CN108387212A - 一种电子水准仪及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子水准仪及其工作方法，该电子水准仪包括置于同一视准轴上的望远镜物镜组、调焦镜、分光棱镜、目镜，还包括内置显示屏和CCD探测器，该内置显示屏为透射式显示屏或LED显示屏；在电子水准仪内设置显示屏，测量者可通过目镜直接观察到显示屏上的内容，无需移动视线，观察更加快捷；采用透射式显示屏作为内置屏，在光线充足的情况下除了具有显示测量结果的功能，还可实现目镜电子分划的功能；采用LED显示屏作为内置显示屏，实现了在光线较弱环境下的水准测量内置读数。

Description

一种电子水准仪及其工作方法

技术领域

本发明涉及测量设备技术领域，特别是一种电子水准仪及其工作方法。

背景技术

随着科学技术的发展进步，大地测量观测技术获得了突破性的进展，取得进展的主要原因是光电技术的快速发展带来的测量仪器设计制造的技术革新。这些技术进步的显著特点体现在观测信息从模拟信号过渡到数字化信号，使测量结果不仅可以快速获得，提高测量工作效率，而且，测量精度和可靠性与传统方法相比都有提高。在水准测量方面，出现了电子水准仪。电子水准仪是一种功能很强的测量仪器。操作简单，测量速度比光学水准仪提高50%到60%，易于实现内外业一体化；电子水准仪是在光学自动安平水准仪的望远光路中增加分光镜和CCD探测器，并采用条纹编码标尺和图像处理技术的数字化水准测量仪器。电子水准仪改变了传统高差测量靠人工读数和手工记录的现实。电子水准仪的基本光路结构如图1所示，一般包括望远前物镜1、调焦镜2、望远后物镜3、固定反光镜4、摆动反光镜5、屋脊棱镜6、分光棱镜7、目镜分划板8、目镜9、CCD探测器10，其中CCD探测器10设置在分光棱镜7的反射光路上，目镜分划板8和目镜9设置在分光棱镜7的透射光路上，光线进入望远前物镜1、调焦镜2、望远后物镜3后由固定反光镜4反射到摆动反光镜5上，再由摆动反光镜5反射到屋脊棱镜6上，经屋脊棱镜6反射进入分光棱镜7，一路反射进入CCD探测器10，一路透射进入目镜分划板8和目镜9，测量者目视完成标尺照准和调焦后，可通过目镜9下方的显示屏读取测量结果；上述电子水准仪的显示屏和目镜分划板不在同一视线内，不便观察，且在视线离开目镜分划板后读取数据，存在数据有误的风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、易于观察的电子水准仪及其工作方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的电子水准仪，包括：置于同一视准轴上的望远镜物镜组、调焦镜、分光棱镜、目镜，还包括透射式显示屏和CCD探测器，所述CCD探测器设置在所述分光棱镜的反射光路上，所述透射式显示屏上设置十字丝，该透射式显示屏置于所述目镜和分光棱镜之间，且透射式显示屏上的十字丝与望远镜物镜组、调焦镜、分光棱镜、目镜置于同一视准轴上，在光线充足的情况下，光线进入望远镜物镜组、调焦镜、分光棱镜，在分光棱镜上光线一路反射进入CCD探测器，一路透射进入透射式显示屏，观察者以透射式显示屏上的十字丝为基准进行瞄准，完成调焦和标尺照准，测量者打开透射式显示屏，就可直接通过目镜读取显示的测量结果；此种电子水准仪使用透射式显示屏代替目镜分划板，能使测量者直接在电子水准仪内观察到测量结果，无需移动视线，观察更加快捷；但必须在白天或者环境光充足的情况下进行测量，否则内置透射式显示屏的显示效果会减弱。

进一步，所述望远镜物镜组包括望远前物镜、望远后物镜，所述调焦镜置于所述望远前物镜、望远后物镜之间。

进一步，电子水准仪还包括固定反光镜、摆动反光镜和屋脊棱镜，所述固定反光镜、屋脊棱镜置于望远后物镜和分光棱镜之间，所述摆动反光镜置于所述固定反光镜、屋脊棱镜之间的下方，使得光线进入望远前物镜、调焦镜、望远后物镜后由固定反光镜反射到摆动反光镜上，再由摆动反光镜反射到屋脊棱镜上，经屋脊棱镜反射进入分光棱镜，由固定反光镜、摆动反光镜和屋脊棱镜组成水准的自动安平补偿器，结构简单，易于调节。

上述电子水准仪的工作方法，包括如下步骤：

A、安置、粗平：打开电子水准仪进行安置、粗平，由于具备由固定反光镜、摆动反光镜和屋脊棱镜组成的自动安平补偿器，无需进行精平。

B、瞄准：打开透射式显示屏，并调节目镜，使得透射式显示屏上的十字丝清晰的呈现在观察者视线内；转动电子水准仪，利用望远镜的准星进行粗瞄准；调节调焦镜，使得待测量处标尺的成像清晰的呈现在目镜内，即光线经望远镜前物镜、调焦镜、望远后物镜、固定反光镜、摆动反光镜、屋脊棱镜进入分光棱镜，在分光棱镜上分光后光线一路反射进入CCD探测器，一路穿过透射式显示屏，到达目镜，观察者以透射式显示屏上的十字丝为基准进行瞄准，完成调焦和标尺照准。

C、测量：按下高度测量键或距离测量键，CCD探测器探测到的数据显示在透射式显示屏上，观察者直接目视获得测量数据。

一种电子水准仪，包括置于同一视准轴上的望远镜物镜组、调焦镜、分光棱镜、目镜分划板、目镜，还包括内置显示屏、成像组件和CCD探测器，所述CCD探测器设置在所述分光棱镜的反射光路上，所述内置显示屏、成像组件置于分光棱镜的一侧，以使内置显示屏显示的内容经成像组件、分光棱镜到达所述目镜分划板并成像在目镜分划板上，使得测量者通过目镜可直接观察内置显示屏上显示的内容，无需移动视线，观察更加快捷；且无需考虑光线的强弱，实现了在光线较弱环境下的水准测量内置读数。

进一步，所述内置显示屏为LED显示屏，当CCD探测器工作时LED显示屏必须关闭，否则LED显示屏发出的光会干扰CCD 探测器的测量，CCD探测器工作完后，LED显示屏可显示数据并自发光，依次通过其前方的成像组件、分光棱镜并成像在目镜分划板上，测量者可通过目镜直接观测到LED显示屏的测量结果。

进一步，所述成像组件为成像透镜组，所述成像透镜组、内置显示屏设置在分光棱镜反射光路的反向延长线上，以使内置显示屏显示的内容经成像透镜组、分光棱镜到达所述目镜分划板并成像在目镜分划板上。

进一步，所述成像组件为成像透镜组和反射装置，所述反射装置设置在分光棱镜反射光路的反向延长线上，所述成像透镜组和内置显示屏设置在反射装置的一侧，以使内置显示屏显示的内容经成像透镜组、反射装置、分光棱镜到达所述目镜分划板并成像在目镜分划板上，使得内置显示屏、成像透镜组可与视准轴平行设置，利于电子水准仪内部结构调整，缩小电子水准仪的体积。

进一步，所述反射装置为反光板、直角棱镜、分光棱镜中的一种，结构简单，易于装配。

上述电子水准仪的工作方法，包括如下步骤：

A、安置、粗平：打开电子水准仪进行安置、粗平，由于具备由固定反光镜、摆动反光镜和屋脊棱镜组成的自动安平补偿器，无需进行精平。

B、瞄准：打开电子水准仪，并调节目镜，使得目镜分划板上的十字丝清晰的呈现在观察者视线内；转动电子水准仪，利用望远镜的准星进行粗瞄准；调节调焦镜，使得待测量处标尺的成像清晰的呈现在目镜内，即光线经望远镜前物镜、调焦镜、望远后物镜、固定反光镜、摆动反光镜、屋脊棱镜进入分光棱镜，在分光棱镜上分光后光线一路反射进入CCD探测器，一路穿过目镜分划板到达目镜，观察者以目镜分划板上的十字丝为基准进行瞄准，完成调焦和标尺照准。

C、测量：按下高度测量键或距离测量键，CCD探测器探测到的数据显示在内置显示屏上，内置显示屏上显示的内容经成像组件、分光棱镜到达所述目镜分划板并成像在目镜分划板上，使得测量者通过目镜可直接观察内置显示屏上显示的内容。

发明的技术效果：（1）本发明的电子水准仪，相对于现有技术，在电子水准仪内设置显示屏，测量者可通过目镜直接观察到显示屏上的内容，无需移动视线，观察更加快捷；（2）采用透射式显示屏作为内置屏，在光线充足的情况下除了具有显示测量结果的功能，还可实现目镜电子分划的功能；（3）采用LED显示屏作为内置显示屏，实现了在光线较弱环境下的水准测量内置读数。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1是现有技术的电子水准仪的光路示意图；

图2是本发明实施例1的电子水准仪的光路示意图；

图3是本发明实施例2的电子水准仪的光路示意图；

图4是本发明实施例3的电子水准仪的光路示意图；

图5是本发明实施例4的电子水准仪的光路示意图；

图6是本发明实施例5的电子水准仪的光路示意图；

图7是本发明实施例1的电子水准仪进行高度测量时透射式显示屏的显示界面；

图8是本发明实施例1的电子水准仪进行距离测量时透射式显示屏的显示界面。

图中：望远前物镜1，调焦镜2，望远后物镜3，固定反光镜4，摆动反光镜5，屋脊棱镜6，分光棱镜7，目镜分划板8，目镜9，CCD探测器10，透射式显示屏11，成像透镜组12，反光板13，直角棱镜14，第二分光棱镜15，LED显示屏16。

具体实施方式

实施例1 如图2所示，本实施例的电子水准仪包括置于同一视准轴上的望远前物镜1、调焦镜2、望远后物镜3、分光棱镜7、目镜9，还包括固定反光镜4、摆动反光镜5、屋脊棱镜6、透射式显示屏11和CCD探测器10，固定反光镜4、屋脊棱镜6置于望远后物镜3和分光棱镜7之间，摆动反光镜5置于固定反光镜4、屋脊棱镜6之间的下方，使得光线进入望远前物镜1、调焦镜2、望远后物镜3后由固定反光镜4反射到摆动反光镜5上，再由摆动反光镜5反射到屋脊棱镜6上，经屋脊棱镜6反射进入分光棱镜7；CCD探测器10设置在分光棱镜7的反射光路上，透射式显示屏11上设置十字丝，该透射式显示屏11置于目镜9和分光棱镜7之间，且透射式显示屏11上的十字丝与望远前物镜1、调焦镜2、望远后物镜3、分光棱镜7、目镜9置于同一视准轴上，在光线充足的情况下，光线进入望远前物镜1、调焦镜2、望远后物镜3、固定反光镜4、摆动反光镜5、屋脊棱镜6、分光棱镜7，在分光棱镜7上光线一路反射进入CCD探测器10，一路透射进入透射式显示屏11，观察者以透射式显示屏11上的十字丝为基准进行瞄准，完成调焦和标尺照准，测量者打开透射式显示屏11，就可直接通过目镜9读取显示的测量结果；使用该电子水准仪进行高度测量时，按下高度测量键，电子水准仪内的透射式显示屏11显示界面如图7所示，该界面也可同时在外置液晶上显示，图中的十字分划是虚拟的，显示该次测量的高度H=2.586m；使用该电子水准仪进行距离测量时，按下距离测量键，电子水准仪内的透射式显示屏11显示界面如图8所示，同样的该界面也可同时在外置液晶上显示，图中的十字分划是虚拟的，显示该次测量的距离d=16.8m；此种电子水准仪使用透射式显示屏11代替目镜分划板，能使测量者直接在电子水准仪内观察到测量结果，无需移动视线，观察更加快捷；但必须在白天或者环境光充足的情况下进行测量，否则内置透射式显示屏11的显示效果会减弱。

实施例2

如图3所示，本实施例的电子水准仪包括置于同一视准轴上的望远前物镜1、调焦镜2、望远后物镜3、分光棱镜7、目镜分划板8、目镜9，还包括固定反光镜4、摆动反光镜5、屋脊棱镜6、LED显示屏16、成像组件和CCD探测器10，固定反光镜4、屋脊棱镜6置于望远后物镜3和分光棱镜7之间，摆动反光镜5置于固定反光镜4、屋脊棱镜6之间的下方，使得光线进入望远前物镜1、调焦镜2、望远后物镜3后由固定反光镜4反射到摆动反光镜5上，再由摆动反光镜5反射到屋脊棱镜6上，经屋脊棱镜6反射进入分光棱镜7；成像组件为成像透镜组12，CCD探测器10设置在分光棱镜7的反射光路上，LED显示屏16、成像透镜组12置于分光棱镜7的一侧（CCD探测器光路的反向延长线上），以使LED显示屏16显示的内容经成像透镜组12、分光棱镜7到达目镜分划板8并成像在目镜分划板8上，使得测量者通过目镜9可直接观察内置LED显示屏16上显示的内容，无需移动视线，观察更加快捷。

实施例3

在实施例2的基础上，本实施例的电子水准仪存在如下变化：如图4所示，成像组件为成像透镜组12和反射装置，反射装置为反光板13，反光板13设置在分光棱镜7的一侧（CCD探测器光路的反向延长线上），成像透镜组12和LED显示屏16设置在反光板13的一侧，以使LED显示屏16显示的内容经成像透镜组12、反光板13、分光棱镜7到达目镜分划板8并成像在目镜分划板8上，使得LED显示屏16、成像透镜组12可与视准轴平行设置，利于电子水准仪内部结构调整，缩小电子水准仪的体积。

实施例4

在实施例3的基础上，本实施例的电子水准仪存在如下变化：如图5所示，反射装置为直角棱镜14，LED显示屏16显示的内容经成像透镜组12、直角棱镜14、分光棱镜7到达目镜分划板8并成像在目镜分划板8上。

实施例5

在实施例4的基础上，本实施例的电子水准仪存在如下变化：如图6所示，反射装置为第二分光棱镜15，LED显示屏16显示的内容经成像透镜组12、第二分光棱镜15、分光棱镜7到达目镜分划板8并成像在目镜分划板8上。

实施例6

如实施例1的电子水准仪的工作方法，包括如下步骤：

A、安置、粗平：打开电子水准仪进行安置、粗平，由于具备由固定反光镜4、摆动反光镜5和屋脊棱镜6组成的自动安平补偿器，无需进行精平。

B、瞄准：打开透射式显示屏11，并调节目镜9，使得透射式显示屏11上的十字丝清晰的呈现在观察者视线内；转动电子水准仪，利用望远镜的准星进行粗瞄准；调节调焦镜2，使得待测量处标尺的成像清晰的呈现在目镜9内，即光线经望远镜前物镜1、调焦镜2、望远后物镜3、固定反光镜4、摆动反光镜5、屋脊棱镜6进入分光棱镜7，在分光棱镜7上分光后光线一路反射进入CCD探测器10，一路穿过透射式显示屏11，到达目镜9，观察者以透射式显示屏11上的十字丝为基准进行瞄准，完成调焦和标尺照准。

C、测量：按下高度测量键或距离测量键，CCD探测器10探测到的数据显示在透射式显示屏11上，观察者直接目视获得测量数据。

实施例7

如实施例2的电子水准仪的工作方法，包括如下步骤：

A、安置、粗平：打开电子水准仪进行安置、粗平，由于具备由固定反光镜4、摆动反光镜5和屋脊棱镜6组成的自动安平补偿器，无需进行精平。

B、瞄准：打开电子水准仪，并调节目镜9，使得目镜分划板8上的十字丝清晰的呈现在观察者视线内；转动电子水准仪，利用望远镜的准星进行粗瞄准；调节调焦镜2，使得待测量处标尺的成像清晰的呈现在目镜9内，即光线经望远镜前物镜1、调焦镜2、望远后物镜3、固定反光镜4、摆动反光镜5、屋脊棱镜6进入分光棱镜7，在分光棱镜7上分光后光线一路反射进入CCD探测器10，一路穿过目镜分划板8到达目镜9，观察者以目镜分划板8上的十字丝为基准进行瞄准，完成调焦和标尺照准。

C、测量：按下高度测量键或距离测量键，CCD探测器10探测到的数据显示在LED显示屏16上，LED显示屏16上显示的内容经成像透镜组12、分光棱镜7到达目镜分划板8并成像在目镜分划板8上，使得测量者通过目镜9可直接观察LED显示屏12上显示的内容。

实施例8

如实施例3的电子水准仪的工作方法，在实施例7的基础上，存在如下变型：成像组件为成像透镜组12和反射装置，反射装置为反光板13，LED显示屏16、成像透镜组12可与视准轴平行设置，LED显示屏16上显示的内容经成像透镜组12、反光板13、分光棱镜7到达目镜分划板8并成像在目镜分划板8上，使得测量者通过目镜9可直接观察LED显示屏12上显示的内容。

实施例9

如实施例4的电子水准仪的工作方法，在实施例8的基础上，存在如下变型：成像组件为成像透镜组12和反射装置，反射装置为直角棱镜14， LED显示屏16、成像透镜组12可与视准轴平行设置，LED显示屏16上显示的内容经成像透镜组12、直角棱镜14、分光棱镜7到达目镜分划板8并成像在目镜分划板8上，使得测量者通过目镜9可直接观察LED显示屏12上显示的内容。

实施例10

如实施例5的电子水准仪的工作方法，在实施例7的基础上，存在如下变型：成像组件为成像透镜组12和反射装置，反射装置为第二分光棱镜15，LED显示屏16、成像透镜组12可与视准轴平行设置，LED显示屏16上显示的内容经成像透镜组12、第二分光棱镜15、分光棱镜7到达目镜分划板8并成像在目镜分划板8上，使得测量者通过目镜9可直接观察LED显示屏12上显示的内容。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电子水准仪，其特征在于，包括：置于同一视准轴上的望远镜物镜组、调焦镜、分光棱镜、目镜，还包括透射式显示屏和CCD探测器，所述CCD探测器设置在所述分光棱镜的反射光路上，所述透射式显示屏上设置十字丝，该透射式显示屏置于所述目镜和分光棱镜之间，且透射式显示屏上的十字丝与望远镜物镜组、调焦镜、分光棱镜、目镜置于同一视准轴上，光线进入望远镜物镜组、调焦镜、分光棱镜，在分光棱镜上光线一路反射进入CCD探测器，一路透射进入透射式显示屏。

2.根据权利要求1所述的电子水准仪，其特征在于，所述望远镜物镜组包括望远前物镜、望远后物镜，所述调焦镜置于所述望远前物镜、望远后物镜之间。

3.根据权利要求2所述的电子水准仪，其特征在于，还包括固定反光镜、摆动反光镜和屋脊棱镜，所述固定反光镜、屋脊棱镜置于望远后物镜和分光棱镜之间，所述摆动反光镜置于所述固定反光镜、屋脊棱镜之间的下方，使得光线进入望远前物镜、调焦镜、望远后物镜后由固定反光镜反射到摆动反光镜上，再由摆动反光镜反射到屋脊棱镜上，经屋脊棱镜反射进入分光棱镜。

4.根据权利要求2所述的电子水准仪的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、安置、粗平：打开电子水准仪进行安置、粗平；

B、瞄准：打开透射式显示屏，并调节目镜，使得透射式显示屏上的十字丝清晰的呈现在观察者视线内；转动电子水准仪，利用望远镜的准星进行粗瞄准；调节调焦镜，使得待测量处标尺的成像清晰的呈现在目镜内，即光线经望远镜前物镜、调焦镜、望远后物镜、固定反光镜、摆动反光镜、屋脊棱镜进入分光棱镜，在分光棱镜上光线一路反射进入CCD探测器，一路穿过透射式显示屏，到达目镜，观察者以透射式显示屏上的十字丝为基准进行瞄准，完成调焦和标尺照准；

C、测量：按下高度测量键或距离测量键，CCD探测器探测到的数据显示在透射式显示屏上，观察者直接目视获得测量数据。

5.一种电子水准仪，其特征在于，包括置于同一视准轴上的望远镜物镜组、调焦镜、分光棱镜、目镜分划板、目镜，还包括内置显示屏、成像组件和CCD探测器，所述CCD探测器设置在所述分光棱镜的反射光路上，所述内置显示屏、成像组件置于分光棱镜的一侧，以使内置显示屏显示的内容经成像组件、分光棱镜到达所述目镜分划板并成像在目镜分划板上。

6.根据权利要求5所述的电子水准仪，其特征在于，所述内置显示屏为LED显示屏。

7.根据权利要求5或6所述的电子水准仪，其特征在于，所述成像组件为成像透镜组，所述成像透镜组、内置显示屏设置在分光棱镜反射光路的反向延长线上，以使内置显示屏显示的内容经成像透镜组、分光棱镜到达所述目镜分划板并成像在目镜分划板上。

8.根据权利要求5或6所述的电子水准仪，其特征在于，所述成像组件为成像透镜组和反射装置，所述反射装置设置在分光棱镜反射光路的反向延长线上，所述成像透镜组和内置显示屏设置在反射装置的一侧，以使内置显示屏显示的内容经成像透镜组、反射装置、分光棱镜到达所述目镜分划板并成像在目镜分划板上。

9.根据权利要求8所述的电子水准仪，其特征在于，所述反射装置为反光板、直角棱镜、分光棱镜中的一种。

10.根据权利要求5所述的电子水准仪的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、安置、粗平：打开电子水准仪进行安置、粗平；

B、瞄准：打开电子水准仪，并调节目镜，使得目镜分划板上的十字丝清晰的呈现在观察者视线内；转动电子水准仪，利用望远镜的准星进行粗瞄准；调节调焦镜，使得待测量处标尺的成像清晰的呈现在目镜内，即光线经望远镜前物镜、调焦镜、望远后物镜、固定反光镜、摆动反光镜、屋脊棱镜进入分光棱镜，在分光棱镜上光线一路反射进入CCD探测器，一路穿过目镜分划板到达目镜，观察者以目镜分划板上的十字丝为基准进行瞄准，完成调焦和标尺照准；

C、测量：按下高度测量键或距离测量键，CCD探测器探测到的数据显示在内置显示屏上，内置显示屏上显示的内容经成像组件、分光棱镜到达所述目镜分划板并成像在目镜分划板上，使得测量者通过目镜可直接观察内置显示屏上显示的内容。