专利名称:自动安平光学电子测距水准仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种自动安平光学电子测距水准仪，其包括：光学系统、自动安平装置、光学传感器、主板与液晶显示屏，所述光学系统对高度尺的二维条码进行瞄准而获得竖直图像，并且将该竖直图像发送给所述自动安平装置；所述自动安平装置将该竖直图像变为水平图像，并且将水平图像发送给所述光学传感器；所述光学传感器感测所述水平图像的信号并且将信号发送给主板；所述主板对信号进行处理并且将得到的结果发送给液晶显示屏；所述液晶显示屏显示该结果。本实用新型可以减少误差和重复作业，测量精度高、速度快、效率高，其具有大而清晰的图形显示面板，确保在任何天气条件下都能清晰的读取数据。
【专利说明】自动安平光学电子测距水准仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及测量仪器的电子水准仪领域，特别涉及一种自动安平光学电子测距水准仪。
【背景技术】
[0002]测量地面上某个点高程的工作称为高程测量。高程测量根据所使用的仪器和施测方法的不同分为水准测量、三角高程测量、气压高程测量和GPS高程测量等，其中水准测量是高程测量中最基本的和精度较高的一种测量方法。水准测量就是利用一条水平视线并借助水准尺，来测定地面两点间的高差，进而由已知点的高程推算出未知点的高程的方法。
[0003]水准测量的工具是水准仪，它主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。按结构分为微倾水准仪、自动安平水准仪和激光水准仪。自动安平水准仪借助自动安平补偿器获得水平视线。当望远镜视线有微量倾斜时，补偿器在重力作用下对望远镜作相对运动，从而迅速获得视线水平时的标尺读数。
[0004]随着科技快速的发展，对自动安平电子水准仪的功能要求日趋严格和多样化，不仅仅只局限于高程测量，需要具有更多的功能和更优良的性能，例如:可以进行距离测量，不同等级水准测量等。然而，要满足上述要求以及测量的高精度、高可靠性和高稳定性等要求并不是所有的现有自动安平电子水准仪都能轻易实现。
[0005]综上所述，提供一种与现有自动安平电子水准仪相比较具有更高精度、更高效能的测量效果而且能够稳定可靠地使用于各种水准测量的新型自动安平电子水准仪，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
[0006]公开于该发明【背景技术】部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的一般【背景技术】的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的是提供一种与现有自动安平电子水准仪相比具有更高精度、更高效能的测量效果而且能够稳定可靠地使用于各种水准测量的自动安平光学电子测距水准仪。
[0008]为了达到上述目的，本实用新型提供一种自动安平光学电子测距水准仪，其包括:机身外壳、光学系统、自动安平装置、光学传感器、主板与液晶显示屏。所述光学系统对高度尺的二维条码进行瞄准而获得竖直图像，并且将该竖直图像发送给所述自动安平装置；所述自动安平装置将该竖直图像变为水平图像，并且将水平图像发送给所述光学传感器；所述光学传感器感测所述水平图像的信号并且将信号发送给主板；所述主板对信号进行处理并且将得到的结果发送给液晶显示屏；所述液晶显示屏显示该结果。
[0009]优选地，所述光学系统包括望远镜，所述望远镜包括阿贝棱镜与调焦机构，所述调焦机构采用齿轮齿条机构，所述望远镜包括分划板与目镜。
[0010]优选地，所述自动安平装置包括补偿器，所述补偿器为磁阻补偿器并且采用交叉弹性吊丝悬挂梯形棱镜的结构，所述补偿器上设有温度补偿机构。
[0011]优选地，所述光学传感器为CXD阵列图像传感器。
[0012]优选地，所述主板包括微处理器单元。
[0013]优选地，所述液晶显示屏包括尺高与高程显示模块、测量次数显示模块、显示从仪器中心到所述二维条码标尺的水平距离的显示模块、CXD像面调焦显示模块。
[0014]优选地，所述机身外壳上部设有手持提把。
[0015]优选地，所述光学系统设置于所述机身外壳内的前端，所述自动安平装置设置于所述主板下方，所述光学传感器与液晶显示屏下方的机身外壳内，所述主板设置于所述光学系统与所述液晶显示屏之间，所述液晶显示屏设置于所述机身外壳的后端，所述光学传感器、所述主板与所述液晶显示屏三者电性连接以进行数据传输。
[0016]本实用新型的有益效果是:
[0017]I)读数客观，数字式的读数系统可以减少误差和重复作业。
[0018]2)测量精度高、可快速获取高精确的高程信息。
[0019]3)速度快、效率高，自动安平过程比一般的自动水准仪要快60%。
[0020]4)大而清晰的图形显示面板，确保在任何天气条件下都能清晰的读取数据。
[0021]5)在仪器和办公室电脑之间方便的数据传输。
【附图说明】
[0022]通过说明书附图以及随后与说明书附图一起用于说明本实用新型某些原理的【具体实施方式】，本实用新型所具有的其它特征和优点将变得清楚或得以更为具体地阐明。
[0023]图1为本实用新型的整体结构剖视图。
[0024]图2为本实用新型的数据处理结构框图。
[0025]应当了解，说明书附图并不一定按比例地显示本实用新型的具体结构，并且在说明书附图中用于说明本实用新型某些原理的图示性特征也会采取略微简化的画法。本文所公开的本实用新型的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
【具体实施方式】
[0026]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。下面，结合附图对本实用新型的具体实施例进行描述。
[0027]请参阅图1所示，本实用新型提供一种自动安平光学电子测距水准仪，其包括:机身外壳、光学系统1、自动安平装置2、光学传感器3、主板4与液晶显示屏5。所述光学系统I设置于所述机身外壳内的前端，所述自动安平装置2设置于所述主板4下方，所述光学传感器3与液晶显示屏5下方的机身外壳内，所述主板4设置于所述光学系统I与所述液晶显示屏5之间，所述液晶显示屏5设置于所述机身外壳的后端，所述光学传感器3、所述主板4与所述液晶显示屏5三者电性连接以进行数据传输。
[0028]图2示出了本实用新型的数据处理结构。其中CXD阵列图像传感器11得到二维条码标尺的图像，然后通过数字信号处理器(DSP) 12将图像转换为数字信号，再将该数字信号传输给微控制器(MCU) 13，并且小键盘(KEY PAD) 15也与微控制器13相连用于输入相关数据，微控制器13与显示器(DISPLAY UNIT) 14相连，显示器14用于显示相关结果。
[0029]在本实用新型的具体实施例中，所述光学系统包括望远镜，所述望远镜包括阿贝棱镜与调焦机构，所述调焦机构采用齿轮齿条机构，所述望远镜包括分划板与目镜。所述自动安平装置包括补偿器，所述补偿器为磁阻补偿器并且采用交叉弹性吊丝悬挂梯形棱镜的结构，所述补偿器上设有温度补偿机构。所述光学传感器为CCD阵列图像传感器。所述主板包括微处理器单元。所述液晶显示屏包括尺高与高程显示模块、测量次数显示模块、仪器中心到所述二维条码标尺的水平距离显示模块、CCD像面调焦显示模块。优选地，所述机身外壳上部设有手持提把方便携带。
[0030]本实用新型的微控制器单元能够进行数据的计算处理电路以及数据传输电路。
[0031]本实用新型使用时在所述水准仪前方设置二维条码标尺，所述二维条码标尺立于被测物处。利用光学系统I进行对所述二维条码标尺的瞄准而获得竖直图像，经由自动安平装置2使得光学的路径产生变化，其变化是通过自动安平装置2的调整而得到一个水平图像，再由所述CCD阵列图像的光学传感器3感测得到的所述二维条码标尺的图像，而所述二维条码标尺上有使用激光印制的二维条码图像，利用二维条码图像所表示的资料得到测量结果在主板上4计算得到的结果，通过数据传输电路显示在液晶显示屏5上。
[0032]本实用新型利用所述CXD阵列图像的光学传感器配合二维条码标尺使用，二维条码标尺的使用在于对阵列图像的光学传感器的测量结果加以计算。其计算的中心方法如下:
[0033]1、将所得到二维条码标尺的图像按照一维方式进行排序，并对应于二维条码的数据，根据定义的中心位置计算其偏移量，得到一高程数据。
[0034]2、使用上述步骤I的方式得到另一维度的二维条码的数据，计算其所占的大小反推出距离，依其放大的倍率和校正的加常数得到距离的数据。
[0035]3、上述步骤的两个结果的值反覆测得100次有效范围的数据并计算得到一回归方程，并利用此方程和测量的统计结果用以校正的乘常数计算得到最终值，并显示于所述液晶显示屏5上。
[0036]本实用新型测量前需做以下准备工作:调整好三脚架，使三脚架架头平面基本处于水平位置，其高度应使望远镜与观测者的眼睛基本一致。将仪器安置在三脚架架头上，用中心螺手紧固仪器。从望远镜目镜观察分划板，旋转目镜使分划板十字丝成像清晰(十字丝成像清晰是正常读数的前提)。将二维条码标尺立于仪器前方，采用电子系统读数，将二维条码标尺的条码面对着仪器。用粗瞄准器照准标尺，望远镜目镜观察标尺，旋转调焦手轮，使标尺成像清晰，这时测量者的眼睛作上、下、左、右的移动，确认目标影像与分划板刻线无任何相对位移，即无视差存在，然后旋转微动手轮，使分划板上的竖丝与标尺重合，若分划板上的竖丝与标尺相对倾斜，则应调整标尺位置，使之与分划板的竖丝重合，当采用电子系统读数时，这一点尤其重要。当需要进行角度测量或定位时，仪器务必设置在地面标点的中心上方，把垂球悬挂在三脚架的中心螺旋手把上，使垂球的尖与地面标点相距2cm左右，直到垂球尖对准地面标点。
[0037]本实用新型用于大地工程、大地测绘领域的测量，尤其是和传统大地水平测量方式相比较，具有高精度，高效能的使用效果，亦可使用于水平监测的领域。
[0038]本实用新型的电子水准仪结合了测距和测高的功能、其所要求的精度达到一公里往返为 1.5mm(GB/T 10156-2009)。
[0039]它必须考虑到内部的噪声干扰，以及光学元件间的各部的光学作用；利用阵列光学传感器，通过传感器，再利用MCU(微控制器)所得到的数据进行处理并计算，最后在液晶屏显示出测量结果并且记录在仪器内存当中。
[0040]本实用新型中二维条码的方式是利用了高精密的激光技术和二维的结构视别，使得测量作业出来的结果比人工更加快速和准确。
[0041]本实用新型使用的阵列光学传感器对于所得到的二维条码的数据，加以计算；其计算的内容有图像的位置以及图像所表示的内容和图像的大小，利用这三个数据换算得到一个瞄准的位置以及测量的高度和距离，由于自动安平的特性使得人为的测量是读取预估值，而利用此一实用新型的方式是多次的读取，并利用其自动统计和概率分析，最后再利用回归分析得到最终的测量结果，使得测量能够得到一个准确、可靠的数据值。
[0042]上述实施例是用于例示性说明本实用新型的原理及其功效，但是本实用新型并不限于上述实施方式。本领域的技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，在权利要求保护范围内，对上述实施例进行修改。因此本实用新型的保护范围，应如本实用新型的权利要求书覆盖。
【权利要求】
1.一种自动安平光学电子测距水准仪，其特征在于，所述自动安平光学电子测距水准仪包括:机身外壳、光学系统(I)、自动安平装置(2)、光学传感器(3)、主板(4)与液晶显示屏(5)，其中: 所述光学系统(I)对高度尺的二维条码进行瞄准而获得竖直图像，并且将该竖直图像发送给所述自动安平装置⑵；所述自动安平装置⑵将该竖直图像变为水平图像，并且将水平图像发送给所述光学传感器(3);所述光学传感器(3)感测所述水平图像的信号并且将信号发送给主板(4);所述主板(4)对信号进行处理并且将得到的结果发送给液晶显示屏(5);所述液晶显示屏(5)显示该结果。2.根据权利要求1所述的自动安平光学电子测距水准仪，其特征在于:所述光学系统(I)包括望远镜，所述望远镜包括阿贝棱镜与调焦机构，所述调焦机构采用齿轮齿条机构，所述望远镜包括分划板与目镜。3.根据权利要求2所述的自动安平光学电子测距水准仪，其特征在于:所述自动安平装置(2)包括补偿器，所述补偿器为磁阻补偿器并且采用交叉弹性吊丝悬挂梯形棱镜的结构，所述补偿器上设有温度补偿机构。4.根据权利要求3所述的自动安平光学电子测距水准仪，其特征在于:所述光学传感器(3)为CXD阵列图像传感器。5.根据权利要求4所述的自动安平光学电子测距水准仪，其特征在于:所述主板(4)包括微处理器单元。6.根据权利要求5所述的自动安平光学电子测距水准仪，其特征在于:所述液晶显示屏(5)包括尺高与高程显示模块、测量次数显示模块、显示模块和CCD像面调焦显示模块。7.根据权利要求6所述的自动安平光学电子测距水准仪，其特征在于:所述机身外壳上部设有手持提把。8.根据权利要求6所述的自动安平光学电子测距水准仪，其特征在于:所述光学系统(I)设置于所述机身外壳内的前端，所述自动安平装置(2)设置于所述主板(4)下方，所述光学传感器(3)与液晶显示屏(5)下方的机身外壳内，所述主板(4)设置于所述光学系统(I)与所述液晶显示屏(5)之间，所述液晶显示屏(5)设置于所述机身外壳的后端，所述光学传感器(3)、所述主板(4)与所述液晶显示屏(5)三者电性连接以进行数据传输。
【文档编号】G01C5-00GK204286418SQ201420733462
【发明者】王 华, 董银平 [申请人]宾得励精科技(上海)有限公司