专利名称：水平仪的水平调整方法
技术领域：
本发明涉及一种水平仪的水平调整方法，特别是涉及一种激光水平仪的水平调整方法，应用于一装置中，适用于量测该装置与一水平面之间的倾斜角度，进而进行水平调整。
背景技术：
倾角传感器可做相当精确的水平测量，因此其应用范围十分广泛，从最初设计用于武器的瞄准、飞机的航行，到现在日常生活中使用的汽车轮胎的定位、地震的探知、及激光水平仪中的应用，皆可利用此取得方便、稳定性又高的装置。倾角传感器的水平量测原理如图1所示，利用金属棒与倾角传感器内的电解液的覆盖面积不同，造成导电率也会随之改变的特性；以金属棒浸于电解液中，当液面未达水平时，于金属棒的液面高度各不相同，其导电率也会不同，如此各金属棒上的电阻值也会随之发生相应的变化，通过读取电阻值的变化，即可了解倾角传感器的倾斜情况。
在倾角传感器中，信号输入采用多向交替式输入方式，由四个输入引脚依序交替输入单一极性脉冲信号，以量测两方向的水平状态，而输出引脚则相应于水平状态改变，产生由多个输出信号组成的一串输出信号。接着，处理单元(Micro Controller Unit；MCU)将这串输出信号分离为四路信号，使之成为四路相互独立且持续的信号，其中，此四路信号包含两方向的倾角信息。然后，处理单元将此四路信号分别转换为相对应的四个电压，再对同方向的信号求差，并对结果进行分析，以获知两方向的倾角信息，进而利用此倾角信息判断水平状态，以驱动控制一马达，如此经过数次递进修正而使该倾角传感器内的电解液面最后趋于水平，而达到水平状态。
然而，在处理单元驱动马达来调整倾角传感器的位置时，并不能一次就将倾角传感器调整到水平位置。此外，由于倾角传感器位置改变后，输出的数据存在一定的滞后性，这些因素使得倾角传感器调整水平的时间变长。以目前公知的技术而言，倾角传感器大约在15秒内才可以调整到水平状态(所需时间的长短与倾角传感器的初始位置与水平位置的差异大小有关)。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种水平仪的水平调整方法，将调整分为粗调与微调两部分，可以提高调整精度，加快调整速度。
本发明的另一目的是提供一种水平仪的水平调整方法，将倾角信号放大，以提高倾角传感器的调整精度。
本发明的又一目的是提供一种水平仪的水平调整方法，采用电机马达，可以缩短倾角传感器的调整时间。
根据本发明的上述目的，提出一种水平仪的水平调整方法，至少包括如下步骤。首先，输入多个水平量测信号至一倾角传感器中，使得倾角传感器输出一串输出信号，其中，这串输出信号以上述的水平量测信号为一周期所组成。接着，将这串输出信号分离，而依序产生多个保持信号。然后，分别对同方向的保持信号求差，以得到至少一倾角信号，并进行一第一判别步骤若倾角信号不在一预设范围内，则驱动一马达来调整倾角传感器的位置，进行一粗调步骤，以将倾角信号限制在预设范围内；若倾角信号在预设范围内，则放大预设范围内的倾角信号。接着，放大预设范围内的倾角信号，并进行一第二判别步骤若倾角信号不等于一水平位置对应电压，则驱动马达来调整倾角传感器的位置，进行一微调步骤，以将倾角信号调整至水平位置对应电压；若倾角信号等于水平位置对应电压，则完成水平仪的水平调整。
依照本发明的一较佳实施例，还至少包括预先设定倾角传感器调整至水平后的水平位置对应电压的步骤。在本发明的较佳实施例中，马达为一电机马达，而倾角传感器为一单向倾角传感器或一双向倾角传感器。上述的水平量测信号具有相同脉冲宽度且彼此依序间隔一个或多个时间周期，并以多向交替信号输入方式，输入至该倾角传感器中。上述的水平量测信号为正脉冲、负脉冲或正负交杂的脉冲，且由一信号发生模块产生。信号发生模块可以为一信号产生器或一脉冲产生电路。
在本发明的较佳实施例中，上述的将输出信号分离、而依序产生保持信号的步骤，是由一取样保持模块依据上述的水平量测信号或与水平量测信号同时序的信号，作为相对应的多个取样触发信号，而输出第一保持信号与第二保持信号。取样保持模块可以为一取样保持电路。上述的对同方向的保持信号求差、以得到倾角信号的步骤是在一求差模块中进行。求差模块可以为一差动放大电路、一减法器或一微处理器。
为进一步阐明本发明的上述和其它目的、特征、和优点，下文特举一较佳实施例，并配合附图，进行详细说明。
图1示出倾角传感器的水平量测原理；图2示出根据本发明较佳实施例的调整水平仪的流程示意图；图3示出根据本发明的较佳实施例的信号时序图。
其中，附图标记说明如下100 倾角传感器102 电解液104 第一引脚 106 第二引脚108 第三引脚 110 第四引脚202 倾角传感器204 信号发生模块206 取样保持模块 208 求差模块210 处理单元 212 马达222 第一水平量测信号 224 第二水平量测信号226 第三水平量测信号 228 第四水平量测信号230 一串输出信号 232 取样触发信号234 取样触发信号 236 取样触发信号238 取样触发信号 240 第一保持信号242 第二保持信号 244 第三保持信号246 第四保持信号 302 第一输出信号304 第二输出信号 306 第三输出信号308 第四输出信号 310 第一输出信号312 第二输出信号 314 第三输出信号316 第四输出信号
具体实施例方式
本发明揭示一种水平仪的水平调整方法，适用于激光水平仪中。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图2及图3的图示。
请参照图2并同时参照图3，图2示出根据本发明较佳实施例的调整水平仪的流程示意图，而图3示出根据本发明较佳实施例的信号时序图。本发明的较佳实施例至少包括倾角传感器202、信号发生模块204、取样保持模块206、求差模块208、处理单元210以及马达212。此外，本实施例的水平仪已预先将倾角传感器202调整至水平后的稳定位置对应电压设定为100毫伏。如图2所示，首先，信号发生模块204等时序间隔地产生多个水平量测信号第一水平量测信号222、第二水平量测信号224、第三水平量测信号226以及第四水平量测信号228。上述的水平量测信号具有相同时序与脉冲宽度，且分别间隔一个或多个时间周期。水平量测信号为正脉冲、负脉冲或正负交杂的脉冲。水平量测信号分别依序多向交替输出至双向倾角传感器202的第一输入引脚A、第二输入引脚B、第三输入引脚C以及第四输入引脚D，其中，第一输入引脚A、第三输入引脚C以及第二输入引脚B、第四输入引脚D彼此对称设置，而产生如图3所示的第一量测周期A1、第二量测周期A2、……、或第六量测周期A6表示的四段一周期的一串输出信号230，此每一量测周期内的输出信号分别包含有第一输出信号302、第二输出信号304、第三输出信号306以及第四输出信号308。第一输入引脚A与第三输入引脚C可量测A-C方向的水平状况，并经由双向倾角传感器202的输出引脚输出同一方向的倾角信息，而第二输入引脚B与第四输入引脚D也可经由此输出引脚输出另一方向的倾角信息，亦即此输出引脚所产生的一串输出信号230同时包含二方向的倾角信息。
这些水平量测信号还同时输出至取样保持模块206，以作为对这一串输出信号230进行取样保持的取样触发信号232、234、236、238。通过这些取样触发信号可分别取样保持第一输出信号302、第二输出信号304、第三输出信号306以及第四输出信号308，而分离出第一保持信号240、第二保持信号242、第三保持信号244以及第四保持信号246，分别对应于第一水平量测信号222、第二水平量测信号224、第三水平量测信号226以及第四水平量测信号228。
以下将详细说明如何对这一串输出信号230取样保持、以分离出保持信号的方法。如图所示，第一水平量测信号222、第二水平量测信号224、第三水平量测信号226以及第四水平量测信号228具有相同时序且分别间隔一个时间周期，并分别依序输入至双向倾角传感器202的各输入引脚。因此，在第一量测周期A1时，以第一水平量测信号222为例，假设当时的水平状态使双向倾角传感器202的输出引脚产生如图3所示的第一输出信号302，则此第一输出信号302经过取样保持模块206进行取样保持后，第一输出信号302会被分离为如图2所示的第一保持信号240，其电压电平相等于第一输出信号302的电位Va1，且取样保持模块206将维持第一保持信号240的电平Va1直至第二量测周期，而继续跟随第二量测周期内所输出的第一输出信号310的电平Va2，此输出信号电平的高低代表双向倾角传感器202中第一输入引脚输入端相对于倾度的电位变化。同样地，以此方式即可依序得出第二保持信号242、第三保持信号244以及第四保持信号246，即可依序得知各输入引脚输入端相对于倾度的电位变化。
接着，仍请参照图2，将第一保持信号240、第二保持信号242、第三保持信号244以及第四保持信号246送入求差模块208，以对同方向(A-C向或B-D向)的保持信号(240-244或242-246)求差。求差模块208分别对上述第一保持信号240、第三保持信号244求差，以得到第一倾角信号SA-C，对第二保持信号242、第四保持信号246求差，以得到第二倾角信号SB-D，并进行一第一判别步骤。若SA-C与SB-D的电压值不在一预设范围内，例如在本实施例中，此预设范围为95毫伏至105毫伏，则处理单元210驱动马达212，来调整倾角传感器202的位置，以进行一粗调步骤，使SA-C与SB-D的电压值进入预设的范围内；若SA-C与SB-D的电压值在预设的范围内，则将SA-C与SB-D的电压值放大，例如在本实施例中，将SA-C与SB-D的电压值放大10倍。上述粗调步骤的另一目的在于限制倾角信号的电压值大于零，例如使Va1＞Vc1以及Vb1＞Vd1，以使后续的放大电路能正常工作。
求差模块208将SA-C与SB-D的电压值放大后，接着进行一第二判别步骤。若SA-C与SB-D的电压值不等于预设的水平时的稳定位置对应电压，例如在本实施例中，此电压为100毫伏，则处理单元210再次驱动马达212调整倾角传感器202的位置，以进行一微调步骤，使SA-C与SB-D的电压值等于预设的水平时的稳定位置对应电压；若SA-C与SB-D的电压值等于预设的水平时的稳定位置对应电压，则水平仪已达水平状态。
因此，本发明的一个特征在于先进行一粗调步骤，以将同方向的倾角信号的电压值限制在一预设范围内，并使倾角信号的电压值大于零。接着，以一预定倍数放大预设范围内的倾角信号的电压值，再进行一微调步骤，以将同方向的倾角信号的电压值进一步调整至预设为水平时的稳定位置对应电压。
本发明的另一特征在于求差模块208可以通过放大预设范围内的倾角信号的电压值，来提高倾角传感器202的调整精度，因此，较利于后续电路进行信号的处理。
本发明的又一特征在于本发明的马达212采用电机马达，可以缩短倾角传感器202的水平调整时间。
值得一提的是，在设定水平时的稳定位置对应电压时，虽然当传感器位于水平状态时，其倾角信号应为零，但为避免处理单元210无法处理零信号的可能(无法放大其差值)，通常会刻意垫高一电位Va于同一方向(A-C向或B-D向)的保持信号中，使其即使位于水平状态，求差模块208仍会输出一固定电位信号Va，以利进行后续的微调步骤。其求差公式为Adaa+Va-Cdata＝OutDataBdata+Va-Ddata＝OutData当传感器达到水平时，Adata＝Cdata，Bdata＝Ddata，其中Adata、Bdata、Cdata以及Ddaa分别为第一保持信号240、第二保持信号242、第三保持信号244以及第四保持信号246；Outdata为第一倾角信号或第二倾角信号。上述的求差模块208可为一差动放大器或一减法器。此外，也可移除该求差模块208而直接将第一保持信号240、第二保持信号242、第三保持信号244以及第四保持信号246送入处理单元210中，由处理单元210进行求差的操作。
另一方面，在本发明的其它实施例中，预设的水平时的稳定位置对应电压也可设定为其它值，而非仅限定在100毫伏。同样地，粗调时的电压范围与微调时的放大倍率亦可自行设定。
本发明的信号发生模块204例如可以为一信号产生器或一脉冲产生电路，取样保持模块206可以为一取样保持电路，求差模块208可以为一差动放大电路、一减法器或一微处理器，而倾角传感器202可以为一单向倾角传感器或一双向倾角传感器。
由上述本发明的较佳实施例可知，本发明的一个优点就是本发明采用电机马达，因此，可以缩短倾角传感器的调整时间。
由上述本发明的较佳实施例可知，本发明的另一优点就是本发明将调整分为粗调与微调两部分，因此，可以提高调整精度，加快调整速度。
虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可进行各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书为准。
权利要求
1.一种水平仪的水平调整方法，应用于具一倾角传感器的一水平仪，其中该方法至少包括分别对该倾角传感器所输出的同方向的多个保持信号求差，以得到至少一倾角信号；若该倾角信号不在一预设范围内，则驱动一马达来调整该倾角传感器的位置，以将该倾角信号限制在该预设范围内；若该倾角信号在该预设范围内，则以一预定倍数放大该预设范围内的该倾角信号；若放大后的该倾角信号不等于一水平位置对应电压，则驱动该马达来调整该倾角传感器的位置，进行一微调步骤，以将该倾角信号调整至该水平位置对应电压；以及若放大后的该倾角信号等于该水平位置对应电压，则完成该水平仪的水平调整。
2.如权利要求1所述的水平仪的水平调整方法，其中还至少包括预先设定该倾角传感器调整至水平后的该水平位置对应电压。
3.如权利要求1所述的水平仪的水平调整方法，其中该倾角传感器为一单向倾角传感器或一双向倾角传感器。
4.如权利要求1所述的水平仪的水平调整方法，其中还至少包括输入多个水平量测信号至该倾角传感器中，且该倾角传感器输出一串输出信号，并且该串输出信号依据所述水平量测信号而分离成为所述保持信号。
5.如权利要求4所述的水平仪的水平调整方法，其中所述水平量测信号具有相同脉冲宽度且彼此依序间隔一个或多个时间周期。
6.如权利要求5所述的水平仪的水平调整方法，其中所述水平量测信号以多向交替信号输入方式输入至该倾角传感器中。
7.如权利要求6所述的水平仪的水平调整方法，其中所述水平量测信号为正脉冲、负脉冲或正负交杂的脉冲。
8.如权利要求4所述的水平仪的水平调整方法，其中将该串输出信号分离成为所述保持信号的步骤是在一取样保持模块中进行。
9.如权利要求8所述的水平仪的水平调整方法，其中将该串输出信号分离成为所述保持信号的步骤为该取样保持模块依据所述水平量测信号或与所述水平量测信号同时序的信号，作为相对应的多个取样触发信号，而输出第一保持信号与第二保持信号。
10.如权利要求1所述的水平仪的水平调整方法，其中对同方向的所述保持信号求差、以得到该倾角信号的步骤是在一求差模块中进行。
全文摘要
一种水平仪的水平调整方法，至少包括如下步骤首先，输入多个水平量测信号至一倾角传感器中，使得倾角传感器输出一串输出信号；接着，将这串输出信号分离，而依序产生多个保持信号；然后，再分别对同方向的保持信号求差，以得到至少一倾角信号，并进行一第一判别步骤，以将倾角信号限制在一预设范围内；接下来，放大预设范围内的倾角信号，并进行一第二判别步骤，以将倾角信号调整至水平位置对应电压；待倾角信号等于水平位置对应电压，则完成水平仪的水平调整。本发明提供的水平仪的水平调整方法，将调整分为粗调与微调两部分，可以提高调整精度，加快调整速度。
文档编号G01C25/00GK1808073SQ20051000465
公开日2006年7月26日 申请日期2005年1月21日 优先权日2005年1月21日
发明者简张勇 申请人:亚洲光学股份有限公司