当前位置:首页 >> 信息与通信 >>

光电测量仪器论文


电子水准仪的原理及实现

姓名:唐敏 学号:2008301430055 学院:电子信息学院 专业:测控技术与仪器 指导老师:杨晋陵

1

摘要
对电子水准仪的简单分析概述,先是介绍了电子水准仪 的发展和分类,然后详细介绍了其使用原理和注意事项,最 后通过实例 DINI, 展示了其操作方法和要领。 为了使文章

更 加可读易懂,使用了大量插图绘画。对电子水准仪的使用方 法进行分析,利用公式、数据等解析了其原理和构造。 关键词: 关键词:电子水准仪;DINI;

2

Abstract
On the electronic level simple analysis, first introduced the electronic level development and classification, and then describes in detail its principles and attention to matters, at last an example DINI, demonstrated its operational methods and essentials. In order to make the article more readable and easy to understand, use a lot of illustration. On the electronic level using the method to carry on the analysis, using the formula, data and analysis of its principle and construction Key: electronic level; DINI

3

一、电子水准仪的简述与原理
1.1 概 述 1963 年 Fennel 厂 研 制 出 了 编 码 经 纬 仪 ,加 上 四 十 年 代 已 经 出 现 的 电 磁 波 测 距 技 术 ,随 着 光 电 技 术 、计 算 机 技 术 和 精 密 机 械 的 发 展 ,到 八 十 年 代 已 开 始 普 遍 使 用 电 子 测 角 和 电 子 测 距 技 术 ,然 而 到 八 十 年 代 末 水 准 测 量 还 在 使 用 传 统 仪 器 。这 是 由 于 水 准 仪 和 水 准 标 尺 不 仅 在 空 间 上 是 分 离 的 ,而 且 两 者 的 距 离 可 以 以 1 米 多 变 化 到 100 米 ,因 此 在 技 术 上 引 起数字化读数的困难。 为 现 实 水 准 仪 读 数 的 数 字 化 , 人 们 进 行 了 近 30 年 尝 试 , 如 蔡 司 厂 的 RENI 002A 已 使 测 微 器 读 数 能 自 动 完 成 , 但 粗 度 数 还 需 人 工 读 出 并 按键输入, 精读数一起存入存储器, 此还算不上真正的电子水准仪, 与 因 又如利用激光扫平仪和带探测的水准标尺,可以使读数 由标尺自动记 录 ,由 于 这 种 试 验 结 果 还 不 能 达 到 精 密 几 何 水 准 测 量 的 要 求 ,因 此 也 没 有解 决水准测量读数自动化的难题。 1990 年 威 特 厂 首 先 研 制 出 数 字 水 准 仪 NA2000。 可 以 说 , 从 1990 年 起 ,大 地 测 量 仪 器 已 经 完 成 了 从 精 密 光 机 仪 器 向 光 机 电 测 一 体 化 的 高 技 术 产 品 的 过 渡 ,攻 克 了 大 地 测 量 仪 器 中 水 准 仪 数 字 化 读 数 的 这 一 最 后 难关。 到 1994 年 蔡 司 厂 研 制 出 了 电 子 水 准 仪 DiNi10/20, 年 拓 普 康 厂 也 同 研 制 出 了 电 子 水 准 仪 DL101/102。这 意 味 着 电 子 水 准 仪 也 将 普 及 ,并 开 始了激烈的市场竞争。同时也说明,目前还是几何水准测量的精度高, 没 有 其 它 方 法 可 以 取 代 。GPS 技 术 只 能 确 定 大 地 高 ,大 地 高 换 算 成 工 程 上 感 兴 趣 的 正 ,还 需 要 知 道 高 程 异 常 ,确 定 高 程 异 常 还 少 不 了 精 密 水 准 测 量 。这 也 是 各 厂 家 努 力 开 发 电 子 水 准 仪 的 原 因 之 一 。最 后 还 说 明 了 拓 普 康 公 司 具 有 较 高 的 技 术 能 力 ,能 在 世 界 上 第 二 批 研 制 出 电 子 水 准 仪 。 电 子 水 准 仪 具 有 测 量 速 度 快 、读 数 客 观 、能 减 轻 作 业 劳 动 强 度 、精 度 高 、测 量 数 据 便 于 输 入 计 算 机 和 容 易 实 现 水 准 测 量 内 外 业 一 体 化 的 特 点 ,因 此 它 投 放 市 场 后 很 快 受 到 用 户 青 睐 。国 外 的 低 精 度 高 程 测 量 盛 行 使用各种类型的激光定线仪和激光扫平仪。因此电子水准 仪定位在中 精度和高精度水准测量范围, 为两个精度等级, 等精度的标准差为: 分 中 1.0-1.5mm/Km,高 精 度 的 为 : 0.3--0.4mm/Km。 1.2 电 子 水 准 仪 的 基 本 原 理 电 子 水 准 仪 又 称 数 字 水 准 仪 ,它 是 在 自 动 安 平 水 准 仪 的 基 础 上 发 展 起 来 的 。它 采 用 条 码 标 尺 ,各 厂 家 标 尺 编 码 的 条 码 图 案 不 相 同 ,不 能 互 换使用。 前照准标尺和调焦仍需目视进行。 工完成照准和调焦之后, 目 人 标 尺 条 码 一 方 面 被 成 象 在 望 远 镜 分 化 板 上 ,供 目 视 观 测 ,另 一 方 面 通 过 望远镜的分光镜,标尺条码又被成象在光电传感器(又称探测器)上, 即 线 阵 CCD 器 件 上 , 供 电 子 读 数 。 因 此 , 如 果 使 用 传 统 水 准 标 尺 , 电 子 水 准 仪 又 可 以 象 普 通 自 动 安 平 水 准 仪 一 样 使 用 。不 过 这 时 的 测 量 精 度 低于电子测量的精度。特别是精密电子水准仪,由于没有光学测微器, 当成普通自动安平水准仪使用时,其精度更低。 当前电子水准仪采用了原理上相差较大的三种自动电子读数方法:
4

1) 相 关 法 ( 徕 卡 NA3002/3003) 2) 几 何 法 ( 蔡 司 DiNi10/20) 3) 相 位 法 ( 拓 普 康 DL101C/102C) 1.3 相 位 法 原 理 拓 普 康 电 子 水 准 仪 DL101C/102C 采 用 相 位 法 。 标 尺 的 条 码 象 经 望 远 镜 、调 焦 镜 、补 偿 器 的 光 学 零 件 和 分 光 镜 后 ,分 成 两 路 ,一 路 成 象 在 CCD 线 阵 上 , 于 进 行 光 电 转 换 , 一 路 成 象 在 分 划 板 上 , 目 视 观 测 。 用 另 供 DL101 标 尺 上 部 份 条 码 的 图 案 , 中 有 三 种 不 同 的 码 条 。 表 示 参 考 码 , 其 R 其 中 有 三 条 2mm 宽 的 黑 色 码 条 ,每 两 条 黑 色 码 条 之 间 是 一 条 1mm 宽 的 黄 色 码 条 。以 中 间 的 黑 码 条 的 中 心 线 为 准 ,每 隔 30mm 就 有 一 组 R 码 条 重 复 出 现 。 在 每 组 R 码 条 左 边 10mm 处 有 一 道 黑 色 的 B 码 条 。 在 每 组 参 考 码 R 的 右 边 10mm 处 为 一 道 黑 色 的 A 码 条 。读 者 不 难 发 现 ,每 组 R 码条两边的 A 和 B 码条的宽窄不相同,实际上 A 和 B 码条的宽度是在 0 到 10mm 之 间 变 化 , 这 两 种 码 包 含 了 水 准 测 量 时 的 高 度 信 息 。 仪 器 设 计时有意安排了它们的宽度按正弦规律变化。其中 A 码条的周期为 600mm,B 码 条 的 周 期 为 570mm。当 然 ,R 码 条 组 两 边 的 黄 码 条 宽 度 也 是 按 正 弦 规 律 变 化 的 ,这 样 在 标 尺 长 度 方 向 上 就 形 成 了 亮 暗 强 度 按 正 弦 规 律 周 期 变 化 的 亮 度 波 。条 码 的 下 面 画 出 了 波 形 。纵 坐 标 表 示 黑 条 码 的 宽度,横坐标市标尺的长度。实线为 A 码的亮度波,虚线为 B 码的亮 度波。由于 A 和 B 两条码变化的周期不同,也可以说 A 和 B 亮度波的 波长不同,在标尺长度方向上的每一位置上两亮度波的相位差也不同。 这 种 相 位 差 就 好 象 传 统 水 准 标 尺 上 的 分 划 ,它 可 由 标 出 标 尺 的 长 度 。只 要 3 能 测 出 标 尺 底 部 某 处 的 相 位 差 ,也 就 可 由 知 道 该 处 到 标 尺 底 部 的 高 度 ,因 为 相 位 差 可 以 作 到 和 标 尺 长 度 一 一 对 应 ,即 具 有 单 值 性 。这 就 是 适 当 选 则 两 亮 度 波 的 波 长 , 在 DL101 中 A 码 的 周 期 为 600mm, B 码 的 周 期 为 570mm,它 们 的 最 小 公 倍 数 为 11400mm,因 此 在 3m 长 的 标 尺 上 不 会 有 相 同 的 相 位 差 。为 了 确 保 标 尺 底 端 面 ,或 说 相 位 差 分 划 的 端 点 相 位 差 具 有 唯 一 性 , A 和 B 码 的 相 位 在 此 错 过 了 π /2。 DL- 102C 的 标 尺 与 DL- 101C 的 略 有 区 别 , DL- 102C 的 标 尺 为 白 底 黑 条 码 ,A 码 的 波 长 为 330mm,最 小 公 倍 数 为 3300mm。A 和 B 码 在 波 长 底 部 错 开 的 相 位 差 为 π 。 DL101- C 的 标 尺 与 DL- 102C 的 标 尺 可由互换使用。 当 望 远 镜 照 准 标 尺 后 ,标 尺 上 某 一 段 的 条 码 就 成 象 在 线 阵 CCD 上 , 黄 条 码 使 CCD 产 生 光 电 流 , 随 条 码 宽 窄 的 改 变 , 光 电 流 强 度 也 变 化 。 将 它 进 行 模 数 转 换 (A/D)后 , 得 到 不 同 的 灰 度 值 。 视 距 在 Δ 0.6m 时 标 尺 上 某 小 段 成 象 到 CCDA 上 经 A/D 转 换 后 , 得 到 的 不 同 灰 度 值 (纵 坐 标 ), 横 坐 标 是 CCD 上 象 素 的 序 号 , 当 灰 度 值 逐 一 输 出 时 , 横 轴 就 代 表 时 间 了 。横 坐 标 标 记 的 数 字 判 断 ,仪 器 采 用 了 512 个 象 素 的 线 阵 CCD。视 距 和视线高的信息的测量信号。 如何从上述测量信号中求出 A 和 B 两亮度波的相位差呢?下文用 测 量 人 员 容 易 理 解 的 方 式 来 说 明 。设 想 纵 坐 标 的 灰 度 值 就 是 表 示 亮 度 大 小 的 十 进 位 数 字 ,而 且 横 坐 标 尺 寸 已 放 大 到 和 标 尺 尺 寸 一 致 。我 们 用 一 波 长 为 600mm 的 正 弦 曲 线 中 的 离 散 灰 度 值 曲 线 拟 合 , 就 可 由 得 到 A 波 的 最 大 振 幅 和 初 相 位 。 再 用 波 长 为 570mm 的 正 弦 曲 线 , 就 可 由 得 到 B
5

波 的 最 大 振 幅 和 初 相 位 。我 们 对 最 大 振 幅 不 太 感 兴 趣 ,因 为 随 着 标 尺 上 的 照 度 不 同 ,最 大 振 幅 在 不 同 次 数 的 测 量 中 也 不 同 ,对 我 们 求 视 线 高 无 关紧要。我们求出的 A 和 B 两亮度波的初相位之差就是高度数据。不 过 这 是 与 CCD 上 第 一 个 象 素 对 应 的 位 置 到 标 尺 底 端 面 的 高 度 。 我 们 不 难 把 它 换 算 成 CCD 中 点 象 素 上 的 相 位 差 , 这 就 好 象 是 中 丝 读 数 。 象 上 述 那 样 人 工 处 理 测 量 信 号 是 很 麻 烦 的 , 而 且 很 费 时 间 。 在 DL 系 列 中 则 采 用 快 速 傅 里 叶 变 换 (FFT)计 算 方 法 将 测 量 信 号 在 信 号 分 析 器 中分解成三个频率分量。由 A 和 B 两信号的相位求相位差,即得到视 线 高 读 数 。这 只 是 初 读 数 。因 为 视 距 不 同 时 ,标 尺 上 的 波 长 与 测 量 信 号 波长的比例不同。虽然在同一视距上 A 和 B 的波长相同,可由求出相 位差,或说视线高,但是可以想象其精度并不高。 R 码 是 为 了 提 高 读 数 精 度 和 求 视 距 二 安 排 的 。设 两 组 R 码 的 间 距 为 P(=30mm), 它 在 CCD 行 阵 上 成 象 所 占 的 象 素 个 数 为 Z,象 素 宽 为 D(=25 μ m), 则 P 在 CCD 行 阵 上 的 成 象 长 度 为 : L=Z*b (1- 5) Z 可 由 一 信 号 分 析 中 得 出 , b 是 CCD 光 敏 窗 口 的 宽 度 , 因 此 l 和 P 都 为 已 知 数 据 。根 据 几 何 光 学 成 象 原 理 ,可 以 象 传 统 仪 器 用 视 距 丝 测 量 距离的视距测量原理一样求出视距: D=P/l*f (1- 6) 式中 f 是望远镜物镜的焦距。同时还可以求出物象比 A=P/l (1- 7) 于 是 将 测 量 信 号 放 大 到 与 标 尺 上 的 一 样 时 ,再 进 行 相 位 测 量 ,就 可 以精确得出相位差,即视线高。 电 子 水 准 仪 的 三 种 测 量 原 理 各 有 奥 妙 ,三 类 仪 器 都 经 受 了 各 种 检 验 和 实 际 测 量 的 考 验 ,能 胜 任 精 密 水 准 测 量 作 业 。拓 普 康 公 司 在 原 理 上 能 独树一帜,说明该公司具有雄厚的技术实力,市的值得信赖的公司。 1.4 电 子 水 准 仪 的 特 点 1.4.1 电 子 水 准 仪 的 共 同 特 点 电 子 水 准 仪 是 以 自 动 安 平 水 准 仪 为 基 础 ,在 望 远 镜 光 路 中 增 加 了 分 光 镜 和 探 测 器 (CCD),并 采 用 条 码 标 尺 和 图 象 处 理 电 子 系 统 二 构 成 的 光 机 电 测 一 体 化 的 高 科 技 产 品 。采 用 普 通 标 尺 时 ,又 可 象 一 般 自 动 安 平 水 准仪一样使用。 它与传统仪器相比有以下共同特点: 1) 读 数 客 观 。 不 存 在 误 差 、 误 记 问 题 , 没 有 人 为 读 数 误 差 。 2) 精 度 高 。 视 线 高 和 视 距 读 数 都 是 采 用 大 量 条 码 分 划 图 象 经 处 理 后 取 平 均 得 出 来 的 ,因 此 削 弱 了 标 尺 分 划 误 差 的 影 响 。多 数 仪 器 都 有 进 行 多 次 读 数 取 平 均 的 功 能 ,可 以 削 弱 外 界 条 件 影 响 。不 熟 练 的 作 业 人 员 业也能进行高精度测量。 3) 速 度 快 。 由 于 省 去 了 报 数 、 听 记 、 现 场 计 算 的 时 间 以 及 人 为 出 错 的 重 测 数 量 , 测 量 时 间 与 传 统 仪 器 相 比 可 以 节 省 1/3 左 右 。 4) 效 率 高 。 只 需 调 焦 和 按 键 就 可 以 自 动 读 数 , 减 轻 了 劳 动 强 度 。 视 距 还 能 自 动 记 录 ,检 核 ,处 理 并 能 输 入 电 子 计 算 机 进 行 后 处 理 ,可 实 线内外业一体化。

6

1.4.2 拓 普 康 DL(C)系 列 的 具 体 特 点 拓 普 康 DL 系 列 作 为 电 子 水 准 仪 家 族 中 的 一 员 。 以 高 性 能 、 低 价 格 深 受 广 大 用 户 的 欢 迎 。DL 系 列 造 型 美 观 、内 置 功 能 强 、菜 单 功 能 丰 富 、 操作界面友好,有各种信息提示,大大方便了实际操作。 主要特点为: 1 ) 在 字 母 状 态 下 ,可 输 入 数 字 、大 小 写 字 母 及 常 用 标 点 符 号 如 (! “ # % §$ ‘ ()*_+@<>等 )。 2 ) 即 可 以 进 行 自 动 测 量 (用 条 码 标 尺 ,目 前 可 使 用 三 种 标 尺 :铝 合 金 标 尺 SA- 5M、 玻 璃 纤 维 尺 SG- 3M 和 铟 钢 尺 SI- 3/T 或 SI- 3), 又 可 以 进 行 人 工 读 数 (普 通 标 尺 )。 3) 有多次测量、自动求平均值,统计测量误差功能。 4) 有三种线路水准测量模式:后前前后、后后前前、后前。给 定测量限差值,仪器可自动判断测量现差,超限时 提示重测,能自动 计算线路闭合差等。 5 ) DL 系 列 有 三 种 记 录 模 式 : 即 RAM 方 式 , 直 接 存 在 仪 器 内 部 RAM 中 (128K), 可 存 大 约 2400 组 数 据 : RS- 232C 方 式 , 可 通 过 电 缆 将测量数据存到外接计算机或用户开发的电子手簿,进行联机实时测 量 : OFF 方 式 , 测 量 结 果 只 显 示 在 仪 器 屏 幕 上 , 不 进 行 存 储 。 DL 系 列 主 机 内 存 可 存 储 约 1100 个 点 的 数 据 , 并 在 前 一 型 号 DL 系 列 基 础 上 增 目 PCMCIA 卡 的 容 量 主 要 有 256K、 512K、 加 了 PCMCIA 卡 存 储 功 能 。 前 , 1M。 6) 虽然仪器的显示屏较小,但保存在仪器内部的测量结果可在 仪 器 上 用 SRCH 键 进 行 查 阅 。 7) 具有高程放样和测量水准支点的功能。 8 ) 当 测 量 键 不 起 作 用 时 (如 光 线 太 暗 、遮 挡 太 多 时 ),可 输 入 人 工 测量的高程和平距读数,以使线路水准测量程序能继续进行。 9) 有倒置标尺功能,适合于天花板、地下水准测量。 1 0 ) DL(C)系 列 具 有 独 立 的 测 距 功 能 可 方 便 地 用 于 前 、后 视 距 离 测 量 , 精 度 为 1Cm 至 5Cm 1 1 ) 可 用 来 概 略 测 定 水 平 角 , 精 度 到 1 度 或 1gon。 12) 标尺为等间距分划,可以象检验普通水准标尺一样,检验 它的分划误差。 13) 仪器有 i 角检验程序,在野外可方便地进行 i 角检验

7

二、DINI 的操作方法及要领

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

参考文献: 参考文献:
[1] GB12897-91.国家一 、二等水准测量规范[S] [2]冯晓,吴斌. 现代工程测量应用手册[J]. 人民交通出版社,2008 [3]须鼎星. 电子测量技术原理与基本应用[J]. 同济大学出版社,2002 [4]天宝电子水准仪使用说明书. 2010

20

作业 1:光电测距仪频率误差分析及其解决方法
光电测距的基本公式为
D= 1 c0 ?Φ (N + ) 2f n 2π

式中

c0 = c ? n

将其线性化并根据误差传播定律得测距误差
?? m ? c 2 M D = D 2 ?? 0 ? ?? c0 ?
2 2 2 2 ? ? m f ? ? mn ? ? ? λ ? 2 ? ? +? ? +? ? ?+? ? mΦ ? ? f ? ? n ? ? ? ? ? ? 4π ? ?

式中

c0 ——光在真空中传播的速度; f

——测尺频率;

n ——大气折射率;

Φ ——相位;

λ ——测尺波长。

上式表明,测距误差 M D 是由以上各项误差综合影响的结果。实际上,观测 边长 S 的中误差 M S 还应包括仪器加常数的测定误差 mK 和测站及镜站的对中误差
ml ,即 ?? m ? c M = D ?? 0 ? ?? c0 ?
2 S 2

? ? mf ? +? ? ? f ? ?

2

2 2 2 ? ? mn ? ? ? λ ? 2 ? 2 2 ? +? ? ?+? ? mΦ + mK + ml ? ? ? n ? ? ? 4π ? ?

上式中的各项误差影响, 就其方式来讲, 有些是与距离成比例的。 mc0 , m f 和 mn 如 等, 我们称这些误差为 “比例误差” 另一些误差影响与距离长短无关。 mΦ , mK ; 如 及 ml 等,我们称其为“固定误差” 。另一方面,就各项误差影响的性质来看,有 系统的,如 mc0 , m f , mK 及 mn 中的一部分;也有偶然的,如 mΦ , ml 及 mn 中的另一 部分。对于偶然性误差的影响,我们可以采取不同条件下的多次观测来削弱其影 响;而对系统性误差影响则不然,但我们可以事先通过精确检定,缩小这类误差 的数值,达到控制其影响的目的。 调制频率 f 的误差影响 调制频率的误差, 包括两个方面, 即频率校正的误差 (反映了频率的精确度) 和频率的漂移误差(反映了频率稳定度) 。前者由于可用 10-7~10-8 的高精度数字 频率计进行频率的校正, 因此这项误差是很小的。 后者则是频率误差的主要来源, 它与精测尺主控振荡器所用的石英晶体的质量, 老化过程以及是否采用恒温措施
21

密切相关。当主控振荡器的石英晶体不加恒温措施的情况下,其频率稳定度为 ±1×10 。 这 个 稳 定 度 远 不 能 满 足 精 密 测 距 的 要 求 ( 一 般 要 求 m f / f 在 ,为此,精密测距仪上的振荡器采用恒温装置或者 0.5×10 ~1.0×10 范围内) 气温补偿装置,并采取了稳压电源的供电方式,以确保频率的稳定,尽量减少频 率误差。目前,频率相对误差 m f / f 估计为-0.5×10-6。 频率误差影响在精密中远程测距中是不容忽视的, 作业前后应及时进行频率 检校,必要时还得确定晶体的温度偏频曲线,以便给以频率改正。
D= c ( N1 + ?N1 ) 2 f1
c 2 f1
-6 -6 -5

则 式中的精测尺长度 u1 = 可以看出, 若精测尺频率 f1 有漂移, (4-30)

就不准,

测得的距离初步值 D0 必须加一频率改正 ?D f 。频率与距离的变化关系,可微分上 得
dD ?df1 = D0 f1

可见,频率变化对距离的影响是系统性的。频率增大,测尺缩短,使量得的 距离过 长,应加一负的改正。设精尺频率的漂移值为 ?f ,由此引起的距离改正 ?D f 为
?D f = ?f D0 f1

通常,精测尺频率可通过检测,用补偿的办法调整到规定的标准值,这时频 率改正就不必加了。但是,考虑到搬运振动,晶体老化等原因会导致频率变化, 因此作业前后常常要进行频率对比,发现频率变化过大时, ?f >lOHz,就要考虑 对测得的距离加上频率改正 ?D f 。

自选一款自动安平水准仪,分析其补偿条件。 作业 2:自选一款自动安平水准仪,分析其补偿条件。
ALR 系列自动安平水准仪是进行一般精度水准测量的大地测量仪器:该仪器 严格执行水准仪的国家标准 GB/T10156—1977,可用于国家三、四等水准测量, 也可用于建筑工程测量和大型机器的安装。该仪器利用自动补偿技术,可大大提 高作业效率和作业精度。 ALR 系列自动安平水准已采用正想内调教望远镜瞄准系统,全部封闭,可防 止灰尘和水滴侵入。水平微动部件采用双侧手轮摩擦制动全圆微动结构,便于操 作。仪器设有水平度盘,可大致测量目标间的水平角值。 补偿器:调节三个脚螺旋使水泡居中。瞄准目标,轻拍仪器或三脚架,或按
22

动销紧按钮,视场中的影像就会上下晃动,但很快就会停止在原来位置,这样就 证明补偿器正常工作。 观测过程中不应进行粗平,若圆水准器气泡发生偏离,应整平仪器后重新观 测;每次读数时都应进行精平,眼睛通过位于目镜左方的符合气泡观察窗看水准 管气泡,右手转动微倾螺旋,使气泡两端的像吻合,即表示水准仪的视准轴已精 确水平。借助自动安平补偿器获得水平视线。当望远镜视线有微量倾斜时,补偿 器在重力作用下对望远镜作相对移动,从而迅速获得视线水平时的标尺读数。这 种仪器较微倾水准仪工效高、精度稳定。当圆水准器气泡居中后,视准轴仍存在 一个微小倾角 α,在望远镜的光路上安置一补偿器,使通过物镜光心的水平光线 经过补偿器后偏转一个 β 角,仍能通过十字丝交点,这样十字丝交点上读出的水 准尺读数,即为视线水平时应该读出的水准尺读数。由于无需精平,这样不仅可 以缩短水准测量的观测时间,而且对于施工场地地面的微小震动、松软土地的仪 器下沉以及大风吹刮等原因,引起的视线微小倾斜,能迅速自动安平仪器,从而 提高了水准测量的观测精度。

作业3 自选一件光电仪器产品,编写产品设计任务书。 作业3:自选一件光电仪器产品,编写产品设计任务书。
普美微小电流测量仪设计任务书
微小电流测量仪可将较小电流以数字的方式直观、准确的显示出来。

一、设计目的
1.掌握微小电流的测试方法及工作原理。 2.通过设计、安装、调试电路,提高分析问题,解决问题的能力。

二、设计内容及要求
1.设计微小电流测量仪。测量范围:0 ~ 200μA。 2.根据原理框图各部分的功能,查阅资料,完成单元电路设计、参数计算和器件选择。 (注意所选器件经济性、实用性) 3.绘制总体电路原理图。布局合理、排列均匀、图面清晰、便于看图、有利于对图的 理解和阅读。 4.列出所用元器件清单,报实验室备件。

23

5.按照设计电路原理图在面包板上安装、调试电路;测量、绘制各点波形。 6.写出总结报告。

三、电路基本原理
微小电流测试电路的原理框图如下图所示 : 被测 信号 取样电路 电子 模拟开关 隔离电路 积分 电路

时序信号 发生器

取样控制 电路

A/D 转换 电路

时序电路 显示 延时 消除

继电器控制电路 显示电路

被测信号是石英钟平均功耗电流,是一微小的不规则的电流。由取样电路,不失真的将 电流信号放大并转换成电压信号。 电子模拟开关的作用是在一定的时间内, 把被测信号取进 来,送至积分电路,取其电压的平均值。电压信号送至 3 示器显示测量数据。

1 位 A/D 转换电路,最后通过显 2

四、安装、调试电路
1. 单元电路安装调试

电路设计好之后,便可进行安装、调试。 通常应该是插接一个单元的电路、检查无误、通电调试,通过之后再进行下 一个单元电路的插接、检查和调试。
2. 整机调试

全部电路调通之后要进行整机调试、 电路性能、 参数的测试。 要做以下几步: ⑴ 调零 这一步是系统调零。方法是:将取样电路输入端悬空,不接输入信号,用示 波器观察积分电路的输出信号或者通过数字电压表测量输出信号。 若电路输入为 零,输出不为零时,应调整调零电路,使其输出为零。 ⑵ 定标 将一个已知电流输入到取样电路的输入端,测量积分电路的输出或者通过数 字电压表观察输出信号。方法是:取一个 10K 标准电阻,一端接 1.5V 电压,另
24

一端接入取样电路的输入端,根据欧姆定律,可知被测电流应为 150μA,所以 电路的输出应显示为 150μA。若测量值不为 150μA,应调整测量电路的放大倍 数。 只有以上两步做好之后,才能进行下一步。 ⑶ 测量 将被测信号接入测量电路的输入端,此时电路的输出显示值即是被测信号的 准确值。 ⑷ 记录各点波形 循着信号的流向, 用示波器分别测量各点波形。 注意观察波形的幅值、 形状、 相位关系等等。 五、供参考选择的部分元器件 1 1.3 位 A/D 转换电路 5G14433 2 2.BCD 七段锁存/译码/驱动器 5G4511
3.七路达林顿驱动器阵列 5G1413 4.高精度能隙基准电源 5G1403 5.共阴极数码管 6.石英谐振器(谐振频率为 4.194304MHz) 7.石英钟机芯 8.集成电路芯片(按照设计电路自选型号) 9.电阻、电容、连接导线

1片 1片 1片 1片 4只 1只 1只

数片 若干

25


相关文章:
光电检测论文
光电检测论文1-光电传感... 3页 免费 现代光电检测技术论文 暂无评价 1页 免费...激​光​外​差​干​涉​​向​高​分​辨​率​、...
光电检测论文
光电检测论文_信息与通信_工程科技_专业资料。现代光电测试技术背景:在信息技术中...因此迫切需要研制精度达到纳米和亚纳米的干涉仪来实现纳 米尺度的测量和校准,因而...
光电仪器论文
钢板厚度测量---光电仪器... 23页 免费 光电仪器设计论问文 算 ... 15页...总体设计论文提纲 总体设计论文提纲第一章 引言 §1.1 研究背景和意义传统的...
光电计数器--毕业论文
光电计数器--毕业论文_工学_高等教育_教育专区。纯数字电路构建光电计数器 ...技术,使得电子计数 器设计得到重大变革,出现了自动化、可程控的仪器或自动测量...
光电检测论文
光电检测技术与应用论文(光电检测技术在工业监测中的应用) 学指导姓班级校: ...一定规模和一 定水平的光电检测仪器产品 ,其技术指标有的己达到国际先进水平的...
光电仪器设计论文
光电式报警器设计论文 35页 7下载券 光电设计论文 暂无评价 1页 免费 仪器设计...33 2 第1章 绪论 1.1 前言对各种细丝直径的测量常常关系到工业产品的级别, ...
光电测量仪器论文
光电探测器原理及应用 7页 免费如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击此处进行反馈。 光电测量仪器论文 隐藏>> 电子水准仪的原...
光电技术论文
光电技术论文_电子/电路_工程科技_专业资料。电荷耦合器件图像传感器CCD原理与应用...因此,许多采用 光学方法测量外径的仪器,把 CCD 器件作为光电接收器。CCD 从功能...
《光电信息技术》论文
《光电信息技术》论文_教学计划_教学研究_教育专区。农药残留物光电测定 ...本文根据研究背景,通过传统的农药残留检测方法 与光电检测技术进行对比,分析现阶段...
光电探测器论文
贵州民族学院 《 光电探测与信号测量 》 课程论文(设计) 课程论文(设计) 光电二极管 学专班姓学 院业级名号 贵州民族学院 光信息科学与技术 09 级张猛飞 ...
更多相关标签:
光电测试测量仪器 | 电子测量仪器论文 | 电子测量与仪器论文 | 重庆光电仪器有限公司 | 好克光电仪器有限公司 | 光电仪器 | 北航仪器光电学院 | 三鼎光电仪器有限公司 |