專利名稱：同步補償器的制作方法
同步補償器 本發(fā)明用于水準儀的自動安平補償。
水準儀架設好后，通常難以避免地存在小角度的傾斜，不能直接讀取準確 數(shù)據(jù)。自動安平水準儀可以實現(xiàn)自動補償，修正儀器的傾斜誤差，直接讀取測 量數(shù)據(jù)。老式的微傾水準儀，每轉動一個角度，都必須精確調節(jié)微動機構，令 符合氣泡吻合，才能得到準確讀數(shù)，工作效率低，且容易出現(xiàn)人為操作誤差。 微傾水準儀僅僅因為其可靠性高，故障率低，尚能占有市場一席之地。
目前使用的自動安平水準儀，其補償器存在嚴重缺陷。為了讓來自水平方 向的光線準確成像于分劃板十字絲中心，以補償儀器自身的小角度傾斜， 一般 采用吊絲補償器。由于鏡面反射特性的限制，要求擺體反射鏡的偏轉角度與儀
器傾斜角度保持恒定的比例關系。吊絲補償器用4條合金吊絲懸掛重心偏移的 擺體，帶動反射鏡按恒定的比例關系偏轉。為了保證儀器足夠的靈敏度，對吊 絲的物理性能要求苛刻，因而吊絲的強度受到限制，整個補償器結構松散、脆 弱， 一旦受到較為強烈的沖擊、震動，吊絲就可能被拉長、變形，出現(xiàn)過補償、 欠補償?shù)葐栴}；嚴重時甚至會使吊絲斷裂，阻尼卡死，導致補償器完全失效， 儀器不能工作。加大吊絲強度則勢必降低其柔軟性，儀器靈敏度降低，這一對 矛盾難以調和；氣溫變化較大時，也會引起吊絲長度的變化，使補償率出現(xiàn)偏 差。在返修的自動安平水準儀中，絕大部分故障原因是吊絲損傷、斷裂。更換 吊絲后，補償率的調整，卻是維修中最為頭疼的難題。正是由于故障率高、可 靠性低的原因，不少用戶寧愿選用低效率的老式微傾水準儀，而不愿使用高效 率的自動安平水準儀。因為每次使用都要檢查儀器是否工作正常、準確， 一旦 發(fā)現(xiàn)儀器故障，連同這之前工作中得到的測量數(shù)據(jù)是否正確都難以肯定。
本發(fā)明同步補償器，摒棄了懸掛吊絲，采用剛體懸掛，徹底解決了吊絲的 諸多缺陷，具有足夠的機械強度，幾乎不存在拉伸、變形、斷裂的可能；分劃 板與補償器擺體同步擺動，也不存在過補償或者欠補償?shù)膯栴}，且不受氣溫變
化的影響，不易發(fā)生故障，其極高的可靠性堪與微傾水準儀媲美。
本發(fā)明所涉及的剛體懸掛技術，已經(jīng)得到了成功的應用，屬于成熟技術， 儀器的靈敏度、測量精度都有可靠的保證。
圖l為同步補償器原理圖，圖2為同步補償器結構示意圖。
序號索引l阿貝棱鏡、2三角棱鏡、3分劃板、4入射光線、5出射光
線、6剛性擺體、7擺軸、8棱鏡框架、9棱鏡框架緊固/調節(jié)螺絲、10分劃
板緊固/微調螺絲


圖1 ，基本原理分析。光線通過儀器透鏡后，在分劃板上形成倒立的實象， 為便于觀察，需要在分劃板前面加裝一個正像棱鏡，將倒立的實像再次反相， 變成正立的實象。
為便于理解說明，圖1中將正像棱鏡視為兩部分阿貝棱鏡l和三角棱鏡 2。在實際運用中，無須拆分正像棱鏡。阿貝棱鏡l固定安裝，與儀器一起可 做任意小角度的傾斜，三角棱鏡2與分劃板3固定安裝于擺體上(圖1中未畫 出擺體)，同步自由擺動。入射光線4通過阿貝棱鏡1后，經(jīng)歷了兩次鏡面反 射，(光線經(jīng)過阿貝棱鏡l的直角面時，實際上有兩次反射，不過這兩次反射 的效果，只是把倒立的實象左右倒轉，對水平方向沒有影響，故圖1中把阿貝 棱鏡l的三次反射視為兩次反射。)再經(jīng)過三角棱鏡2反射，最后在分劃板3 上形成正立的實象，我們通過儀器目鏡觀察這個實象讀取數(shù)據(jù)。
很顯然，無論阿貝棱鏡1如何俯仰，水平入射的光線4經(jīng)過阿貝棱鏡1的 偶次鏡面反射后，入射光線4與出射光線5的角度關系不會發(fā)生改變，也就是 說，經(jīng)過阿貝棱鏡l的偶次反射后，出射光線5的角度沒有改變。
三角棱鏡2與分劃板3固定安裝與剛性擺體內(nèi)，同步自由擺動。無論儀器 如何俯仰，在重力作用下，它都將保持平衡狀態(tài)，與出射光線5之間的角度關 系沒有變化，光線經(jīng)過正像棱鏡(1+2)的鏡面反射后，在分劃板3上的成像 位置，也不會改變。
綜上所述，來自水平方向的光線，經(jīng)過正像棱鏡的鏡面反射后，將準確成 像于分劃板3上的準確位置，換言之，不論儀器如何俯仰，補償器都能夠自動 修正，可直接讀取準確測量數(shù)據(jù)。
圖2，補償器結構示意圖。
正像棱鏡安裝在棱鏡框架8內(nèi)，棱鏡框架8的安裝面外凸，略呈弧形，便 于粗略調節(jié)成像位置，用棱鏡框架緊固/調節(jié)螺絲9鎖定在剛性擺體6內(nèi)，分 劃板緊固/微調螺絲10用以微調分劃板3的上下位置，剛性擺體6通過固定擺
軸7，懸掛于補償器框架之內(nèi)。為避免分劃板3擺動造成目鏡聚焦變化，擺軸 7應與十字絲中心、目鏡視軸處于相同高度，即主光軸上。
圖1中，按一般習慣將正像棱鏡的直角面向上布置，圖2中，為了使補償 器整體緊湊，重心下移，正像棱鏡的直角面向下布置。
需要特別說明的是，采用同步補償器的水準儀，儀器主體也需要做相應的 改變，要求從目鏡端能夠清晰地看到擺動的分劃板上形成的像。通常，自動安 平水準儀的補償范圍在士15'，而儀器的視場角則在l。 20'左右，目鏡的視 域范圍更大于儀器視場角。因此，正常使用中，同步補償器的分劃板十字絲可 能會偏離視域中央，但不會偏離出有效視域，對于觀測讀數(shù)的影響可以忽略。 利用這一特性，可以在分劃板3的十字絲上方和下方刻畫紅色警示線。正常情 況下，應該只能看見十字絲，如果紅色警示線出現(xiàn)在視域內(nèi)，說明儀器傾斜過 大，超出了補償范圍，應重新調平儀器。
圖2中，補償器框架、分劃板支架、阻尼機構、鎖定機構、儀器目鏡等部 分，沒有畫出。
補償器調試
補償器安裝好后，由于正像棱鏡的單次鏡面反射特性，可能存在較大的初 始角度偏差，令目標成像位置偏出目鏡的視域中心。此時應架設好儀器，瞄準 一固定的刻度目標，記錄偏差值，然后鎖定擺體6，調節(jié)框架緊固/調節(jié)螺絲 9,令棱鏡框架8連同正像棱鏡一起偏轉適當角度，使水平目標成像于視域中 央；松開擺體6，再次觀測目標，記錄偏差值后，鎖定擺體6，調節(jié)分劃板緊 固/微調螺絲10，令分劃板3上下微動，十字絲套準目標讀數(shù)。復檢，完成調
試o
如果聚焦等方面方便，為使整個補償器更為緊湊，還可以取消分劃板，將 十字絲與紅色警示線直接刻畫在正像棱鏡的目鏡一側端面上，目標則成像于正 像棱鏡的目鏡側端面。不過補償器的安裝調試會略嫌麻煩。不另繪圖說明。
水準儀補償器采用的是單軸補償，如采用雙軸補償，同樣的方法，也適用 于激光垂準儀、光學垂準儀等儀器的自動補《嘗。
權利要求
1.同步補償器，一種用于水準儀的自動補償器，其特征在于分劃板固定安裝于剛性擺體上，與剛性擺體同步擺動，分劃板位置可以上下微調。
2. 如權利要求l所述的同步補償器，其特征在于棱鏡框架的安裝面外凸， 略呈弧形，便于調節(jié)成像位置。
3. 如權利要求l所述的同步補償器，其特征在于分劃板的十字絲上下方都 刻畫有紅色警示線，當紅色警示線出現(xiàn)在視域內(nèi)，說明儀器傾斜過大，超 出了補償范圍，應重新調平儀器。
4. 如權利要求l所述的同步補償器，其特征在于剛性擺體的擺軸應與十字 絲中心、目鏡視軸處于相同高度，即主光軸上。
5. 如權利要求l所述的同步補償器，其特征在于可以取消分劃板，將十字 絲與紅色警示線直接刻畫在正像棱鏡的目鏡側端面上。
全文摘要
本發(fā)明用于水準儀的自動補償，采用剛體懸掛，具有足夠的機械強度，徹底消除了吊絲拉伸變形、斷裂等隱患，也不受氣溫變化影響；分劃板與補償器擺體同步擺動，不存在過補償或者欠補償?shù)膯栴}；分劃板十字絲上下方刻畫紅色警示線，從目鏡就可監(jiān)視儀器傾斜是否超出補償范圍。補償器的可靠性得到大大提高，堪與微傾水準儀媲美。水準儀補償器采用的是單軸補償，如采用雙軸補償，同樣的方法，也可用于激光垂準儀、光學垂準儀等儀器的自動補償。
文檔編號G01C9/02GK101358847SQ200810215870
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月9日 優(yōu)先權日2008年9月9日
發(fā)明者楊炳南 申請人:楊炳南