CN115235422A - 一种自平衡水准尺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自平衡水准尺，包括尺体和安装在所述尺体上的伺服控制系统，所述尺体底部为倒四棱锥体且所述倒四棱锥体的锥尖上安装有一钢珠，所述伺服控制系统包括设于所述尺体顶部空腔内的陀螺仪姿态传感器、高速微控制器、转动组件和电池仓，所述高速微控制器通过连接电路分别同所述陀螺仪姿态传感器和所述转动组件连接，所述转动组件设有三组，分别为X轴转动组件、Y轴转动组件和Z轴转动组件。本发明的优点是：内置的伺服控制系统可使尺体保持竖直状态，测量过程无需人工扶尺，降低测绘工作强度，提高工作效率；减少操作人员需求，降低测量成本；减少人工扶尺带来的尺体摇晃等因素对测量读数的不利影响。
Description
技术领域
本发明涉及水准测量的技术领域，尤其是一种自平衡水准尺。
背景技术
随着城市的空间拓展需求与日俱增，城市建设者们不断在刷新地上、地下建筑物的高度和深度，且这类工程越来越多，施工工艺也越来越复杂，进而对测量精度和效率的要求越来越高。作为测绘工作中精度最高的测量方法，水准测量是利用两把水准尺上的读数差，求得的两点间的高差，再根据已知点高程加上两点间高差，即可得到未知点的高程，这过程一般需要多人配合才能完成。传统测量过程中，操作员在水准仪前读数时，另需人工手持水准尺使其保持竖直状态，直到该测试点读数完成。然而，当工作量较大时，人工扶尺难以保持严格的竖直状态，时常存在水准尺晃动的情况。因此需要设计一种能够自动保持竖直状态的水准尺。针对上述问题，需要开发一种自平衡水准尺，以满足实际测绘工作的需要。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种自平衡水准尺，通过在尺体上安装伺服控制系统，以实现水准尺的自平衡。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种自平衡水准尺，其特征在于：包括尺体和安装在所述尺体上的伺服控制系统，所述尺体底部为倒四棱锥体且所述倒四棱锥体的锥尖上安装有一钢珠，所述伺服控制系统包括设于所述尺体顶部空腔内的陀螺仪姿态传感器、高速微控制器、转动组件和电池仓，所述高速微控制器通过连接电路分别同所述陀螺仪姿态传感器和所述转动组件连接，所述转动组件设有三组，分别为X轴转动组件、Y轴转动组件和Z轴转动组件。
所述尺体外表正、反面均标有条码。
所述陀螺仪姿态传感器、所述高速微控制器、所述电池仓、所述X轴转动组件和所述Y轴转动组件均固定在所述尺体内表面，所述Z轴转动组件固定在所述电池仓外表面底部。
各组所述转动组件均包括电机基座、电机、轴杆和动量轮，所述电机固定在所述电机基座上，所述电机通过所述轴杆同所述动量轮连接，所述电机驱动所述轴杆运动以带动所述动量轮运动，任意两组所述转动组件的动量轮的法向方向正交。
所述电池仓内的电源通过开关电路分别同所述螺仪姿态传感器、所述高速微控制器和所述转动组件连接，为所述螺仪姿态传感器、所述高速微控制器和所述转动组件供能。
所述尺体外表面设有一开关且所述开关布置在所述开关电路上。
所述钢珠为可拆卸式设置。
本发明的优点是：
1、内置的伺服控制系统可使尺体保持竖直状态，测量过程无需人工扶尺，降低测绘工作强度，提高工作效率；
2、减少操作人员需求，降低测量成本；
3、减少人工扶尺带来的尺体摇晃等因素对测量读数的不利影响。
附图说明
图1为本发明自平衡水准尺示意图；
图2为本发明自平衡水准尺内部结构示意图；
图3为本发明陀螺仪姿态传感器示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-3所示，图中标记分别表示为:尺体1、条码2、钢珠3、开关4、陀螺仪姿态传感器5、高速微控制器6、X轴动量轮7、Y轴电机8、Y轴轴杆9、Y轴动量轮10、Y轴电机基座11、Z轴电机12、Z轴轴杆13、Z轴动量轮14、电池仓15、三轴坐标系16、X轴、Y轴、Z轴。
实施例：如图1-3所示，本实施例涉及一种自平衡水准尺，其主要包括尺体1和安装在尺体1上的伺服控制系统，尺体1外表正、反面均标有条码2，条码2上带有刻度，用于读数。尺体1底部为倒四棱锥体且倒四棱锥体的锥尖上安装有一个钢珠3，钢珠3为可拆卸式设置，以便替换受磨损的钢珠3，避免影响条码2在测量时的准确性。伺服控制系统包括设于尺体1顶部空腔内的陀螺仪姿态传感器5、高速微控制器6、转动组件和电池仓15，高速微控制器6通过连接电路分别同陀螺仪姿态传感器5和转动组件连接，转动组件设有三组，分别为X轴转动组件、Y轴转动组件和Z轴转动组件。陀螺仪姿态传感器5依据其平面所在位置建立三轴坐标系16（由X轴、Y轴、Z轴组成），并将采集到的三维信息传输给高速微控制器6，高速微控制器6控制三组转动组件进行运动，以使尺体1保持平衡竖直静止状态。
如图2所示，陀螺仪姿态传感器5、高速微控制器6、电池仓15、X轴转动组件和Y轴转动组件均固定在尺体1内表面，Z轴转动组件固定在电池仓15外表面底部。各组转动组件均包括电机基座、电机、轴杆和动量轮，电机固定在电机基座上，电机通过轴杆同动量轮连接，电机驱动轴杆运动以带动动量轮运动，任意两组转动组件的动量轮的法向方向正交，其中，X轴转动组件包括X轴电机（图中未示出）、X轴轴杆（图中未示出）、X轴动量轮7和X轴电机基座（图中未示出），Y轴转动组件包括Y轴电机8、Y轴轴杆9、Y轴动量轮10和Y轴电机基座11，Z轴转动组件包括Z轴电机12、Z轴轴杆13、Z轴动量轮14和Z轴电机基座（图中未示出）。
如图1和图2所示，电池仓15内的电源通过开关电路分别同螺仪姿态传感器5、高速微控制器6和电机连接，为螺仪姿态传感器5、高速微控制器6和电机供能。另外，尺体1外表面设有一个开关4且开关布置在开关电路上，用于控制伺服控制系统的通电与断电。
本实施例中，未开通电路时，竖直状态下的尺体1存在向四周倾倒的趋势，可以看作以尺体1底端的钢珠3为原点的转动。电机带动X轴动量轮7和Y轴动量轮10的对尺体1进行动量补偿，使尺体1保持竖直状态；Z轴动量轮14对尺体1进行水平方向的角动量补偿，使竖直状态尺体不会因外界扰动产生转动，以便测量读数精度提高。
如图1-3所示，本实施例还具有以下工作方法：
1、选定条码2长度合适的水准尺，将测量用水准尺移动到待测位置后，先扶正水准尺将待读数的条码2面对准水准仪，再开启伺服控制系统。受伺服控制系统产生的角动量平衡效果，尺体1保持平衡竖直静止状态，测量读数过程无需人工扶尺。
2、测量操作人员即可利用水准仪读取水准尺上的读数，利用两点水准尺读书差，求得两点间高差，再根据已知点高程，得到未知点的高程数据。
本实施例具有以下有益效果：利用角动量平衡原理，使尺体在测量过程保持平衡竖直静止状态，测量读数过程无需人工扶尺，降低工作强度；消除人工扶尺造成的摇晃等不利因素对读数精度的影响。
虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。
Claims (7)
1.一种自平衡水准尺，其特征在于：包括尺体和安装在所述尺体上的伺服控制系统，所述尺体底部为倒四棱锥体且所述倒四棱锥体的锥尖上安装有一钢珠，所述伺服控制系统包括设于所述尺体顶部空腔内的陀螺仪姿态传感器、高速微控制器、转动组件和电池仓，所述高速微控制器通过连接电路分别同所述陀螺仪姿态传感器和所述转动组件连接，所述转动组件设有三组，分别为X轴转动组件、Y轴转动组件和Z轴转动组件。
2.如权利要求1所述的一种自平衡水准尺，其特征在于：所述尺体外表正、反面均标有条码。
3.如权利要求1所述的一种自平衡水准尺，其特征在于：所述陀螺仪姿态传感器、所述高速微控制器、所述电池仓、所述X轴转动组件和所述Y轴转动组件均固定在所述尺体内表面，所述Z轴转动组件固定在所述电池仓外表面底部。
4.如权利要求1所述的一种自平衡水准尺，其特征在于：各组所述转动组件均包括电机基座、电机、轴杆和动量轮，所述电机固定在所述电机基座上，所述电机通过所述轴杆同所述动量轮连接，所述电机驱动所述轴杆运动以带动所述动量轮运动，任意两组所述转动组件的动量轮的法向方向正交。
5.如权利要求1所述的一种自平衡水准尺，其特征在于：所述电池仓内的电源通过开关电路分别同所述螺仪姿态传感器、所述高速微控制器和所述转动组件连接，为所述螺仪姿态传感器、所述高速微控制器和所述转动组件供能。
6.如权利要求5所述的一种自平衡水准尺，其特征在于：所述尺体外表面设有一开关且所述开关布置在所述开关电路上。
7.如权利要求1所述的一种自平衡水准尺，其特征在于：所述钢珠为可拆卸式设置。
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