对中杆

全站仪三角高程测量具有>灵活、高效率的特点,已经成为高精度高程控制测量的一种有效手段。在施工放样、地形图测绘及摄影测量布设像控点等工程测量技术领域,所使用的主要设备是全站仪和实时动态差分法测量( Real-timekinematic,简称RTK)。全站仪集测角、测距于一体,由微处理机控制能自动进行测距、测角,能自动归算水平距离、高差和坐标,还能进行施工放样,能自动记录观测数据。RTK 实时动态差分法是一种新的常用的GPS 测量方法,曾经的静态、快速静态、动态测量都需要内业解算才能获得厘米级的精度,而RTK 是能够在外业实时得到厘米级定位精度的测量方法,它采用了载波相位动态实时差分方法,是GPS 应用的重大突破,它的出现为控制测量、地形图测量、变形监测及施工放样等带来了新曙光,极大地提高了测量作业效率。

基于此优点,全站仪和RTK 在地面测量中应用非常广泛,技术也高度成熟,但影响测量精度的问题依然存在。全站仪的仪高、镜高的量取误差给三角高程测量的精度带来一定影响,而且边长越短,带来的误差越大。无论从事何种工程测量在使用全站仪前都要进行全站仪的棱镜高测量这一重要环节。

以工程测量为背景,基于激光测距仪量测原理,通过采用"激光测距仪+精度放大装置+ 显示屏幕"的集成技术设计思想,设计出了一种高效的便于精确测量高度的对中杆。通过改进对中杆提高棱镜高测量精度,来提高整个测量过程中高程的精度,在不改变全站仪结构的情况下,实现提高观测值本身的精度。从而进一步满足施工放样、水准测量、地形图测绘及像控点的布设的要求 。

基本原理

对中杆采用"激光测距仪+ 精度放大装置+显示屏幕"集成技术的一体化对中杆,再用控制器处理数据及输出。设计简洁清晰,实际作业中操作简单,且精度高,经过多次实验论证,能满足高精度测量工作的需要。

测量人员观察读数的对中杆水准器位置处安装显示屏,当需要使用对中杆时,将激光测距装置安装在定位器的内表面上,定位器找准地面位置,通过调节连接件调整棱镜高并固定外管和延伸杆,按下启动开关接通供电电源为激光测距装置供电。

激光发射器发出激光信号,该激光信号遇到延伸杆底部的阻挡,信号被反射回来,激光接收器无线获取激光反射信号,经高精度放大电路信号放送入到控制器中处理,其中定位器的高度、延伸杆的高度以及延伸杆到棱镜中心位置的距离均为固定值,当定位器的内表面到内管底部的距离确定后棱镜高即可确定,并通过显示屏将距离信号显示出来。

结构设计

高精度对中杆,分为2 部分,包括可伸缩杆体、带显示屏幕的精密激光测距仪。

1、可伸缩杆体: 该部分由两段直径大小不同的钢管或碳纤维管组合而成的伸缩杆。其中第一节杆是中空杆,其作用不仅能使杆体根据实际需要自由调节,而且可让激光束穿梭于其中来精确量测杆体高度。对中杆从外观上来看设计简单清晰与常见对中杆较为相似,区别在于水准器侧面增加液晶屏幕和3 个按键;

2、精密激光测距仪: 该部分是对中杆的核心部件,包括激光测距仪、液晶屏幕、按键、电池组。

激光测距仪和电池组部分安装在对中杆底部的可拆卸的定位块中,液晶屏幕和按键安装在水准器旁侧,显示界面设计采用人性化设计使测量与数字显示同步实现 。

高精度对中杆实现

所要解决的技术问题在于针对现有技术中的不足,通过改进对中杆,使其能够运用精密激光测距仪自动量测对中杆高度,采用激光测距的方式提高测量棱镜高的精度,实现测高精度的提高,进而提高整个测量过程的精度。

1、该技术方案为: 设计一种能够激光测高的精密对中杆; 其中对中杆体由中空结构的外管、设置在外管内的延伸杆和与外管底部螺纹配合的定位块组成。外管上安装有水准器,水准器侧面镶嵌有显示屏和启动开关,定位块的内表面上安装有激光测距装置。其中激光测距装置由激光发射器和激光接收调理模块,以及为其供电电源构成。

另外接收调理模块由控制器、激光接收器以及高精度放大电路组成,该放大电路与激光接收器出口端相连。高精度放大电路的信号输出端与控制器连接,显示屏的信号输入端与控制器的输出端相接。启动开关串联在激光接收调理模块供电的供电回路中。

2、在电路结构设计上,该对中杆高精度放大电路的电路原理: 包括运放U1 和运放U2 部分,其中运放U1 的反相输入端经电阻R4 和电阻R3 与激光接收器的信号输出端口相接,运放U1 的同相输入端接地,电阻R4 和电阻R3 的连接端经电容C2 接地,运放U1 的输出端分2 路,一路经电阻R1 与运放U1 的反相输入端相接,另一路经电阻R5,电容C1 和电阻R6 与运放U2 的反相输入端相接; 运放U2 的同相输入端经电阻R7 接地,运放U2 的输出端分3 路,一路经二极管D1 与运放U2 的反相输入端相接,另一路与二极管D2 的阴极相接,二极管D2 的阳极经电阻R2 与运放U2 的反相输入端相接,第三路为高精度放大电路的信号输出端。

3、其它元件设计,其中供电电源为可充电锂电池; 显示屏为1. 8 寸TFT 液晶显示屏; 控制器为微型单片机 。

1、在不改变原有对中杆外

形,通过可拆卸的方式,连接对中杆外管和定位块,将激光测距装置安装在定位块内表面,合理利用中空结构的外管的内部腔体,为激光测距装置提供一个干扰小的工作环境;

2、通过设置高精度放大电路,采用两级运放放大器级联的方式对激光接收器接收的微弱电信号进行放大处理转换,精度可达二等水准测量的标准,距离测量精度可根据实际需求设置,可靠稳定,使用效果好;

3、可通过显示屏自动获取棱镜高,避免人工读数带来的误差,精度高,实用性强;

4、使用该对中杆配合全站仪中间法。

1、工程测量中高差量测精度关键在于量取仪器高度和棱镜高度。采用集成设计思想设计出的对中杆,通过激光测距自动获取方式得到的棱镜高,测量精度更加准确;

2、此对中杆设计新颖,操作灵活,安装布设方便。在不增加观测时间,不改变全站仪结构的情况下实现了观测精度约20%的提高,使得全站仪可以满足较高测量精度的要求,拓宽了全站仪的适用范围,也使工程测量在实际工作中变得更加灵活多元 。