專(zhuān)利名稱(chēng)：一種提高數(shù)字電子水準(zhǔn)儀性?xún)r(jià)比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該技術(shù)屬于測(cè)繪技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的精密水準(zhǔn)測(cè)量中，為了實(shí)現(xiàn)所需測(cè)量精度，通常都使用由特殊材料制造的水準(zhǔn)標(biāo)尺——銦鋼水準(zhǔn)尺，采用這一銦鋼材料的技術(shù)理由是因?yàn)殂熶摼哂蟹浅：玫臒岱€(wěn)定性，其熱膨脹系數(shù)非常小，不會(huì)因?yàn)樗疁?zhǔn)尺本身的熱脹冷縮而給測(cè)量帶來(lái)較大附加誤差。然而，銦鋼這一材料卻非常昂貴，一對(duì)進(jìn)口的銦鋼水準(zhǔn)尺的價(jià)格高達(dá)數(shù)萬(wàn)元人民幣之多，而一對(duì)國(guó)產(chǎn)銦鋼水準(zhǔn)尺的價(jià)格也高達(dá)數(shù)千元。即使在大量使用數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的今天，這一采用銦鋼材料制造水準(zhǔn)尺的技術(shù)措施仍然在繼續(xù)采用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對(duì)這樣的現(xiàn)狀，提出一種提高數(shù)字電子水準(zhǔn)儀性?xún)r(jià)比的方法，目的就是使用廉價(jià)的、低精度測(cè)量水準(zhǔn)尺的制造材料，達(dá)到和銦鋼材料制造水準(zhǔn)尺一樣甚至更好的精度效果，而使得儀器造價(jià)大幅降低，大大提高儀器的性能價(jià)格比。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種提高數(shù)字電子水準(zhǔn)儀性?xún)r(jià)比的方法，其特征在于利用數(shù)字電子水準(zhǔn)儀本身的微處理器，根據(jù)水準(zhǔn)尺所使用的材料的溫度特性的數(shù)學(xué)規(guī)律編制一段專(zhuān)門(mén)程序，通過(guò)測(cè)量施工時(shí)水準(zhǔn)尺的實(shí)際溫度即時(shí)計(jì)算出水準(zhǔn)尺的熱膨脹誤差值，然后利用這個(gè)誤差的計(jì)算值去對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正而除去這個(gè)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
如上所述的提高數(shù)字電子水準(zhǔn)儀性?xún)r(jià)比的方法，其特征在于所述的測(cè)量結(jié)果按下式獲得L＝L0+Δ＝L0+α(T-T0)L0。
如上所述的提高數(shù)字電子水準(zhǔn)儀性?xún)r(jià)比的方法，其特征在于根據(jù)CCD傳感器所使用的材料的溫度特性的數(shù)學(xué)規(guī)律編制一段專(zhuān)門(mén)程序，通過(guò)測(cè)量施工時(shí)儀器的實(shí)際溫度即時(shí)計(jì)算出CCD傳感器的熱膨脹誤差值，然后利用這個(gè)誤差的計(jì)算值去對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正而除去這個(gè)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
雖然各種材料的熱膨脹特性不一致，但由于許多材料的熱膨脹規(guī)律的重復(fù)再現(xiàn)特性卻仍然非常好，就是說(shuō)許多材料熱膨脹誤差是一種穩(wěn)定性能良好的系統(tǒng)誤差，所以利用溫度和水準(zhǔn)尺高度讀數(shù)來(lái)推算這個(gè)誤差值去對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行改正可以獲得不低于銦鋼水準(zhǔn)尺的精度效果。
具體的實(shí)施方式熱膨脹誤差的數(shù)學(xué)規(guī)律一般為Δ＝α(T-T0)L0Δ為熱膨脹誤差，α為材料的熱膨脹系數(shù)，T為即時(shí)溫度，T0為參考溫度(在這里就是繪制水準(zhǔn)尺的尺面刻畫(huà)時(shí)的溫度)，L0為材料在溫度為T(mén)0時(shí)的長(zhǎng)度(這里L(fēng)0正好就是水準(zhǔn)儀讀取的水準(zhǔn)尺刻畫(huà)示值)。
于是準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果L＝L0+Δ＝L0+α(T-T0)L0現(xiàn)舉例說(shuō)明。
銦鋼的熱膨脹系數(shù)大約在α＝0.8～1.5×10-6/℃，對(duì)于目前廣泛使用的3米的銦鋼尺來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度上升T-T0＝10度的變化時(shí)，尺的實(shí)際長(zhǎng)度將發(fā)生24～45微米的伸長(zhǎng)，若此時(shí)的數(shù)字水準(zhǔn)儀示值顯示儀器照準(zhǔn)的是尺身的中部的L0＝1.5000米，那么因?yàn)槌呱淼臒崤蛎泴?dǎo)致的誤差將在Δ＝-12～-22.5微米之間。
如果采用熱膨脹系數(shù)為α＝23.5×10-6/℃的鋁合金材料制造，對(duì)于目前廣泛使用的3米長(zhǎng)水準(zhǔn)尺來(lái)說(shuō)，同樣當(dāng)溫度上升T-T0＝10度的變化時(shí)，尺的實(shí)際長(zhǎng)度將發(fā)生23.5×10×3＝705微米的伸長(zhǎng)，若此時(shí)的數(shù)字水準(zhǔn)儀示值顯示儀器照準(zhǔn)的是尺身的中部的L0＝1.5000米，那么因?yàn)槌呱淼臒崤蛎泴?dǎo)致的誤差將是Δ＝α(T-T0)L0＝23.5×10-6/℃×10×1.5＝352.5微米＝0.352毫米，這樣我們只需要在測(cè)量結(jié)果中加入0.352毫米的改正量就正好抵消了這個(gè)誤差，故實(shí)際測(cè)量結(jié)果L＝L0+Δ＝1.5+0.000352＝1.500352米。
具體實(shí)施時(shí)溫度值的獲取可以由水準(zhǔn)尺上安裝的溫度計(jì)讀取通過(guò)儀器的鍵盤(pán)輸入，也可以由數(shù)字電子水準(zhǔn)儀中的電子溫度傳感器獲得，這將根據(jù)不同的精度要求來(lái)決定。水準(zhǔn)尺上安裝的溫度計(jì)可以獲得更真實(shí)的尺身溫度值，誤差推算更準(zhǔn)確，殘剩誤差更?。挥蓴?shù)字電子水準(zhǔn)儀中的電子溫度傳感器獲得溫度值可以使應(yīng)用更方便，但可能與尺身的真實(shí)溫度存在一定偏差，殘剩誤差相對(duì)要稍大些。
由于使用了測(cè)量施工時(shí)的標(biāo)尺溫度值對(duì)標(biāo)尺的熱膨脹誤差進(jìn)行計(jì)算修正的技術(shù)路徑，其外部表現(xiàn)特征是使用普通非銦鋼材料制造水準(zhǔn)標(biāo)尺，通過(guò)鍵盤(pán)或儀器內(nèi)部傳感器輸入標(biāo)尺的即時(shí)溫度，可以達(dá)到用銦鋼材料制造水準(zhǔn)標(biāo)尺測(cè)量的同等精度，可應(yīng)用于高等級(jí)精度的水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)。
此外，由于數(shù)字水準(zhǔn)儀都是通過(guò)CCD傳感器獲取標(biāo)尺的圖象來(lái)?yè)Q算高度的，而CCD器件本身也存在熱膨脹誤差問(wèn)題，這一誤差可以導(dǎo)致數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的I角誤差隨溫度而變化，同樣可以采用上述類(lèi)似的溫度補(bǔ)償辦法來(lái)減少這一誤差的影響。這也是屬于本專(zhuān)利的技術(shù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種提高數(shù)字電子水準(zhǔn)儀性?xún)r(jià)比的方法，其特征在于利用數(shù)字電子水準(zhǔn)儀本身的微處理器，根據(jù)水準(zhǔn)尺所使用的材料的溫度特性的數(shù)學(xué)規(guī)律編制一段專(zhuān)門(mén)程序，通過(guò)測(cè)量施工時(shí)水準(zhǔn)尺的實(shí)際溫度即時(shí)計(jì)算出水準(zhǔn)尺的熱膨脹誤差值，然后利用這個(gè)誤差的計(jì)算值去對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正而除去這個(gè)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
2.如權(quán)利要求1所述的提高數(shù)字電子水準(zhǔn)儀性?xún)r(jià)比的方法，其特征在于所述的測(cè)量結(jié)果按下式獲得L＝L0+Δ＝L0+α(T-T0)L0。
3.如權(quán)利要求1或2所述的提高數(shù)字電子水準(zhǔn)儀性?xún)r(jià)比的方法，其特征在于根據(jù)CCD傳感器所使用的材料的溫度特性的數(shù)學(xué)規(guī)律編制一段專(zhuān)門(mén)程序，通過(guò)測(cè)量施工時(shí)儀器的實(shí)際溫度即時(shí)計(jì)算出CCD傳感器的熱膨脹誤差值，然后利用這個(gè)誤差的計(jì)算值去對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正而除去這個(gè)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
全文摘要
一種提高數(shù)字電子水準(zhǔn)儀性?xún)r(jià)比的方法，其特征在于利用數(shù)字電子水準(zhǔn)儀本身的微處理器，根據(jù)水準(zhǔn)尺所使用的材料的溫度特性的數(shù)學(xué)規(guī)律編制一段專(zhuān)門(mén)程序，通過(guò)測(cè)量施工時(shí)水準(zhǔn)尺的實(shí)際溫度即時(shí)計(jì)算出水準(zhǔn)尺的熱膨脹誤差值，然后利用這個(gè)誤差的計(jì)算值去對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正而除去這個(gè)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響?？梢允褂昧畠r(jià)的、低精度測(cè)量水準(zhǔn)尺的制造材料，達(dá)到和銦鋼材料制造水準(zhǔn)尺一樣甚至更好的精度效果，而使得儀器造價(jià)大幅降低，大大提高儀器的性能價(jià)格比。
文檔編號(hào)G01C5/00GK1687703SQ200510018609
公開(kāi)日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月26日
發(fā)明者葉曉明 申請(qǐng)人:劉平, 葉曉明