[实用新型]旋转激光平面定位器

说明书

本实用新型涉及一种定位器。特别涉及一种可以测定由旋转激光发射器发出的激光束在远处扫出的光轨迹中心线位置的光平面定位器。

旋转激光发射器的核心是一个半导体激光器，发出的激光束垂直于旋转轴，旋转使激光束在空间形成一个光平面。这个光平面不论其半径多大，空间取向如何，都不弯曲、不变形。以光平面作为基准面，测定在光平面法线方向各空间点之间的相对距离，有很大实用价值。但半导体激光器发出的激光束有一定发散角，激光束直径随发射距离的增大而增大。根据市场上已有的旋转激光接收器产品的性能说明书可以看出，各种激光接收器都以测量光斑位置为手段，使得作为基准面的光平面定位误差与光斑直径成比例，致使测量误差随检测点到激光发射器之间的距离增大而增大，使得旋转激光发射器的用途受到限制。

本旋转激光平面定位器可测出旋转激光发射器在检测点扫出的光轨迹中心线的位置，使得光平面的定位误差与光斑的直径无关，从而与检测点到激光发射器之间的距离无关。这样，在旋转激光平面定位器允许的最大测量范围内可以得到，其误差与检测点到旋转激光发射器之间距离无关的、对于作为基准面的光平面的精确定位。正是由于要求光平面的定位误差限制在某个与距离无关的固定范围内，本旋转激光平面定位器电路结构采取了后面所述的技术措施，保证了本定位器在各检测点的定位误差值小于1mm。这就使得本定位器可以部分代替经纬仪和普通水准仪的工作。因为经纬仪的最小角度测量误差为±7″，在这个角误差下30米处垂直于视线方向的长度测量误差为2mm；而即使在150m或更远，只要在测量范围内，本定位器对光平面两侧各点之间的距离测量误差总可以做到不超过1mm。

为了实现上述目的，本实用新型在电路上采用两个独立的信号通道A、B，如图一所示。每个信号通道的最前端都是光电传感器，两个信号通道的光电传感器在空间上作直线排列，联结两个光电传感器的直线平行于定位器的竖向中心线。在测量时使得两个光电传感器的联结线方向平行于光平面的法线方向。光电传感器A1、B1将旋转激光发射器扫入的脉冲激光信号变为脉冲电流信号；脉冲电流信号经电流电压转换器A2、B2变换成脉冲电压信号；这个脉冲电压信号经电压放大器A3、B3放大后进入比较器A4、B4，比较器的输出信号再送入跳变检测器A5、B5作跳变检测，跳变检测器检测出的阈值以上跳变信号使各自的单稳态电路A6、B6动作并保持一定时间，再将这个保持了一定时间的跳变信号送入微处理器7进行信号处理。本装置采用高性能、带有内部只读存储器的微处理器进行信号处理。信号处理程序的流程图如图二所示。

为了在整个测量范围内，各种距离的检测点上，将光平面的定位误差降到1mm以下并固定在这个范围内，采取了以下技术措施：

本实用新型采用不易饱和的光电池作光电传感器，接收从旋转激光发射器扫来的脉冲激光信号。因为光电池的输出电流与入射光的光强及受光面积成正比。在设计中，细致安排光电信号通道的放大倍数，使得上述光电传感器输出的脉冲信号达到某个设定的阈值以上，这个阈值以上的脉冲信号引发跳变检测器跳变，并输出跳变信号。微处理器接到某个信号通道送来的跳变信号后，用声和光(红色发光二极管发出的光)信号指示这个光电信号通道的光电池收到了激光信号。因为输入跳变检测器的脉冲信号幅值在设定的阈值以下时，跳变检测器不发生跳变，适当提高此阈值，可以提高光电接收器的抗干扰能力。

本实用新型的光电信号通道中采用了比较电路，这个电路灵敏度高，易于设定跳变阈值，阈值两侧状态有快速的跳变，且稳定性好，工作可靠，能以最小的代价得到需要的放大倍数，从而使电路简化。

本实用新型为了保证在整个测量范围内、各种距离的检测点上，把光平面的定位误差保持在一个较小数值以内，采取了放置在一条直线上的两组光电池是可以运动的结构，两组光电池同时等距地相向运动或是相背运动，相向运动时，两组光电池之间的距离缩小，最小距离为零，在两个光电池之间距离为零的位置做一条刻线，作为中心线位置的指示标志；相背运动时，两组光电池之间的距离增大，光电池之间的最大距离也就是可测量的最大光斑直径，它对应于旋转激光平面定位器对旋转激光发射器的最远检测点。这时扫来的激光光斑应正好位于两个光电池的正中间，两个光电池上的受光面积相等，并且两个光电池的输出电流都略大于跳变检测器的跳变阈值。