電子水準儀課件

1、電子水準儀PPT課件測量工程與裝備系測量工程與裝備系: : 范范 百百 興興20212021年年1111月月2222日日電子水準儀PPT課件5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀 1987 1987年，徠卡推出了世界上第一臺數(shù)字水準儀年，徠卡推出了世界上第一臺數(shù)字水準儀NA2000NA2000，開始了水準測量的自動化開始了水準測量的自動化, ,主要數(shù)字水準儀主要數(shù)字水準儀及其原理如下及其原理如下: :1 1、相關法（威特、相關法（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、相關法相關法2 2（索佳（索佳SDL30SDL30） 國產(chǎn)數(shù)字水準儀可能會在今后兩年內誕生國產(chǎn)數(shù)字水準儀可能會在今后兩年內誕生. .電子水準儀PPT課件一、數(shù)字水準儀產(chǎn)品NA2000（世界第一）1990Sokkia SDL302002Leica DNA03/101994Topcon DL-101/102Trimble DiNi12/DiNi22Topcon DL-1035.4 5.4 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件主要特點主要特點: 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電子視場電子視場 補償器置平精度補償器置平精度 0.2 / 0.5 放大倍率放大倍率 32x / 26x主要賣點主要賣點: 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 視場視場 = 30cm缺點缺點: 笨大笨大 較小的顯示窗較小的顯示窗 (4x21字符字符) 稍有點重稍有點重 較較老式老式 無圓水準器的照明無圓水準器的照明 無標準電池的概念無標準電池的概念 用用Trimble儀器的儀器的PCMCIA卡才能測量卡才能測量5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件主要特點主要

4、特點: 0.6mm / 1.0mm/km 內部數(shù)據(jù)存貯內部數(shù)據(jù)存貯 (2000個點個點) 120的電子視場的電子視場 補償器置平精度補償器置平精度 0.3 放大倍率放大倍率 32x主要賣點主要賣點: 放大倍率放大倍率 測量時間短測量時間短 1.0 mm精度精度 120的視場的視場 價格低價格低缺點缺點: 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個字符個字符) 比較大比較大 無圓水準器照明無圓水準器照明 無標準電池概念無標準電池概念 只有內存只有內存/RS232 做一等水準差點做一等水準差點5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件主要特點主要特點: 0

5、.4mm / 1.0mm/km PCMCIA 卡數(shù)據(jù)存貯和內部數(shù)據(jù)存貯卡數(shù)據(jù)存貯和內部數(shù)據(jù)存貯 120的電子視場的電子視場 補償器置平精度補償器置平精度 0.3 / 0.5 放大倍率放大倍率 32x / 30 x主要賣點主要賣點: 字母數(shù)字輸入字母數(shù)字輸入 5m 標尺標尺 內存和內存和 PCMCIA卡卡 120的視場角的視場角 缺點缺點: 顯示窗小顯示窗小 (2x8字符字符) 卡槽位于電池倉后卡槽位于電池倉后 無圓水準器照明無圓水準器照明 無標準電池概念無標準電池概念 內存小內存小(51KB)、PCMCIA( 256KB) 卡存貯能力小卡存貯能力小5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀電子水準儀

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

7、帶有概略瞄準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)秀的光學系統(tǒng)優(yōu)秀的光學系統(tǒng)可定制的顯示屏可定制的顯示屏5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件中軸位置中軸位置的測量按鈕的測量按鈕分離的分離的 DATA 和和 ESC 鍵鍵分離的開關鍵分離的開關鍵 獨立的獨立的的定位鍵的定位鍵內存內存:6000 測量點或測量點或1650個測站的前后視個測站的前后視杰出的杰出的設計和外型設計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 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件DNA系列數(shù)字水準

8、儀原理系列數(shù)字水準儀原理物鏡物鏡調焦發(fā)送器調焦發(fā)送器補償器補償器補償器監(jiān)視補償器監(jiān)視CCD探測器探測器分劃板分劃板分光鏡分光鏡目鏡目鏡調焦透鏡調焦透鏡5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀一、相關法數(shù)字水準儀一、相關法數(shù)字水準儀電子水準儀PPT課件 水準標尺為偽隨機條水準標尺為偽隨機條碼，該條碼圖象已被存儲碼，該條碼圖象已被存儲在數(shù)字水準儀中作為參考在數(shù)字水準儀中作為參考信號。在條碼標尺上，最信號。在條碼標尺上，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。在標尺上共。在標尺上共有有20002000個基本碼，不同數(shù)個基本碼，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，就構成了寬窄不在一起，就構成了寬窄不同的碼條。同的碼條。 5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件 測量信號與參考信號進行比測量信號與參考信號進行比較的過程為較的過程為相關過程相關過程. . 先與標尺底部對齊，發(fā)現(xiàn)不相先與標尺底部對齊，發(fā)現(xiàn)不相同，然后往上移動一個步距（基同，然后往上移動一個步距（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，也就是最佳相關位置時，也就是最佳相關位置時， 讀數(shù)讀數(shù)就可以確定。就可以確定。 通過移動一個基本碼寬來得到通過移動一個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，進行精相關，就圍，減少步距，進行精相關，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 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件 二維相關法二維相關法q 以一定步距改變儀器內部參考信號的以一定步距改變儀器內部參考信號的“寬寬 窄窄”與與CCDCCD采集到的測量信號相比較采集到的測量信號相比較q 如果沒有相同的兩信號，如果沒有相同的兩信號， 則再改變則再改變 ，再，再 進行一維相關，進行一維相關， 直到信號相同為止。直到信號相同為止。q “ “寬窄寬窄”相同的兩信號相比較是求視線高相同的兩信號相比較是求視線高 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 二維相關之后視距就可以精確算出。二維相關之后視距就可以精確算出。 5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件相關法標尺及相關原理（4）由于標尺到儀器的距離不同，條碼在探測器上成像的“寬窄”也將不同，測量信號片段條碼的“寬窄”會變化，引起相關困難。徠卡數(shù)字水準儀采用二維相關法，以一定步距改變儀器內部參考信號的“寬窄”與CCD采集到的測量信號相比較，如果沒有相同的兩信號， 則再改變 ，再進行一維相關， 直到信號相同為止。參考信號的“寬窄”與視距是對應的?！皩捳毕嗤膬尚盘栂啾容^是求視線高的過程，在此二維相關中， 一維是視距， 另一維是視線高，二維相關之后視距就

12、可以精確算出。 5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件 可以想象從原始參考信號一步一步縮放比較的相關的計算量會很大， 使讀數(shù)時間過長。為了縮短讀數(shù)時間，徠卡數(shù)字水準儀內部設計有調焦移動量傳感器采集調焦鏡的移動量，由此可以反算出概略視距，初步可以確定物像比例。 對儀器內部的參考信號的“寬窄”進行縮放，使其接近探測器采集到的測量信號的“寬窄”，然后再進行二維相關。這樣可以減少的相關計算量使讀數(shù)時間縮短到秒以內。 調焦移動傳感器調焦移動傳感器5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件 偽隨機碼簡介偽隨機碼簡介 偽隨機碼屬于二進制碼，它的結構可以預先確定，偽隨機碼屬于二

13、進制碼，它的結構可以預先確定，并且可以重復產(chǎn)生和復制，另一方面它還具有隨機特并且可以重復產(chǎn)生和復制，另一方面它還具有隨機特性，即統(tǒng)計特性。這種碼用在數(shù)字水準儀中具有可以性，即統(tǒng)計特性。這種碼用在數(shù)字水準儀中具有可以在在1.81001.8100m m距離內使用相關法的特點。距離內使用相關法的特點。 標尺上的白碼條或黃碼條在標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，我們用二進制的流，在電路上為高電平，我們用二進制的“1”“1”表示，表示，相反黑碼條用相反黑碼條用“0”“0”表示。從條碼標尺上測量得到的表示。從條碼標尺上測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 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件蔡司蔡司Dini 10/205.4 5.4 電子水準儀電子水準儀二、幾何法數(shù)字水準儀二、幾何法數(shù)字水準儀電子水準儀PPT課件2、幾何法條碼標尺系列的標尺每劃分為一個測量間距，其中的碼條構成一個碼詞，每個測量間距的邊界由每個測量間距的邊界由黑白過渡線構成，其下邊界到標尺黑白過渡線構成，其下邊界到標尺底部的高度，底部的高度，可由該測量間距中的碼詞判讀出來，就象區(qū)格式標尺上的注記一樣I系列測量時，只利用中絲的上下兩邊各cm的標尺截距，也就是個測量間距

15、來計算視距和視線高。 5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件2、幾何法測量原理圖中Gi為某測量間距的下邊界，Gi+1為上邊界，它們在CD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上所占象素的個數(shù)可以由輸出的信號得知，因此可以算出i和i+1，也就是說i和i+1是計算視距和視線高的己知數(shù)。i和i+1在光軸之上方為負值，在光軸之下方取正值。如果在標尺上看，則是在光軸之上為正, 反之為負。 5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件幾何法測量原理為測量間距長（cm），用第個測量間距來測量時，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 是第個測量間距從標尺底部數(shù)起的序號，可由所屬碼詞判讀出來 5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件幾何法測量原理為了提高測量精度，系列取個測量間距平均來計算，也就是取標尺上中絲上下各的范圍，即個測量間距取平均來計算。 5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件3、相位法光路示意圖標尺的條碼像經(jīng)望遠鏡、物鏡、調焦鏡、補償器標尺的條碼像經(jīng)望遠鏡、物鏡、調焦鏡、補償器的光學零件和分光鏡后，分成兩路：的光學零件和分光鏡后，分成兩路： 一路成像在線陣上，用于進行光電轉換；一路

17、成像在線陣上，用于進行光電轉換； 另一路成像在分劃板上，供目視觀測。另一路成像在分劃板上，供目視觀測。 5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀三、拓普康數(shù)字水準儀的相位法三、拓普康數(shù)字水準儀的相位法電子水準儀PPT課件相位法標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，每兩條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，每隔mm就有一組碼條重復出現(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測量時的高度信息。其中碼條的周

18、期為600mm，碼條的周期為570 mm RRBBBAAP10mm5.4 5.4 電子水準儀電子水準儀電子水準儀PPT課件相位法標尺編碼在標尺長度方向上就形成了亮暗強度按正弦規(guī)律周期變化的亮度波。在圖中條碼的上面畫出了波形?？v坐標表示黑條碼的寬度，橫坐標是標尺的長度。實線為碼的亮度波，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不同，在標尺長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)水準標尺上的分劃，可由它標出標尺的長度。只要能測出標尺某處的相位差，也就可以知道該處到標尺底部的高度，因為相位差可以做到和標尺長度一一對應，即具有單值性，這也是適當選擇兩亮度波的波長的原因。在L-101C中，碼的周期為，碼的周期為，它們的最小公倍數(shù)為，因此在長的標尺上不會有相同的相位差。為了確保標尺低端面，或說相位差分劃的端點相位差具有唯一性，和碼的相位在此錯開了。 600mm570mmRA碼B碼5