電子水準儀i角自動化檢測裝置研究

李開偉

摘要：電子水準儀i角誤差的傳統檢測方法較麻煩，不智能，本文旨在通過一種創新的自動化i角檢測裝置研究，使水準儀的i角檢測實現自動化、智能化。

關鍵詞：電子水準儀；i角誤差；檢測

由于電子水準儀的望遠鏡視準軸并不能保持完全的水平，總會與水準器軸在豎直面內存在一個較小的夾角，稱之為電子水準儀的i角。當i角為零時，不會造成測量誤差，但通常i角均不為零，因而會造成測量誤差，i角越大，所造成的誤差越大。因而在測量前，需要調整水準儀的i角，使其在誤差允許范圍內。i角的測量有多種方法，但是，傳統測量方法存在以下問題：測量方法復雜、i角的計算過程復雜，效率低，導致前期的i角調整浪費大量時間；由于i角會受到外界環境的影響而變化，如溫度、濕度和震動等的影響，因而每隔一段時間甚至每次使用水準儀之前，均需要進行i角校驗，傳統的i角測量方式已不適于快速校驗的方式。本文提出一種水準儀i角檢測裝置，其測試過程簡單，自動化控制，測試效率高，占用時間少，適于i角的快速校驗，且測量精度高。

1 i角檢測裝置設計框架

i角檢測裝置設計圖

本文設計一款i角檢測裝置包括滑動基座、操作平臺、水準標尺、水準儀和橫向伸縮桿（如上圖）；所述滑動基座的底部設有滾輪，所述水準標尺垂直地固定于滑動基座上；所述操作平臺的底部設有滾輪，所述水準儀固定于操作平臺上；所述橫向伸縮桿水平設置，且橫向伸縮桿的一端與所述滑動基座固定連接，橫向伸縮桿的另一端與所述操作平臺固定連接。其中，滑動基座和操作平臺底部的滾輪，便于二者的移動搬運；橫向伸縮桿的設計是為了控制滑動基座的移動距離和移動方向。i角的測試方法是：控制滑動基座分別移動至距操作平臺不同距離的兩個點，分別讀出滑動基座上水準標尺的讀數，利用這兩個距離數據和水準標尺的兩次讀數，即可換算i角。滑動基座內設有電機、控制電機的驅動控制模塊、位移傳感器以及第一無線通信模塊；電機的輸出軸與所述滑動基座底部的滾輪相連；驅動控制模塊的信號輸出端與所述電機的信號輸入端相連，驅動控制模塊、位移傳感器均與第一無線通信模塊通信連接。其中，通過電機自動控制滑動基座的移動，位移傳感器用于實時測量滑動基座的位移。操作平臺上設有觸摸顯示屏，操作平臺內置單片機和第二無線通信模塊；第二無線通信模塊、觸摸顯示屏均與單片機通信連接；電子水準儀內置第三無線通信模塊，第三無線通信模塊與所述第二無線通信模塊通信連接。

測試時，由觸摸顯示屏中輸入滑動基座的位移，單片機接收該數據后轉換成相應控制信號，通過無線通信模塊發送給電機的驅動控制模塊，以控制電機移動，位移傳感器實時測試滑動基座的位移，當滑動基座移動至規定位移時，控制滑動基座停止移動，此時，電子水準儀測量水準標尺上的讀數，且讀數精確到0.01毫米，水準儀將讀取的讀數通過第三無線通信模塊發送至第二無線通信模塊，進而發送給單片機。該裝置還包括縱向伸縮桿，垂直地固定于操作平臺上，水準儀固定于縱向伸縮桿上。縱向伸縮桿的設計，以便于電子水準儀高度的調節。

2 i角檢測測量原理

①選取水平的測試平面，將滑動基座10和操作平臺20置于該測試平面上；選取水平的測試平面，是為了提高i角的測試精度。

②在觸摸顯示屏21中輸入位移a分米，單片機22接收該數據后控制所述電機12運行，使滑動基座10移動a分米，利用電子水準儀40讀取此時水準標尺30上的讀數H1毫米；在移動過程中，位移傳感器14實時測試滑動基座10的位移，并將測試的位移數據實時回傳單片機22，當滑動基座10移動至規定位移a時，單片機22控制滑動基座10停止移動。

③在觸摸顯示屏21中輸入位移b分米，單片機2接收該數據后控制所述電機12運行，使滑動基座10移動b分米，利用電子水準儀40讀取此時水準標尺30上的讀數H2毫米；在移動過程中，位移傳感器14實時測試滑動基座10的位移，并將測試的位移數據實時回傳單片機22，當滑動基座10移動至規定位移b時，單片機22控制滑動基座10停止移動。

④數據H1、H2和b均回傳至單片機22中，單片機22根據如下公式計算水準儀的i角：

3 結語

利用本文所述設計的自動化、智能型電子水準儀i角檢測裝置進行水準儀的i角檢測，改變了傳統的水準儀i角檢測途徑，提高了檢測精度，省時省力。本文的研究為水準儀i角檢測裝置及檢測方法改革提供了參考。

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