托普康高精度水准仪特价优惠

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电子水准仪具有测量速度快、读数客观、能减轻作业劳动强度、精度高、测量数据便于输入计算机和容易实现水准测量内外业一体化的特点,因此它投放市场后很快受到用户青睐。

国外的低精度高程测量盛行使用各种类型的激光定线仪和激光扫平仪。因此电子水准仪定位在中精度和高精度水准测量范围,分为两个精度等级,中等精度的标准差为:1.0-1.5mm/km,高精度的为:0.3-0.4mm/km。[1]

下面我来介绍“DL101C数字水准仪工作原理”总结观测经验为该仪器投入生产使用打下基础。

拓普康电子水准仪DL-101C/102C采用相位法。标尺的条码象经望远镜、物镜、调焦镜、补偿器的光学零件和分光镜后,分成两路,一种成象在CCD线阵上,用于进行光电转换,另一路成象在分划板上,供目视观测。

标尺上有三种不同的码条。R表示参考码,其中有三条形码2mm宽的黑色码条,每两条黑色码条之间是一条1mm宽的黄色码条。以中间的黑码条的中心线为准,每隔30mm就有一组R码条重复出现。在每组R码条左边10mm处有一道黑色的B码条。在每组参考码R的右边10mm处为一道黑色的A码条。每组R码条两边的A和B码条的宽窄不相同,实际上A和B码条的宽度是在0到10mm之间变化,这两种码包含了水准测量时的高度信息。仪器设计时有意安排了它们的宽度按正弦规律变化。其中A码条的周期为600mm,B码条的周期为570mm。当然,R码条组两边的黄码条宽度也是按正弦规律变化的,这样在标尺长度方向上就形成了亮间强度按正弦规律周期变化的亮度波。纵坐标表示黑条码的宽度,横坐标是标尺的长度。实线为A码的亮度波,虚线为B码的亮度波。由于A和B两条码变化的周期不同,也可以说A和B亮度波的波长不同,在标尺长度方向上的每一位置上两亮度波的相位差也不同。这种相位差就好象传统水准标尺上的分划,可由它标出标尺的长度。只要能测出标尺某处的相位差,也就知道该处到标尺底部的高度,因为相位差可以做到和标尺长度一一对应,即具有单值性,这也是适当选择两亮度波的波长的原因。在DL-101C中,A码的周期为600mm,B码的周期为570mm,它们的***小公倍数为11400mm,因此在3m长的标尺上不会有相同的相位差。为了确保标尺底端面,或说相位差分划的端点相位差具有性,A和B码的相位在此错开了∏/2。

当望远镜照准标尺后,标尺上某一段的条码就成象在线阵CCD上,黄条码使CCD产生光电流,随条码宽窄的改变,光电流强度也变化。将它进行模数转换(A/D)后,得到不同的灰度值。标尺上某小段成象到CCD上经A/D转换后,得到的不同灰度值(纵坐标),横坐标是CCD上象素的序号,当灰度值逐一输出时,横轴就代表时间了。从横坐标标记的数字判断,仪器采用了512个象素的线阵CCD。

如何从上述测量信号中求出A和B两亮度波的相位差呢?下文用测量人员容易理解的方式来说明。设想图纵坐标的灰度值就是表示亮度大小的十进位数字,而且横坐标尺寸已放大到和标尺尺寸一致。我们用一波长为600mm的正弦曲线去与图中的离散灰度值曲线拟合,就可以得到A波的振幅和初相位。再用波长为570mm的正弦曲线与图中的曲线相拟合,就可以得到B波的振幅和初相位。我们对振幅不太感兴趣,因为随着标尺上的照度不同,而且振幅在不同次数的测量中也不同,对我们求视线高无关紧要。我们求出的A和B两亮度波的初相位之差就是高度数据。不过这是与CCD上个象素对应的位置到标尺底端面的高度。我们不难把它换算成CCD中点象素上的相位差,这就好象是中丝读数。

象上述那样人工处理测量信号是很麻烦的,而且很费时间。在DL系列中则采用快速傅里叶变换(FFT)计算方法将测量信号在信号分析器中分解成三个频率分量。由A和B两信号的相位求相位差,即得到视线高读数。这只是初读数。因为视距不同时,标尺上的波长与测量信号波长的比例不同。虽然在同一视距上A和B的波长比例相同,可以求出相位差,或说视线高,但是可以想象其精度并不高。

R码是为了提高读数精度和求视距而安排的。设两组R码的间距为P(=30mm),它在CCD行阵上成象所占的象素个数为Z,象素宽为b(=25µm),则P在CCD行阵上的成象长度为I=Z·b

Z可由信号分析中得出,b是CCD光敏窗口的宽度,因此I和P都为已知数据。根据几何光学成象原理,可以象传统仪器用视距丝测量距离的视距测量原理一样求出视距:D=P/I·f

式中f是望远镜物镜的焦距,同时还可以求出物象比

A=P/I

于是将测量信号放大到与标尺上的一样时,再进行相位测量,就可以精确得出相位差,即视线高。

托普康DL-101C型数字水准仪操作简捷,使用方便,自动记录观测数据,减少劳动强度,各项技术指标均满足《国家一、二等水准测量规范》的规定,可用于一、二等水准测量。