一种具有测距功能的经纬仪及其工作方法与流程

本发明涉及激光测量设备技术领域，特别是一种具有测距功能的经纬仪及其工作方法。

背景技术：

电子经纬仪可广泛应用于铁路、公路、桥梁、水利、矿山等方面的工程测量，也可用于建筑、大型设备安装等多种工程测量中。在控制测量和工程测量中，角度测量是一项最基本最大量的观测工作，精密电子经纬仪是目前角度测量的最常用工具。

然而，经纬仪望远镜在目标对准过程中特别是远距离目标对准过程中，需要反复操作，给使用带来不便；隧道、涵洞、矿井等测量是一项危险性很高的工作，缩短测量时间，不仅能提高效率，同时能有效保护工作者的安全。且现有的经纬仪并不具备测距功能，在有些特定的应用场合需要对远方的目标进行测距，如在工程中有放线工作时，通常需要配合卷尺工作。但是卷尺测量距离有限，测量误差，人为误差的因素影响很大，实际使用很不方便。传统经纬仪可以使用视距法测距，需要利用视距尺，测距时使用经纬仪望远镜中十字丝的上下两根短横丝，在视距尺上读得的上下两数之差以及其他一些数据，即可算出安置仪器点到立尺点的水平距离和高差。这种方法同样受到人为误差，方法误差的影响，结果误差较大。还有一种具备测距功能的电子经纬仪方案，实际上采用的是电子经纬仪配合测距仪，实现测距功能；这种方法缺点也很明显，该系统是异轴系统，近距离存在对点和测距不同轴问题；体积大，成本高，需要额外的支架和通信线缆。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、易于调节且具有测距功能的经纬仪及其工作方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的具有测距功能的经纬仪，包括：激光发射系统、激光接收系统、望远镜系统；所述激光发射系统包括用于发射出射光线的激光发射器、置于该激光发射器前端的会聚透镜、置于该会聚透镜前端的第一偏振分光棱镜，所述激光发射器、会聚透镜、第一偏振分光棱镜同轴设置；所述激光接收系统包括激光接收器、置于所述第一偏振分光棱镜一侧的全反射平板，以使所述激光发射器发射出的出射光线经第一偏振分光棱镜反射后进入所述全反射平板，并由所述全反射平板反射至所述激光接收器，用于形成内光路；所述望远镜系统包括依次同轴设置的目镜、第二偏振分光棱镜、物镜，且所述第二偏振分光棱镜同时与所述激光发射器、第一偏振分光棱镜同轴设置，以使所述激光发射器发射出的出射光线经第一偏振分光棱镜透射后到达第二偏振分光棱镜，由第二偏振分光棱镜进行反射后经物镜传输至待测定目标物体的表面，完成对点功能；由待测定目标物体反射回来的反射光线经物镜进入第二偏振分光棱镜，反射至第一偏振分光棱镜，由第一偏振分光棱镜反射进入所述全反射平板，并由所述全反射平板反射至所述激光接收器，形成外光路；由所述激光接收器根据内光路与外光路之间的相位差实现测距功能。

进一步，具有测距功能的经纬仪还包括用于放大所述激光发射器发射出的出射光线的、可移动的模式透镜，所述模式透镜移动至所述会聚透镜与第一偏振分光棱镜之间时，使得激光发射器发射出的出射光线经会聚透镜进行会聚后由所述模式透镜进行变径放大，便于出射光线经第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、物镜出去后对准待测定目标物体的表面。

进一步，所述模式透镜为凹透镜，该凹透镜由电机驱动，以使所述凹透镜可移动至所述会聚透镜与第一偏振分光棱镜之间，且与所述会聚透镜、第一偏振分光棱镜同轴设置，方便的实现出射光线的变径放大。

进一步，所述第二偏振分光棱镜与所述物镜之间设置调焦透镜，该调焦透镜与所述目镜、物镜同轴设置，用于调整望远镜系统的焦距。

进一步，所述第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜之间设置减光片，用于进行增减光，以控制出射光线、反射光线的强度。

上述具有测距功能的经纬仪的工作方法，包括如下步骤：

A、启动经纬仪，选择对点功能时，由电机驱动凹透镜离开激光发射器的轴线，由激光发射器发射出的出射光线经会聚透镜进行会聚准直后传输至第一偏振分光棱镜，由第一偏振分光棱镜透射出的出射光线经减光片进行调节后传输至第二偏振分光棱镜，由第二偏振分光棱镜进行反射经物镜传输至待测目标物体，完成远程激光对点。

B、上述经纬仪选择测距功能时，由电机驱动凹透镜与激光发射器、会聚透镜同轴设置，以使由激光发射器发射出的出射光线经会聚透镜进行会聚准直后传输至凹透镜进行光束放大，放大后的出射光线传输至第一偏振分光棱镜，该出射光线部分由第一偏振分光棱镜反射后进入全反射平板，并由全反射平板反射至激光接收器，用于形成内光路；该出射光线部分由第一偏振分光棱镜透射后经减光片进行调节后传输至第二偏振分光棱镜，由第二偏振分光棱镜进行反射经物镜传输至待测目标物体，完成目标物体的对中，出射光线传送至待测目标物体后部分出射光线被反射，形成的反射光线经物镜返回进入第二偏振分光棱镜，由第二偏振分光棱镜经减光片调节后反射至第一偏振分光棱镜，由第一偏振分光棱镜反射进入所述全反射平板，并由所述全反射平板反射至所述激光接收器，形成外光路；由激光接收器、相位测量电路、处理器模块相配合，根据内光路与外光路之间的相位差计算出待测定目标物体与经纬仪之间的距离，实现远程测距功能。

发明的技术效果：（1）本发明的具有测距功能的经纬仪，相对于现有技术，通过第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜相配合，使得该经纬仪具备对点和测距功能；（2）会聚透镜与第一偏振分光棱镜之间设置可移动的模式透镜，经纬仪需要对远处的目标进行测距时，可由模式透镜调节出射光线的直径，使得出射光线易于对准待测目标物体，降低照准难度，提高检测效率；（3）模式透镜选用凹透镜，结构简单，易于操控。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明具有测距功能的经纬仪的剖面结构示意图；

图2是本发明的激光发射系统和激光接收系统的剖面结构示意图。

图中：激光发射器1，会聚透镜2，凹透镜3，第一偏振分光棱镜4，减光片5，全反射平板6，激光接收器7，处理器模块8，出射光线11，反射光线12，目镜20，物镜21，第二偏振分光棱镜22,调焦透镜23。

具体实施方式

实施例1 如图1至图2所示，本实施例的具有测距功能的经纬仪，包括激光发射系统、激光接收系统、望远镜系统；激光发射系统包括用于发射出射光线11的激光发射器1，该激光发射器1的前端设置用于压缩出射光线11发散角的会聚透镜2，该会聚透镜2的前端设置第一偏振分光棱镜4，激光发射器1、会聚透镜2、第一偏振分光棱镜4同轴设置；会聚透镜2与第一偏振分光棱镜4之间设置可移动的凹透镜3，用于放大激光发射器1发射出的出射光线11；该凹透镜由电机驱动，该凹透镜移动至会聚透镜2与第一偏振分光棱镜4之间，且与会聚透镜2、第一偏振分光棱镜4同轴设置时，可方便的对经过该凹透镜的出射光线11进行变径放大。

激光接收系统包括激光接收器7和设于第一偏振分光棱镜4一侧的全反射平板6，以使激光发射器1发射出的出射光线11经第一偏振分光棱镜4反射后进入全反射平板6，并由全反射平板6反射至激光接收器7，用于形成内光路。

望远镜系统包括依次同轴设置的目镜20、第二偏振分光棱镜22、物镜21，且第二偏振分光棱镜22同时与激光发射器1、第一偏振分光棱镜4同轴设置，以使激光发射器1发射出的出射光线11经第一偏振分光棱镜4透射后到达第二偏振分光棱镜22，由第二偏振分光棱镜22进行反射后经物镜21传输至待测定目标物体的表面，完成对点功能；由待测定目标物体反射回来的反射光线12经物镜21进入第二偏振分光棱镜22，反射至第一偏振分光棱镜4，由第一偏振分光棱镜4反射进入全反射平板6，并由全反射平板6反射至激光接收器7，形成外光路；第二偏振分光棱镜22与物镜21之间设置调焦透镜23，该调焦透镜23与目镜20、物镜21同轴设置，用于调整望远镜系统的焦距；第一偏振分光棱镜4与第二偏振分光棱镜22之间设置减光片5，用于进行增减光，以控制出射光线11、反射光线12的强度。激光接收器7与用于获得内光路和外光路的相位差的相位测量电路电连接，相位测量电路与处理器模块8电连接，以使处理器模块8可根据内光路与外光路之间的相位差计算出待测定目标物体与经纬仪之间的距离。

上述处理器模块8可以采用单片机或者DSP模块来实现，例如DSP2812，激光发射器1可以采用LT022MC来实现。

实施例2

上述的具有测距功能的经纬仪的工作方法，包括如下步骤：

A、该具有测距功能的经纬仪选择对点功能时，由电机驱动凹透镜离开激光发射器1的轴线，由激光发射器1发射出的出射光线11经会聚透镜2进行会聚准直后传输至第一偏振分光棱镜4，由第一偏振分光棱镜4透射出的出射光线11经减光片5进行调节后传输至第二偏振分光棱镜22，由第二偏振分光棱镜22进行反射经物镜传输至待测目标物体，完成远程激光对点。

B、该具有测距功能的经纬仪选择测距功能时，由电机驱动凹透镜3与激光发射器1、会聚透镜2同轴设置，以使由激光发射器1发射出的出射光线11经会聚透镜2进行会聚准直后传输至凹透镜3进行光束放大，放大后的出射光线11传输至第一偏振分光棱镜4，该出射光线11部分由第一偏振分光棱镜4反射后进入全反射平板6，并由全反射平板6反射至激光接收器7，用于形成内光路；该出射光线11部分由第一偏振分光棱镜4透射后经减光片5进行调节后传输至第二偏振分光棱镜22，由第二偏振分光棱镜22进行反射经物镜传输至待测目标物体，完成目标物体的对中，出射光线11传送至待测目标物体后部分出射光线11被反射，形成的反射光线12经物镜21返回进入第二偏振分光棱镜22，由第二偏振分光棱镜22经减光片5调节后反射至第一偏振分光棱镜4，由第一偏振分光棱镜4反射进入所述全反射平板6，并由所述全反射平板6反射至所述激光接收器7，形成外光路；由激光接收器7、相位测量电路、处理器模块8相配合，根据内光路与外光路之间的相位差计算出待测定目标物体与经纬仪之间的距离，实现远程测距功能。

放大处理的出射光线11还可与外设的合作目标相配合，尤其是远程使用反光棱镜作为合作目标时，由于出射光线进行了放大处理，因此对合作目标的尺寸要求较低，即使是较小尺寸的反光棱镜也会轻松被出射光线对准，降低了检测难度，提高了检测效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。