[发明专利]一种液体表面反射式双轴光电水平仪及方法

权利要求书

1.一种消除激光束角度漂移误差影响的方法，基于液体表面反射式双轴光电水平仪，包括光路结构和双位置敏感探测器同步信号采集处理电路，所述光路结构由激光器(1)、第一扩束透镜(2)、分光镜(3)、第二扩束透镜(4)、反射液体(5)、聚焦透镜(6)、第一位置敏感探测器(7)和第二位置敏感探测器(8)组成，所述激光器(1)、第一扩束透镜(2)、分光镜(3)、第二扩束透镜(4)、和反射液体(5)从上到下依次设置，所述第一位置敏感探测器(7)设置于分光镜(3)一侧，分光镜(3)另一侧依次设有聚焦透镜(6)和第二位置敏感探测器(8)；

激光器(1)发出激光，一部分光经过第一扩束透镜(2)、透过分光镜(3)、再经过第二扩束透镜(4)达到扩束效果，最终照射在反射液体(5)上，安装时第一扩束透镜(2)的像方焦点与第二扩束透镜(4)的物方焦点重合于F点，以使扩束后激光的发散角变小；另一部分光经过第一扩束透镜(2)、在分光镜(3)处反射、再经过聚焦透镜(6)照射至第二位置敏感探测器(8)上，第二位置敏感探测器(8)用于测量激光束漂移角度φ；照射在反射液体(5)上的激光一部分光经过分光镜(3)反射照在第一位置敏感探测器(7)上，调节第一位置敏感探测器(7)的位置，第一位置敏感探测器(7)上光点的位置与F点关于分光镜(3)共轭，以保证第一位置敏感探测器(7)上的光点形状最小，从而受激光光强波动影响最小；第一位置敏感探测器(7)用于测量水平仪倾角θ并受激光束漂移角度φ的影响；所述双位置敏感探测器同步信号采集处理电路包括第一信号采集板(15)、第二信号采集板(16)和主板(23)，第一信号采集板(15)上设有依次相连的第一位置敏感探测器(7)、第一跨阻放大电路(9)、第一低通滤波电路(11)和第一模拟数字转换电路(13)，第二信号采集板(16)上设有依次相连的第二位置敏感探测器(8)、第二跨阻放大电路(10)、第二低通滤波电路(12)和第二模拟数字转换电路(14)；所述主板(23)上设有第一二级单片机(17)、第二二级单片机(18)、一级单片机(19)、按键(20)、屏幕(21)和串口通讯电路(22)，所述第一模拟数字转换电路(13)和第二模拟数字转换电路(14)分别通过信号屏蔽线与所述第一二级单片机(17)和第二二级单片机(18)连接，所述第一二级单片机(17)、第二二级单片机(18)、按键(20)、屏幕(21)和串口通讯电路(22)均与一级单片机(19)连接，其特征在于，包括以下步骤：

a.当水平仪只有倾角θ时，第一位置敏感探测器上光点由位置p₁移动到位置p₁'，第二位置敏感探测器上光点位置不变；倾角θ用式(1)表示，其中，|p₁p₁'|为光点位置p₁与位置p₁'之间的距离，f₂为第二扩束透镜的焦距：

b.当水平仪只有激光束漂移角度φ时，第一位置敏感探测器上光点由位置p₁移动到位置p₁，第二位置敏感探测器上光点由位置p₂移动到p₂；引入误差角度α，α用式(2)表示，其中，|FF|表示点F与点F之间的距离，F表示水平仪只有激光束漂移角度时激光束经第一扩束透镜的聚焦位置，f₁为第一扩束透镜的焦距，f₂为第二扩束透镜的焦距：

c.通过第二位置敏感探测器可单独测出激光束漂移角度φ，由几何关系知激光束漂移角度φ用式(3)表示，其中，|p₂p₂|为光点位置p₂与位置p₂之间的距离，l₁是第一扩束透镜像方焦平面与聚焦透镜物方主面的距离，l₂为聚焦透镜像方主面与第二位置敏感探测器的距离，f₁为第一扩束透镜的焦距：

d.实际使用水平仪时，第一位置敏感探测器上光点由位置p₁移动到位置p₁'，第二位置敏感探测器上光点由位置p₂移动到p₂，第一位置敏感探测器的测量结果θ'受水平仪倾角θ与激光束漂移角度φ的共同影响，用式(4)表示，第二位置敏感探测器的测量结果仅受激光束漂移角度φ的影响，可通过第二位置敏感探测器消除激光束漂移角度φ的影响

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