CN113446997A - 一种水平测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种水平测量装置及测量方法。该水平测量装置包括：呈垂直配置的第一水准仪与第二水准仪、第一导线及第二导线，第一水准仪及第二水准仪内分别配置有腔体，腔体用以容纳导电介质及气泡，腔体的内壁具有一定的弧度，所述第一水准仪及第二水准仪的一侧上配置有间隔配置的穿孔，所述第一导线具有：安装端及连接端，安装端用以穿过所述穿孔并向所述腔体内凸出、所述连接端分别串连接电阻后电性连接至供电端，第二导线具有：第一端及第二端，所述第一端连接至所述腔体，所述第二端电性连接至供电端，所述导电介质用以电性连接所述安装端及所述第一端。这样通过测量第一/第二水准仪的电压从而来获取气泡在水准仪内部的位置。

Description

一种水平测量装置及其测量方法

技术领域

本申请涉及一种传感器检测技术领域，具体的涉及一种水平测量装置及其测量方法。

背景技术

在日常的生活中以及工厂的生产中都需要对物体的水平状态进行测量。目前大多使用水平测量装置(也称水平仪)来测量物体的水平状态。水平测量装置是一种常用的测量小角度的测量工具，用来检测机器或者平板是否水平。目前在机械行业和测量行业用于测量设备在水平位置的倾斜角、设备导轨的直线度以及设备安装的垂直位置和水平位置等。

水平测量装置分为许多种类，按照水平测量装置的外形来区分水平测量装置，水平测量装置分为：圆柱水准仪、一体化水准仪、相机水准仪、框式水平测量装置和尺式水平测量装置。按照固定方式来区分，水准仪又分为：可调式水平测量装置和不可调式水准仪。按照测工作方式来区分，水准仪又分为激光水平测量装置、气泡水平测量装置、数字水准仪和光学水准仪等。

激光水准仪是利用激光束代替人工读数的一种水准仪，其将激光装置发射的激光束导入水准仪的望远镜筒内。采集地平仪信号，在较大的视场显示地平线，实时显示出物体的运动姿态。但其对较小物体的水平状态并不能很好的测量。

传统的气泡是在具有一定曲率的水准管内充满酒精或醚，并留有一小气泡，小气泡在工作时永远位于水准管的最高点。水准管上具有相应的刻度用来给人确定气泡位置。使用者通过肉眼观察气泡在水准管内的位置来确定被测物体的倾斜角度。若想实时的获取被测物体的水平状态，则需要使用者一直观察气泡位置，这样造成了一定的人力浪费。而且用肉眼观察水平测量装置具有一定的误差且其不能直接的接入至电设备当中，具有一定的缺陷。

为此需要一种的改进现有的水平测量装置。

发明内容

为克服上述缺陷点，本申请的目的在于：提供一种可精确测量水平、倾斜的水平测量装置。

为实现上述目的，本申请采用如下的技术方案：

一种水平测量装置，其特征在于，包括：

第一水准仪、第二水准仪、第一导线及第二导线，且第一水准仪与第二水准仪呈垂直配置，

所述第一水准仪及第二水准仪内分别配置有腔体，所述腔体用以容纳导电介质及气泡，

所述第一水准仪及第二水准仪的一侧上设置有间隔配置的穿孔，

所述第一导线具有：安装端及连接端，所述安装端用以穿过所述穿孔并向所述腔体内凸出、所述连接端分别串连接电阻后电性连接至供电端，

所述第二导线具有：第一端及第二端，所述第一端连接至所述腔体，所述第二端电性连接至供电端，

所述导电介质用以电性连接所述第一导线及所述第二导线，

所述气泡混在导电介质中，用以断开所述第一水准仪和/或第二水准仪的所述第一导线与所述第二导线间的电性连接。即断开第一水准仪的所述第一导线与所述第二导线间的电性连接，或断开第二水准仪的所述第一导线与所述第二导线间的电性连接，或分别断开第一水准仪以及第二水准仪对应的第一导线与第二导线间的电性连接。该测量装置实现从单个水准仪对线的测量转到了两个水准仪对面的测量，提高测量精度。

优选的，该穿孔呈阵列配置，所述第一导线的数量小于等于穿孔的数量。

优选的，该穿孔配置成1排，相邻两穿孔间的间隔相同。

优选的，该穿孔配置成1排，相邻两穿孔间的间隔不相同。

优选的，该穿孔配置成2排，第一排的穿孔与第二排的穿孔交错分布。

优选的，该导电介质为浓度介于40％～60％的酒精。

优选的，该腔体的内壁带有弯曲的弧度。

优选的，该水平测量装置，还包括：连接装置，所述连接装置配置有与穿孔的数量匹配PIN，所述PIN穿过所述穿孔并向所述腔体内凸出，且凸出的长度小于气泡的直径，所述第一导线的安装端匹配连接所述PIN。

本申请实施例提供一种水平测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

获取第一水准仪及第二水准仪的导线上的电压信息，

处理模块基于获取的第一水准仪及第二水准仪的电压信息分别推算出第一水准仪及第二水准仪内气泡所在位置。该第一水准仪及第二水准仪的导线上的电压信息可同时或先后得到。

优选的，该测量方法，其特征在于，还包括：

分别测量被测物体在X轴、Y轴上偏移距离，

并结合推算出的气泡所在位置，根据气泡偏移中心距离来测算水平面的偏移角度；

由公式

来计算出被测物体在X、Y轴上的偏移角度，从而得到面的偏移角度，

其中，α为水平测量装置的倾斜角度，S为灵敏度，lp为气泡偏移距离。

有益效果

与现有技术相比，本申请实施方式中提出的水平测量装置，通过测量第一/第二水准仪的电压从而来获取气泡在水准仪内部的位置。

附图说明

图1为本申请实施例的单个水准仪正面截图示意图。

图2为本申请实施例的单个水准仪立体示意图。

图3为本申请实施例的水平测量装置的立体示意图。

图4为本申请实施例的水平测量装置测量时的示意图。

图5为本申请实施例的水平测量装置对特定角度范围进行更细致测量时的示意图。

图6为本申请实施例的第一导线和第二导线在同一侧面的正面截图示意图。

图7为本申请实施例的第一导线和第二导线在同一侧面的立体示意图。

图8为一个水平测量装置设计示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

本申请提出了一种水平测量装置及测量方法。该水平测量装置包括：呈垂直配置的第一水准仪与第二水准仪、第一导线及第二导线，第一水准仪及第二水准仪内分别配置有腔体，腔体用以容纳导电介质及气泡，腔体的内壁具有一定的弧度，第一水准仪及第二水准仪的一侧设置有间隔配置的穿孔，第一导线具有：安装端及连接端，安装端用以穿过穿孔并向腔体内凸出、连接端分别串连接电阻后电性连接至供电端(如负极)，第二导线具有：第一端及第二端，第一端连接至腔体，第二端电性连接至供电端(如正极)，导电介质用以电性连接安装端及第一端。这样通过测量第一/第二水准仪的电压从而来获取气泡在水准仪内部的位置。

接下来结合附图1-图3、图5-图6来描述本申请提出的水平测量装置。

该水平测量装置，包括：

两个构造相同的长方体水准仪，较佳的，两个长方体水准仪呈垂直(90度)配置。

如图3所示，该水平测量装置，包括长方体水准仪10及长方体水准仪20，其呈垂直配置结构相同。下面以其中一个长方体水准仪10为例进行描述。其正面截图如图1所示，整体图如图2所示。

长方体水准仪10(下称水准仪10)的腔体12的内壁11带有弯曲的弧度。该弧度曲率半径R优选不超过207m。

在水准仪10上方每隔一定的距离(如△L)插入一根第一导线13，每根第一导线串连接有电阻14，每个电阻14的另一端分别与电源负极相连。每根第一导线插入水准仪超出内壁部分的长度D4需要小于气泡直径D3。在水准仪的侧方配置一第二导线15，该第二导线15的一端插入水准仪，另一端电性连接电源正极。水准仪内第一导线与第二导线通过导电介质实现电性连接，这样通过测量水准仪上方每根导线上的电压从而来获取气泡在水准仪内部的位置。

水准仪10的内设有腔体12用以容纳导电介质，该导电介质为不易产生小气泡的液体。本实施方式中，导电介质选取浓度为40％～60％的酒精(如浓度为50％的酒精)。这样在保持其导电性能的同时也可以使水准仪不易产生小气泡。而传统的水准仪内部的溶液一般为乙醚、油和酒精等不易产生小气泡的液体。

在具体的实施方式中，距离△L可以随着测量精度而改变。同时也可以在水准仪10上侧的特定位置减少导线间的排布距离从而提高水准仪在一定角度范围内的测量精度。本实施方式中，通过同时测量两个垂直放置的水准仪内部气泡的位置可以实现X、Y轴水平状态的测量。本实施方式中，通过在水准仪10上方每隔一定的距离(如△L)插入一根第一导线13。

在其他的实施方式中，该第一导线的一端与连接器的PIN连接(此时PIN排成一排)，水准仪的一侧配置有匹配的穿孔，该连接器与水准仪拼接(PIN嵌入匹配的穿孔并超出内壁，且PIN超出内壁部分的长度D4需要小于气泡直径D3)。通过将第一导线集成于连接器上可减少检测现场的安装难度。在一较佳的实施方式中，第一导线与连接器的PIN的数量一一匹配对应。在其他的实施方式中，第一导线的数量小于连接器的PIN的数量，这样实现两第一导线间不同的距离(如△L)即不同的检测精度。此时，第一导线可配置成一端可插拔的与连接器的PIN连接。

在一较佳的实施方式中，连接器的PIN配置成2排，第一排的PIN与第二排的PIN交错，这样可匹配不同的检测精度。

在一较佳的实施方式中，水准仪内第一导线凸出的部分与第二导线部分处于长方体水准仪的不同侧面上。第一导线与第二导线也可以插入水准仪的同一侧。如图6所示，倘若第一导线111与第二导线112在同一侧插入水准仪，第一导线111插入水平测量装置的腔体110的长度D4小于气泡113的长度D3,第二导线111插入水准仪的腔体110的长度D5应大于气泡长度D3。这样使得水准仪在倾斜时，第二导线111始终可以接触到腔内液体。第一导线111和第二导线112插入水平测量装置同一侧的整体图如图7所示。

接下来结合图4及图5来描述上述水平测量装置的测量方法，以水平测量装置中的一个水准仪为例进行描述，水准仪上侧的导线排布距离△L由公式(1)决定；

其中，L1为气泡的直径。该距离△L确保了气泡正上方有N根导线。N的大小决定着水准仪的测量精度。N越大，水准仪的精度越高。

当水准仪上侧的导线处于气泡上方时，由于气泡的阻隔，气泡上方的导线与侧方的导线间的阻值远远大于不在气泡上方的导线与侧方导线间的阻值。因此气泡正上方的导线的电压远小于不在气泡上侧的导线的电压。同时测量每根导线上的电压，从而得到气泡所处位置。如图4所示，导线6、导线7由于气泡9的阻隔导致导线上的电压过低，从而可以判断处气泡处于导线6和导线7的正下方。

水准仪内部气泡的气泡偏移距离lp由气泡上方的导线确定。倘若气泡上方的共有n根导线，每根导线距离水准仪中心位置O距离分别为L1、L2、L3…Ln。则气泡偏移水准仪正中心位置的距离由公式2确定。

可以根据气泡偏移中心距离来测算水平面的偏移角度；由公式(3)可以得到水准仪的倾斜角度α。

其中，S为灵敏度，灵敏度与水准仪内壁的弧度的半径R之间关系为，灵敏度S＝R/3437，S的单位为毫米/分。

当需要对其中一段倾斜角度进行更加细致的测量时，可以在水准仪正上侧的相应一段位置增加导线插入水准仪的密度。如图5所示，当水准仪在角度α”到α'之间倾斜时，气泡9在距离原点O的D1至D2间移动。气泡在倘若需要提高倾斜角度α”到α'之间的精度，则可以在距离原点O处的D1和D2之间加大插入的导线密度，从而提高测量的精度。

使用两个水准仪呈90度的角度进行排布，同时测量两个水准仪上的导线上的电压，从而获取得到了两个水准仪内部气泡所在水准仪的位置，根据气泡位置分别测量被测物体在X轴、Y轴上偏移距离。然后根据公式(3)来计算出被测物体在X、Y轴上的偏移角度，从而得到面的偏移角度。这样便从单个水准仪对线的测量转到了两个水准仪对面的测量。

在一个具体的水平测量装置设计实例中，如图8所示，水平测量装置也称水平仪/水准仪，水平仪1000的腔体1110的长度为3.2cm，腔体的内壁半径R为1m,水平测量装置的灵敏度S＝R/3437＝0.29095毫米/分；在腔体的上侧均匀排布了17根导线(第一导线1112)，分别是n1、n2、n3……n17；相邻两根导线之间的距离均为△L，△L为1.875mm；实线半圆Q2为水平测量装置倾斜α°的气泡位置，虚线圆Q1为水平测量装置处在水平状态时气泡的位置；为了确保测量精度，要确保气泡上方有三根导线；每根导线(第一导线)距离水准管上侧中心点O的距离分别是Ln1、Ln2……Ln17；每根导线(第一导线)均与一个10K欧姆的电阻连接。当气泡处于相应导线的下侧时，相应导线(第一导线)与第二导线之间的阻值增大，从而导致相应导线(第一导线)上的电压减小。水平测量装置使用3.3V的电压来进行供电。当气泡不处于导线下侧时，由于水准管腔体内部溶液本身就具有一定的阻值，该阻值与10K欧姆的串联电阻对3.3V电压进行分压，得到导线(第一导线)上的电压为2.5V；当气泡处于导线下侧时，由于气泡的阻隔，第一导线与第二导线1111之间的阻值增大，从而导致相应的导线(第一导线)上的电压变为1.6V，因此测量每根导线上的电压，根据电压便可以判断出气泡所处在水准管的位置。通过测量每根导线上的电压发现n4、n5和n6三根导线上的电压为1.6V，该电压小于其他导线上的2.5V电压，所以可以判断出气泡处于n4、n5和n6三根导线下侧。这三根导线距离中心点O的距离Ln4、Ln5和Ln6分别为9.375mm、7.5mm和5.625mm。因此根据公式(2)可以计算出气泡偏移中心点O的距离

然后再由公式(3)计算出水准管的偏移角度

在实施时配置2个垂直的水平仪1000。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡如本申请精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水平测量装置，其特征在于，包括：第一水准仪、第二水准仪、第一导线及第二导线，且第一水准仪与第二水准仪呈垂直配置，

所述第一水准仪及第二水准仪内分别配置有腔体，所述腔体用以容纳导电介质及气泡，

所述第一水准仪及第二水准仪的一侧上设置有间隔配置的穿孔，

所述第一导线具有：安装端及连接端，所述安装端用以穿过所述穿孔并向所述腔体内凸出、所述连接端分别串连接电阻后电性连接至供电端，

所述第二导线具有：第一端及第二端，所述第一端连接至所述腔体，所述第二端电性连接至供电端，

所述导电介质用以电性连接所述第一导线及所述第二导线，

所述气泡混在导电介质中，用以断开所述第一水准仪和/或第二水准仪的所述第一导线与所述第二导线间的电性连接。

2.如权利要求1所述的水平测量装置，其特征在于，

所述穿孔呈阵列配置，所述第一导线的数量小于等于穿孔的数量。

3.如权利要求1所述的水平测量装置，其特征在于，

所述穿孔配置成1排，相邻两穿孔间的间隔相同。

4.如权利要求1所述的水平测量装置，其特征在于，

所述穿孔配置成1排，相邻两穿孔间的间隔不相同。

5.如权利要求1所述的水平测量装置，其特征在于，

所述穿孔配置成2排，第一排的穿孔与第二排的穿孔交错分布。

6.如权利要求1所述的水平测量装置，其特征在于，

所述导电介质为浓度介于40％～60％的酒精。

7.如权利要求1所述的水平测量装置，其特征在于，

所述腔体的内壁带有弯曲的弧度。

8.如权利要求1-7中任一项所述的水平测量装置，其特征在于，还包括：连接装置，

所述连接装置配置有与穿孔的数量匹配PIN，所述PIN穿过所述穿孔并向所述腔体内凸出，且凸出的长度小于气泡的直径，所述第一导线的安装端匹配连接所述PIN。

9.一种水平测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

获取第一水准仪及第二水准仪的导线上的电压信息，

处理模块基于获取的第一水准仪及第二水准仪的电压信息分别推算出第一水准仪及第二水准仪内气泡所在位置。

10.如权利要求9所述的测量方法，其特征在于，还包括：

分别测量被测物体在X轴、Y轴上偏移距离，

并结合推算出的气泡所在位置，根据气泡偏移中心距离来测算水平面的偏移角度；

由公式

来计算出被测物体在X、Y轴上的偏移角度，从而得到面的偏移角度，

其中，α为水平测量装置的倾斜角度，S为灵敏度，lp为气泡偏移距离。

Images