倾斜传感器说明.docVIP

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http;//测绘信息网 全站仪的X-Y倾斜传感器的设计方法初探* 蓝锦添 (武汉测绘科技大学,武汉,430070) RESEARCH ON THE X-Y TILT SENSOR OF TOTAL STATION Lan Jintian (Wuhan Technical University of Surveying and Mapping, Wuhan,430070) Abstract The X-Y tilt sensor is used for correcting the bias of vertical and horizontal anglecaused by the http;//测绘信息网 surplus tilt of vertical axis after the instrument is leveled. This paper describes the optical path, the electric circuit and the internal structure of the X-Y tilt sensor. Keywords Electronic total station, X-Y tilt angle sensor, Silicon photodiode 摘 要 X-Y倾斜(水平度)传感器是当仪器整平后,对垂直轴的剩余倾斜值作垂直角和水平角 的改正。本文论及光路、电路以及传感器内部结构。 关键词 全站仪 X-Y倾斜传感器 硅光电二极管 分类号 P241.3,TN21 1 概述http;//测绘信息网   全站仪X-Y倾斜(水平度)传感器有多种形式。本文只对液体中的气泡位移传递水平倾斜度 的方法进行讨论。在全站仪作业中都是用水准气泡来整平仪器,如果整平气泡的中心偏离精 确设置的气泡中心,此时传感器对水平度的剩余的偏差对垂直角和水平角进行补偿。X-Y倾http;//测绘信息网 斜传感器对仪器的水平度进行监视,并且对由此产生的小角度偏差进行改正。   众所周知,按测量规范要求,整平气泡差半格是允许的,对整平水准器为20″/格的仪器, 则它的垂直轴的Y方向倾斜为10″,它在俯仰角较大的地区测量时,会造成较大的测角误差。   光机型经纬仪,在半测回中不可能对此误差进行自动改正。而安装有倾斜传感器的全站 仪,可以通过传感器输出水平度的信息量,使此偏差减小到最低程度,使高差大的地区,仍 可以在软件修正之下精确地测量水平角和垂直角。这正说明安装倾斜传感器带来的优点。也 正是如此,在高差大的地区测量时,当照准部固定后,转动望远镜时,水平角也会有一些秒http;//测绘信息网 值在改变。这不是仪器的错误,这是垂直轴存在的小量倾斜时,倾斜传感器的Y方向作补偿 的结果。 2 X-Y倾斜传感器的角度补偿器原理   X-Y倾斜传感器有一个如普通仪器上的圆水准器,它的底部是一个平面玻璃,内盛乙醚 乙醇混合液。圆水准器下面有一个透镜,其作用是把透镜下面的发光二极管置于其焦点上,http;//测绘信息网 使发出的红外光线通过透镜后变成平行光线,其光线透过圆水准器,照射到几个硅光电二极 管上,使硅光电二极管上产生相应的电压。其顶视图如图1所示,在一块约10 mm的硅片上, 通过光刻成8块硅光电二极管。其中A、B、C、D四块作气泡位移传感器用,外围四块E、F、 G、H作参考窗口传感器用[1]。http;//测绘信息网 图1 SPD位置与气泡关系 Fig.1 Design of tilt sensing photodiode and image of bubble   由于圆水准器内的气泡曲率半径很小,根据光折射原理,平行光线射到气泡时,除气泡 中心很少光线透射外,大部分的光线在气泡表面被折射,不能到达硅二极管SPD上,从而形 成气泡阴影。而没有气泡地方的光线则几乎全部通过液体,并投射到硅二极管上。气泡的阴 影位置随着仪器倾斜而变动。假如设CA为仪器的X方向(望远镜水平时的视轴),DB为仪器Yhttp;//测绘信息网 (横轴)方向,则硅二极管受光后的电压输出为 Ux=(UA-UC)+UOB    (1) Uy=(UB-UD)+UOS    (2)   同时设参考电压值   UREF=UE+UP+UG+UH    (3)   从图1可知,仪器倾斜角的大小与A、C或B、D电压差成正比。气泡居中时,由于受光面 积A=C,B=D,此时UX,UY分别等于偏置电压UOS。从设计硅片面积上来看,E、F、G、Hhttp;//测绘信息网 四块参考硅片的面积之和应等于A、B、C、D除去气泡阴影覆盖后面积之和,这是一方面。 另一方面,为了微处理器便于精确地计算其倾斜改正值,还必须设置相应的模数变换。模拟 量的大小可以通过放大器中调

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