CN113474621A - 带有数字显示器的水平仪 - Google Patents

Abstract

披露了一种工具，诸如数字水平仪，包括位于该水平仪的顶表面和侧表面上的显示器。顶表面显示器提供了用于通过发出若干视觉信号中的任一者来传达该水平仪的取向的额外视觉手段。该水平仪中的处理器确定该水平仪的测量取向，并且基于该测量取向来向该顶表面显示器发送通信信号，以发出选定的视觉信号。

Description

带有数字显示器的水平仪

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2019年2月20日提交的美国临时申请号62/807,948的优先权，该美国临时申请通过援引以其全文并入本文。

背景技术

本披露内容总体上涉及水平仪领域，并且更具体地涉及数字水平仪。水平仪被用于各种应用、特别是用于建筑和建造行业中。传统上，为了测量取向，水平仪使用包含液体(例如，乙醇)和小气体(例如，空气)泡的一个或多个瓶。传统瓶的壁是弧形的，使得当水平仪被放置在足够水平或竖直的表面上时，空气泡在这些瓶中的至少一个瓶的中心处或中心附近对准。

发明内容

本披露内容的一个实施例涉及一种数字水平仪，该水平仪包括位于该水平仪的侧面上的主显示器和位于顶表面上的补充显示器。该顶部显示器提供了用于向用户传达该水平仪的取向的额外视觉手段。在各种实施例中，视觉信号包括指示该水平仪的与该顶部显示器相关联的一侧应降低的第一符号、指示该水平仪的与该顶部显示器相关联的该侧应升高的第二符号、以及指示该水平仪以目标取向进行定向的第三符号。在特定实施例中，这些视觉信号包括用于指示该侧应降低的“-”(减)符号、用于指示该侧应升高的“+”(加)符号、以及用于指示该水平仪处于目标取向的“O”(圆圈)符号。

在一个实施例中，该数字水平仪是鱼雷水平仪，并且包括带有显示器的顶表面、带有显示器的侧表面、以及诸如微控制器单元等处理器。该处理器基于该水平仪的测量取向，将信号传达至顶部显示器和侧部显示器，并且该顶部显示器和该侧部显示器显示指示该水平仪的取向的标记。该处理器包括内置显示器驱动器(例如，LCD驱动器，其将与LCD显示器一起使用)，以与该侧部显示器进行接口连接。在一个实施例中，该处理器是带有内置LCD驱动器的E105 MCU(STM8L052)。该处理器可以以软件、硬件、固件、或这三者的某种组合来实施。

在一个实施例中，该顶部显示器从诸如印刷电路板组件(PCBA)等电路板的边缘延伸。该电路板包括与光导管配对的多个灯或光源(例如，LED)，这些光导管用于将光传达至该显示器中的发光部件。该电路板接收指示要显示哪种符号的信号，并且确定应打开哪个或哪些灯。在该实施例中，该显示器不需要LCD部件，因为选择要点亮哪些LED就指示了顶部显示器将会发出什么符号。替代性地，顶部显示器还可以包括LCD部件，以控制由顶部显示器发出的符号。

在一个实施例中，顶部显示器从电路板的面延伸。该电路板包括与光导管配对的多个灯(例如，LED)，这些光导管用于将光传达至该显示器。该电路板接收指示要显示哪种符号的信号，并且确定应打开哪个或哪些灯。

将在最终确定权利要求时添加。

在一个实施例中，一种水平仪包括：平坦的底表面；与该底表面相反的顶表面；主纵向轴线；该水平仪沿该主纵向轴线的第一端；与该第一端相反的第二端；取向传感器，该取向传感器被配置用于测量该顶表面和该底表面中的一者相对于重力的取向；主显示器，该主显示器显示对应于所测量取向的第一图像；以及辅显示器，该辅显示器显示对应于所测量取向的第二图像。

在另一实施例中，一种水平仪包括：平坦的底表面；与该底表面相反的顶表面；取向传感器，该取向传感器测量该顶表面和该底表面中的一者的取向；主显示器，该主显示器显示对应于所测量取向的第一图像；辅显示器，该辅显示器显示对应于所测量取向的第二图像；发光器件；以及光导管，该光导管在该发光器件与该辅显示器之间提供光学通信。

在另一实施例中，一种水平仪包括：水平仪本体；限定在该本体内的内部腔体；由该水平仪本体限定的平坦的底表面；由该水平仪本体限定并且与该底表面相反的顶表面；取向传感器，该取向传感器耦接至该水平仪本体并且测量该顶表面和该底表面中的一者的取向；发光器件，该发光器件位于该内部腔体内并且耦接至该水平仪本体；耦接至该发光器件的光导管；与该水平仪本体的表面邻近地定位的显示器，该显示器通过该光导管耦接至该表面并且支撑在该表面附近，该光导管在该发光器件与该显示器之间提供光学通信，并且该显示器显示能在该水平仪本体外看见并且对应于所测量取向的图像。

在以下的详细描述中将阐述附加特征和优点，并且这些附加特征和优点对本领域技术人员而言，从描述中或者通过实践如所包括的书面描述以及附图中所述的实施例而认识到的，将部分地是显而易见的。应理解的是，以上的一般描述和以下的详细描述都是示例性的。

包括附图以提供进一步的理解，并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图展示了一个或多个实施例，并且与描述一起用于解释各种实施例的原理和操作。

附图说明

图1是根据示例性实施例的带有多个显示器的数字水平仪的透视图。

图2是根据示例性实施例的从电路板的边缘延伸的显示器的详细俯视透视图。

图3是根据示例性实施例的图2的显示器的详细侧视透视图。

图4是根据示例性实施例的图2的显示器的详细仰视透视图。

图5是根据示例性实施例的图2的显示器的俯视图。

图6是根据示例性实施例的从电路板的面延伸的显示器的俯视透视图。

图7是根据示例性实施例的图6的显示器的详细侧视透视图。

图8是根据示例性实施例的数字水平仪的显示系统示意图。

图9是根据示例性实施例的带有多个显示器的数字水平仪的透视图。

图10是根据示例性实施例的数字水平仪的电子系统示意图。

图11是根据示例性实施例的示出了不同实施例的功率使用和本文讨论的用于数字水平仪的电源的一系列表格。

具体实施方式

总体上参照附图，示出了数字水平仪的各种实施例。本文讨论的数字水平仪的各种实施例包括位于数字水平仪的顶表面和侧表面上的显示器。顶部显示器包括发光部件和带有LED的电路板。LED和发光部件经由光导管进行视觉通信，这些光导管将由LED发出的光传输至发光部件。

该方法的一个优点在于，在水平仪的多侧提供了稳健的显示能力，而不需要与如LCD等更复杂的显示器一致的处理、功率和部件开销。因为显示器需要不太复杂的处理和硬件支持，所以简化了与生产和支持水平仪相关联的开发、改进和维护。这种方法不仅降低了具体上制造顶部显示器以及总体上制造水平仪的难度，而且降低了为水平仪开发的软件和固件的所需复杂度(例如，不需要LCD显示器驱动器来使水平仪的处理器与顶部显示器进行交互)。

在一个实施例中，顶部显示器从电路板的顶部边缘延伸。顶部显示器提供指示水平仪的取向的视觉信号(例如，“+”加符号、“-”减符号、和“O”圆圈符号)。顶部显示器包括若干发光部件，这些发光部件接收来自电路板上的LED的光。电路板接收指示要发出哪种信号的信号，并且基于该接收到的信号，打开对应于将会产生适当符号的发光部件的(多个)适当LED。

参考图1至图5，示出了根据示例性实施例的水平仪，诸如数字水平仪10。总体上，水平仪10包括壳体22、前部显示器20和顶部显示器30。水平仪本体包括大体上平坦的底表面和相反的上表面(例如，顶表面)，该上表面大体上与平坦的底表面平行。如通常所理解的，水平仪的底座放置在工件(例如，结构、表面等)上，以便水平仪的用户测量工件表面的度数，包括但不限于表面是否是水平的、铅垂的、或其他取向。

水平仪10包括位于水平仪10的底部(从图1的视角)的第一测量表面16，和位于水平仪10的前部(从图1的视角)的第二测量表面18。测量表面16、18提供了非常平的表面和/或边缘，这些表面和/或边缘允许水平仪10通过将测量表面16、18之一抵靠其他对象放置来测量被测对象的取向。认为水平仪10可以具有任意数量的测量表面(例如，1至6个)。水平仪10包括与水平仪10的长度对齐的主纵向轴线12。

前部显示器20是主输出器件，并且沿壳体22的外部侧壁布置。前部显示器20传达水平仪10的取向(例如，水平仪10垂直于重力)，并且接收来自用户的输入。顶部显示器30是辅输出器件，并且布置在壳体的上表面24上(从图1的视角)。顶部显示器30为用户提供数字I/O。

转向图2至图5，顶部显示器30耦接至板32，并且从板32的顶部边缘34延伸，该板被示出为电路板32。顶部显示器30提供指示水平仪10的取向的视觉信号。例如，如果顶部显示器30发出第一视觉信号，诸如“+”(加)符号，则水平仪10的带有顶部显示器30的侧太低，并且水平仪10需要进行旋转以使得顶部显示器30升高。如果顶部显示器30发出第二视觉信号，诸如“-”(减)符号，则水平仪10的带有顶部显示器30的侧太高，并且水平仪10需要进行旋转以使得顶部显示器30降低。如果顶部显示器30发出第三视觉信号，诸如“O”(圆圈)符号，则水平仪10具有目标取向的阈值以内的取向。水平仪10的目标取向可以由用户动态配置。例如，水平仪10的目标取向可以垂直于重力(即，与水平地面平行)、平行于重力(例如，铅垂)、或任意选定取向(例如，在水平仪10的纵向轴线12与水平地面之间成45度角)。

为了发出这些符号，顶部显示器30包括若干发光部件44，这些发光部件包括第一提升符号灯46、第二提升符号灯48、下降符号灯50和水平符号灯52。发光部件44由支撑件56支撑，并且经由光导管54接收由LED 58发出的光。光导管54在一个或多个LED 58与一个或多个发光部件44之间提供光学通信，诸如通过将光从LED 58引导到发光部件44。在一个实施例中，光导管54围绕LED 58，并且因此捕获由LED 58发出的大部分光。在一个实施例中，LED 58是直角LED，这些直角LED发出垂直于它们所附接的表面的光(图3最佳示出)。

LED58包括第一LED 60、第二LED 62、第三LED 64、第四LED 66和第五LED 68。在所描绘的实施例中，每个LED 58经由光导管54将光发出至单一发光部件44。第一LED 60和第五LED 68将光发出至水平符号52(例如，“O”符号)。第二LED 62和第四LED 66分别将光发出至第一提升符号46和第二提升符号48(例如，“+”符号的“|”组成部分)。第三LED 64将光发出至下降符号50(例如，既是“-”符号也是“+”符号的“-”组成部分)。应理解的是，虽然本文讨论的实施例是按照符号“+”、“-”和“O”进行讨论的，但是可以使用适于提供本文讨论的各种指示的任意符号。

在使用中，当确定了水平仪10在目标取向的阈值内时，第一LED 60和第五LED 68被打开并且将光发出至水平符号52，该水平符号然后发出“O”符号以向工作人员指示水平仪10是水平的。另一方面，当确定了水平仪10的顶部显示器30太低时，则第二LED 62、第三LED 64和第四LED 66被打开并且将光发出至第一提升符号46、第二提升符号48和下降符号50，这些符号然后发出“+”符号以向工作人员指示水平仪10的带有顶部显示器30的侧需要进行升高。当确定了水平仪10的顶部显示器30太高时，则第三LED 64被打开并且将光发出至下降符号50，该下降符号然后发出“-”符号以向工作人员指示水平仪10的带有顶部显示器30的侧需要进行降低。

在所描绘的实施例中，顶部显示器30设置在水平仪10的与把手相反的端。在另一实施例中，顶部显示器30设置在水平仪10的与把手相同的端。在顶部显示器30的任一布置中，“+”符号和“-”符号分别指示水平仪10的包括顶部显示器30的侧是应该向上移动还是向下移动。

如本文所描述的，顶部显示器30从板32的顶部边缘34和面36延伸。板32包括长度38、高度40和宽度42。虽然描绘了某种长度、高度和宽度，但是板32的其他长度、高度和宽度可以被利用并且仍适用本披露内容。

转向图6至图7，在该实施例中的顶部显示器30从板32的面36延伸。在该实施例中，顶部显示器30也包括发光部件44，该发光部件接收来自LED 58的光，以发出“+”、“-”和“O”符号。

转向图8，处理器90(被示出为MCU 90)经由所描绘的示意图控制前部显示器20和顶部显示器30。在该实施例中，前部显示器20是LCD显示器或类似物(例如，OLED)，并且顶部显示器30是如上所述的基于LED的显示器。

转向图9，其中展示了水平仪10的示例性实施例。水平仪10包括前部显示器20、包含多个按钮和输入的用户界面、以及在水平仪的一个纵向端处的把手。

转向图10，其中展示了数字水平仪10的电路图。上部电路图包括MCU，该MCU与以下设备进行通信：正面LCD，包括一个或多个背光LED；顶部显示器30，其可以是LCD或LED；用户界面，包括按钮；加速度计部件；以及耦接至压电扬声器的压电驱动器。在一个实施例中，加速度计部件包括相对于彼此垂直布置的双重加速度计(例如，第一加速度计相对于水平地面在一个方向上旋转45度，并且第二加速度计在相反方向上旋转45度)。在一个实施例中，水平仪10的电源包括选自AA电池或AAA电池中的一者的一个或多个电池。

转向图11，其中展示了处于各种配置和操作状态的数字水平仪的示例性配置的一系列功率测量。

在特定实施例中，主显示器(例如，前部显示器20)定位在数字水平仪10的侧表面。在特定实施例中，主显示器(例如，前部显示器20)定位在水平仪的除了顶表面之外的表面上，并且辅显示器(例如，顶部显示器30)定位在顶表面上。在特定实施例中，主显示器(例如，前部显示器20)限定的区域比由辅显示器(例如，顶部显示器30)限定的区域更大。

应理解的是，附图详细地展示了示例性实施例，并且应理解的是，本申请不限于在说明书中阐述的或在附图中展示的细节或方法。还应理解的是，术语仅出于说明的目的，而不应被视为是限制性的。

鉴于该描述，本发明的多个不同方面的其他修改和替代性实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，该描述被解释为仅是说明性的。在多个不同的示例性实施例中示出的构造和布置仅是说明性的。虽然在本披露内容中仅详细描述了几个实施例，但是在不实质上脱离本文描述的主题的新颖教导和优点的情况下，许多修改是可能的(例如，改变多个不同元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、使用材料、颜色、取向等)。一体成形示出的一些元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可以是反向的或以其他方式改变，并且离散元件的性质或数量或位置可以变化或改变。根据替代性实施例，任何过程、逻辑算法或方法步骤的顺序或次序都可以改变或重新排序。在不脱离本发明的范围的情况下，还可以在多个不同的示例性实施例的设计、操作条件和布置中进行其他置换、修改、改变和省略。

除非另外明确指出，否则并不以任何方式意图使在此阐述的任何方法解释为要求其步骤按指定顺序执行。相应地，在方法权利要求没有实际列举其步骤应遵循的顺序的情况下或在权利要求或说明书中没有特别声明步骤应限于特定顺序的情况下，绝不意味着可以推断出任何特定顺序。另外，本文使用的冠词“一”旨在包括一个或多个部件或元件，并非旨在被解释为仅有一个。如本文使用的，“刚性联接”是指联接两个部件，其方式使得当受到力作用时，这些部件以固定的位置关系一起移动。

本发明的多个不同实施例涉及任何特征的任何组合，并且在本申请或将来的申请中可以要求保护特征的任何这种组合。上面讨论的任何示例性实施例的任何特征、元件或部件都可以单独使用，或者与上面讨论的任何其他实施例的任何特征、元件或部件相结合使用。

Claims (20)

1.一种水平仪，包括：

平坦的底表面；

与该底表面相反的顶表面；

主纵向轴线；

该水平仪沿该主纵向轴线的第一端；

与该第一端相反的第二端；

取向传感器，该取向传感器被配置用于测量该顶表面和该底表面中的一者相对于重力的取向；

主显示器，该主显示器显示对应于所测量取向的第一图像；以及

辅显示器，该辅显示器显示对应于所测量取向的第二图像。

2.如权利要求1所述的水平仪，其中，该辅显示器显示对应于所测量取向的多个图像，该多个图像包括该第二图像。

3.如权利要求2所述的水平仪，其中，该多个图像包括指示该第一端应相对于该第二端升高的该第二图像、指示该第一端应相对于该第二端降低的第三图像、以及指示该第一端相对于该第二端处于目标取向的第四图像。

4.如权利要求3所述的水平仪，其中，该辅显示器包括第一显示元件和第二显示元件，该第一显示元件和该第二显示元件被选择性地点亮，以指示该顶表面和该底表面中的一者的多个取向，并且其中，该第一显示元件在该第一图像和该第二图像中被点亮，而在该第三图像中不被点亮。

5.如权利要求4所述的水平仪，其中，该第二显示元件在该第一图像和第二图像中不被点亮，而在该第三图像中被点亮。

6.如权利要求1所述的水平仪，进一步包括：

在该底表面与该顶表面之间延伸的侧表面，其中，该主显示器沿该侧表面定位。

7.如权利要求1所述的水平仪，其中，该主显示器沿该水平仪的除了该顶表面之外的表面定位，并且其中，该辅显示器沿该顶表面定位。

8.如权利要求6所述的水平仪，其中，该辅显示器更靠近该第一端而不是该第二端。

9.一种水平仪，包括：

平坦的底表面；

与该底表面相反的顶表面；

取向传感器，该取向传感器被配置用于测量该顶表面和该底表面中的一者相对于重力的取向；

主显示器，该主显示器显示对应于所测量取向的第一图像；

辅显示器，该辅显示器显示对应于所测量取向的第二图像；

发光器件；以及

光导管，该光导管在该发光器件与该辅显示器之间提供光学通信。

10.如权利要求9所述的水平仪，其中，该主显示器限定第一显示区域，并且其中，该辅显示器限定比该第一显示区域小的第二显示区域。

11.如权利要求9所述的水平仪，进一步包括：

在该底表面与该顶表面之间延伸的侧表面，其中，该主显示器沿该侧表面定位，并且其中，该辅显示器沿该顶表面定位。

12.如权利要求9所述的水平仪，其中，该辅显示器包括多个显示元件，该多个显示元件通过对该发光器件的选择性控制而被选择性地点亮，以指示该顶表面和该底表面中的一者的多个取向。

13.如权利要求12所述的水平仪，进一步包括：包括该发光器件在内的多个发光器件，其中，该多个发光器件中的至少两个发光器件与该多个显示元件中的单一显示元件处于光学通信。

14.一种水平仪，包括：

水平仪本体；

限定在该本体内的内部腔体；

由该水平仪本体限定的平坦的底表面；

由该水平仪本体限定并且与该底表面相反的顶表面；

取向传感器，该取向传感器耦接至该水平仪本体并且被配置用于测量该顶表面和该底表面中的一者相对于重力的取向；

发光器件，该发光器件位于该内部腔体内并且耦接至该水平仪本体；

耦接至该发光器件的光导管；

与该水平仪本体的表面邻近地定位的显示器，该显示器通过该光导管耦接至该表面并且支撑在该表面附近，该光导管在该发光器件与该显示器之间提供光学通信，该显示器显示能在该水平仪本体外看见并且对应于所测量取向的图像。

15.如权利要求14所述的水平仪，进一步包括：

耦接至该水平仪本体的电子板，其中，该发光器件直接耦接至该电子板，并且其中，该光导管直接耦接至该电子板。

16.如权利要求15所述的水平仪，其中，该电子板限定主纵向轴线，并且其中，该光导管从该电子板垂直于该电子板的主纵向轴线延伸。

17.如权利要求14所述的水平仪，其中，该光导管直接耦接至该发光器件。

18.如权利要求14所述的水平仪，其中，该显示器包括多个显示元件，该多个显示元件被选择性地点亮，以指示该顶表面和该底表面中的一者的多个取向。

19.如权利要求18所述的水平仪，进一步包括包含该光导管在内的多个光导管，其中，该多个显示元件耦接至该多个光导管中的至少一个光导管。

20.如权利要求19所述的水平仪，进一步包括耦接至该多个显示元件中的至少两个显示元件的支撑件。

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