專利名稱：一種數字電子水準儀的制作方法
技術領域：
該技術屬于測繪儀器制造技術領域。
背景技術：
現有的數字電子水準儀，因為其測量原理的緣故，儀器的設計都相對復雜，運算量都相對巨大，碼尺制作也很復雜。本申請人在200410061193.8的發明專利申請中提出了一種全新的測量原理，該技術方法為載碼相位法(或簡稱碼相位法)，其技術方法要點在于條碼水準尺的編碼方法為等寬等距碼占空比數字調制，即以碼元寬度相等的比例碼作為載碼，將偽隨機碼(或其他約定規律的測量碼)對比例碼進行占空比調制，使得偽隨機碼調制寄生在比例碼之中。比例碼碼元寬度相等當然就使相鄰碼元中心的距離也相等。儀器的解碼使用偽隨機序列碼(或其他約定規律的測量碼)直接譯碼獲取粗測值，而以碼元相對電子中絲的相位測量出精測值，然后對粗、精觀測值進行銜接就獲得觀測結果。恒定的碼元寬度方便了偽隨機碼的解調，完全回避了相關法的二維相關運算的巨大運算量，也回避了幾何法和相位法的標尺制作復雜等缺陷，同時恒定的碼元寬度使得視距解算非常方便，儀器的設計制造也大大簡化。而且由于有了寬度恒定的碼元，該方法設計的水準尺還可以同時實現光學人工模擬讀數，刻劃示值對應于每一碼元的邊沿，使得普通光學水準儀也可以使用該水準尺，校核更方便。
發明內容
本實用新型的目的在于提供一種數字電子水準儀，它具有結構簡單，運算量小，測量快捷的特點。
本實用新型的技術方案是一種數字電子水準儀，包括條碼水準尺1，物鏡2、調焦透鏡3、補償器4、分劃板5、目鏡6，其特征在于條碼水準尺1上的碼元由一對明暗條紋組成，明暗順序一致，碼元中暗條紋的占空比至少有兩種，不同占空比的碼元稱為比例碼，多個比例碼按約定的規律排列，構成數字水準儀條碼尺條碼，其特征在于每個碼元的寬度相等；在補償器4和分劃板5之間安置有折反棱鏡7，使得條碼水準尺1的望遠鏡成像也成像到線陣CCD傳感器8上；傳感器8與CCD驅動及程控放大電路9、A/D轉換器10、微處理器11和顯示器及鍵盤12依次電連接。
有益效果是結構簡單，運算量小，測量快捷。
圖1，是本實用新型的實施例的結構示意圖。其中，1、條碼水準尺，2、物鏡組，3、調焦鏡，4、光學補償器，5、分劃板，6、目鏡，7、折反棱鏡，8、CCD傳感器，9、CCD驅動及程控放大電路，10、A/D轉換，11、微處理器，12、顯示及鍵盤，13、電源。
圖2，是圖1中的條碼水準尺1的條紋示意圖。其中，14一個碼元，14-1暗條紋，14-2明條紋，15用于人工讀數的數字。
具體的實施方式該數字水準儀的光學系統和普通光學水準儀是類似的，主要由物鏡2、調焦透鏡3、補償器4、分劃板5、目鏡6構成水準儀望遠鏡照準系統，不同之處是在補償器4和分劃板之間5安置有折反棱鏡7，使得條碼水準尺1的望遠鏡成像也成像到線陣CCD傳感器8上。
條碼水準尺1的編碼方法是碼元由一對明暗條紋組成，明暗順序一致，碼元中暗條紋的占空比至少有兩種，不同占空比的碼元稱為比例碼，多個比例碼按約定的規律排列，其特征在于每個碼元的寬度相等。
本實現過程使用四種基本的碼元0(00)、1(01)、2(10)和3(11)，分別對應的明暗寬度比例為1/3、3/5、5/3和3/1。
CCD傳感器8將條碼水準尺1的成像轉換成相應的強弱電信號，在驅動電路9.1時序的控制下串行輸出至程控放大器9.2，程控放大器9.2根據光照的強度將信號放大到恰當的強度后送往A/D轉換器10，A/D轉換器10將模擬電信號轉換為數字信號后再送微處理器11。
微處理器11獲得條碼水準尺1的成像數字信號后，首先進行邊沿識別，以確切判別每一個碼的明暗邊沿所在的細分到亞像素級的坐標值，然后根據碼元所對應的像數的平均值計算出視距。
根據邊沿坐標值，直接求算出每一碼元的明暗比例關系，然后根據視距的不同進行譯碼，視距小于6米時，比例碼按4級比例級次進行譯碼，即0、1、2和3四個級次；視距大于6米時，碼元對應的像素減少，難以實現準確的四級次比例譯碼，則比例碼按二級比例級次進行譯碼，即0和1二個級次。二級次的0和四級次的0、1是對應關系，二級次的1和四級次的2、3是對應關系。就是說，儀器中已經儲存有二組按照上述對應關系編碼的測量碼序列，最終按哪種序列進行解碼都能獲得同一粗測結果。這就是遠近視距兼容解碼。
由于遠視距時碼元對應像素很少，為了保證遠近視距兼容解碼的可靠實現，在條碼尺的編碼時人為加大了四級次碼的1碼和2碼的比例差距---3/5和5/3，這樣既不影響短視距時的比例譯碼，也保證了遠視距時的比例譯碼準確。這就是比例反差增強措施。
下一步是精測。精測過程是對載碼(比例碼)相對電子中絲的相位差的測量過程。
無論遠碼近碼，解碼時都將進行碼元邊沿的探測而獲得碼相位，同時解算出碼元的平均寬度，根據平均寬度值和電子中絲的位置確立中絲的相位分布，然后求出碼相位與中絲相位的平均相位差，再由相位差和碼元在標尺上的實際寬度推算出精測值。這里和幾何法相位法的精測原理是類似的。
精測值和粗測值直接進行銜接就是最終的高差測量結果。
考慮到儀器I角誤差的可變性，程序中設計了I角誤差矯正程序，通過調整電子中絲的坐標值實現對I角誤差的矯正。
權利要求1.一種數字電子水準儀，包括條碼水準尺(1)，物鏡(2)、調焦透鏡(3)、補償器(4)、分劃板(5)、目鏡(6)，其特征在于條碼水準尺(1)上的碼元由一對明暗條紋組成，明暗順序一致，碼元中暗條紋的占空比至少有兩種，不同占空比的碼元稱為比例碼，多個比例碼按約定的規律排列，構成數字水準儀條碼尺條碼，其特征在于每個碼元的寬度相等；在補償器(4)和分劃板(5)之間安置有折反棱鏡(7)，使得條碼水準尺(1)的望遠鏡成像也成像到線陣CCD傳感器(8)上；傳感器(8)與CCD驅動及程控放大電路(9)、A/D轉換器(10)、微處理器(11)和顯示器及鍵盤(12)依次電連接。
專利摘要一種數字電子水準儀，包括條碼水準尺1，物鏡2、調焦透鏡3、補償器4、分劃板5、目鏡6，其特征在于條碼水準尺1上的碼元由一對明暗條紋組成，明暗順序一致，碼元中暗條紋的占空比至少有兩種，不同占空比的碼元稱為比例碼，多個比例碼按約定的規律排列，構成數字水準儀條碼尺和電子經緯儀度盤的條碼，其特征在于每個碼元的寬度相等；在補償器4和分劃板5之間安置有折反棱鏡7，使得條碼水準尺1的望遠鏡成像也成像到線陣CCD傳感器8上；傳感器8與CCD驅動及程控放大電路9、A/D轉換器10、微處理器11和顯示器及鍵盤12依次電連接。具有結構簡單，運算量小，測量快捷的特點。
文檔編號G01C5/00GK2831045SQ200520095799
公開日2006年10月25日 申請日期2005年4月4日 優先權日2005年4月4日
發明者葉曉明 申請人:武漢大學, 劉平