电子水准仪i角自动化检测装置研究

李开伟

摘要：电子水准仪i角误差的传统检测方法较麻烦，不智能，本文旨在通过一种创新的自动化i角检测装置研究，使水准仪的i角检测实现自动化、智能化。

关键词：电子水准仪；i角误差；检测

由于电子水准仪的望远镜视准轴并不能保持完全的水平，总会与水准器轴在竖直面内存在一个较小的夹角，称之为电子水准仪的i角。当i角为零时，不会造成测量误差，但通常i角均不为零，因而会造成测量误差，i角越大，所造成的误差越大。因而在测量前，需要调整水准仪的i角，使其在误差允许范围内。i角的测量有多种方法，但是，传统测量方法存在以下问题：测量方法复杂、i角的计算过程复杂，效率低，导致前期的i角调整浪费大量时间；由于i角会受到外界环境的影响而变化，如温度、湿度和震动等的影响，因而每隔一段时间甚至每次使用水准仪之前，均需要进行i角校验，传统的i角测量方式已不适于快速校验的方式。本文提出一种水准仪i角检测装置，其测试过程简单，自动化控制，测试效率高，占用时间少，适于i角的快速校验，且测量精度高。

1 i角检测装置设计框架

i角检测装置设计图

本文设计一款i角检测装置包括滑动基座、操作平台、水准标尺、水准仪和横向伸缩杆（如上图）；所述滑动基座的底部设有滚轮，所述水准标尺垂直地固定于滑动基座上；所述操作平台的底部设有滚轮，所述水准仪固定于操作平台上；所述横向伸缩杆水平设置，且横向伸缩杆的一端与所述滑动基座固定连接，横向伸缩杆的另一端与所述操作平台固定连接。其中，滑动基座和操作平台底部的滚轮，便于二者的移动搬运；横向伸缩杆的设计是为了控制滑动基座的移动距离和移动方向。i角的测试方法是：控制滑动基座分别移动至距操作平台不同距离的两个点，分别读出滑动基座上水准标尺的读数，利用这两个距离数据和水准标尺的两次读数，即可换算i角。滑动基座内设有电机、控制电机的驱动控制模块、位移传感器以及第一无线通信模块；电机的输出轴与所述滑动基座底部的滚轮相连；驱动控制模块的信号输出端与所述电机的信号输入端相连，驱动控制模块、位移传感器均与第一无线通信模块通信连接。其中，通过电机自动控制滑动基座的移动，位移传感器用于实时测量滑动基座的位移。操作平台上设有触摸显示屏，操作平台内置单片机和第二无线通信模块；第二无线通信模块、触摸显示屏均与单片机通信连接；电子水准仪内置第三无线通信模块，第三无线通信模块与所述第二无线通信模块通信连接。

测试时，由触摸显示屏中输入滑动基座的位移，单片机接收该数据后转换成相应控制信号，通过无线通信模块发送给电机的驱动控制模块，以控制电机移动，位移传感器实时测试滑动基座的位移，当滑动基座移动至规定位移时，控制滑动基座停止移动，此时，电子水准仪测量水准标尺上的读数，且读数精确到0.01毫米，水准仪将读取的读数通过第三无线通信模块发送至第二无线通信模块，进而发送给单片机。该装置还包括纵向伸缩杆，垂直地固定于操作平台上，水准仪固定于纵向伸缩杆上。纵向伸缩杆的设计，以便于电子水准仪高度的调节。

2 i角检测测量原理

①选取水平的测试平面，将滑动基座10和操作平台20置于该测试平面上；选取水平的测试平面，是为了提高i角的测试精度。

②在触摸显示屏21中输入位移a分米，单片机22接收该数据后控制所述电机12运行，使滑动基座10移动a分米，利用电子水准仪40读取此时水准标尺30上的读数H1毫米；在移动过程中，位移传感器14实时测试滑动基座10的位移，并将测试的位移数据实时回传单片机22，当滑動基座10移动至规定位移a时，单片机22控制滑动基座10停止移动。

③在触摸显示屏21中输入位移b分米，单片机2接收该数据后控制所述电机12运行，使滑动基座10移动b分米，利用电子水准仪40读取此时水准标尺30上的读数H2毫米；在移动过程中，位移传感器14实时测试滑动基座10的位移，并将测试的位移数据实时回传单片机22，当滑动基座10移动至规定位移b时，单片机22控制滑动基座10停止移动。

④数据H1、H2和b均回传至单片机22中，单片机22根据如下公式计算水准仪的i角：

3 结语

利用本文所述设计的自动化、智能型电子水准仪i角检测装置进行水准仪的i角检测，改变了传统的水准仪i角检测途径，提高了检测精度，省时省力。本文的研究为水准仪i角检测装置及检测方法改革提供了参考。

参考文献：

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