数字水准仪产品及原理介绍.ppt

数字水准仪的工作原理，JLXZT，测量工程与设备部，欢迎朋友，第一，数字水准仪产品，索卡SDL 30，Trimble Dini 12/Dini 22，topcon dl-103，第二，竞争对手-TrimbleDiNi12/DiNi22， 主要功能：0.3毫米/0.7毫米/千米PCMCIA数据存储(DINI2)或在线数据存储(DINI22)静态30厘米电子视场补偿器调平精度0.2/0.5放大倍数32倍/26倍主要卖点：字母和数字键盘线调整精度0.3毫米视场=30厘米缺点：愚蠢的大和小显示窗口(4x21字符)比没有标准电池的照明概念稍重仅用于老式圆形水平测量主要特点：0.8毫米/1.0毫米/公里内部数据存储(2000点)120 电子视野补偿器展平精度0.3倍放大倍数32倍主要卖点：0倍放大倍数测量时间短1.0毫米精度120 视野价格低缺点：0键少无字母数字键盘显示少(4x21字符)大型非圆形水平照明和非标准电池的概念仅是内存/RS23，而竞争对手-TopCondl-101/1000 主要功能：0.4 mm/1.0 mm/km PCMCIA卡数据存储和内部数据存储120 电子现场补偿器调平精度0.3/0.5放大倍数32x/30 x主要卖点：字母数字输入5m比例内存和PCMCIA卡120 现场角度缺陷：显示窗口小(2x8个字符)卡槽位于电池仓后面，没有圆形水平仪、照明、无标准电池概念内存(51KB)、PCMCIA(256KB卡存储容量，竞争对手-第二大存储容量。闪存。PCMCIA卡插槽。RS232接口。易于抬起和移动。缩短学习时间。快速、简便的数据存储，无线缆，可处理大型任务。数据的长期存储不需要电力。在现场和办公室之间传输数据很容易。可以添加外部数据收集器。功能，优点，LeicaDNA03/10功能和优点2，8行24字符大屏幕显示车载程序功能用户键。程序密钥。液晶屏加热，易于阅读。减少了外部计算。快速输入用户定义的操作、在线程序和编码功能。可以在寒冷的条件下继续工作。3、双面无限微螺旋、DIA型圆形水平仪(带照明)、带轮廓瞄准器的固定手柄、低能耗电池、字母数字键盘、RS232接口、PCMCIA卡、卓越的光学系统、可定制的显示屏、4、轴位置测量按钮、单独的数据和电子稳定控制键、单独的开关键、独立的定位键、33366000个测量点或存储器中1650个测量站的前视图和后视图宽液晶显示屏，可变数据输出格式，可实时调用应用程序和功能机，应用简单，操作方便，在线操作管理可根据本地要求改变显示内容，用户可定义数据输出格式。 DNA系列软件-摘要，DNA系列的外部特征，显示内容可按层定制，名称和过程固件可升级仪器软件接口通过PCMCIA卡上传输出数据，4。数字水准仪原理，1。相关方法(Witna NA2000，Leican03/10)2。几何方法(蔡司DINI10/20)3。相位法(Topcon DL101C/102C)。1.相关法-仪器光路示意图，莱卡德纳系列数字水准仪采用相关法，相关法-标尺和相关原理(1)，与徕卡数字水准仪匹配的标尺为伪随机条形码，条形码图像已作为参考信号存储在数字水准仪中。在条形码标尺上，最窄的条形码是2.025毫米(黑色、黄色或白色)，这被称为基本代码宽度。标尺上有2000个基本码(4.05米刻度)，不同数量的相同颜色的基本码连接在一起形成不同宽度的条码。相关法标度和相关原理，测量信号与参考信号进行比较，这就是相关过程，称为相关。例如，首先与标尺底部对齐并找出差异，然后向上移动一步(基本代码宽度)，然后进行比较，直到两个代码相同，或者直到两个信号相同，即最佳相关位置，即可确定读数。该数字为0.116米。为了比较精度，移动基本代码宽度是不够的，但它可以用作粗略相关过程以获得粗略读数。然后在粗读数上下选择一定范围，减小步距，并进行精细相关，以获得足够精度的读数。相关方法标度和相关原理(3)。由于标尺和仪器之间的距离不同，检测器上条形码成像的“宽度”也会不同，用于测量信号段的条形码的“宽度”也会改变，从而导致相关的困难。徕卡数字水准仪采用二维相关方法，以一定的步长改变仪器内部参考信号的“宽度”，并将其与由CCD采集的测量信号进行比较。如果没有相同的两个信号，则再次改变并执行一维相关，直到信号相同。参考信号的“宽度”对应于视距。比较具有相同“宽度”的两个信号是找到视线高度的过程。在这个二维关联中，一个维度是视线，另一个维度是视线高度。经过二维相关，视线可以精确计算。相关方法-标度和相关原理(4)。由于标尺和仪器之间的距离不同，检测器上条形码成像的“宽度”也会不同，用于测量信号段的条形码的“宽度”也会改变，从而导致相关的困难。徕卡数字水准仪采用二维相关方法，以一定的步长改变仪器内部参考信号的“宽度”，并将其与由CCD采集的测量信号进行比较。如果没有相同的两个信号，则再次改变并执行一维相关，直到信号相同。参考信号的“宽度”对应于视距。比较具有相同“宽度”的两个信号是找到视线高度的过程。在这个二维关联中，一个维度是视线，另一个维度是视线高度。经过二维相关，视线可以精确计算。相关方法-标度和相关原理(5)，移动一个基本代码宽度来比较准确度是不够的，但是可以用作粗略相关过程来获得粗略读数。然后在粗读数上下选择一定范围，减小步距，并进行精细相关，以获得足够精度的读数。相关法聚焦运动传感器，可以想象从原始参考信号逐级缩放比较的相关计算量会很大，使读取时间太长。为了缩短读取时间，徕卡数字水准仪内部设计了一个聚焦运动传感器来采集聚焦透镜的运动，从而可以反算出近似的视距，初步确定物像比。仪器内部参考信号的“宽度”被缩放至接近检测器收集的测量信号的“宽度”，然后执行二维相关。这可以将相关计算减少80%，并将读取时间缩短至4秒以下。电荷耦合器件是一种移位寄存器，由按照一定规则排列的金属氧化物半导体电容器阵列组成。线阵CCD长约6.5毫米，由256个中心距为25 m的光电二极管组成。它的光敏窗口宽度为25 m。光敏窗口也称为像素。相关方法-引入伪随机码。伪随机码属于二进制码，其结构可以预先确定，并可以重复生成和复制。另一方面，它也具有随机特征，即统计特征。全球定位系统中的载波是由这个伪随机码调制的。代码由线性移位寄存器生成。该代码用于数字电平，其特点是在1.8-100米的距离内可以使用相关法。标尺上的白色条或黄色条在电荷耦合器件上产生光电流，这在电路上是高电平。我们使用二进制“1”来表示它，而黑色条使用“0”。从条形码标尺测量的徕卡仪器的参考代码序列为： p =110100011011111011111100011110111.01000001001100110101，相关方法-相关函数，假设望远镜从条码标尺截取的条码段经电子元件处理后得到的测量码序列为： q =100011011111011111011，相关函数表示为：其中：n为测量码序列中的符号数；I=1，2，n是测量代码序列中符号的序列号；表示模二和运算。T=0，1，2，m-n-1是移位相关的数量，并且步长距离是作为参考符号数量的一个符号m；表示两个序列中相同元素的总和减去不同元素的总和。相关系数表示为：相关方法-相关示例，模2和的运算规则如下：00=101=010=011=1，设置t=0， p =110100011011111110111111 q =10001101111011111000相关函数序列 r =1010001111011011000相关函数r0=11-10=1相关系数0.q=100011011111101111000 r=1101000101110110101010111001，相关方法-相关示例，设置t=1， p =101000101111101111110 q =100011111110111000 r =1101000100101110110110101101011011011011011011010110111011101 条形码段的下边界到标尺的下端：h=bt=2.0253=6.75(mm)，相关方法是二维相关，徕卡数字水准仪的数值处理基于相关原理。 这是为了将仪器的“已知”代码(即公式(1-2)中所示的二进制代码)与处理后阵列传感器上的标尺条形码成像形成的测量信号进行比较。数字水准仪使用相关方法时需要优化的两个参数是“视线高度”和“物像比”。仪器的视线高度由线性传感器CCD上标尺的条形码图像的上下位移来表示。另一方面，标尺上的条形码与物体图像的比率取决于从仪器到标尺的距离，或者物体图像比率是视线距离的函数。因此，在徕卡数字水准仪中，二维离散相关系数是：其中PQ是q和p之间的相关系数；Q (y)是测量信号；P (d，y-h)是参考信号。d是视距；h是视力的高度。2、几何光路图，蔡司迪尼10/20采用几何读数原理。几何条码标尺，DINI系列标尺每隔2厘米分成一个测量区间，其中条码形成一个码字，每个测量区间的边界由黑白过渡线构成，从其下边界到标尺底部的高度可以由测量区间中的码字来解释，就像面积格式标尺上的注释一样，当DINI系列测量时， 只有中间线上下两侧15 cm的轨距截距，即15个测量间隔，用于计算视距和视距。2。几何方法测量原理。在图中，Gi是某个测量间隔的下边界，Gi 1是上边界。它们在CCD阵列上的图像是Bi和B1。它们到光轴(中间线)的距离分别由B1和B1表示。CCD上像素的宽度是已知的，并且CCD上这两个距离所占据的像素数量可以从CCD输出的信号中得知，因此可以计算B1和B1，即B1和B1是用于计算视距和视线高度的已知数量。Bi和Bi1在光轴上方为负，在光轴下方为正。如果从标尺上看，它在光轴上方是正的，否则就是负的。几何方法测量原理，g是测量间隔长度(2厘米)，当用第I个测量间隔测量时，图像高于AI=g/(bi 1-bi)的视线读数是：hi=g(ci 1/2)-a(bi 1 bi)/2ci是从刻度底部开始的第I个测量间隔的序列号，这可以用代码字来解释。几何法测量原理，为了提高测量精度，dini系列取n个测量间隔进行平均计算，即取15厘米以上的范围和be标尺的条码图像经过望远镜、物镜、聚焦透镜、补偿器的光学部分和分光镜后分为两路。一路成像在CCD线阵上进行光电转换；另一条路径成像在十字线上用于视觉观察。相位法刻度码，有三个不同的码条，r指的是参考码，包括三个2 mm宽的黑色码条，每两个黑色码条之间是一个1mm宽的黄色码条，基于中间黑色码条的中心线，每30 mm有一组r码条重复。每组右栏左侧10-10毫米处有一个黑色的B栏。每组参考代码右侧10 mm处的r是黑色a代码条。每组R码条两侧的A码条和B码条的宽度不同。事实上，A和B代码条的宽度在1到1010毫米之间变化，这两个代码包含调平期间的高度信息。A码带的周期为600毫米，B码带的周期为570毫米，相位法标度码在标度长度方向上形成亮度强度按正弦规律周期性变化的亮度波。波形绘制在图中条形码的顶部。纵坐标表示黑色条形码的宽度，横坐标表示刻度的长度。实线是A码的亮度波，虚线是B码的亮度波。由于条形码A和B的变化周期不同，也可以说亮度波A和B的波长不同，并且亮度波A和B的相位差在标尺长度方向上的每个位置也不同。这种相位差就像传统水准标尺上的刻度，标尺的长度可以用它来标记。只要可以测量标尺某一部分的相位差，从该部分到标尺底部的高度也是已知的，因为相位差可以与标尺的长度一一对应，即它具有单一值，这也是适当选择两个亮度波的波长的原因。在DL-101C中，A码的周期为600毫米，B码的周期为570毫米，它们的最小公倍数为11400毫米。因此，在3米长的标尺上没有相同的相位差。为了确保在标度的低端或在相位差分割的末端相位差的唯一性，A和B码的相位偏移/2。相位法信号分析，测量信号的手动处理是非常麻烦和耗时的。在数字信号处理系列中，测量信号在信号分析仪中通过快速傅立叶变换(快速傅立叶变换)计算方法被分解成三个频率分量。相位差由A和B信号的相位计算得出，以获得视线高读数。这只是一个粗略的读数，因为当视距不同时，标尺上的波长与测量信号的波长之比不同。虽然在同一视线上，A和B的波长比相同，但可以获得相位差，或者视线高，但精度不高。在用相位法分析信号时，为了提高读数精度和找到视距，设置了R码。如果两组r码之间的距离