[实用新型]光电式数字水准仪

说明书

本实用新型涉及水准仪。

水准仪是土木工程、路桥铺设、地质勘探、石油钻井、智能平台、机械加工、设备安装等领域不可缺少的重要工具。常用的水准仪有液面式、电阻式、电感式、应变式、悬挂式等，最常用的还是水泡水准仪，它具有结构简单，造价便宜，操作方便等优点，但精度较低，一般只能由人工观察读数，无法实现智能化自动测量和控制，传统的电子水准仪大多基于应变电感电容原理或热平衡原理，这类水准仪都无法实时给出倾斜角和倾斜方位，必须经过多次多方位测量以后才能综合给出，这往往不能满足平台调整和水平实时控制的需要。

本实用新型的目的是提出一种结构简单、成本低、精度高、能实时显示倾斜角度和方位的光电式数字水准仪。

本实用新型提供的光电式数字水准仪，包括水准探测器和信号处理及数显电路两部分，所说的水准探测器包括具有平整底板的轴向有容腔的柱体，在柱体的容腔内自上而下依次设有波片、底面透明的盛有液体的容器、正透镜、光电位置敏感探测器(简称PSD)和用于固定PSD的底座，在柱体的上端装置有与柱体轴线垂直的筒、该筒位于柱体轴线处有孔，筒内有光源和与柱体轴线成45°放置的反射镜，所说的信号处理及数显电路包括I/V信号转换电路、放大电路、A/D转换电路、单片机和显示器。PSD输出的电流信号由I/V信号转换器转换成电压信号，再由放大电路放大，A/D转换器将模拟信号转换成数字信号后输入单片机进行数据运算，单片机的输出与显示器相连。

通常，为缩短柱体的高度，减小水准仪的几何尺寸，可在正透镜和PSD之间设置负透镜。

测量时将光电式数字水准仪放在待测面上，圆筒光源发出的光经45°倾斜放置的反射镜反射，穿过筒上的孔并透过波片后入射液体，经液体折射后正透镜成象在位于透镜组焦平面的PSD上，当待测面水平时，入射光与液面垂直，光斑成象于PSD的中心，当待测面倾斜时，入射光与液面不垂直，光通过液体层时将发生偏折，于是光斑偏离PSD的中心，由于光通过液体后的折射角及偏折方向与被测面的倾斜角度及方位完全对应，所以PSD探测到的光斑位置信息就是被测面的倾斜角度及方位信息，PSD输出的电流信号经I/V信号转换电路将电流信号转换成电压信号和放大电路放大后，再由A/D转换电路将其转换成数字信号，输入单片机进行数据运算，计算求得的偏移量及倾角大小在显示器显示。从而可实现实时显示被测面的倾斜角度和方位。

以下结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1是本实用新型的一种具体结构示意图。

参照图1所示实例，本实用新型的光电式水准仪包括水准探测器和信号处理及数显电路两部分，其中水准探测器包括具有平整底板的轴向有容腔的柱体7，在柱体的容腔内自上而下依次设有波片3、底面透明的盛有液体的容器4、正透镜5、负透镜6、PSD8和用于固定PSD的底座9，此例中，容器4和正透镜5采用的是以正透镜为底的圆柱形容器整体结构，盛在容器4中的液体是透明油，在柱体的上端装置有与柱体轴线垂直的筒10、该筒位于柱体轴线处有孔11，筒内设有光源1和与柱体轴线成45°放置的反射镜2，光源可以是激光二极管或发光二极管。信号处理及数显电路包括I/V信号转换电路12、放大电路13、A/D转换电路14、单片机15和显示器16。PSD的输出引线从柱体引出与I/V信号转换电路12的输入端相连，I/V信号转换电路12的输出经放大电路13、A/D转换电路14输入单片机15，单片机15的输出接显示器16。A/D转换电路可以采用7135，单片机可以采用8031。

本实用新型以液面作为水平基准面，利用光通过液体时发生偏折，由PSD进行测量，其结构简单、成本低，由于PSD输出的是连续模拟电信号，其位置分辨率高，线性度好，因此测量精度高，同时能实时显示倾斜角度和方位。