专利名称:光栅数字式长度与面积量测装置的制作方法
本实用新型涉及一种光栅数字式长度与面积量测装置，特别适用于地图量测。
在土地资源详查、规划、水文、地质以及测绘中，要广泛地在地图上量测长度与面积，为此，已有各种类型的量测仪器被研制出来。例如，手扶跟踪图数转换仪就是其中的一种，中国科学院地理所和日本生产这类仪器，该仪器一般由数字化台面，手扶跟踪器，数字字母键盘，伺服系统，面积量测装置，长度量测装置等组成。其工作原理为手扶跟踪器在数字化台面上沿待测图形移动时，跟踪头发送谐波信号，随动数字化台面下的接受线圈产生感应电压，经放大和滤波后得到低噪声信号，再经功率放大带动电机，X、Y两轴电机分别带动光学编码盘，编码读出的数码即为瞬时接受线圈所在的位置，输入计算机计算，即可量出所量的长度或面积数值。显然，从功能上看，这种仪器即能量测长度，又能量测面积，是比较理想的。但该仪器结构复杂松散，量测长度与面积分别各用一套装置，在用于量测时，仪器本身处理的过程很长，经过的步骤很多，并且每一步骤需要较复杂的结构和昂贵的器件来完成，因而仪器的精度低，成本高。日本的此类仪器面积量测精度在1～2％，价格约十万美元。长沙市东风电气厂所生产的电子分色面积量测仪器，其结构较简单，面积量测精度可达1％，但该仪器不能量测长度，对线性地物的面积量测无能为力。另外，该仪器一次仅能量测三块面积，量测过程中还必须进行涂色或者剪栽图。因而使用麻烦，工作效率太低。
本实用新型的目的是研制一种结构简单，使用方便，量测精度高，成本低廉的长度与面积量测装置。
本实用新型的目的是按下述方式实现的首先通过采用光栅技术的双向位移量测系统，得到反映X向位移和Y向位移的二路光电信号，然后由二路光电信号处理器进行处理，最后由电子计算机计算、显示或打印出结果。
双向位移量测系统具有固定在工作台面上的两根Y道轨和一根能在Y道轨上滑动的X道轨，在X道轨的一端固定有Y猾架，Y滑架上安装有量测Y向位移的双光栅光学系统，在X道轨上安装有一个可滑动的X滑架，X滑架上安装有量测X向位移的双光栅光学系统和手扶跟踪器。双光栅光学系统可采用直接接收式光学系统。这种光学系统由光源、准直透镜、标尺光栅、指标光栅和光电接收元件组成。其中的标尺光栅固定不动，指标光栅对标尺光栅作相对运动，产生莫尔条文，光电元件接收其信号。X滑架在X道轨上以及X道轨在Y道轨上都是通过滑轮来滑动的。Y滑架上安装有在Y道轨上方和两侧都有滑轮的滑轮组，以保证Y滑架严格沿Y道轨作直线运动，在X道轨的另一端只安装有在Y道轨上方滑动的滑轮，以保证X道轨因温度变化时能自由伸缩，X滑架上的手扶跟踪器有一个具有测标点的测标板。测标点和图形的像通过放大镜放大，再通过固定反光镜和一个倾斜角度可调的反光镜射入人眼，测标板上的测标点与待测图形的边界点重合，因而消除了视差。手扶跟踪器靠手推圆球体滚动来驱使它本身前后左右运动，从而同时量测出X向位移和Y向位移。
上述量测X向位移和Y向位移的光栅光学系统的光电接收元件各输出一路光电信号，这二路光电信号同时被输入到光电信号处理器进行处理从而获得标准的TTL计数脉冲。二路光电信号处理器由放大电路、微分整形电路和倍频辨向电路组成。放大电路采用一片LM324集成电路，X、Y二路信号合用一片；微分整形电路采用二片74LS14集成电路，X、Y二路信号各用一片；倍频辨向电路采用二片74LS51集成电路，X、Y二路信号各用一片。
通过上述二路光电信号处理器获得的TTL计数脉冲，被输入到计算机进行处理，然后显示或打印出结果。这里的计算机可是通用计算机，如PC－1500，也可以是专用微处理器，专用微处理器与量测系统连在一起。为了使整个量测装置结构简单紧凑，这里使用专用微处理器，它被封闭在量测装置里面。输入输出设备包括键盘、数码管、模式选择开关、状态指示灯以及蜂鸣器都装在一个面板上，面板置于量测系统的前面以便于人手操作，专用微处理器具有与总线连接的中央处理器、只读存贮器、随机存贮器以及对光电信号进行计数的计数器；输入输出设备具有与总线连接的状态锁存器、段码锁存器、数位扫描锁存器、输入锁存器以及行式打印机。
上述光栅数字式长度与面积量测装置具有如下优点不论是量测长度还是量测面积，都用同一套装置，只是通过一个模式选择开关进行转换，这样就使得结构简单，使用也方便；Y滑架上的滑轮组能保证Y滑架沿Y道轨作直线运动，从而保证光栅之间的间隙不变；该量测系统还能消除因温度变化引起的热胀冷缩所造成的不利影响；手扶跟踪器的测标点在测标板的底侧与待测图形边界点重合，便于消除视差，倾斜角度可调的反光镜能使不同身高的人操作时都感到舒服。量测系统采用光栅技术，使得人手推跟踪器运动时便直接产生光电信号，通过光电信号处理器进行处理，即可由计算机计算，然后显示或打印其结果，因而仪器本身的中间处理过程大大减少，这样有利于提高精度，也简化了仪器的结构，降低了成本。仪器的整个硬件结构只有21片芯片，结构十分紧凑，仪器精度最高可达0.06％，最低也可达0.6％，仪器分辨率为0.01毫米，成本只有两千元左右。
下面将结合附图所表示的实施例对本实用新型进行详细的描述。
图1为装置的整体结构图。
图2为装置的正视图。
图3为手扶跟踪器的原理图。
图4为X向光栅光学系统的正视图。
图5为X滑架。
图6为沿图5上A向的剖面图。
图7为二路光电信号处理器结构原理图。
图8为专用微处理器的结构原理图。
图9为只读存贮器中的程序框图。
本实用新型所涉及的装置分为三大部分即双向位移量测系统(如图1)、二路光电信号处理器(如图7)和专用微处理器(如图8)。
一、双向位移量测系统1.整体设计采用光栅技术的双向位移量测系统如图1所示，它具有工作台面1，固定在工作台面1上的两根Y道轨2，能在Y道轨上滑动的X道轨3，固定在X道轨左端的Y滑架4，能在X道轨上滑动的X滑架5，Y滑架通过滑轮6在Y道轨上滑动，X滑架通过滑轮7在X道轨上滑动。X滑架上安装有量测X向位移的双光栅光学系统8和手扶跟踪器(9、28、29、30)，Y滑架上安装有量测Y向位移的双光栅光学系统10。上述结构由外围盖板11围成一体，12为操作面板。
2.双光栅光学系统用于量测X向位移的双光栅光学系统的结构如图6所示，它由光源12、准直透镜13、标尺光栅14(参看图4)、指标光栅15、光电接收元件16组成。当X滑架沿X道轨滑动时，指标光栅15对标尺光栅14作相对运动，产生莫尔条文，光电接收元件16接收其信号，17为光电接收元件的印刷电路板图(如图4所示)，经过处理，输出四向信号18、19、20、21，这四相信号被输入到如后所述的二路光电信号处理器(如图7所示)，为了得到四相信号，光电接收元件可选用四级硅光电池。用于量测Y向位移的双光栅光学系统的结构与此相同，当X道轨在Y道轨上滑动时，光栅光学系统也输出四相信号22、23、24、25(如图7所示)。
3.X滑架如图6所示，光栅光学系统的指标光栅15与四级硅光电池16通过支架27固定在支持块26上，光源12及准直透镜13也固定在支持块26上，而支持块26又被固定在X滑架上。X滑架靠如图5所示的四个滑轮7支持着，为了使指标光栅与标尺光栅之间的间隙始终不变，必须使X滑架5在X道轨上滑动时，严格在一条直线上，为此X道轨3做成如图6所示的形状，并在X道轨的两侧斜面上也安装滑轮7，因而X滑架上共有8个滑轮。
4.手扶跟踪器如图1、图2、图3所示，手扶跟踪器由具有测标点32的测标板31、放大镜33、固定反光镜9、倾斜角度可调的反光镜28组成。反光镜28由止动螺钉29控制，放大镜33安装在手轮34中，测标点及图形的像通过放大镜放大，再经过反光镜9和28射入人眼，反光镜28能使不同身高的人操作时都感到舒适。测标点32与待测图形边界点重合便于消除视差。手扶跟踪器由支持块35安装在X滑架上，手推圆球体30，可驱使手扶跟踪器前后左右运动。
5.Y滑架如图2所示，Y滑架上安装有在Y道轨上方和两侧滑动的滑轮组，Y道轨上方的滑轮6支持着Y滑架在Y道轨上滑动，Y道轨两侧的滑轮6保证Y滑架严格沿Y道轨作直线运动，Y滑架上共安装有6个滑轮。量测Y向位移的双光栅光学系统安装在Y滑架上，其中的标尺光栅36(如图1)固定在Y道轨的左侧，X道轨右端只安装有能在Y道轨上方滑动的两个滑轮7，以便温度变化时能使X道轨自由伸缩。
二、二路光电信号处理器如图7所示，二路光电信号处理器由一片LM324集成电路37、两片74LS14集成电路38和两片74LS51集成电路40组成。集成电路37对X路信号(18、19、20、21)和Y路信号(22、23、24、25)进行放大，再各由一片集成电路38进行微分、整形，然后由集成电路40进行倍频和辨向从而得到标准的TTL计数脉冲42、43、44、45。
三、专用微处理器系统如图8所示，专用微处理器系统具有对光电信号进行计数的Z80CTC计数器46，6116随机存贮器47，2716只读存贮器48，8085中央处理器49，LS00系统控制器50，LS14命令输入集成电路51，LS373地址锁存器52，LS138地止译码器53。上述各集成电路块与总线54相连，56为状态锁存器，57为段码锁存器，58为数位扫描锁存器。56、57和58均选用LS374型号的集成块，59为输入锁存器，选用LS373型号的集成块，60为数显驱动器，共4块，选用75452型号，61为状态显示，62为数字显示，63为数字键，64为开关量，65为命令键，55为行式打印机。只读存贮器可供用户固化如图9框图所示的程序。图9中，67是复位，68是初始化，69是开始，70是模式选择，71是长度运算，72是面积运算，73是闭合判定，75是结果显示或打印，74是结束，76和77是累加，78和79是累减，80和81是读累加器。
二路光电信号处理器和专用微处理器的印刷电路板66安置在如图2所示的位置，操作部件均安置在如图1所示的面板12上。
权利要求
1.一种量测长度与面积的装置，其特征在于由采用光栅技术的双向位移量测系统、二路光电信号处理器和电子计算机组成。
2.根据权利要求
1所述的装置，其特征在于所述的双向位移量测系统具有固定在工作台面上的两根Y道轨和一根能在Y道轨上滑动的X道轨，在X道轨的一端固定有Y滑架，Y滑架上安装有量测Y向位移的双光栅光学系统，在X道轨上安装有一个可滑动的X滑架，X滑架上安装有量测X向位移的双光栅光学系统和手扶跟踪器。
3.根据权利要求
2所述的装置，其特征在于X道轨一端的Y滑架上安装有在Y道轨上方和两侧都有滑轮的滑轮组，以保证Y滑架严格沿Y道轨作直线运动，在X道轨的另一端只安装有在Y道轨上方滑动的滑轮，以保证X道轨能自由伸缩。
4.根据权利要求
2所述的装置，其特征在于手扶跟踪器具有一个与工作台面上图纸的待测图斑的边界点相重合的测标点，一个放大镜，一个固定反光镜和一个倾斜角度可调的反光镜。
5.根据权利要求
1所述的装置，其特征在于二路光电信号处理器由放大电路、微分、整形电路和倍频、辨向电路组成。
6.根据权利要求
5所述的装置，其特征在于放大电路采用一片LM324集成电路，X、Y二路信号合用一片；微分、整形电路采用二片74LS14集成电路，X、Y二路信号各用一片；倍频、辨向电路采用二片74LS51集成电路，X、Y二路信号各用一片。
7.根据权利要求
1所述的装置，其特征在于电子计算机是由与量测系统连在一起的微处理器和输入输出设备组成。
8.根据权利要求
7所述的装置，其特征在于微处理器具有与总线连接的中央处理器、只读存贮器、随机存贮器以及对光电信号进行计数的计数器；输入输出设备具有与总线连接的状态锁存器、段码锁存器、数位扫描锁存器、输入锁存器以及行式打印机。
专利摘要
本实用新型公开了一种特别适用于地图量测的光栅数字式长度与面积量测装置，它主要由采用光栅技术的双向位移量测系统，二路光电信号处理器和电子计算机组成。手推圆球体滚动驱使手扶跟踪器沿待测图形边界移动，X道轨和Y道轨上的X滑架和Y滑架分别使各自的双光栅光学系统产生莫尔条纹并输出四相信号，经二路光电信号处理器进行处理，再经电子计算机计算，然后显示或打印出结果。
文档编号G01B21/28GK86205052SQ86205052
公开日1987年8月5日 申请日期1986年7月26日
发明者吴业明, 陈纪椿, 马重珍 申请人:武汉测绘科技大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan