專利名稱：實現電子經緯儀的無度盤測角方法
技術領域：
本發明屬于大地和工程測量儀器領域。
目前，隨著微電子技術的發展，經緯儀也由光學時代走向了電子時代。電子經緯儀的特點是采用電子測角方法，即將角度的電信號直接記入存貯器，以便送入電子計算機中進行處理。與光學經緯儀相比，電子經緯儀在精度上和效率上都有很大提高，特別是電子經緯儀能和計算機相聯，在數據處理上較光學經緯儀是一大突破。但是，電子經緯儀的測角方法仍象光學經緯儀的測角方法一樣采用度盤來進行。所不同的是，電子測角的度盤不是在度盤上按某一個角度單位刻上刻線，然后根據刻線來讀取角度值，而是從度盤上取得電信號，根據電信號再換成角度值。目前的電子經緯儀根據取得電信號的不同方式，可分別采用編碼度盤和光柵度盤兩種。也有的電子經緯儀將上述兩種度盤結合起來使用。不管采用編碼度盤還是光柵度盤，現有的電子經緯儀都離不開度盤。度盤是決定測角精度的關鍵部件，也是電子經緯儀的加工和生產中的難點。而且，隨著儀器精度等級的提高，度盤的加工難度和成本以幾倍至十幾倍的速度上升。加工度盤需要大型專用精密設備，這種設備的制造技術復雜，價格十分昂貴。所以，由于度盤的生產工藝復雜，成品率低，而使電子經緯儀的價格較一般光學經緯儀高出許多倍，甚至數十倍。
本發明的目的在于，去掉電子經緯儀中加工難度大、制造成本高的編碼度盤和光柵度盤，而提供一種不用度盤的電子測角方法。按照本發明提供的測角方法能使現有光學經緯儀廠家不更新生產設備，采用常規制造方法就可生產與光學經緯儀成本相當功能又優于電子經緯儀的無度盤電子測角儀器。
本發明去掉了電子經緯儀中的度盤，突破了傳統的度盤測角方法，而采用光敏或磁敏元件作定位傳感器，通過微處理器控制的步進電機驅動的跟蹤測角機構帶動光敏傳感器的光源或磁敏傳感器的磁場元件去尋找電子經緯儀照準部上的通過距離放大裝置帶動的光敏或磁敏傳感器。也可用跟蹤測角機構帶動磁敏傳感器或光敏傳感器去尋找照準部上的通過距離放大裝置帶動的磁場元件或光源。在尋找過程中，微處理器對步進電機的步時距離進行脈沖記數，并通過程序處理將該記數值轉換成被測角度值。按本發明所設計的無度盤電子測角試驗裝置經過長時間的測量試驗，精度指標完全達到設計要求。
對照
圖1進一步說明測角原理。中心0是電子經緯儀照準部的旋轉中心，磁敏或光敏傳感器裝在與照準部同步運行且繞中心0轉動的距離放大裝置上，磁敏傳感器用磁場元件或光敏傳感器用的光源裝在由微處理器控制，由步進電機驅動、且也繞中心0轉動的跟蹤測角機構上。設測角前磁場元件或光源H的自由位置在F點，當進行測角時，操作員轉動電子經緯儀的照準部瞄準被測角的起始點目標S′，此時，磁敏或光敏傳感器C與照準部同步運行到S點，然后，操作員通過鍵盤(鍵盤、顯示器電氣原理圖見圖4)啟動由微處理器控制的跟蹤測角機構帶動著磁場元件或光源H從F點開始向S點運行，當H逐步接近磁敏或光敏傳感器C直到對C發生作用時，傳感器C輸出一脈沖信號，微處理器接收到這一脈沖信號后，首先發出控制信號使跟蹤測角機構停止運行并定位在S點上，然后將被測角起始邊找到的信息提示符送顯示器(見圖4)顯示，操作員見此提示符后，轉動照準部瞄準被測角的終點目標E，此時磁敏或光敏傳感器由S點同步轉動到E點。通過鍵盤啟動跟蹤測角機構從S點開始向E點轉動，在微處理器控制步進電機驅動跟蹤測角機構轉動的同時，微處理器對步進電機每進一步的脈沖開始計數，直到H隨跟蹤測角機構運動到E點并對C發生作用，傳感器C發出一脈沖信號，微處理器接收到這一脈沖信號后，一方面發出控制信號，使跟蹤測角機構停止轉動并定位在E點，同時停止對步進電機步進脈沖的計數，并按編制的程序將計數值轉換成所測角α的角度值送顯示器，以提示操作員測角結束。
該發明的優點是用位置傳感器跟蹤測角機構取代現有電子經緯儀中的編碼度盤和光柵度盤后，使電子經緯儀的制造工藝大大簡化，生產成本大大降低。由于去掉了度盤，現有電子經緯儀中存在的度盤偏心誤差也被克服，從而進一步改善了電子經緯儀的性能。克服偏心誤差的原理如圖2所示。現有經緯儀的偏心誤差是由度盤分劃線的中心與照準部旋轉中心不重合所致。設0′為水平度盤的中心，0為照準部的旋部的旋轉中心，如果不存在度盤偏心，0′與0重合，當照準目標時，正確讀數為M。由于存在著度盤偏心，實際的度盤讀數為M′，比正確讀數小于δ。
δ＝e/R·ρsin(m+θ)其中R-水平度盤分劃的半徑。
e-偏心距。
θ兩中心聯線至0°刻劃的角度。
而按照本發明所設計的經緯儀，用傳感器跟蹤測角機構代替度盤，傳感器跟蹤測角機構的旋轉中心與照準部的旋轉中心為同一中心故消除了度盤偏心誤差。
現根據圖3圖4說明本發明的一個實施例。
圖3和圖4分別是本發明實施例的控制檢測電氣原理圖和鍵盤顯示器電氣原理圖。圖3的J1接線端與圖4的J1接線端相連接就構成了本發明實施例的完整電氣原理圖。
該實施例是以8031單片微處理器為核心的控制與測量系統，用以實現本發明給出的無度盤測角方法。
圖3中的C1、C2、C3為三個高精度位置傳感器，與之相作用的磁場元件分別固定在水平角測量距離放大裝置和豎直角距離放大裝置及照準機架上(也可將傳感器與磁場元件的位置交換)。C1用于水平角測量;C2用于豎直角測量;C3瞄準視軸線水平原點，與C2配合測豎直角。
27128芯片為16K程序存貯器，內裝系統監控程序、位置傳感器跟蹤測角控制程序和數據處理程序等。
6264芯片為8K的數據存貯器，現場采集的數據可以通過8255接口芯片送打印機輸出硬拷貝，也可靠6264芯片外接的不停電電源長期保存，需要時，通過專用接口直接送室內計算機系統進行數據或圖形處理。
L1、L2和L3是跟蹤測角機構的驅動步進電機電樞繞組。8031單片微處理器通過8255接口芯片驅動步進電機進行控制。步進電機的步進距離根據所設計的經緯儀的精度等級和距離放大裝置的放大比例而定。在步進電機的每步距內，由8031微處理器內部的定時計數器按程序設定的頻率再進行細分，可使角度等級達到秒以下。
圖4是鍵盤、顯示器電氣原現圖。通過鍵盤，可將各種命令(如正反啟動、停止、調用顯示某一測點數據、打印、與室內數據或圖形處理系統通訊等)和數據(如距離等)送入微處理器或存貯器。通過顯示器可隨機顯示各種提示符(如水平角、豎直角、座標、高程、數據正確、錯誤、目前是正鏡測量或倒鏡測量等)和所得數據或中間處理結果等，以使操作員避免誤操作，及時修正測量過程中出現的問題。
權利要求
1.一種能使電子經緯儀實現無度盤測量的測角方法，是由微處理器、步進電機、磁敏定位傳感器和磁場元件或光敏定位傳感器和光源組成控制、測量、處理系統實現的，其特征在于采用光敏或磁敏元件作定位傳感器，通過微處理器控制的步進電機驅動的跟蹤磁場元件或光源去尋找電子經緯儀照準部上的磁敏或光敏定位傳感器相作用而定位，(也可用磁敏傳感器或光敏傳感器去尋找照準部上的磁場元件或光源)在尋找過程中，微處理器對步進電機的步時距離進行脈沖記數，并通過程序處理將該記數值轉換成被測角度值。
全文摘要
本發明涉及一種采用位置傳感器在電子經緯儀上實現無度盤測量的測角方法。采用本發明設計的電子經緯儀可去掉現有電子經緯儀上的編碼度盤和光柵度盤，制造時無需技術復雜的大型專用生產設備，一般光學經緯儀廠家使用常規加工設備和工藝即可生產，比現有電子經緯儀的成本降低50％～80％。
文檔編號G01C1/02GK1040865SQ8910683
公開日1990年3月28日 申請日期1989年10月20日 優先權日1989年10月20日
發明者許廣銀, 李世光, 張逸芳, 王大武 申請人:山東礦業學院
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