专利名称：动态测角装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种用于大地测量和工程测量的经纬仪中的动态测角装置。
现有的经纬仪中配备的动态测角装置，见瑞士威特厂生产的T2000电子经纬仪。它采用的动态测角装置的结构原理。测角装置的度盘由马达通过皮带带动，玻璃度盘的盘面画有等分为1024个间隔的栅格，每个间隔由等宽的反射带和空白(透明)带组成，每个间隔的角值为Φ。＝360°／1024＝21′05。625″不是一个间隔的小数是用脉冲填充技术来测定的。
为了消除照准惨偏心差和度盘偏心差的影响，装置中安置了对径180°的一对固定读定器Ls和一对活动读定器Lr。水平测角系统中固定读定器相当于零分划，活动读定器与望远镜方向一致，并随照准部一起转动，相当于与照准部固联的读数指标。每一读定器由发射二极管和接收二极管组成。由红外二极管发出的光束遇到空白带时不被反射，接收二极管亦收不到信号，当发出的光束遇到反射带时就被反射到接收二极管的窄缝上，光电管把收到的信号变成方波信号，通过脉冲填充技术进行计数。
测角时望远镜照准某一目标，Lr与Ls间的夹角φ相应于该目标在度盘上的方向值。若照准另一目标，同样得另一目标的方向值。两方向值之差就是两目标的夹角，它的生产工艺复杂、价格昂贵。
本实用新型的目的是设计一种加工简单、价格便宜、可实现高精度角度测量的动态测角装置。
本实用新型的设计思想和技术解决方案其测角原理为动态测量法，如
图1所示。度盘是由上下两面各刻划了n条等间隔缝的金属盘充当(n＞80)。度盘的上、下面各安装了两对对偶管，相对位置180°，下面的为参考管，它们相对于照准部是固定的，相当于零分划。度盘上面为活动管，是随照准部一起转动的。在度盘2上、下面按装两对作为活动管的对偶管1、5和作为参考管的对偶管9、12，对偶管1、5和对偶管9、12之间相对位置180°。
度盘由马达通过皮带带动，皮带设在度盘腰上，度盘中间还设置了一根轴承，是皮带靠马达带动度盘轴承旋转，按特定速度旋转。此时每对对偶管都可接收到被金属盘切割调制了的脉冲信号，其周期为T＝2π／ω；ω为度盘旋转角速度若刻缝n＝1，只有一对活动管及一对参考管。只要将固定管及参考管上的信号分别作为两个触发脉冲信号送进触发器，就可得到两对管子之间的相位差，并利用脉冲填充技术求得之间的夹角。
在实际电路中，我们是将信号二分频后的方波信号送入异或门，这样得到的相位差信号就不存在集成电路在两触发信号接近时的冒险竞争的问题了。
我们实际的度盘刻缝是取n＝90，情况就要比上述复杂的多了，我们度盘上的刻线是利用分度头在铣床上加工而成。缝与缝之间的间隔误差为±2′左右，它的间隔误差虽然大，但一旦加工完毕，其差值也就是固定的了。
若刻线误差为零，则αc＝2π／T×t而若存在着刻线误差，则αc＝2π／T×t＋ε这里
从上面的分析可以看出，这个ε是一个固定不变的常量，因此，从理论上来说就消除了刻线误差对角度的影响。
以上谈的是一般情形。而当活动管接收到的信号与参考管信号逼近时，由于刻线误差以及异或门的作用，α到达不了零，即αc≥ε为此，我们增加了一个甄别信号a·c，它是参考管的脉冲信号和异或门出来的信号相与的结果。即a·c＝R·Q当甄别信号为零时，为一般情形，不作特别处理。一旦出现了甄别信号a·c，计算上将采取措施，进行零点计算，得出正确的值。
通过脉冲填充技术，进行比值法计算，得出角度ac因为n≠1，所以有0≤ac＜T／n就是说，ac与参考管、活动管之间的夹角相差T／n的整数倍。为此，在加工度盘时，将上下两面各加工一条宽缝作为零点；并增加了一个脉宽鉴别电路，得出真信号波形和角度值为ad。
ad与ac经过一定的组合，便可获得真实的角度a，再经过二——十进制转换，将结果送入显示电路显示。这些就是电子经纬仪所要做的工作。在结构上采用加工简单，成本低廉的金属度盘取代了成本昂贵、加工要求严格的玻璃度盘，光电转换系统的结构设计科学合理，简便易行。在电路上，采用了异或门电路、处理电路和计算机结合在一起完成了用我们几乎没有精度要求的金属度盘(相当于其它电子经纬仪所使用的光栅度盘来说)来实现高精度角度测量目的。
电子部分(如图3所示)一、光电转换部分采用阻隔式光电耦合管(如图4)该器件的一边是红外发光二极管，另一边是光电接收管。显然当发射二极管通以一定电流工作时，接收管上就将产生一定的光电流，但当该器件中间的缝隙被不透明物遮挡时，接收管上将没有电流存在。让旋转盘的缝隙通过该器件的中间，就将在接收管上获得与旋转盘转动过程相关的周期信号。这些信号就是以后电路中的工作信号。在设计中，平盘和竖盘分别需要四个这样的光电耦合管，以构成对径采样系统。各信号连接至主电路板上。
二、平／竖(H／V)选择电路选用集成数据选择器74HC158，构成电子四——二选一开关，根据外部按键的指令，分别选通平盘信号或是选通竖盘信号。
三、被选通的信号进入信号处理电路首先信号经过由74HC74D触发器构成的单稳电路整形(优先结构)；然后经74HC14非门、74HC08与门组成的分划电路获得精、粗测信号。
精、粗测信号再分别通过二分频——异或电路(优选结构)得到供计数用的精、粗测闸门信号。
最后由8253二进制十六位计数器分别计数。
四、微型单片机选用美国Intel公司80C31单片机，程序固化在4K×8bit位的EPROM2732之中，该微机全面控制机器的工作，对精、粗测计数值进出读入计算判别。并最后输出显示，或送输给数据接口。
五、同步控制电路是为了克服微机工作速度不能满足设计要求而专门设置的。它的主体由一块74HC161二进制同步计数器构成。
六、按键部份，选用微型轻触按键，后续74HC74构成的双稳电路构成。
附图1是本实用新型机械部分的结构示意图。
附图2是本实用新型电子部分电路方框图。
附图3是本实用新型电子部分的电路原理图。
附图4是光电耦合管的结构示意图。
附图中1、5是作为活动管的对偶管，9、12是作为参考管的对偶管，3是照准部、4是滚珠、6是主动轮、7是马达、8是皮带、10是轴承、11是中轴套，2是金属度盘，31是光电转换、32是平／竖盘选择电路、33是信号处理电路、34是粗测(计数器)、35是精测(计数器)、36是单片微机控制、37是显示、38是数据接口、39是同步控制、40是按键，图3中的a、b、C分别是标准脉冲信号、处理电路出来的信号、异或门电路的信号。
权利要求1.主要由电子、机械二部分组成的动态测角装置，其特征是电子部分有光电转换、平/竖盘选择电路、信号处理电路、单片微机以及同步控制电路和按键部分组成，其中的光电转换部分采用阻隔式光电耦合管，这种光电耦合管的一边是红外发光二极管，另一边是光电接收管，旋转盘的缝隙通过该管的中间就将在接收管上获得与旋转盘转动过程相关的周期信号即工作信号，平盘和竖盘分别需要4个光电耦合管以构成对径采样系统；平/竖(H/V)选择电路选用集成数据选择器74HC158，构成电子四-二选一开关，根据外部按键的指令分别选通平/竖盘信号；信号处理电路，工作信号经由74HC74D触发器构成的单稳电路整形，然后经74HC14非门、74HC08与门组成的分划电路获得粗、精测信号，精、粗信号再分别通过二分频-异或门电路得到供计数用的精、粗测闸门信号，最后由8253二进制十六位计数器分别计数；单片微机是对精、粗测计数值进出读入、计算判别，最后输出显示或送输给数据接口；同步控制电路是由一块74HC161二进制同步计数器构成；按键部分选用微型轻触按键后续74HC74构成的双稳电路构成；机械部分在度盘2的上、下面按装两对作为活动管的对偶管1、5和作为参考管的对偶管9、12，对偶管1、5之间和对偶管9、12之间相对位置180°，对偶管9、12随照准部3一起转动而对偶管1、5相对于照准部3固定，在度盘2上、下面刻划了n条等间隔缝，n＞80，在度盘2腰上设计皮带8，度盘中间设计了轴承10，度盘轴承由马达7通过皮带8带动度盘一起旋转。
专利摘要本实用新型给出的是一种用电子经纬仪的动态测角装置，它主要有机械和电子二部分组成，机械部分有度盘2，并且在度盘上下各设两对对偶管，度盘正反二面刻划n条间隔，n＞80，还有皮带，度盘由马达通过皮带转动，电子部分主要有光电转换、平/竖选择电路、信号处理、粗、精测、微机、显示等组成。它具有对机械加工精度、工艺要求、装配要求相比光学经纬仪简单、易行。同样达到光学经纬仪的精度要求，成本低，易制造，适用性好等优点。并且可以批量生产。
文档编号G01C1/02GK2063222SQ9021209
公开日1990年10月3日 申请日期1990年4月5日 优先权日1990年4月5日
发明者王旭禾, 俞云龙, 俞无名 申请人:华东光学仪器厂