四等水准测量i角限差为20秒）；（2）测量时使水准仪距两个水准标尺的水平距离相等或大致相等、以消除或减弱i角的影响。但是现有措施存在着测量工作效率低及测量精度低的问题：每天水准测量前测定并调整i角，往往耗费测量人员大量的精力和时间，测量工作效率较低；每天的水准测量过程中并不能及时发现i角的变化，导致测量结果精度降低；如发现测量精度低且要保证测量精度，只能放弃已测成果，重新测定并调整i角后，再从起点至终点进行水准重测，使得测量工作效率降低。事实上，实时动态监测i角的变化是困扰人类水准测量界的一大难题，同时也是制约智能化水准测量的一大技术障碍。

专利号为201620816622.6中国实用新型专利，公开了一种“水准仪i角监测装置”，设有水准仪视准轴姿态信号传感器及水平视线自动补偿器自由摆体位移信号传感器，其输出均与数据处理及控制器相接，数据处理及控制器的输出与报警装置相接，通过对水平视线自动补偿器进行动态检测，实现了对水准仪i角变化的实时监测，当监测水准仪的i角变化超出预定的阈值，则自动报警。然而，在实际制造及使用过程中发现，该专利技术还存在以下不足：（1）实现技术复杂，制造成本高；（2）直接实时动态检测的不是视准轴光路的i角变化本身，而是检测自动补偿器自由摆体的位移信号，需要进一步将摆体位移信号转换成光路的i角变化，涉及到摆体位移的标定及转换问题，影响了i角变化的检测精度和效率。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种可提高水准测量精度、可靠性及效率的具有i角检测功能的新型水准仪。

本发明的技术解决方案是：一种具有i角检测功能的新型水准仪，有壳体，在壳体内由内至外依次设有中心线同一的物镜、调焦透镜、自动水平视线补偿器、分光镜、十字丝分划板及目镜，在壳体上还设有电子读数器、显控终端和第一电源，在壳体的外部侧面设有水准器，在所述物镜的另一侧由远至近依次排列有中心线同一的内置光源、散射玻璃、竖向透明缩微编码标尺及凸透镜，所述内置光源、散射玻璃、竖向透明缩微编码标尺及凸透镜与物镜和目镜形成同一光路，与所述显控终端相接有报警装置。

所述壳体由左壳体和右壳体活动相接而成，所述物镜、调焦透镜、自动水平视线补偿器、分光镜、十字丝分划板、目镜、电子读数器、显控终端和第一电源设置在右壳体内，所述水准器设置在右壳体的外部侧面；所述内置光源、散射玻璃、竖向透明缩微编码标尺及凸透镜设置在左壳体内，在左壳体）内还设有第二电源。

所述内置光源、散射玻璃、竖向透明缩微编码标尺及凸透镜）的中心线垂直于物镜中心线，在所述物镜中心线与凸透镜中心线相交处设有分光镜，所述分光镜内侧的分光光束照准物镜，在分光镜的外侧设有光路切换装置。

所述内置光源、散射玻璃、竖向透明缩微编码标尺及凸透镜的中心线平行于物镜中心线，在所述凸透镜的中心线上设有反射镜，在所述反射镜的反射光路上设有分光镜，所述分光镜内侧的分光光束照准物镜，在分光镜的外侧设有光路切换装置。

本发明设置了内置光源、散射玻璃、竖向透明缩微编码标尺及凸透镜等，可与物镜和目镜形成同一光路，能直接对i角的变化进行检测，提高了检测精度和效率。当检测的水准仪i角变化超出预定的阈值，则自动报警，测量员根据警示可停止测量并重新测定、调整i角，保证了水准测量的测量精度。本发明避免了因i角变化而导致从起点至终点进行的重测，节省了人力、物力，极大地提高了水准测量的作业精度和工作效率，同时也提升了水准仪的智能化水平。

附图说明

图1、2是本发明实施例1的结构示意图。

图3是本发明实施例1的使用示意图。

图4、5是本发明实施例2的结构示意图。

图6是本发明实施例3的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1、2所示：如现有技术，设有壳体1，在壳体1内设有中心线同一的物镜2、调焦透镜3、自动水平视线补偿器4、分光镜5、十字丝分划板6、目镜7、电子读数器8（即与编码水准标尺配套使用的CCD图像解码读数装置）、显控终端9和电源10，在壳体1的外部侧面设有水准器11，本实施例1的水准器11采用圆水准气泡。与现有技术不同的是，壳体1由左壳体1-1和右壳体1-2活动相接而成，可采用螺纹连接或插接等，总之应便于安装、拆卸。所述物镜2、调焦透镜3、自动水平视线补偿器4、分光镜5、十字丝分划板6、目镜7、电子读数器8、显控终端9和第一电源10设置在右壳体1-2内，所述水准器11设置在右壳体1-2的外部侧面，与所述显控终端9相接有报警装置18；在左壳体1-1内设置有距离物镜2由远至近依次排列且中心线同一的内置光源13、散射玻璃14、竖向透明缩微编码标尺15（即将编码水准标尺按比例缩微后得到的微型编码标尺）及凸透镜16，左壳体1-1和右壳体1-2连接后，内置光源13、散射玻璃14、竖向透明缩微编码标尺15及凸透镜16的中心线与物镜2、调焦透镜3、自动水平视线补偿器4、分光镜5、十字丝分划板6和目镜7的中心线重合，使内置光源13、散射玻璃14、竖向透明缩微编码标尺15及凸透镜16与物镜2和目镜7形成同一光路，在左壳体1-1内还设有第二电源17，为内置光源13提供电能。

工作过程：

（1）首先按现行方法对i角大小进行测定与调整；

（2）然后如图3所示将左壳体1-1与右壳体1-2相接，使水准器11的气泡精确居中，打开内置光源13，通过散射玻璃14使内置光源13的光散射在竖向透明缩微编码标尺15并通过凸透镜16，通过目镜观测并控制电子读数器8对竖向透明缩微编码标尺15进行读数，将读数输出至显控终端9显示并储存，作为对目前i角大小在竖向透明缩微编码标尺15上的标定；

（3）标定后，将左壳体1-1拆卸下来，右壳体1-2可单独进行水准测量；

（4）可根据需要随时对i角变化进行检测。检测时再如步骤2将左壳体1-1与右壳体1-2相接，使水准器11的气泡精确居中，通过目镜观测并控制电子读数器8对竖向透明缩微编码标尺15进行读数，将读数输出至显控终端9，并与已储存的标定数据进行对比得出变化值，若变化值超出预先设定的阈值，说明i角已变化，则启动报警装置18报警，以及时调整i角。

实施例2：

如图4、5所示：如现有技术，设有壳体1，在壳体1内设有中心线同一的物镜2、调焦透镜3、自动水平视线补偿器4、分光镜5、十字丝分划板6、目镜7、电子读数器8（即与编码水准标尺配套使用的CCD图像解码读数装置）、显控终端9和电源10，在壳体1的外部侧面设有水准器11（管水准器）。本实施例2的水准器11采用管水准气泡。与现有技术不同的是与显控终端9相接有报警18，在物镜2的由上至下依次排列有中心线垂直于物镜2中心线的内置光源13、散射玻璃14、竖向透明缩微编码标尺15及凸透镜16（或光焦度为正的复合透镜），在物镜2中心线与凸透镜16中心线相交处设有分光镜19，分光镜19内侧的分光光束照准物镜2，在分光镜19的外侧设有光路切换装置20。光路切换装置20可以是镜头盖，也可以是电子雾镜（通电时透明，断电时成雾阻挡光线或反之）等，可实现目镜7与水准标尺之间的光路及目镜7与竖向透明缩微编码标尺15之间的光路转换。

工作过程如下：

（1）首先按现行方法对i角大小进行测定与调整；

（2）使水准器11的气泡精确居中，通过光路切换装置20阻断与水准标尺之间的光路，打开内置光源13，通过散射玻璃14使内置光源13的光散射在竖向透明缩微编码标尺15并通过凸透镜16，通过目镜观测并控制电子读数器8对竖向透明缩微编码标尺15进行读数，将读数输出至显控终端9显示并储存，作为对目前i角大小在竖向透明缩微编码标尺15上的标定；

（3）标定后，通过光路切换装置20打开与水准标尺之间的光路并关闭内置光源13，整个装置可进行水准测量；

（4）可根据需要随时对i角变化进行检测。检测时再如步骤2进行……通过目镜观测并控制电子读数器8对竖向透明缩微编码标尺15进行读数，将读数输出至显控终端9，并与已储存的标定数据进行对比得出变化值，若变化值超出预先设定的阈值，说明i角已变化，则启动报警装置18报警，及时调整i角。

实施例3：

如图6所示：与实施例2结构基本相同，所不同的是水准器11采用电子气泡，内置光源13、散射玻璃14、竖向透明缩微编码标尺15及凸透镜16的中心线平行于物镜2中心线，在凸透镜16的中心线上设有反射镜21，在反射镜21的反射光路上设有分光镜19，分光镜19内侧的分光光束照准物镜2，在分光镜19的外侧设有光路切换装置20。

工作过程同实施例2。

Claims (1)

1.一种具有i角检测功能的新型水准仪的工作方法，水准仪有壳体（1），在壳体（1）内由内至外依次设有中心线同一的物镜（2）、调焦透镜（3）、自动水平视线补偿器（4）、第一分光镜（5）、十字丝分划板（6）及目镜（7），在壳体（1）上还设有电子读数器（8）、显控终端（9）和第一电源（10），在壳体（1）的外部侧面设有水准器（11），其特征在于：在所述物镜（2）的另一侧由远至近依次排列有中心线同一的内置光源（13）、散射玻璃（14）、竖向透明缩微编码标尺（15）及凸透镜（16），所述内置光源（13）、散射玻璃（14）、竖向透明缩微编码标尺（15）及凸透镜（16）与物镜（2）和目镜（7）形成同一光路，与所述显控终端（9）相接有报警装置（18）；

所述内置光源（13）、散射玻璃（14）、竖向透明缩微编码标尺（15）及凸透镜（16）的中心线平行于物镜（2）中心线，在所述凸透镜（16）的中心线上设有反射镜（21），在所述反射镜（21）的反射光路上设有第二分光镜（19），所述第二分光镜（19）内侧的分光光束照准物镜（2），在第二分光镜（19）的外侧设有光路切换装置（20）；

工作过程如下：

a. 首先按现行方法对i角大小进行测定与调整；

b. 使水准器（11）的气泡精确居中，通过光路切换装置（20）阻断与水准标尺之间的光路，打开内置光源（13），通过散射玻璃（14）使内置光源（13）的光散射在竖向透明缩微编码标尺（15）并通过凸透镜（16），通过目镜（7）观测并控制电子读数器（8）对竖向透明缩微编码标尺（15）进行读数，将读数输出至显控终端（9）显示并储存，作为对目前i角大小在竖向透明缩微编码标尺（15）上的标定；

c. 标定后，通过光路切换装置（20）打开与水准标尺之间的光路并关闭内置光源（13），整个装置可进行水准测量；

d. 可根据需要随时对i角变化进行检测，检测时再如步骤b，通过目镜（7）观测并控制电子读数器（8）对竖向透明缩微编码标尺（15）进行读数，将读数输出至显控终端（9），并与已储存的标定数据进行对比得出变化值，若变化值超出预先设定的阈值，说明i角已变化，则启动报警装置（18）报警。

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