CN1687703A - 一种提高数字电子水准仪性价比的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高数字电子水准仪性价比的方法，其特征在于利用数字电子水准仪本身的微处理器，根据水准尺所使用的材料的温度特性的数学规律编制一段专门程序，通过测量施工时水准尺的实际温度即时计算出水准尺的热膨胀误差值，然后利用这个误差的计算值去对水准测量结果进行修正而除去这个误差对测量结果的影响。可以使用廉价的、低精度测量水准尺的制造材料，达到和铟钢材料制造水准尺一样甚至更好的精度效果，而使得仪器造价大幅降低，大大提高仪器的性能价格比。
Description
技术领域：该技术属于测绘技术领域。
背景技术：在传统的精密水准测量中，为了实现所需测量精度，通常都使用由特殊材料制造的水准标尺——铟钢水准尺，采用这一铟钢材料的技术理由是因为铟钢具有非常好的热稳定性，其热膨胀系数非常小，不会因为水准尺本身的热胀冷缩而给测量带来较大附加误差。然而，铟钢这一材料却非常昂贵，一对进口的铟钢水准尺的价格高达数万元人民币之多，而一对国产铟钢水准尺的价格也高达数千元。即使在大量使用数字电子水准仪的今天，这一采用铟钢材料制造水准尺的技术措施仍然在继续采用。
发明内容：本发明就是针对这样的现状，提出一种提高数字电子水准仪性价比的方法，目的就是使用廉价的、低精度测量水准尺的制造材料，达到和铟钢材料制造水准尺一样甚至更好的精度效果，而使得仪器造价大幅降低，大大提高仪器的性能价格比。
本发明的技术方案是：一种提高数字电子水准仪性价比的方法，其特征在于利用数字电子水准仪本身的微处理器，根据水准尺所使用的材料的温度特性的数学规律编制一段专门程序，通过测量施工时水准尺的实际温度即时计算出水准尺的热膨胀误差值，然后利用这个误差的计算值去对水准测量结果进行修正而除去这个误差对测量结果的影响。
如上所述的提高数字电子水准仪性价比的方法，其特征在于：所述的测量结果按下式获得：L＝L0+Δ＝L0+α(T-T0)L0。
如上所述的提高数字电子水准仪性价比的方法，其特征在于：根据CCD传感器所使用的材料的温度特性的数学规律编制一段专门程序，通过测量施工时仪器的实际温度即时计算出CCD传感器的热膨胀误差值，然后利用这个误差的计算值去对水准测量结果进行修正而除去这个误差对测量结果的影响。
虽然各种材料的热膨胀特性不一致，但由于许多材料的热膨胀规律的重复再现特性却仍然非常好，就是说许多材料热膨胀误差是一种稳定性能良好的系统误差，所以利用温度和水准尺高度读数来推算这个误差值去对测量结果进行改正可以获得不低于铟钢水准尺的精度效果。
具体的实施方式
热膨胀误差的数学规律一般为：Δ＝α(T-T0)L0
Δ为热膨胀误差，α为材料的热膨胀系数，T为即时温度，T0为参考温度(在这里就是绘制水准尺的尺面刻画时的温度)，L0为材料在温度为T0时的长度(这里L0正好就是水准仪读取的水准尺刻画示值)。
于是准确的测量结果：L＝L0+Δ＝L0+α(T-T0)L0
现举例说明。
铟钢的热膨胀系数大约在α＝0.8～1.5×10-6/℃，对于目前广泛使用的3米的铟钢尺来说，当温度上升T-T0＝10度的变化时，尺的实际长度将发生24～45微米的伸长，若此时的数字水准仪示值显示仪器照准的是尺身的中部的L0＝1.5000米，那么因为尺身的热膨胀导致的误差将在Δ＝-12～-22.5微米之间。
如果采用热膨胀系数为α＝23.5×10-6/℃的铝合金材料制造，对于目前广泛使用的3米长水准尺来说，同样当温度上升T-T0＝10度的变化时，尺的实际长度将发生23.5×10×3＝705微米的伸长，若此时的数字水准仪示值显示仪器照准的是尺身的中部的L0＝1.5000米，那么因为尺身的热膨胀导致的误差将是Δ＝α(T-T0)L0＝23.5×10-6/℃×10×1.5＝352.5微米＝0.352毫米，这样我们只需要在测量结果中加入0.352毫米的改正量就正好抵消了这个误差，故实际测量结果L＝L0+Δ＝1.5+0.000352＝1.500352米。
具体实施时温度值的获取可以由水准尺上安装的温度计读取通过仪器的键盘输入，也可以由数字电子水准仪中的电子温度传感器获得，这将根据不同的精度要求来决定。水准尺上安装的温度计可以获得更真实的尺身温度值，误差推算更准确，残剩误差更小；由数字电子水准仪中的电子温度传感器获得温度值可以使应用更方便，但可能与尺身的真实温度存在一定偏差，残剩误差相对要稍大些。
由于使用了测量施工时的标尺温度值对标尺的热膨胀误差进行计算修正的技术路径，其外部表现特征是使用普通非铟钢材料制造水准标尺，通过键盘或仪器内部传感器输入标尺的即时温度，可以达到用铟钢材料制造水准标尺测量的同等精度，可应用于高等级精度的水准测量作业。
此外，由于数字水准仪都是通过CCD传感器获取标尺的图象来换算高度的，而CCD器件本身也存在热膨胀误差问题，这一误差可以导致数字电子水准仪的I角误差随温度而变化，同样可以采用上述类似的温度补偿办法来减少这一误差的影响。这也是属于本专利的技术范围。
Claims (3)
1、一种提高数字电子水准仪性价比的方法，其特征在于利用数字电子水准仪本身的微处理器，根据水准尺所使用的材料的温度特性的数学规律编制一段专门程序，通过测量施工时水准尺的实际温度即时计算出水准尺的热膨胀误差值，然后利用这个误差的计算值去对水准测量结果进行修正而除去这个误差对测量结果的影响。
2、如权利要求1所述的提高数字电子水准仪性价比的方法，其特征在于所述的测量结果按下式获得：L＝L0+Δ＝L0+α(T-T0)L0。
3、如权利要求1或2所述的提高数字电子水准仪性价比的方法，其特征在于：根据CCD传感器所使用的材料的温度特性的数学规律编制一段专门程序，通过测量施工时仪器的实际温度即时计算出CCD传感器的热膨胀误差值，然后利用这个误差的计算值去对水准测量结果进行修正而除去这个误差对测量结果的影响。
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| CN 200510018609 CN1687703A (zh) | 2005-04-26 | 2005-04-26 | 一种提高数字电子水准仪性价比的方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110966983A (zh) * | 2018-09-28 | 2020-04-07 | 株式会社拓普康 | 电子水准仪 |
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2005
- 2005-04-26 CN CN 200510018609 patent/CN1687703A/zh active Pending
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