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DL系列水准仪原理简介

2021.5.16
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coco5517

认真做好每一件喜欢的事,把每一件要做的事都变成喜欢并认真去做的事

  DL-102C的标尺与DL-101C的略有区别,DL-102C的标尺为白底黑条码,A码的波长为330mm,最小公倍数为3300mm。A和B码在波长底部错开的相位差为π。DL101-C的标尺与DL-102C的标尺可由互换使用。

  当望远镜照准标尺后,标尺上某一段的条码就成像在线阵CCD上,黄条码使CCD产生光电流,随条码宽窄的改变,光电流强度也变化。将它进行模数转换(A/D)后,得到不同的灰度值。视距在Δ0.6m时标尺上某小段成像到CCDA上经A/D转换后,得到的不同灰度值(纵坐标),横坐标是CCD上象素的序号,当灰度值逐一输出时,横轴就代表时间了。横坐标标记的数字判断,仪器采用了512个象素的线阵CCD。视距和视线高的信息的测量信号。

  如何从上述测量信号中求出A和B两亮度波的相位差呢?下文用测量人员容易理解的方式来说明。设想纵坐标的灰度值就是表示亮度大小的十进位数字,而且横坐标尺寸已放大到和标尺尺寸一致。用一波长为600mm的正弦曲线中的离散灰度值曲线拟合,就可由得到A波的最大振幅和初相位。再用波长为570mm的正弦曲线,就可由得到B波的最大振幅和初相位。人们对最大振幅不太感兴趣,因为随着标尺上的照度不同,最大振幅在不同次数的测量中也不同,对求视线高无关紧要。求出的A和B两亮度波的初相位之差就是高度数据。不过这是与CCD上第一个象素对应的位置到标尺底端面的高度。人们不难把它换算成CCD中点象素上的相位差,这就好象是中丝读数。

  像上述那样人工处理测量信号是很麻烦的,而且很费时间。在DL系列中则采用快速傅里叶变换(FFT)计算方法将测量信号在信号分析器中分解成三个频率分量。由A和B两信号的相位求相位差,即得到视线高读数。这只是初读数。因为视距不同时,标尺上的波长与测量信号波长的比例不同。虽然在同一视距上A和B的波长相同,可由求出相位差,或说视线高,但是可以想象其精度并不高。

  R码是为了提高读数精度和求视距二安排的。设两组R码的间距为P(=30mm),它在CCD行阵上成象所占的象素个数为Z,象素宽为D(=25μm),则P在CCD行阵上的成象长度为:

  L=Z*b (3-1)

  Z可由一信号分析中得出,b是CCD光敏窗口的宽度,因此l和P都为已知数据。根据几何光学成象原理,可以象传统仪器用视距丝测量距离的视距测量原理一样求出视距:

  D=P/l*f (3-2)

  式中f是望远镜物镜的焦距。同时还可以求出物象比

  A=P/l (3-3)

  于是将测量信号放大到与标尺上的一样时,再进行相位测量,就可以精确得出相位差,即视线高。

  电子水准仪的三种测量原理各有奥妙,三类仪器都经受了各种检验和实际测量的考验,能胜任精密水准测量作业。

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