JPH08334327A - 傾斜角センサ - Google Patents
傾斜角センサInfo
- Publication number
- JPH08334327A JPH08334327A JP7139231A JP13923195A JPH08334327A JP H08334327 A JPH08334327 A JP H08334327A JP 7139231 A JP7139231 A JP 7139231A JP 13923195 A JP13923195 A JP 13923195A JP H08334327 A JPH08334327 A JP H08334327A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- temperature
- refractive index
- inclination angle
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 測量機の周囲温度に変化が生じても、その温
度変動による傾斜角の誤差を解消し得る傾斜角センサを
提供する。 【構成】 液面反射式傾斜角センサにおいて、液体の温
度を測定し、この温度情報に基づいて液体の屈折率を算
出し、この屈折率情報に基づいて傾斜角を算出する。
度変動による傾斜角の誤差を解消し得る傾斜角センサを
提供する。 【構成】 液面反射式傾斜角センサにおいて、液体の温
度を測定し、この温度情報に基づいて液体の屈折率を算
出し、この屈折率情報に基づいて傾斜角を算出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、測量機、測定機等に組
み込まれる傾斜角センサに関し、詳しくは自由液面に対
する微小傾斜角を検出可能な液面反射式傾斜角センサに
関する。
み込まれる傾斜角センサに関し、詳しくは自由液面に対
する微小傾斜角を検出可能な液面反射式傾斜角センサに
関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、液面反射式傾斜角センサは例え
ば図２に示すような構成である。すなわち、発光源１よ
り出た光は、コリメータレンズ２を通過して平行光とな
り、透明な液体容器３を透過して、シリコーンオイル等
の透明な液体４の自由液面４′に入射する。自由液面
４′で反射した光は、集光レンズ５によって位置検出素
子６の集光位置６ａに集光する。図２に示す構成部品１
〜６は、測量機、測定機等の機器（以下、単に測量機と
いう）に一体として取り付けられているので、測量機が
傾斜すると同じ量だけ該構成部品も傾斜する。しかし、
自由液面４′のみは重力方向に垂直な面を保つため、光
が自由液面４′に入射する角度及び反射する角度が変化
し、その結果、集光位置６ａは傾斜角に応じて変化す
る。言い換えれば、集光位置６ａの情報から傾斜角が算
出できる。測量機では、この算出された傾斜角を高度角
や水平角等の測量値を補正するために用いていた。
ば図２に示すような構成である。すなわち、発光源１よ
り出た光は、コリメータレンズ２を通過して平行光とな
り、透明な液体容器３を透過して、シリコーンオイル等
の透明な液体４の自由液面４′に入射する。自由液面
４′で反射した光は、集光レンズ５によって位置検出素
子６の集光位置６ａに集光する。図２に示す構成部品１
〜６は、測量機、測定機等の機器（以下、単に測量機と
いう）に一体として取り付けられているので、測量機が
傾斜すると同じ量だけ該構成部品も傾斜する。しかし、
自由液面４′のみは重力方向に垂直な面を保つため、光
が自由液面４′に入射する角度及び反射する角度が変化
し、その結果、集光位置６ａは傾斜角に応じて変化す
る。言い換えれば、集光位置６ａの情報から傾斜角が算
出できる。測量機では、この算出された傾斜角を高度角
や水平角等の測量値を補正するために用いていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】測量の際に、測量機の
周囲の温度が変化すると、測量機に内蔵された反射式傾
斜角センサの温度も当然変化する。この温度変化によっ
て、センサ内の液体の屈折率が変化する。液体の屈折率
が変化すると必然的に光路も変化し、そのために集光位
置が変化し、その分だけ傾斜角に誤差を生じ、最終的に
は、傾斜角を補正値として使用する高度角、水平角等の
数値に誤差を生じさせてしまうという問題点があった。
本発明の目的は、測量機の周囲の温度変化があっても、
測量機の傾斜角を正確に求められるような安定した傾斜
角センサを提供することである。
周囲の温度が変化すると、測量機に内蔵された反射式傾
斜角センサの温度も当然変化する。この温度変化によっ
て、センサ内の液体の屈折率が変化する。液体の屈折率
が変化すると必然的に光路も変化し、そのために集光位
置が変化し、その分だけ傾斜角に誤差を生じ、最終的に
は、傾斜角を補正値として使用する高度角、水平角等の
数値に誤差を生じさせてしまうという問題点があった。
本発明の目的は、測量機の周囲の温度変化があっても、
測量機の傾斜角を正確に求められるような安定した傾斜
角センサを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、自由液面をもつ液体を保持する容器と、前
記液面に光を照射する投光器と、前記液面からの反射光
を受光する受光器とを有し、前記受光器の受光面上にお
ける反射光の位置に基づいて傾斜角を検出する傾斜角セ
ンサにおいて、前記液体の温度を測定し、温度情報を出
力するための温度測定部と、前記温度情報に基づいて前
記液体の屈折率を算出するための屈折率計算部と、前記
受光面上における反射光の位置と前記屈折率の情報とに
より前記傾斜角を算出するための傾斜角計算部と、を具
備する傾斜角センサである。
に本発明は、自由液面をもつ液体を保持する容器と、前
記液面に光を照射する投光器と、前記液面からの反射光
を受光する受光器とを有し、前記受光器の受光面上にお
ける反射光の位置に基づいて傾斜角を検出する傾斜角セ
ンサにおいて、前記液体の温度を測定し、温度情報を出
力するための温度測定部と、前記温度情報に基づいて前
記液体の屈折率を算出するための屈折率計算部と、前記
受光面上における反射光の位置と前記屈折率の情報とに
より前記傾斜角を算出するための傾斜角計算部と、を具
備する傾斜角センサである。
【０００５】
【作用】検知液体の温度と屈折率の関係を予め実験によ
り求めておき、この結果に基づいて、測量機の周囲温度
に対応する傾斜角検知用液体の屈折率を算出し、この屈
折率データを傾斜角計算部に送り、傾斜角を算出するよ
うにした。この算出された傾斜角を補正値として測角部
に入力することにより、周囲温度による変動誤差を補正
することができ、高精度の測量結果を得ることができ
る。
り求めておき、この結果に基づいて、測量機の周囲温度
に対応する傾斜角検知用液体の屈折率を算出し、この屈
折率データを傾斜角計算部に送り、傾斜角を算出するよ
うにした。この算出された傾斜角を補正値として測角部
に入力することにより、周囲温度による変動誤差を補正
することができ、高精度の測量結果を得ることができ
る。
【０００６】
【実施例】図１は、本発明の実施例による、傾斜角の算
出手順を示すブロック図である。図１のブロック図は、
センサ部、ブロックＡ及びブロックＢから構成される。
出手順を示すブロック図である。図１のブロック図は、
センサ部、ブロックＡ及びブロックＢから構成される。
【０００７】センサ部は、図２に示す光学系に、温度セ
ンサ７を加えた構成であり、温度センサ７は液体４の極
く近傍例えば液体容器３に固定する。この配置の他に
も、温度センサ７を、直に液体４の中に挿入したり、或
いはセンサ部を覆うカバー類に取り付ける方法がある。
ブロックＡは、傾斜角を計算するための構成を示し、ブ
ロックＢは、本発明で新たに採用したもので、温度変化
による誤差を補正するための構成を示す。ブロックＡに
おいて、位置検出素子６によって検出された集光位置６
ａのデータは出射角計算部において出射角として算出さ
れ、この数値は傾斜角計算部に送られる。
ンサ７を加えた構成であり、温度センサ７は液体４の極
く近傍例えば液体容器３に固定する。この配置の他に
も、温度センサ７を、直に液体４の中に挿入したり、或
いはセンサ部を覆うカバー類に取り付ける方法がある。
ブロックＡは、傾斜角を計算するための構成を示し、ブ
ロックＢは、本発明で新たに採用したもので、温度変化
による誤差を補正するための構成を示す。ブロックＡに
おいて、位置検出素子６によって検出された集光位置６
ａのデータは出射角計算部において出射角として算出さ
れ、この数値は傾斜角計算部に送られる。
【０００８】一方、ブロックＢにおいて、例えば液体容
器３に固定された温度センサ７で検出された物理量が温
度測定部で測定され、この温度データが屈折率計算部に
送られ、液体４の屈折率が計算される。算出された液体
４の屈折率は、傾斜角計算部に送られる。傾斜角計算部
における傾斜角の算出方法を、図３を用いて詳述する。
図３は、液面反射式傾斜角センサの液体４の周辺部の光
路を示す。傾斜角センサ全体がα3 だけ傾斜した場合
は、自由液面４′と液体容器内面３′のなす角度はα3
となり、角度α1 で液体容器内面３′に入射する光は、
液体容器３の屈折率ｎg と液体４の屈折率ｎs との差か
ら屈折を生じ、角度α2 で液体４に入射し、角度α4で
自由液面４′に入射する。自由液面４′は空気４１と接
している。液体４の屈折率ｎs は空気４１の屈折率より
大きいので、α4 が臨界角より大きくなる条件下では、
自由液面４′に入射した光は自由液面４′で全反射し、
角度α5 で再び液体容器内面３′に入射し、屈折して角
度α6 で出射する。この出射角α6 に応じて位置検出素
子６で検出される集光位置６ａは変化する。出射角α6
の値は、前述の出射角計算部において、出射角α6 と集
光位置６ａとの関係を予め求めておき、この関係式から
直ちに算出され、その値は傾斜角計算部に送られる。傾
斜角計算部では、以下の式により、傾斜角センサの傾き
（傾斜角）α3 を算出する。
器３に固定された温度センサ７で検出された物理量が温
度測定部で測定され、この温度データが屈折率計算部に
送られ、液体４の屈折率が計算される。算出された液体
４の屈折率は、傾斜角計算部に送られる。傾斜角計算部
における傾斜角の算出方法を、図３を用いて詳述する。
図３は、液面反射式傾斜角センサの液体４の周辺部の光
路を示す。傾斜角センサ全体がα3 だけ傾斜した場合
は、自由液面４′と液体容器内面３′のなす角度はα3
となり、角度α1 で液体容器内面３′に入射する光は、
液体容器３の屈折率ｎg と液体４の屈折率ｎs との差か
ら屈折を生じ、角度α2 で液体４に入射し、角度α4で
自由液面４′に入射する。自由液面４′は空気４１と接
している。液体４の屈折率ｎs は空気４１の屈折率より
大きいので、α4 が臨界角より大きくなる条件下では、
自由液面４′に入射した光は自由液面４′で全反射し、
角度α5 で再び液体容器内面３′に入射し、屈折して角
度α6 で出射する。この出射角α6 に応じて位置検出素
子６で検出される集光位置６ａは変化する。出射角α6
の値は、前述の出射角計算部において、出射角α6 と集
光位置６ａとの関係を予め求めておき、この関係式から
直ちに算出され、その値は傾斜角計算部に送られる。傾
斜角計算部では、以下の式により、傾斜角センサの傾き
（傾斜角）α3 を算出する。
【０００９】
【数１】
【００１０】入射角α1 は、液体容器３のデザインや、
液体容器３と発光源１との配置で決まる量であって一定
であるため、液体容器３の屈折率ｎg 、液体４の屈折率
ｎsが一定であれば、傾斜角α3 は出射角α6 によって
一意に決定される。ところが、測量機の周囲温度に変化
を生じた場合は、液体容器３の屈折率ｎg、液体４の屈
折率ｎs は一定ではなくなる。但し、液体容器３の材質
には例えばガラスが用いられ、その屈折率ｎg は、測量
機の通常使用温度−２０〜５０℃ではほとんど変化しな
いので、屈折率変化を無視してよい。一方、液体４には
シリコーンオイルのような液体が用いられ、測量機を使
用中に周囲の温度が変化すると屈折率ｎs は大きく変化
する。液体４について温度による屈折率の変化を実際に
測定すると、温度範囲を限定すれば、屈折率ｎs は、ｎ
s ＝Ｋ×Ｔ＋Ｆという一次式に近似できる。ここで、Ｋ
は温度係数、Ｔは温度、Ｆはオフセット量である。Ｋ及
びＦは、液体固有の値なので事前に測定しておけば、温
度Ｔに対応する液体４の屈折率ｎs が直ちに求まる。測
量機の通常使用温度−２０〜５０℃では上記のｎs ＝Ｋ
×Ｔ＋Ｆという一次式が適用でき、図１の屈折率計算部
で計算された液体４の屈折率ｎs は傾斜角計算部に送ら
れる。
液体容器３と発光源１との配置で決まる量であって一定
であるため、液体容器３の屈折率ｎg 、液体４の屈折率
ｎsが一定であれば、傾斜角α3 は出射角α6 によって
一意に決定される。ところが、測量機の周囲温度に変化
を生じた場合は、液体容器３の屈折率ｎg、液体４の屈
折率ｎs は一定ではなくなる。但し、液体容器３の材質
には例えばガラスが用いられ、その屈折率ｎg は、測量
機の通常使用温度−２０〜５０℃ではほとんど変化しな
いので、屈折率変化を無視してよい。一方、液体４には
シリコーンオイルのような液体が用いられ、測量機を使
用中に周囲の温度が変化すると屈折率ｎs は大きく変化
する。液体４について温度による屈折率の変化を実際に
測定すると、温度範囲を限定すれば、屈折率ｎs は、ｎ
s ＝Ｋ×Ｔ＋Ｆという一次式に近似できる。ここで、Ｋ
は温度係数、Ｔは温度、Ｆはオフセット量である。Ｋ及
びＦは、液体固有の値なので事前に測定しておけば、温
度Ｔに対応する液体４の屈折率ｎs が直ちに求まる。測
量機の通常使用温度−２０〜５０℃では上記のｎs ＝Ｋ
×Ｔ＋Ｆという一次式が適用でき、図１の屈折率計算部
で計算された液体４の屈折率ｎs は傾斜角計算部に送ら
れる。
【００１１】傾斜角計算部では、この屈折率ｎs を数式
１に代入し、温度補正をかけた傾斜角α3 を算出する。
このような補正をかけた傾斜角α3 の精度は０．１秒以
内である。温度補正をかけた傾斜角α3 は測角部に送ら
れる。ここで補正に使われる温度Ｔは作業者が入力した
値を使用しても構わない。又、測量機において光波測距
儀をもつ機種は測定時に温度を入力するので、補正に使
われる温度Ｔとしてこの値を使用することもできる。
１に代入し、温度補正をかけた傾斜角α3 を算出する。
このような補正をかけた傾斜角α3 の精度は０．１秒以
内である。温度補正をかけた傾斜角α3 は測角部に送ら
れる。ここで補正に使われる温度Ｔは作業者が入力した
値を使用しても構わない。又、測量機において光波測距
儀をもつ機種は測定時に温度を入力するので、補正に使
われる温度Ｔとしてこの値を使用することもできる。
【００１２】
【発明の効果】以上のように、測量機の周囲温度に変化
が生じても、その温度に対応する傾斜角センサの液体の
屈折率を算出できるので、このデータを用いて傾斜角を
計算することにより、温度の変動による誤差が極めて少
ない傾斜角が得られる。この傾斜角を補正値として使用
することにより、高精度の測量が可能となる。
が生じても、その温度に対応する傾斜角センサの液体の
屈折率を算出できるので、このデータを用いて傾斜角を
計算することにより、温度の変動による誤差が極めて少
ない傾斜角が得られる。この傾斜角を補正値として使用
することにより、高精度の測量が可能となる。
【図１】本発明の実施例による、傾斜角の算出手順を示
すブロック図。
すブロック図。
【図２】液面反射式傾斜角センサの光学系構成図。
【図３】液面反射式傾斜角センサの液体周辺の光路を示
す詳細図。
す詳細図。
１・・・・発光源 ２・・・・コリメータレンズ ３ ・・・液体容器 ３′・・・液体容器内面 ４・・・・液体 ４′・・・自由液面 ５・・・・集光レンズ ６・・・・位置検出素子 ６ａ・・・集光位置 ７・・・・温度センサ
Claims (1)
- 【請求項１】 自由液面を有する液体を保持する容器
と、前記液面に光を照射する投光器と、前記液面からの
反射光を受光する受光器とを有し、前記受光器の受光面
上における反射光の位置に基づいて傾斜角を検出する傾
斜角センサにおいて、 前記液体の温度を測定し、温度情報を出力するための温
度測定部と、前記温度情報に基づいて前記液体の屈折率
を算出するための屈折率計算部と、前記受光面上におけ
る反射光の位置と前記屈折率の情報とにより前記傾斜角
を算出するための傾斜角計算部と、を具備することを特
徴とする傾斜角センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7139231A JPH08334327A (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 傾斜角センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7139231A JPH08334327A (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 傾斜角センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08334327A true JPH08334327A (ja) | 1996-12-17 |
Family
ID=15240540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7139231A Pending JPH08334327A (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 傾斜角センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08334327A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008527357A (ja) * | 2005-01-12 | 2008-07-24 | トリンブル イエナ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 傾斜検知方法及び装置 |
| CN103090852A (zh) * | 2011-11-01 | 2013-05-08 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种角度测量装置 |
| TWI693380B (zh) * | 2018-03-15 | 2020-05-11 | 皇冠金屬工業股份有限公司 | 液體容器及管理系統 |
-
1995
- 1995-06-06 JP JP7139231A patent/JPH08334327A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008527357A (ja) * | 2005-01-12 | 2008-07-24 | トリンブル イエナ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 傾斜検知方法及び装置 |
| CN103090852A (zh) * | 2011-11-01 | 2013-05-08 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种角度测量装置 |
| TWI693380B (zh) * | 2018-03-15 | 2020-05-11 | 皇冠金屬工業股份有限公司 | 液體容器及管理系統 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040323 |