CN1619258A - 数字水准仪和光学水准仪室内检定装置 - Google Patents
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Abstract
一种数字水准仪和光学水准仪室内检定装置，包括前视检调平行光管和与前视检调平行光管结构相同的后视检调平行光管。前视检调平行光管为：在镜管内左端设有前分划板、右端设有发光器件，在前分划板与发光器件之间前分划板的右侧设有物镜、左侧设有滤光片，在镜管上的中部设有下端与齿轮联或连为一体的调焦手轮，在镜管内设有活动调焦筒，齿条设在活动调焦筒上，齿轮与齿条啮合，在镜管内物镜与滤光片之间设有条码分划板。条码分划板上模拟刻制与现有数字水准仪和光学水准仪配套使用的条码标尺上的部分条码。它具有检定量值稳定、统一、准确、可靠、精度高、操作简便等优点，可用于对各种型号的数字水准仪和光学水准仪在室内进行计量检定。
Description
技术领域
本发明属于采用光学方法为特征的计量设备技术领域，具体涉及到专用于物体移动时计量其长度。
背景技术
数字水准仪问世于九十年代初，目前国际市场上有德国蔡司、瑞士徕卡、日本拓普康和索佳等几家厂方生产的不同系列产品，九十年代中期进入我国市场，它在我国地震、测绘以及精密工程测量领域里广泛应用。但国内没有这方面的检定设备，各个计量检定部门在检定各种型号数字水准仪时，只能在室外利用与原仪器相配套的条码标尺进行检定，各个厂家的条码标尺因编码规则不同，其检测系统不能通用，检测时，将条码标尺放在距检定装置60米远的地方进行检定，由于受环境的影响，如温度的变化、阳光辐射、振动、风速、风向的变化都对所检定数字水准仪的精度影响很大，这种检定方法稳定性差，精度较低。因此，在相对稳定的环境条件下，用一个统一的标准来标定仪器的实际精度，只能在室内检定才能达到。在室内检定由于空间小，没有60米长的检定室，国内到目前为止，数字水准仪检测系统还没有相应的室内检定装置。如何检定数字水准仪的实际精度已经成为使用和计量部门当前所需要解决的主要技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述数字水准仪室外检定的缺陷，提供一种计量检定量值的稳定、统一、准确、可靠、精度高、操作简便的数字水准仪和光学水准仪室内检定装置。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：它包括前视检调平行光管和与前视检调平行光管结构相同的后视检调平行光管。本发明的前视检调平行光管为：在镜管内左端设置有前分划板、右端设置有发光器件，在前分划板与发光器件之间前分划板的右侧设置有物镜、左侧设置有滤光片，在镜管上的中部设置有下端与齿轮联或连为一体的调焦手轮，在镜管内设置有活动调焦筒，齿条设置在活动调焦筒上，齿轮与齿条啮合，在镜管内物镜与滤光片之间设置有条码分划板。
本发明的条码分划板有两片，一片条码分划板是在一片镜片上从左到右第一列刻制有蔡司近距离条码、第二列刻制有蔡司远距离条码、第三列刻制有徕卡远距离条码、第四列刻制有徕卡近距离条码、中心位置刻制有光学十字丝。另一片码分划板是在另一片镜片上左边一列刻制有拓普康近距离条码、右边一列刻制有拓普康远距离条码、中心位置刻制有光学十字丝。
本发明的蔡司近距离条码是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为300mm内的41个条码缩小50～100倍刻制在一片镜片上左边第一列，蔡司远距离条码是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为424mm内的59个条码缩小120～200倍刻制在一片镜片上左边第二列，徕卡远距离条码是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为921mm内的161个条码缩小120～200倍刻制在一片镜片上左边第三列，徕卡近距离条码是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为544mm内的84个条码缩小50～100倍刻制在一片镜片上左边第四列。本发明的拓普康近距离条码是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为528mm内的141个条码缩小50～100倍刻制在另一片镜片上左边一列，拓普康远距离条码是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为786mm内的201个条码缩小120～200倍刻制在另一片镜片上右边一列。
本发明的蔡司近距离条码是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为300mm内的41个条码其中缩小60～90倍刻制在一片镜片上左边第一列，蔡司远距离条码是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为424mm内的59个条码其中缩小150～180倍刻制在一片镜片上左边第二列，徕卡远距离条码是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为921mm内的161个条码其中缩小150～180倍刻制在一片镜片上左边第三列，徕卡近距离条码是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为544mm内的84个条码其中缩小60～90倍刻制在一片镜片上左边第四列。本发明的拓普康近距离条码是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为528mm内的141个条码其中缩小60～90倍刻制在另一片镜片上左边一列，拓普康远距离条码是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为786mm内的201个条码其中缩小150～180倍刻制在另一片镜片上右边一列。
本发明的蔡司近距离条码是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为300mm内的41个条码其中缩小80倍刻制在一片镜片上左边第一列，蔡司远距离条码是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为424mm内的59个条码其中缩小180倍刻制在一片镜片上左边第二列，徕卡远距离条码是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为921mm内的161个条码其中缩小1 80倍刻制在一片镜片上左边第三列，徕卡近距离条码是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为544mm内的84个条码其中缩小80倍刻制在一片镜片上左边第四列。本发明的拓普康近距离条码是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为528mm内的141个条码其中缩小80倍刻制在另一片镜片上左边一列，拓普康远距离条码是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为786mm内的201个条码其中缩小180倍刻制在另一片镜片上右边一列。
本发明的一片镜片和另一片镜片的外径为16.8～17.5mm。
本发明采用与现有数字水准仪和光学水准仪配套使用的条码标尺上的部分条码分别模拟刻制在镜片上制成条码分划板，将条码分划板安装在检调平行光管的物镜与滤光片之间，对数字水准仪和光学水准仪的仪器视准线误差(i角)、自动安平补偿误差及其范围、视准线的安平误差、视距测量误差、测站单次高差标准差等主要项目在室内进行计量检定。它具有检定量值稳定、统一、准确、可靠、精度高、操作简便等优点，可用于对各种型号的数字水准仪和光学水准仪在室内进行计量检定。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
图2是图1中前视检调平行光管1的结构示意图。
图3是前视检调平行光管1的一片条码分划板1-8的结构示意图。
图4是前视检调平行光管1的另一片条码分划板1-8的结构示意图。
图5是本发明的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
在图1、5中，本实施例的数字水准仪和光学水准仪室内检定装置是由前视检调平行光管1和后视检调平行光管2构成，后视检调平行光管2与前视检调平行光管1的结构完全相同。检定数字水准仪和光学水准仪时，将前视检调平行光管1固定在前视水泥墩8上，后视检调平行光管2固定在后视水泥墩6上，被测数字水准仪3或光学水准仪固定在前视检调平行光管1与后视检调平行光管2之间同一条轴线的两维微倾台4上，两维微倾台5安装于固定在被测仪器水泥墩7上的升降工作台4上。
在图2中，本实施例的前视检调平行光管1是由镜管1-1、前分划板1-2、物镜1-3、调焦手轮1-4、齿轮1-5、齿条1-6、活动调焦筒1-7、条码分划板1-8、滤光片1-9、白炽灯泡1-10连接构成。
在镜管1-1内左端安装有前分划板1-2、右端安装有白炽灯泡1-10，白炽灯泡1-10为发光器件，也可采用灯管或其它发光器件，为本发明提供照明光源，在前分划板1-2与白炽灯泡1-10之间前分划板1-2的右侧安装有物镜1-3，物镜1-3为透镜组，左侧为凸透镜、右侧为凹透镜，凸透镜的左侧曲率半径为43.65mm、右侧面的曲率半径为62.50，凹透镜右侧面的曲率半径为78.35mm。在前分划板1-2与白炽灯泡1-10之问白炽灯泡1-10的左侧安装有滤光片1-9，本实施例滤光片1-9的波长为546.1nm，滤光片1-9用于通过黄光和绿光，滤掉其它杂光。在镜管1-1外的中部安装有调焦手轮1-4，调焦手轮1-4的下端与齿轮1-5连为一体，在镜管1-1内安装有活动调焦筒1-7，齿条1-6的两端固定安装在活动调焦筒1-7上，使用者旋转调焦手轮1-4，通过齿轮1-5，齿条1-6在镜管1-1内左右移动，活动调焦筒1-7在镜管1-1内上左右移动，实现调整焦距的目的。在镜管1-1内物镜1-3与滤光片1-9之间安装有条码分划板1-8。
在图3、4中，本实施例的条码分划板1-8有两片，使用时互相替换。一片条码分划板1-8是在外径为17mm的一片镜片1-8-1上从左到右第一列刻制有蔡司近距离条码1-8-2、第二列刻制有蔡司远距离条码1-8-3、第三列刻制有徕卡远距离条码1-8-4、第四列刻制有徕卡近距离条码1-8-5，蔡司近距离条码1-8-2是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为300mm内的41个条码缩小80倍刻制在一片镜片1-8-1上左边第一列，蔡司远距离条码1-8-3是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为424mm内的59个条码缩小180倍刻制在一片镜片1-8-1上左边第二列，徕卡远距离条码1-8-4是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为921mm内的161个条码缩小180倍刻制在一片镜片1-8-1上左边第三列，徕卡近距离条码1-8-5是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为544mm内的84个条码缩小80倍刻制在一片镜片1-8-1上左边第四列。在一片镜片1-8-1的中心位置刻制有光学十字丝1-8-6。另一片码分划板1-8是在外径为17mm的另一片镜片1-8-7上左边一列刻制有拓普康近距离条码1-8-8、右边一列刻制有拓普康远距离条码1-8-9，拓普康近距离条码1-8-8是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为528mm内的141个条码缩小80倍刻制在另一片镜片1-8-7上左边一列，拓普康远距离条码1-8-9是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为786mm内的201个条码缩小180倍刻制在另一片镜片1-8-6上右边一列。在另一片镜片1-8-7的中心位置刻制有光学十字丝1-8-6。
实施例2
在本实施例中，蔡司近距离条码1-8-2是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为300mm内的41个条码缩小50倍刻制在一片镜片1-8-1上左边第一列，蔡司远距离条码1-8-3是将蔡司系列数字水准仪蔡司条码标尺上的条码从下到上距离为424mm内的59个条码缩小120倍刻制在一片镜片1-8-1上左边第二列，徕卡远距离条码1-8-4是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为921mm内的161个条码缩小120倍刻制在一片镜片1-8-1上左边第三列，徕卡近距离条码1-8-5是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为544mm内的84个条码缩小50倍刻制在一片镜片1-8-1上左边第四列。拓普康近距离条码1-8-8是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为528mm内的141个条码缩小50倍刻制在另一片镜片1-8-7上左边一列，拓普康远距离条码1-8-9是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为786mm内的201个条码缩小120倍刻制在另一片镜片1-8-7上右边一列。本实施例的一片镜片1-8-1和另一片镜片1-8-7的外径为16.8mm。其它零部件以及零部件的连接关系与实施例1相同。
实施例3
在本实施例中，蔡司近距离条码1-8-2是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为300mm内的41个条码缩小100倍刻制在一片镜片1-8-1上左边第一列，蔡司远距离条码1-8-3是将蔡司系列数字水准仪蔡司条码标尺上的条码从下到上距离为424mm内的59个条码缩小200倍刻制在一片镜片1-8-1上左边第二列，徕卡远距离条码1-8-4是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为921mm内的161个条码缩小200倍刻制在一片镜片1-8-1上左边第三列，徕卡近距离条码1-8-5是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为544mm内的84个条码缩小100倍刻制在一片镜片1-8-1上左边第四列。拓普康近距离条码1-8-8将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为528mm内的141个条码缩小100倍刻制在另一片镜片1-8-7上左边一列，拓普康远距离条码1-8-9是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为786mm内的201个条码缩小200倍刻制在另一片镜片1-8-7上右边一列。本实施例的一片镜片1-8-1和另一片镜片1-8-7的外径为17.5mm。其它零部件以及零部件的连接关系与实施例1相同。
本发明的工作原理如下：
如图5所示，将前视检调平行光管1固定在前视水泥墩8上，后视检调平行光管2固定在后视水泥墩6上，被测数字水准仪3固定在两维微倾台4上，而两维微倾台4固定在升降工作台5上，升降工作台5固定安装在被测仪器水泥墩7上，整平仪器水准气泡，对准预先安置在前视水泥墩8上的前视检调平行光管1。此时，前视检调平行光管1在白炽灯泡1-10照明下，通过滤光片1-9照亮条码分划板1-8，调节活动调焦筒1-7，将条码分划板1-8的影像调焦到30m或15m的距离。同理，被测数字水准仪3对准后视检调平行光管2，将后视检调平行光管2内的条码分划板1-8的影像调焦到30m或15m的距离。根据JJG425-2003《国家水准仪计量检定规程》的要求，对被测数字水准仪3的各项性能指标进行计量检定。在检定不同型号的数字水准仪时，采用条码分划板1-8上相对应的条码。在这两片条码分划板1-8的中心刻有光学水准仪的光学十字丝1-8-6，本发明还可用于检定系列光学水准仪。
为了验证本发明的有益效果，发明人将制备的本发明实施例1数字水准仪和光学水准仪室内检定装置对蔡司数字水准仪(型号为DiNi10-209065)进行了计量检定，检定情况如下：
1、检定目的
检定数字水准仪和光学水准仪的自动安平补偿误差和仪器视准线误差(i角)。包括视准线的安平误差、视距测量误差、测站单次高差标准差项目。
2、检定方法
按照JJG425-2003《国家水准仪计量检定规程》的检定方法，对被测仪器的各项性能指标进行检定。
3、对条码分划板1-8的测试
对同一台蔡司数字水准仪(型号为DiNi10-209065)进行测试，测试分别在室内室外同一30m视距下进行。室外照准条码标尺读数、室内照准条码分划板1-8上的读数。每调焦一次，记一个目标视高读数，重复十次为一组，共测两组，计算目标视高读数的标准差。
测试结果见表1。
表1室内和室外目标视高读数的标准差
| I组 | II组 | |
| 视高读数的标准差 | 视高读数的标准差 | |
| 室内 | 0.044mm | 0.013mm |
| 室外 | 0.052mm | 0.074mm |
从表1可以看出，室内视高读数的标准差小于室外视高读数的标准差。由此可见，室内目标的视高读数稳定性比室外目标的视高读数稳定性好。
4、室内与室外几项主要检定项目的对比测试
室内与室外测试在相同视距下进行，按照国家规程的检定方法，对同一台蔡司数字水准仪(型号为DiNi10-209065)的补偿误差、安平误差、视准线误差(i角)、测站单次高差标准差项目进行测试。
各项测试结果见表2。
表2蔡司数字水准仪室内和室外检定结果
| 检定项目 | 室内 | 室外 |
| 补偿误差(″) | 前倾、后倾、左倾、右倾0.05 -0.06 0.04 -0.05 | 前倾、后倾、左倾、右倾0.07 -0.03 0.07 -0.04 |
| 安平误差(″) | 0.09 | 0.20 |
| 视准线误差(i角)(″) | 3.10 | 3.30 |
| 测站单次高差标准差(mm) | 0.05 | 0.06 |
a.补偿误差：室内测得补偿误差的最大值|Δ|为0.06″，室外补偿误差的最大值|Δ|为0.07″，两者结果非常接近。
b.安平误差：室内测得安平误差为0.09″，而室外测得为0.20″。显然，室内的条码目标比室外的条码标尺要稳定。
c.视准线误差(i角)：室内测得视准线误差为3.10″，而室外测得为3.30″。两者结果非常接近。
d.测站单次高差标准差：室内测得测站单次高差标准差为0.05mm，而室外测得为0.06mm，室内室外基本相等。
5、结论
(1)根据上述测试结果表明，这套数字水准仪和光学水准仪室内检定装置满足JJG425-2003《国家水准仪计量检定规程》的要求。
(2)可代替过去室外对数字水准仪计量检定，大大提高了工作效率，减轻了计量检定人员劳动强度。
(3)排除了室外温度变化、阳光辐射、风力及振动等干扰因素，室内测试结果比室外稳定。
(4)可适用于各种型号数字水准仪和光学水准仪进行室内计量检定。
Claims (6)
1、一种数字水准仪和光学水准仪室内检定装置，它包括前视检调平行光管(1)和与前视检调平行光管(1)结构相同的后视检调平行光管(2)，其特征在于所说的前视检调平行光管(1)为：在镜管(1-1)内左端设置有前分划板(1-2)、右端设置有发光器件，在前分划板(1-2)与发光器件之间前分划板(1-2)的右侧设置有物镜(1-3)、左侧设置有滤光片(1-9)，在镜管(1-1)上的中部设置有下端与齿轮(1-5)联或连为一体的调焦手轮(1-4)，在镜管(1-1)内设置有活动调焦筒(1-7)，齿条(1-6)设置在活动调焦筒(1-7)上，齿轮(1-5)与齿条(1-6)啮合，在镜管(1-1)内物镜(1-3)与滤光片(1-9)之间设置有条码分划板(1-8)。
2、按照权利要求1所述的数字水准仪和光学水准仪室内检定装置，其特征在于：所说的条码分划板(1-8)有两片，一片条码分划板(1-8)是在一片镜片(1-8-1)上从左到右第一列刻制有蔡司近距离条码(1-8-2)、第二列刻制有蔡司远距离条码(1-8-3)、第三列刻制有徕卡远距离条码(1-8-4)、第四列刻制有徕卡近距离条码(1-8-5)、中心位置刻制有光学十字丝(1-8-6)；另一片码分划板(1-8)是在另一片镜片(1-8-7)上左边一列刻制有拓普康近距离条码(1-8-8)、右边一列刻制有拓普康远距离条码(1-8-9)、中心位置刻制有光学十字丝(1-8-6)。
3、按照权利要求2所述的数字水准仪和光学水准仪室内检定装置，其特征在于：所说的蔡司近距离条码(1-8-2)是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为300mm内的41个条码缩小50～100倍刻制在一片镜片(1-8-1)上左边第一列，蔡司远距离条码(1-8-3)是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为424mm内的59个条码缩小120～200倍刻制在一片镜片(1-8-1)上左边第二列，徕卡远距离条码(1-8-4)是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为921mm内的161个条码缩小120～200倍刻制在一片镜片(1-8-1)上左边第三列，徕卡近距离条码(1-8-5)是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为544mm内的84个条码缩小50～100倍刻制在一片镜片(1-8-1)上左边第四列；所说的拓普康近距离条码(1-8-8)是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为528mm内的141个条码缩小50～100倍刻制在另一片镜片(1-8-7)上左边一列，拓普康远距离条码(1-8-9)是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为786mm内的201个条码缩小120～200倍刻制在另一片镜片(1-8-7)上右边一列。
4、按照权利要求3所述的数字水准仪和光学水准仪室内检定装置，其特征在于：所说的蔡司近距离条码(1-8-2)是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为300mm内的41个条码其中缩小60～90倍刻制在一片镜片(1-8-1)上左边第一列，蔡司远距离条码(1-8-3)是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为424mm内的59个条码其中缩小150～180倍刻制在一片镜片(1-8-1)上左边第二列，徕卡远距离条码(1-8-4)是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为921mm内的161个条码其中缩小150～180倍刻制在一片镜片(1-8-1)上左边第三列，徕卡近距离条码(1-8-5)是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为544mm内的84个条码其中缩小60～90倍刻制在一片镜片(1-8-1)上左边第四列；所说的拓普康近距离条码(1-8-8)是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为528mm内的141个条码其中缩小60～90倍刻制在另一片镜片(1-8-7)上左边一列，拓普康远距离条码(1-8-9)是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为786mm内的201个条码其中缩小150～180倍刻制在另一片镜片(1-8-7)上右边一列。
5、按照权利要求3所述的数字水准仪和光学水准仪室内检定装置，其特征在于：所说的蔡司近距离条码(1-8-2)是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为300mm内的41个条码其中缩小80倍刻制在一片镜片(1-8-1)上左边第一列，蔡司远距离条码(1-8-3)是将蔡司系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为424mm内的59个条码其中缩小180倍刻制在一片镜片(1-8-1)上左边第二列，徕卡远距离条码(1-8-4)是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为921mm内的161个条码其中缩小180倍刻制在一片镜片(1-8-1)上左边第三列，徕卡近距离条码(1-8-5)是将徕卡系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为544mm内的84个条码其中缩小80倍刻制在一片镜片(1-8-1)上左边第四列；所说的拓普康近距离条码(1-8-8)是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为528mm内的141个条码其中缩小80倍刻制在另一片镜片(1-8-7)上左边一列，拓普康远距离条码(1-8-9)是将拓普康系列数字水准仪条码标尺上的条码从下到上距离为786mm内的201个条码其中缩小180倍刻制在另一片镜片(1-8-7)上右边一列。
6、按照权利要求2或3或4或5所述的数字水准仪和光学水准仪室内检定装置，其特征在于：所说的一片镜片(1-8-1)和另一片镜片(1-8-7)的外径为16.8～17.5mm。
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