CN2831045Y - 一种数字电子水准仪 - Google Patents

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一种数字电子水准仪，包括条码水准尺1，物镜2、调焦透镜3、补偿器4、分划板5、目镜6，其特征在于：条码水准尺1上的码元由一对明暗条纹组成，明暗顺序一致，码元中暗条纹的占空比至少有两种，不同占空比的码元称为比例码，多个比例码按约定的规律排列，构成数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码，其特征在于每个码元的宽度相等；在补偿器4和分划板5之间安置有折反棱镜7，使得条码水准尺1的望远镜成像也成像到线阵CCD传感器8上；传感器8与CCD驱动及程控放大电路9、A/D转换器10、微处理器11和显示器及键盘12依次电连接。具有结构简单，运算量小，测量快捷的特点。

Description

一种数字电子水准仪
技术领域
该技术属于测绘仪器制造技术领域。
背景技术
现有的数字电子水准仪，因为其测量原理的缘故，仪器的设计都相对复杂，运算量都相对巨大，码尺制作也很复杂。本申请人在200410061193.8的发明专利申请中提出了一种全新的测量原理，该技术方法为载码相位法(或简称码相位法)，其技术方法要点在于：条码水准尺的编码方法为等宽等距码占空比数字调制，即以码元宽度相等的比例码作为载码，将伪随机码(或其他约定规律的测量码)对比例码进行占空比调制，使得伪随机码调制寄生在比例码之中。比例码码元宽度相等当然就使相邻码元中心的距离也相等。仪器的解码使用伪随机序列码(或其他约定规律的测量码)直接译码获取粗测值，而以码元相对电子中丝的相位测量出精测值，然后对粗、精观测值进行衔接就获得观测结果。恒定的码元宽度方便了伪随机码的解调，完全回避了相关法的二维相关运算的巨大运算量，也回避了几何法和相位法的标尺制作复杂等缺陷，同时恒定的码元宽度使得视距解算非常方便，仪器的设计制造也大大简化。而且由于有了宽度恒定的码元，该方法设计的水准尺还可以同时实现光学人工模拟读数，刻划示值对应于每一码元的边沿，使得普通光学水准仪也可以使用该水准尺，校核更方便。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种数字电子水准仪，它具有结构简单，运算量小，测量快捷的特点。
本实用新型的技术方案是：一种数字电子水准仪，包括条码水准尺1，物镜2、调焦透镜3、补偿器4、分划板5、目镜6，其特征在于：
条码水准尺1上的码元由一对明暗条纹组成，明暗顺序一致，码元中暗条纹的占空比至少有两种，不同占空比的码元称为比例码，多个比例码按约定的规律排列，构成数字水准仪条码尺条码，其特征在于每个码元的宽度相等；
在补偿器4和分划板5之间安置有折反棱镜7，使得条码水准尺1的望远镜成像也成像到线阵CCD传感器8上；传感器8与CCD驱动及程控放大电路9、A/D转换器10、微处理器11和显示器及键盘12依次电连接。
有益效果是：结构简单，运算量小，测量快捷。
附图说明
图1，是本实用新型的实施例的结构示意图。其中，1、条码水准尺，2、物镜组，3、调焦镜，4、光学补偿器，5、分划板，6、目镜，7、折反棱镜，8、CCD传感器，9、CCD驱动及程控放大电路，10、A/D转换，11、微处理器，12、显示及键盘，13、电源。
图2，是图1中的条码水准尺1的条纹示意图。其中，14一个码元，14-1暗条纹，14-2明条纹，15用于人工读数的数字。
具体的实施方式
该数字水准仪的光学系统和普通光学水准仪是类似的，主要由物镜2、调焦透镜3、补偿器4、分划板5、目镜6构成水准仪望远镜照准系统，不同之处是在补偿器4和分划板之间5安置有折反棱镜7，使得条码水准尺1的望远镜成像也成像到线阵CCD传感器8上。
条码水准尺1的编码方法是：码元由一对明暗条纹组成，明暗顺序一致，码元中暗条纹的占空比至少有两种，不同占空比的码元称为比例码，多个比例码按约定的规律排列，其特征在于每个码元的宽度相等。
本实现过程使用四种基本的码元0(00)、1(01)、2(10)和3(11)，分别对应的明暗宽度比例为1/3、3/5、5/3和3/1。
CCD传感器8将条码水准尺1的成像转换成相应的强弱电信号，在驱动电路9.1时序的控制下串行输出至程控放大器9.2，程控放大器9.2根据光照的强度将信号放大到恰当的强度后送往A/D转换器10，A/D转换器10将模拟电信号转换为数字信号后再送微处理器11。
微处理器11获得条码水准尺1的成像数字信号后，首先进行边沿识别，以确切判别每一个码的明暗边沿所在的细分到亚像素级的坐标值，然后根据码元所对应的像数的平均值计算出视距。
根据边沿坐标值，直接求算出每一码元的明暗比例关系，然后根据视距的不同进行译码，视距小于6米时，比例码按4级比例级次进行译码，即0、1、2和3四个级次；视距大于6米时，码元对应的像素减少，难以实现准确的四级次比例译码，则比例码按二级比例级次进行译码，即0和1二个级次。二级次的0和四级次的0、1是对应关系，二级次的1和四级次的2、3是对应关系。就是说，仪器中已经储存有二组按照上述对应关系编码的测量码序列，最终按哪种序列进行解码都能获得同一粗测结果。这就是远近视距兼容解码。
由于远视距时码元对应像素很少，为了保证远近视距兼容解码的可靠实现，在条码尺的编码时人为加大了四级次码的1码和2码的比例差距---3/5和5/3，这样既不影响短视距时的比例译码，也保证了远视距时的比例译码准确。这就是比例反差增强措施。
下一步是精测。精测过程是对载码(比例码)相对电子中丝的相位差的测量过程。
无论远码近码，解码时都将进行码元边沿的探测而获得码相位，同时解算出码元的平均宽度，根据平均宽度值和电子中丝的位置确立中丝的相位分布，然后求出码相位与中丝相位的平均相位差，再由相位差和码元在标尺上的实际宽度推算出精测值。这里和几何法相位法的精测原理是类似的。
精测值和粗测值直接进行衔接就是最终的高差测量结果。
考虑到仪器I角误差的可变性，程序中设计了I角误差矫正程序，通过调整电子中丝的坐标值实现对I角误差的矫正。

Claims (1)

1、一种数字电子水准仪，包括条码水准尺(1)，物镜(2)、调焦透镜(3)、补偿器(4)、分划板(5)、目镜(6)，其特征在于：
条码水准尺(1)上的码元由一对明暗条纹组成，明暗顺序一致，码元中暗条纹的占空比至少有两种，不同占空比的码元称为比例码，多个比例码按约定的规律排列，构成数字水准仪条码尺条码，其特征在于每个码元的宽度相等；
在补偿器(4)和分划板(5)之间安置有折反棱镜(7)，使得条码水准尺(1)的望远镜成像也成像到线阵CCD传感器(8)上；传感器(8)与CCD驱动及程控放大电路(9)、A/D转换器(10)、微处理器(11)和显示器及键盘(12)依次电连接。
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