本實(shí)用新型涉及大地測(cè)量及工程測(cè)量領(lǐng)域的水準(zhǔn)測(cè)量裝置，尤其是一種可提高水準(zhǔn)測(cè)量精度、可靠性及效率的水準(zhǔn)儀i角監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量裝置是由一個(gè)水準(zhǔn)儀和兩個(gè)水準(zhǔn)標(biāo)尺組成。水準(zhǔn)儀由物鏡、調(diào)焦透鏡、水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器、分光鏡、十字絲分劃板、目鏡、電子讀數(shù)器和顯控終端組成。測(cè)量時(shí)先將兩個(gè)水準(zhǔn)標(biāo)尺分別垂直安置于地面上的A、B兩點(diǎn)，再將水準(zhǔn)儀設(shè)置在A、B兩點(diǎn)的中間位置，利用整平后水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸（即十字絲交點(diǎn)與物鏡光心的連線）提供的水平視線分別照準(zhǔn)讀取兩個(gè)水準(zhǔn)標(biāo)尺的標(biāo)高數(shù)值，所測(cè)標(biāo)高數(shù)值之差即為地面A、B兩點(diǎn)的水準(zhǔn)高差，若已知其中一點(diǎn)的高程，即可由高差推算出另一點(diǎn)的高程。由于受儀器制造工藝及大氣環(huán)境等因素影響，使得觀測(cè)時(shí)的望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸與水平面之間存在一個(gè)夾角，測(cè)量領(lǐng)域俗稱為i角。

由于i角的大小直接影響到水準(zhǔn)測(cè)量的精度、穩(wěn)定性和可靠性，目前為保證水準(zhǔn)測(cè)量精度，通常采用如下措施：（1）每天水準(zhǔn)測(cè)量前需測(cè)定并調(diào)整i角，使水準(zhǔn)儀的i角小于水準(zhǔn)測(cè)量等級(jí)限差（例如中國標(biāo)準(zhǔn)：一、二等水準(zhǔn)測(cè)量i角限差為15秒；三、四等水準(zhǔn)測(cè)量i角限差為20秒）；（2）測(cè)量時(shí)使水準(zhǔn)儀距兩個(gè)水準(zhǔn)標(biāo)尺的水平距離相等或大致相等、以消除或減弱i角的影響，但是現(xiàn)有措施存在著測(cè)量工作效率低及測(cè)量精度低的問題。每天水準(zhǔn)測(cè)量前測(cè)定并調(diào)整i角，往往耗費(fèi)測(cè)量人員大量的精力和時(shí)間，測(cè)量工作效率較低；每天的水準(zhǔn)測(cè)量過程中并不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)i角的變化，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果精度降低；如發(fā)現(xiàn)測(cè)量精度低且要保證測(cè)量精度，只能放棄已測(cè)成果，重新測(cè)定并調(diào)整i角后，再從起點(diǎn)至終點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)重測(cè)，使得測(cè)量工作效率降低。事實(shí)上，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)i角的變化是困擾人類水準(zhǔn)測(cè)量界的一大難題，同時(shí)也是制約智能化水準(zhǔn)測(cè)量的一大技術(shù)障礙。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，提供一種可提高水準(zhǔn)測(cè)量精度、可靠性及效率的水準(zhǔn)儀i角監(jiān)測(cè)裝置。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：一種水準(zhǔn)儀i角監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于：設(shè)有水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸姿態(tài)信號(hào)傳感器及水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器自由擺體位移信號(hào)傳感器，所述水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸姿態(tài)信號(hào)傳感器及水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器自由擺體位移信號(hào)傳感器的輸出均與數(shù)據(jù)處理及控制器相接，數(shù)據(jù)處理及控制器的輸出通過報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路與報(bào)警裝置相接；所述水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器自由擺體位移信號(hào)傳感器是可設(shè)置在水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器自由擺體相對(duì)面的第一光源及第一圖像采集裝置。

所述水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸姿態(tài)信號(hào)傳感器是設(shè)有管式水準(zhǔn)泡，第二光源及水準(zhǔn)泡圖像采集裝置分別設(shè)置在管式水準(zhǔn)泡的上下相對(duì)兩側(cè)。

所述水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸姿態(tài)信號(hào)傳感器是管式電子水準(zhǔn)泡。

所述水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸姿態(tài)信號(hào)傳感器是傾角傳感器。

本實(shí)用新型通過對(duì)水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水準(zhǔn)儀i角變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)水準(zhǔn)儀的i角變化超出預(yù)定的閾值，則自動(dòng)報(bào)警。測(cè)量員根據(jù)警示可停止測(cè)量并重新測(cè)定、調(diào)整i角，或不停止測(cè)量而由水準(zhǔn)儀顯控終端自動(dòng)對(duì)i角變化造成的影響進(jìn)行數(shù)值改正，保證了測(cè)量精度。因此，本實(shí)用新型無需每天測(cè)定并調(diào)整i角，避免了因i角變化而導(dǎo)致從起點(diǎn)至終點(diǎn)進(jìn)行的重測(cè)，節(jié)省了人力、物力，極大地提高了水準(zhǔn)測(cè)量的作業(yè)精度和工作效率，同時(shí)也提升了水準(zhǔn)儀的智能化水平。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1、2、3的電路原理框圖。

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1、2、3的方法流程圖。

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4、5、6是本實(shí)用新型實(shí)施例1的安裝示意圖。

圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

電路原理框圖如圖1所示：設(shè)有水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸姿態(tài)信號(hào)傳感器及水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器自由擺體位移信號(hào)傳感器，所述水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸姿態(tài)信號(hào)傳感器及水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器自由擺體位移信號(hào)傳感器的輸出均與數(shù)據(jù)處理及控制器8相接，數(shù)據(jù)處理及控制器8的輸出通過報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路9與報(bào)警裝置10相接。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示：設(shè)有帶開口的殼體11，在殼體11上的開口側(cè)固定有由第一光源1（LED）及第一圖像采集裝置2（CCD）構(gòu)成的水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器自由擺體位移信號(hào)傳感器，在殼體11的其它位置固定有管式水準(zhǔn)泡3，管式水準(zhǔn)泡3上方（下方）設(shè)有第二光源4（LED），管式水準(zhǔn)泡3下方（上方）設(shè)有水準(zhǔn)泡圖像采集裝置5（CCD）。管式水準(zhǔn)泡3為現(xiàn)有技術(shù)，即有封閉的玻璃管，玻璃管的內(nèi)壁在縱向磨成圓弧形，在玻璃管內(nèi)盛酒精或乙醚或者兩者混合的液體并留有一氣泡，玻璃管表面刻有間隔為2mm（或1mm）的分劃線，分劃的中點(diǎn)稱零點(diǎn)，整平時(shí)需要調(diào)整至氣泡的中心點(diǎn)與零點(diǎn)重合時(shí)（即氣泡居中）。第二光源4（LED）的光線照射在管式水準(zhǔn)泡3上，使水準(zhǔn)泡圖像采集裝置5（CCD）可采集顯示氣泡位置的清晰圖像。第一圖像采集裝置2及第二圖像采集裝置5的輸出均與數(shù)據(jù)處理及控制器8（單片機(jī)）相接。

安裝時(shí)，通過連接件將殼體11固定在水準(zhǔn)儀水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器外殼或水準(zhǔn)儀基座殼體上，并使殼體11上的開口側(cè)面向水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器的自由擺體，使第一光源1能夠照射到自由擺體，而第一圖像采集裝置2能夠采集到自由擺體的移動(dòng)位置。安裝方式可如圖4、5所示，將本實(shí)用新型安裝在水準(zhǔn)儀水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器21外殼或水準(zhǔn)儀20基座殼體的上方。

當(dāng)然，也可以將管式水準(zhǔn)泡3、第二光源4（LED）、水準(zhǔn)泡圖像采集裝置5（CCD）及數(shù)據(jù)處理及控制器8置于另一殼體12內(nèi)，分別將兩個(gè)殼體安裝在水準(zhǔn)儀水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器外殼和的水準(zhǔn)儀基座殼體上（如圖6所示）。

操作方法如下：

（1）首先按現(xiàn)行方法對(duì)初始i角大小進(jìn)行測(cè)定與調(diào)整。

（2）然后對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例1進(jìn)行初始標(biāo)定。即同時(shí)開啟水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸姿態(tài)信號(hào)傳感器及水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器自由擺體位移信號(hào)傳感器，然后使管式水準(zhǔn)泡的氣泡由前（或后）端移動(dòng)至后（前）端，并將水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸姿態(tài)信號(hào)傳感器及水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器自由擺體位移信號(hào)傳感器測(cè)得的系列信號(hào)數(shù)值經(jīng)數(shù)據(jù)處理及控制器8建模分析后，作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)信息進(jìn)行儲(chǔ)存。

（3）i角變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)方法流程如圖2所示：由第二圖像采集裝置5采集的水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸姿態(tài)信號(hào)（水準(zhǔn)氣泡的位置）及由第一圖像采集裝置2采集的水平視線自動(dòng)補(bǔ)償器自由擺體位移信號(hào)（擺體的位置）送至數(shù)據(jù)處理及控制器8，數(shù)據(jù)處理及控制器8將所采集的信號(hào)與所存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)信息進(jìn)行對(duì)比（通過程序軟件實(shí)現(xiàn)），判斷是否超出閾值？否，則繼續(xù)采集信號(hào)……，是，則表明i角已變化，驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置10報(bào)警。同時(shí)，可由水準(zhǔn)儀的顯控終端自動(dòng)進(jìn)行i角數(shù)值改正。

實(shí)施例2：

如圖7所示：與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)基本相同，所不同的是水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸姿態(tài)信號(hào)傳感器采用現(xiàn)有的電子水準(zhǔn)泡（電阻式、電容式、電感式及光電式）6，安裝在水準(zhǔn)儀上，第一圖像采集裝置2與電子水準(zhǔn)泡6的輸出與數(shù)據(jù)處理及控制器8相接。

使用工作過程同實(shí)施例1。

實(shí)施例3：

如圖8所示：與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)基本相同，所不同的是水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸姿態(tài)信號(hào)傳感器采用現(xiàn)有的傾角傳感器7，如MEMS高精度傾角傳感器（芬蘭VTI公司的SCA103T-D04）等，水平安裝在水準(zhǔn)儀上，第一圖像采集裝置2與傾角傳感器7的輸出與數(shù)據(jù)處理及控制器8相接。傾角傳感器靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)輸出的值為重力加速度g在各方向的分量轉(zhuǎn)化成的電壓值，當(dāng)水準(zhǔn)儀角度發(fā)生變化時(shí)，重力加速度g在各個(gè)方向的分量發(fā)生改變，使輸出的電壓值變化，即是水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸水平狀態(tài)傳感信號(hào)。

使用工作過程同實(shí)施例1。