電子水準(zhǔn)儀課件

1、電子水準(zhǔn)儀PPT課件測(cè)量工程與裝備系測(cè)量工程與裝備系: : 范范 百百 興興20212021年年1111月月2222日日電子水準(zhǔn)儀PPT課件5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀 1987 1987年，徠卡推出了世界上第一臺(tái)數(shù)字水準(zhǔn)儀年，徠卡推出了世界上第一臺(tái)數(shù)字水準(zhǔn)儀NA2000NA2000，開始了水準(zhǔn)測(cè)量的自動(dòng)化開始了水準(zhǔn)測(cè)量的自動(dòng)化, ,主要數(shù)字水準(zhǔn)儀主要數(shù)字水準(zhǔn)儀及其原理如下及其原理如下: :1 1、相關(guān)法（威特、相關(guān)法（威特NA2000NA2000，Leica NA03/10Leica NA03/10）2 2、幾何法（蔡司幾何法（蔡司DINI10/20DINI10/20）3 3、相位法

2、相位法 ( (拓普康拓普康DL101C/102C)DL101C/102C)4 4、相關(guān)法相關(guān)法2 2（索佳（索佳SDL30SDL30） 國(guó)產(chǎn)數(shù)字水準(zhǔn)儀可能會(huì)在今后兩年內(nèi)誕生國(guó)產(chǎn)數(shù)字水準(zhǔn)儀可能會(huì)在今后兩年內(nèi)誕生. .電子水準(zhǔn)儀PPT課件一、數(shù)字水準(zhǔn)儀產(chǎn)品NA2000（世界第一）1990Sokkia SDL302002Leica DNA03/101994Topcon DL-101/102Trimble DiNi12/DiNi22Topcon DL-1035.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件主要特點(diǎn)主要特點(diǎn): 0.3mm / 0.7mm/km PCMCIA 數(shù)據(jù)存貯數(shù)據(jù)存貯 (D

3、iNi12) 或在線數(shù)據(jù)存貯或在線數(shù)據(jù)存貯(DiNi22) 靜態(tài)的靜態(tài)的 30cm電子視場(chǎng)電子視場(chǎng) 補(bǔ)償器置平精度補(bǔ)償器置平精度 0.2 / 0.5 放大倍率放大倍率 32x / 26x主要賣點(diǎn)主要賣點(diǎn): 字母與數(shù)字鍵盤字母與數(shù)字鍵盤 線路平差線路平差 精度精度 0.3 mm 視場(chǎng)視場(chǎng) = 30cm缺點(diǎn)缺點(diǎn): 笨大笨大 較小的顯示窗較小的顯示窗 (4x21字符字符) 稍有點(diǎn)重稍有點(diǎn)重 較較老式老式 無圓水準(zhǔn)器的照明無圓水準(zhǔn)器的照明 無標(biāo)準(zhǔn)電池的概念無標(biāo)準(zhǔn)電池的概念 用用Trimble儀器的儀器的PCMCIA卡才能測(cè)量卡才能測(cè)量5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件主要特點(diǎn)主要

4、特點(diǎn): 0.6mm / 1.0mm/km 內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯 (2000個(gè)點(diǎn)個(gè)點(diǎn)) 120的電子視場(chǎng)的電子視場(chǎng) 補(bǔ)償器置平精度補(bǔ)償器置平精度 0.3 放大倍率放大倍率 32x主要賣點(diǎn)主要賣點(diǎn): 放大倍率放大倍率 測(cè)量時(shí)間短測(cè)量時(shí)間短 1.0 mm精度精度 120的視場(chǎng)的視場(chǎng) 價(jià)格低價(jià)格低缺點(diǎn)缺點(diǎn): 按鍵少按鍵少 無字母數(shù)字鍵盤無字母數(shù)字鍵盤 顯示少（顯示少（4x21個(gè)字符個(gè)字符) 比較大比較大 無圓水準(zhǔn)器照明無圓水準(zhǔn)器照明 無標(biāo)準(zhǔn)電池概念無標(biāo)準(zhǔn)電池概念 只有內(nèi)存只有內(nèi)存/RS232 做一等水準(zhǔn)差點(diǎn)做一等水準(zhǔn)差點(diǎn)5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件主要特點(diǎn)主要特點(diǎn): 0

5、.4mm / 1.0mm/km PCMCIA 卡數(shù)據(jù)存貯和內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯卡數(shù)據(jù)存貯和內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯 120的電子視場(chǎng)的電子視場(chǎng) 補(bǔ)償器置平精度補(bǔ)償器置平精度 0.3 / 0.5 放大倍率放大倍率 32x / 30 x主要賣點(diǎn)主要賣點(diǎn): 字母數(shù)字輸入字母數(shù)字輸入 5m 標(biāo)尺標(biāo)尺 內(nèi)存和內(nèi)存和 PCMCIA卡卡 120的視場(chǎng)角的視場(chǎng)角 缺點(diǎn)缺點(diǎn): 顯示窗小顯示窗小 (2x8字符字符) 卡槽位于電池倉(cāng)后卡槽位于電池倉(cāng)后 無圓水準(zhǔn)器照明無圓水準(zhǔn)器照明 無標(biāo)準(zhǔn)電池概念無標(biāo)準(zhǔn)電池概念 內(nèi)存小內(nèi)存小(51KB)、PCMCIA( 256KB) 卡存貯能力小卡存貯能力小5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀

6、PPT課件主要特點(diǎn)主要特點(diǎn): 1.8mm/km RS232C 接口數(shù)據(jù)輸出接口數(shù)據(jù)輸出 130的電子視場(chǎng)的電子視場(chǎng) 補(bǔ)償器置平精度補(bǔ)償器置平精度 5” 放大倍率放大倍率 26x 主要賣點(diǎn)主要賣點(diǎn): 較強(qiáng)的防雨功能較強(qiáng)的防雨功能 耗電少耗電少 重量輕重量輕 測(cè)量時(shí)間短測(cè)量時(shí)間短 (2秒秒)缺點(diǎn)缺點(diǎn): 樣子笨樣子笨 顯示窗小顯示窗小 (128x32象素象素) 應(yīng)用特色少應(yīng)用特色少 無圓水準(zhǔn)器照明無圓水準(zhǔn)器照明 測(cè)量距離近測(cè)量距離近 (2-60m)5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件雙側(cè)無限位雙側(cè)無限位微動(dòng)螺旋微動(dòng)螺旋鉆石般的圓水準(zhǔn)器鉆石般的圓水準(zhǔn)器(有照明有照明)帶有概略瞄準(zhǔn)器

7、帶有概略瞄準(zhǔn)器的固定提把的固定提把低耗能電池低耗能電池字母數(shù)字字母數(shù)字鍵盤鍵盤RS232接口接口PCMCIA 卡卡優(yōu)秀的光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)秀的光學(xué)系統(tǒng)可定制的顯示屏可定制的顯示屏5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件中軸位置中軸位置的測(cè)量按鈕的測(cè)量按鈕分離的分離的 DATA 和和 ESC 鍵鍵分離的開關(guān)鍵分離的開關(guān)鍵 獨(dú)立的獨(dú)立的的定位鍵的定位鍵內(nèi)存內(nèi)存:6000 測(cè)量點(diǎn)或測(cè)量點(diǎn)或1650個(gè)測(cè)站的前后視個(gè)測(cè)站的前后視杰出的杰出的設(shè)計(jì)和外型設(shè)計(jì)和外型寬大的寬大的LC顯示屏顯示屏可變的數(shù)據(jù)可變的數(shù)據(jù)輸出格式輸出格式5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件DNA系列數(shù)字水準(zhǔn)

8、儀原理系列數(shù)字水準(zhǔn)儀原理物鏡物鏡調(diào)焦發(fā)送器調(diào)焦發(fā)送器補(bǔ)償器補(bǔ)償器補(bǔ)償器監(jiān)視補(bǔ)償器監(jiān)視CCD探測(cè)器探測(cè)器分劃板分劃板分光鏡分光鏡目鏡目鏡調(diào)焦透鏡調(diào)焦透鏡5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀一、相關(guān)法數(shù)字水準(zhǔn)儀一、相關(guān)法數(shù)字水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件 水準(zhǔn)標(biāo)尺為偽隨機(jī)條水準(zhǔn)標(biāo)尺為偽隨機(jī)條碼，該條碼圖象已被存儲(chǔ)碼，該條碼圖象已被存儲(chǔ)在數(shù)字水準(zhǔn)儀中作為參考在數(shù)字水準(zhǔn)儀中作為參考信號(hào)。在條碼標(biāo)尺上，最信號(hào)。在條碼標(biāo)尺上，最窄的條碼寬為窄的條碼寬為2.0252.025mmmm，稱，稱為為基本碼寬基本碼寬。在標(biāo)尺上共。在標(biāo)尺上共有有20002000個(gè)基本碼，不同數(shù)個(gè)基本碼，不同數(shù)量的同顏色的基本碼相連量的同

9、顏色的基本碼相連在一起，就構(gòu)成了寬窄不在一起，就構(gòu)成了寬窄不同的碼條。同的碼條。 5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件 測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較的過程為較的過程為相關(guān)過程相關(guān)過程. . 先與標(biāo)尺底部對(duì)齊，發(fā)現(xiàn)不相先與標(biāo)尺底部對(duì)齊，發(fā)現(xiàn)不相同，然后往上移動(dòng)一個(gè)步距（基同，然后往上移動(dòng)一個(gè)步距（基本碼寬）本碼寬） 再比較，直到兩碼相同為止，再比較，直到兩碼相同為止，也就是最佳相關(guān)位置時(shí)，也就是最佳相關(guān)位置時(shí)， 讀數(shù)讀數(shù)就可以確定。就可以確定。 通過移動(dòng)一個(gè)基本碼寬來得到通過移動(dòng)一個(gè)基本碼寬來得到粗讀數(shù)。然后再上下選取一定范粗讀數(shù)。然后再上下選取一定范圍

10、，減少步距，進(jìn)行精相關(guān)，就圍，減少步距，進(jìn)行精相關(guān)，就可以得到足夠精度的讀數(shù)?？梢缘玫阶銐蚓鹊淖x數(shù)。 5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件 二維相關(guān)法二維相關(guān)法q 以一定步距改變儀器內(nèi)部參考信號(hào)的以一定步距改變儀器內(nèi)部參考信號(hào)的“寬寬 窄窄”與與CCDCCD采集到的測(cè)量信號(hào)相比較采集到的測(cè)量信號(hào)相比較q 如果沒有相同的兩信號(hào)，如果沒有相同的兩信號(hào)， 則再改變則再改變 ，再，再 進(jìn)行一維相關(guān)，進(jìn)行一維相關(guān)， 直到信號(hào)相同為止。直到信號(hào)相同為止。q “ “寬窄寬窄”相同的兩信號(hào)相比較是求視線高相同的兩信號(hào)相比較是求視線高 的過程，的過程， 一維是視距，一維是視距， 另一維是視

11、線高另一維是視線高q 二維相關(guān)之后視距就可以精確算出。二維相關(guān)之后視距就可以精確算出。 5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件相關(guān)法標(biāo)尺及相關(guān)原理（4）由于標(biāo)尺到儀器的距離不同，條碼在探測(cè)器上成像的“寬窄”也將不同，測(cè)量信號(hào)片段條碼的“寬窄”會(huì)變化，引起相關(guān)困難。徠卡數(shù)字水準(zhǔn)儀采用二維相關(guān)法，以一定步距改變儀器內(nèi)部參考信號(hào)的“寬窄”與CCD采集到的測(cè)量信號(hào)相比較，如果沒有相同的兩信號(hào)， 則再改變 ，再進(jìn)行一維相關(guān)， 直到信號(hào)相同為止。參考信號(hào)的“寬窄”與視距是對(duì)應(yīng)的?！皩捳毕嗤膬尚盘?hào)相比較是求視線高的過程，在此二維相關(guān)中， 一維是視距， 另一維是視線高，二維相關(guān)之后視距就

12、可以精確算出。 5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件 可以想象從原始參考信號(hào)一步一步縮放比較的相關(guān)的計(jì)算量會(huì)很大， 使讀數(shù)時(shí)間過長(zhǎng)。為了縮短讀數(shù)時(shí)間，徠卡數(shù)字水準(zhǔn)儀內(nèi)部設(shè)計(jì)有調(diào)焦移動(dòng)量傳感器采集調(diào)焦鏡的移動(dòng)量，由此可以反算出概略視距，初步可以確定物像比例。 對(duì)儀器內(nèi)部的參考信號(hào)的“寬窄”進(jìn)行縮放，使其接近探測(cè)器采集到的測(cè)量信號(hào)的“寬窄”，然后再進(jìn)行二維相關(guān)。這樣可以減少的相關(guān)計(jì)算量使讀數(shù)時(shí)間縮短到秒以內(nèi)。 調(diào)焦移動(dòng)傳感器調(diào)焦移動(dòng)傳感器5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件 偽隨機(jī)碼簡(jiǎn)介偽隨機(jī)碼簡(jiǎn)介 偽隨機(jī)碼屬于二進(jìn)制碼，它的結(jié)構(gòu)可以預(yù)先確定，偽隨機(jī)碼屬于二

13、進(jìn)制碼，它的結(jié)構(gòu)可以預(yù)先確定，并且可以重復(fù)產(chǎn)生和復(fù)制，另一方面它還具有隨機(jī)特并且可以重復(fù)產(chǎn)生和復(fù)制，另一方面它還具有隨機(jī)特性，即統(tǒng)計(jì)特性。這種碼用在數(shù)字水準(zhǔn)儀中具有可以性，即統(tǒng)計(jì)特性。這種碼用在數(shù)字水準(zhǔn)儀中具有可以在在1.81001.8100m m距離內(nèi)使用相關(guān)法的特點(diǎn)。距離內(nèi)使用相關(guān)法的特點(diǎn)。 標(biāo)尺上的白碼條或黃碼條在標(biāo)尺上的白碼條或黃碼條在CCDCCD器件上產(chǎn)生光電器件上產(chǎn)生光電流，在電路上為高電平，我們用二進(jìn)制的流，在電路上為高電平，我們用二進(jìn)制的“1”“1”表示，表示，相反黑碼條用相反黑碼條用“0”“0”表示。從條碼標(biāo)尺上測(cè)量得到的表示。從條碼標(biāo)尺上測(cè)量得到的徠卡儀器的參考碼序列為：徠

14、卡儀器的參考碼序列為： P=1111101111001101P=11111011110011015.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件蔡司蔡司Dini 10/205.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀二、幾何法數(shù)字水準(zhǔn)儀二、幾何法數(shù)字水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件2、幾何法條碼標(biāo)尺系列的標(biāo)尺每劃分為一個(gè)測(cè)量間距，其中的碼條構(gòu)成一個(gè)碼詞，每個(gè)測(cè)量間距的邊界由每個(gè)測(cè)量間距的邊界由黑白過渡線構(gòu)成，其下邊界到標(biāo)尺黑白過渡線構(gòu)成，其下邊界到標(biāo)尺底部的高度，底部的高度，可由該測(cè)量間距中的碼詞判讀出來，就象區(qū)格式標(biāo)尺上的注記一樣I系列測(cè)量時(shí)，只利用中絲的上下兩邊各cm的標(biāo)尺截距，也就是個(gè)測(cè)量間距

15、來計(jì)算視距和視線高。 5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件2、幾何法測(cè)量原理圖中Gi為某測(cè)量間距的下邊界，Gi+1為上邊界，它們?cè)贑D行陣上的成像為Bi及Bi+1。它們到光軸（中絲）的距離分別用用i及i+1表示。上象素的寬度是己知的，這兩距離在C上所占象素的個(gè)數(shù)可以由輸出的信號(hào)得知，因此可以算出i和i+1，也就是說i和i+1是計(jì)算視距和視線高的己知數(shù)。i和i+1在光軸之上方為負(fù)值，在光軸之下方取正值。如果在標(biāo)尺上看，則是在光軸之上為正, 反之為負(fù)。 5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件幾何法測(cè)量原理為測(cè)量間距長(zhǎng)（cm），用第個(gè)測(cè)量間距來測(cè)量時(shí)，則物象比

16、i=g /（bi+1bi） 視線高讀數(shù)為： Hi=g(Ci+l/2)-A(bi+1+bi)/2 i 是第個(gè)測(cè)量間距從標(biāo)尺底部數(shù)起的序號(hào)，可由所屬碼詞判讀出來 5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件幾何法測(cè)量原理為了提高測(cè)量精度，系列取個(gè)測(cè)量間距平均來計(jì)算，也就是取標(biāo)尺上中絲上下各的范圍，即個(gè)測(cè)量間距取平均來計(jì)算。 5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件3、相位法光路示意圖標(biāo)尺的條碼像經(jīng)望遠(yuǎn)鏡、物鏡、調(diào)焦鏡、補(bǔ)償器標(biāo)尺的條碼像經(jīng)望遠(yuǎn)鏡、物鏡、調(diào)焦鏡、補(bǔ)償器的光學(xué)零件和分光鏡后，分成兩路：的光學(xué)零件和分光鏡后，分成兩路： 一路成像在線陣上，用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；一路

17、成像在線陣上，用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換； 另一路成像在分劃板上，供目視觀測(cè)。另一路成像在分劃板上，供目視觀測(cè)。 5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀三、拓普康數(shù)字水準(zhǔn)儀的相位法三、拓普康數(shù)字水準(zhǔn)儀的相位法電子水準(zhǔn)儀PPT課件相位法標(biāo)尺編碼有三種不同的碼條：表示參考碼，其中有三條mm寬的黑色碼條，每?jī)蓷l黑色碼條之間是一條1mm寬的黃色碼條，以中間的黑碼條的中心線為準(zhǔn)，每隔mm就有一組碼條重復(fù)出現(xiàn)。在每組碼條左邊mm處有一道黑色的碼條。在每組一參考碼的右邊1mm為一道黑色的碼條。每組碼條兩邊的和碼條的寬窄不相同。實(shí)際上 和 碼條的寬度是在1到 mm之間變化，這兩種碼包含了水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)的高度信息。其中碼條的周

18、期為600mm，碼條的周期為570 mm RRBBBAAP10mm5.4 5.4 電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀電子水準(zhǔn)儀PPT課件相位法標(biāo)尺編碼在標(biāo)尺長(zhǎng)度方向上就形成了亮暗強(qiáng)度按正弦規(guī)律周期變化的亮度波。在圖中條碼的上面畫出了波形?？v坐標(biāo)表示黑條碼的寬度，橫坐標(biāo)是標(biāo)尺的長(zhǎng)度。實(shí)線為碼的亮度波，虛線為碼的亮度波。由于和兩條碼變化的周期不同，也可以說和亮度波的波長(zhǎng)不同，在標(biāo)尺長(zhǎng)度方向上的每一位置上兩亮度波的相位差也不同。這種相位差就好象傳統(tǒng)水準(zhǔn)標(biāo)尺上的分劃，可由它標(biāo)出標(biāo)尺的長(zhǎng)度。只要能測(cè)出標(biāo)尺某處的相位差，也就可以知道該處到標(biāo)尺底部的高度，因?yàn)橄辔徊羁梢宰龅胶蜆?biāo)尺長(zhǎng)度一一對(duì)應(yīng)，即具有單值性，這也是適當(dāng)選擇兩亮度波的波長(zhǎng)的原因。在L-101C中，碼的周期為，碼的周期為，它們的最小公倍數(shù)為，因此在長(zhǎng)的標(biāo)尺上不會(huì)有相同的相位差。為了確保標(biāo)尺低端面，或說相位差分劃的端點(diǎn)相位差具有唯一性，和碼的相位在此錯(cuò)開了。 600mm570mmRA碼B碼5