专利名称：平齐、角度和距离测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种便携、独立的水平和垂直平齐、角度和距离测量装置(PMD)，该装置适用于指示两个或多个点是否或者何时彼此平齐，以及用于测量两个或多个点之间的距离和角度，并且最好但不专用于实时地向用户显示该指示和/或测量结果。
背景技术：
随着技术的继续进步，已经有多种测量工具可供专业人士和自己动手的(DIY)工具用户使用。对于水平和垂直平齐指示器和测量器来说，有酒精水平仪、电子水平仪和激光水平仪。对于距离测量来说，有标尺、带尺、超声和激光装置。对于角度测量来说，有分度规、量角器和丁字尺。为了装备充分以便能够着手工作，至少需要上述工具中的五种，这种情况对于一位经常使用工具的用户来说并不罕见。
酒精水平仪和电子水平仪有物理尺寸限制，这意味着超出装置长度的测量如果不是不可能精确进行的话，就是难以精确进行，并且限于一维读数。铅垂线单手用起来是笨拙的，并且要进行长测量的话必须被架设起来。激光水平仪要求一个平面来进行反射，并且必须被正确地架设，而且通常很昂贵；此外，所有激光装置都有安全性问题。
直尺受其长度限制。可弯曲的带尺虽然成本低并且易于使用，但是却受到以下问题的限制由于长距离上带尺的弯曲，读数可能会变动。带尺易折断，并且在将带尺迅速收回到其外壳中时易伤害用户。在只有一名操作者的情况下，在长距离上它也尤其不好用。
虽然超声距离测量装置使用起来迅速，尺寸小并且现在生产起来相对便宜，但是它却受到以下因素的限制它能够测量的距离，以及要求发射出的信号必须从一个平行的平面弹回。其精度受空气温度和密度的影响，并且会经历由于附加反射噪声而引起的假读数。并且它一次也只能测量一个坐标。
虽然激光测量系统使用起来也迅速，并且小而精确，但是目前它生产起来还很昂贵，并且受到明亮的环境光(例如阳光)的不利影响，而且依赖于被测对象的表面材料。它一次也只能测量一个坐标。而且关于这类产品也有安全性问题。
分度规无法用于大型项目。量角器已经变得越来越精密，提供着良好的精度，但是仍然受其尺寸的物理约束所限。丁字尺携带起来也很笨重，此外还限于只提供90度的角。

发明内容
本发明寻求提供一种新的测量装置，它易于使用，便于携带，并且排除了对前述工具中大多数的需求，同时提供三维测量能力，并且将用户从先前描述的工具的限制性的物理约束中解放出来。
从而本发明提供了一种便携式测量装置，该装置包括一个外壳；供电装置；一个处理器以及一个或多个运动传感器，适合于提供至少第一和第二位置的相对空间间距的一个量度；一个用户促动的触发器，用于识别至少所述的第一位置；以及一个显示器，用于在视觉上呈现关于一个测得的相对空间间距的信息，其特征在于所述的一个或多个运动传感器检测六个自由度中的运动，并且所述的处理器适合于将至少一个角度确定为所述的相对空间间距的一个量度，用于由所述显示器呈现。
在本发明的一个替换方面中，提供了一种便携式测量装置，该装置包括一个外壳；供电装置；一个处理器以及一个或多个运动传感器，适合于提供至少第一和第二位置的相对空间间距的一个量度；一个用户促动的触发器，用于识别至少所述的第一位置；以及一个显示器，用于在视觉上呈现关于一个测得的相对空间间距的信息，其特征在于所述的处理器适合于将至少一个角度和一个线性距离确定为所述的相对空间间距的一个量度，用于由所述显示器呈现。
在本发明的另一个方面中，提供了一种便携式测量装置，该装置包括一个外壳；供电装置；一个处理器以及一个或多个运动传感器，适合于提供至少第一和第二位置的相对空间间距的一个量度；一个用户促动的触发器；以及一个显示器，用于在视觉上呈现关于一个测得的相对空间间距的信息，所述测量装置的特征在于进一步包括在所述外壳上提供与所述的一个或多个运动传感器具有一个限定的空间关系的一个测量点，所述测量点被提供为用于联合所述的用户促动的触发器，向所述处理器标识所述的第一和第二位置中的至少一个。
许多基于惯性测量单元(IMU)的测量系统依赖于“零速度更新(zero velocity updates)”(ZVUP)，这是由C Verplaetse在IBMSystems Journal，Vol.35，Nos.3&4 1996“Inertial Proprioceptivedevicesself-motion-sensing toys and tools(惯性本体感受装置自运动传感玩具和工具)”和US6,292,751中描述的。“零速度更新”依赖于识别传感器何时静止以及将速度值重置回零。此过程改进了一个IMU系统的精度，并且允许它们在不经历持续增长的误差的情况下被长时间地使用。但是，这种零速度更新在一个很少完全静止的手持装置中本质上是无法实现的并且是不精确的。
更适宜地，本发明额外包含了测量装置的非零速度更新，其中处理器与一个储存了校准数据的挥发性存储器和一个储存了运动数据的数据存储器通信，并且处理器适合于更新校准数据和/或储存的运动数据。当测量点被认为是充分静止时，处理器可适于联系由所述的一个或多个运动传感器检测到的运动确定对校准数据和/或运动数据的一个误差校正。
通过本发明可测量和显示三个测量轴中的、两点之间的、或一条直线和一点之间的、或一个垂直或水平平面和一点之间的、或任何其他平面和一点之间的空间间距。在一个首选实施例中，通过机电惯性测量装置提供了说明所有六个不同的自由度的加速度、速度、旋转和平移示数。此外，该测量装置可以确定由于装置的重力引起的加速度，并且可以补偿此背景信号。对于首选实施例，测量装置包括一系列至少三个加速计和三个速度陀螺仪，以监视测量装置在六个自由度上的移动。理想情况下，加速计和速度陀螺仪采用MEMS(微电子机械系统)技术，以降低物理尺寸要求，并且促成一个轻型低功耗手持装置。
这里所提到的空间间距欲包括垂直高度和水平间距差、距离、水平或垂直角度、水平和垂直平齐示数等。


现在将在参考附图的情况下通过例子说明本发明的实施例，附图中图1a、1b、1c和1d是根据本发明的一个便携式测量装置的一个第一实施例的轮廓图；图2是用于根据本发明的一个测量装置的一个测量指针的一个第一实施例的图；图3是包含在根据本发明的一个便携式测量装置中的pcb的一个第一实施例的功能框图；图4是描述一个确定根据本发明的一个测量装置何时静止的算法的流程图；图5是描述一种用于重新校准根据本发明的一个静止的测量装置的方法的流程图；图6是描述一种用于根据储存的轨迹数据重新计算根据本发明的一个测量装置的当前位置的方法的流程图；图7是描述用于根据本发明的一个测量装置的一个确定一个非零速度更新(NZVUP)以及初始俯仰角和滚动方向角度的算法的流程图；以及图8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g、8h是根据本发明的一个测量装置的显示屏幕的例子。
具体实施例方式
为了帮助理解如何使用一个惯性测量单元(IMU)测量空间间距，以下是对其基本原理的一个说明。
空间间距是通过监视IMU的移动来测量的。IMU的移动是由测量关于与IMU相关的(通常是IMU内的)一个参考点的六个自由度中的运动(即三个旋转和三个平移移动)的传感器来检测的。通常这些传感器包括在三个轴中组织和对齐的三个速度陀螺仪和三个加速仪，这三个轴中的每一个与另两个轴垂直。
这些传感器测量相对于一个固定在IMU的坐标框架(称为“体框架”)的运动。这些测得的运动需要被转化为与重力对齐的一个坐标框架中的运动，即一个轴平行于重力(垂直的)，另两个轴垂直于重力(水平的)并且彼此垂直(称为“本地框架”)，以便虑及测得的IMU运动上的重力作用。已为人熟知的是，利用从Euler角或Euler参数(四元数)导出的一个方向余弦矩阵，可以将关于体框架的运动转化为关于本地框架的运动。
在根据本发明的一个测量装置的一个典型实施例中，一个空间间距是通过以下过程测量的·以规则的间隔(例如每隔1ms)采样IMU的加速计和速度陀螺仪传感器·测量的开始由一个用户促动的触发器指示，该触发器在该时刻指示测量装置是静止的，即具有零速度和零平移加速度。
·测量装置关于本地框架的初始方向，例如俯仰、翻滚和偏航，是通过利用简单的三角法分解由加速计测得的关于体框架的重力加速度的三个分量来计算的。测量点关于本地框架的初始位置坐标被设为零。
·在测量装置的后续运动期间，利用以下算法，对IMU的传感器值的每个样本(例如每毫秒)重新计算测量装置的测量点的方向和平移移动的测量值·根据由IMU的速度陀螺仪传感器测得的值计算关于体框架的角速度。
·根据关于体框架的角速度和测量装置关于本地框架的初始方向计算四元数。
·根据四元数计算方向余弦矩阵。
·关于本地框架的重力加速度分量只在垂直轴中(按照定义)。
·根据关于本地框架的垂直重力加速度分量和方向余弦矩阵计算IMU关于体框架的重力加速度分量。
·根据由IMU的加速计传感器测得的值计算IMU关于体框架的总加速度。
·通过从IMU关于体框架的总加速度中减去关于体框架的重力加速度分量来计算IMU关于体框架的平移加速度。
·通过对IMU关于体框架的平移加速度积分计算IMU关于体框架的平移速度。
·根据IMU关于体框架的平移速度和方向余弦矩阵计算IMU关于本地框架的平移速度。
·通过对IMU关于本地框架的平移速度积分来计算IMU关于本地框架的平移移动。
·根据四元数计算测量装置关于本地框架的角方向。
·根据IMU关于本地框架的平移移动、测量装置关于本地框架的角方向以及IMU和测量点之间的固定空间关系来计算测量点关于本地框架的平移移动。
·利用简单三角法，根据关于本地框架的平移移动计算测量点距离它关于本地框架的初始位置的相对空间间距。
·根据关于本地框架的相对空间间距计算，然后测量装置显示所有测量值，例如垂直高和/或水平间距的差、距离、对水平或垂直的角度、水平和垂直平齐指示等。
一个便携式测量装置(PMD)被显示在图1a、1b、1c和1d中，它包括一个外壳1，被作为独立单元的惯性测量元件的多个运动传感器位于其内部。优选为一个惯性测量单元(IMU)2形式的惯性测量元件以及与其相关联的电子接口元件由于温度变化通常易漂移。在使用中，PMD可能经历迅速的温度变化，例如来自用户手部的热量。为了最小化外部温度变化对PMD的内部元件的影响，外壳1的材料最好选择为热绝缘的，从而具有一个高的热阻抗。此外可将外壳1密封以消除由于对流引起的内部温度变化。
在外壳1的外部提供了一个测量点3，PMD的所有空间测量都是对照着它来参考的。测量点3可以是构成外壳1的一个部件，也可以连接到其上，它在视觉上是可辨识的，并且用户可以将它与一个选中的位置对齐，测量将始于或止于该位置。此外PMD可通过一束激光或其他光束识别表示远离PMD的位置的虚拟测量点。
PMD的外壳1还包括一个触发器4，它是由用户促动的，促动方式例如是但不限于手动地、机械地、电子地或通过语音。触发器4连接到安装在外壳内部一个pcb6上的一个微型开关5。触发器4最好紧邻微型开关5，以便每次触发器4被压下时，触发器4都会激活微型开关5，然后微型开关5又向也安装在pcb6上的一个处理器7提供一个信号。
当PMD被靠放在一个固体表面上以进行一次测量时，施加在IMU2上的减速力通常在10个或100个g的量级，因此超过了IMU2的测量范围。为了使得IMU2能够测量这样一个减速力，在外壳1上另外提供了一个减速装置8(图2)，它被安放成这样一种配置在PMD的正常操作中，减速装置8是PMD中第一个与一个位置点接触的元件，其中测量始于或止于该位置点。减速装置8最好是可压缩的，从而提供一种将IMU2上的减速力限制到其测量范围内的一种手段。就这一点来说，减速装置可包括一种可压缩材料或者一个可压缩元件，例如一个弹簧。减速装置8可以是组成外壳1的一个部件，或者可以连接到其上。如图2所示，在测量装置的一个首选实施例中，合并了减速装置8和触发器4，以便减速装置8的压缩促动触发器4。作为替换，触发器4也可由用户以一种预定的方式移动PMD来促动，以便使IMU2受到一种特定模式的加速力。当然在IMU2的测量范围包含减速力可能遇到的范围时或者这样大的减速力不需要被控制时，可以省略减速装置8。
外壳1还包括一个透明窗口9，它与安放在pcb6上的一个显示器10对齐。作为替换，显示器10也可以形成外壳1的一部分。在外壳1上提供了一个或多个按钮11形式的开关(图1a和1b中示出了三个)。按钮11使得用户能够控制PMD的操作。按钮11或者连接到pcb6上的控制开关12，或者紧邻着这些控制开关安放，以便一个相应的控制开关12在用户按下其相关的按钮11时被激活。
现转到如上所述的图3，一个pcb6用于安放和连接PMD的内部元件。内部元件包括惯性测量单元(IMU)2，它用于向一个处理器7提供关于与IMU2相关的一个参考点的平移和旋转移动和方向的电信号。处理器7是以IMU2的参考点和外壳1上的测量点3之间的固定空间关系编程的，以便测量点3的平移和旋转移动和方向能够由处理器7确定。作为替换，IMU中的每个个体惯性测量元件也可以有其自己的参考点，在这种情况下，处理器是以测量点3和每个个体参考点之间的空间差异的一系列关系编程的。这种情形的一种特殊情况是所述参考点与所述的测量点3重合。
在一个替换实施例(未示出)中，一个激光发射器和检测器被提供在PMD中，或者连接到PMD，以使得能够通过常规的捕获激光距离测量技术，例如US6,191,845中所描述的技术，来执行非接触相对测量。激光光束反射的每个远点被IMU2当作一个虚拟测量点，并且由于激光光束被视为按一条直线传播，不同反射点的相对空间间距可由PMD利用常规三角法理论来确定。在此实施例中被确定的不是虚拟测量点的平移和旋转移动，而是PMD相对于虚拟测量点的平移和旋转移动的测量值，这一点使得能够测量两个位置的空间间距。
通常IMU2包含多个加速计和速度陀螺仪，它们最好安放在x、y和z轴中，向处理器7提供与IMU2的平移加速度和旋转速度成正比的电信号。IMU2的替换实施例可以包括运动传感器的任何组合，但不限于力测量装置，例如平移和角度加速计，速度陀螺仪和诸如磁力计这样的磁场检测器。也设想了运动传感器的替换设置方式，例如金字塔状结构。在IMU2被描述为安放在pcb6上的同时，也设想了替换配置，这些配置可能要求附加的pcb，或者真正消除对任何pcb的需求。为了提供一个紧凑和轻巧的结构，最好利用例如专利US6,456,939和US6,295,870以及专利申请US2002/0065626中所描述的MEMS技术制造IMU2。
可以向IMU2提供一个附加的加速计20，用于测量仅一个轴中的高得多的减速力。此轴在PMD内被对齐，以便在用户将它靠放在要测量的一个表面位置上时，测量PMD和/或减速装置8法向运动方向的减速度。此附加的加速计20可以在IMU2外部。
一个温度传感器13被提供并连接到处理器7。温度传感器13输出一个正比于PMD的内部温度的信号到处理器7。这用于使处理器7能够为从IMU2接收到的通常信赖于温度的信号提供温度补偿。虽然显示出来的是与IMU2分离的，但温度传感器也可以被合并到IMU2的一个或多个个体的惯性测量元件中，以便提供更精确的温度补偿。
安放在pcb6上并且由触发器4激活的微型开关5被连接到处理器7，并且每当触发器4被用户手动激活或者通过将触发器4或者一个诸如减速装置8的元件靠放在一个平面上而被机械激活时，输出一个电触发信号到处理器7。
处理器7也被连接到一个存储器14。存储器14包括3个分配的存储区域，一个储存了IMU2的校准数据的第一存储区域14a，一个储存了参考位置数据的第二存储区域14b，以及一个储存了轨迹数据的第三存储区域14c。储存在存储器的第一存储区域14a中的IMU2的校准数据可以被预先确定。作为替换，IMU2的校准数据可以在PMD的正常操作期间获得，并且被储存在储存器14a中。一个另外的程序存储器可以与处理器相关联，其中储存用于计算第一和第二位置之间的相对空间间距的指令和算法。
一个显示器10被连接到处理器7，并且用于连续显示由处理器7提供的、关于PMD的测量点距离一个的先前储存的参考空间位置(储存在参考数据存储区域14b中)的相对空间间距的实时数据。
最好是一个电池形式的一个电源15，通过电能提供装置被连接到内部电和机电元件，以便为电子和机电元件提供电能。诸如太阳能电池这样的替换电源也适于为测量装置供电。
一个时钟16被连接到处理器7，并且向处理器7提供一个时钟信号，以使得处理器能够以预定的规则时间间隔，例如1mS至1000mS，从IMU2取得连续的测量。此外处理器能够访问或者包括一个定时器的功能，以便监视要进行的一次测量所花费的时间。理想情况下，定时器与时钟16通信，并且包括一个增量计数器17，该计数器对进行一次测量期间发出的时钟脉冲数目进行计数。通过这种方法，计数得到的时钟脉冲数据代表了测量的持续时间。每次当触发器4被促动以标识一个新的“起始点”时，计数器17最好被重置为零。此外，处理器7可以利用来自计数器17的信息确定一个正在进行的测量的适当分辨率。通过这种方式测量的分辨率可以根据测量花费的时间而变化，其中测量花费的时间一般又反映了例如测量的规模(例如毫米、厘米或米)或者第二位置的易接近性。
一个或多个控制开关12也安放在pcb6上，并且连接到处理器7。控制开关12用于使得用户能够从一个预定的功能集合中选择处理器7的操作，并且每个控制开关12在每次其相关的按钮11被用户按下时向处理器7提供一个信号。控制开关12可以用于例如选择一个测量是从一个点、一条线或一个平面开始进行；用于显示测量的工程单位，例如毫米和厘米和米、英尺和英寸、度或角度比；要进行的测量的类型，例如一个第一位置或第二位置；测量如何被显示，例如显示成一个平齐还是显示成一个距离、角度、面积或体积。一个可听音响器18可以被提供并连接到处理器7，并且用于在PMD的操作期间向用户提供可听反馈。
一个端口19可以被提供并连接到处理器7，并且用于提取由处理器7储存的数据，以便将来分析。
在使用中，处理器7接收来自IMU2的信号，这些信号对应于IMU2的参考点的平移和旋转移动和方向，包括平移加速度、旋转速度、速度增量、位置增量和角度增量，或者对应于IMU2的参考点相对于一个较早的位置的相对位置和旋转移动和方向。也设想IMU可以被使用为利用元件提供上面列出的测量中的某些但不是全部。
处理器7通过控制开关12之一从用户接收关于要进行的一次测量的开始的指示，表示PMD上的测量点3位于称为“起始点”的第一位置，并且用户正基本上静止地拿着装置。处理器7以预定义的人手和身体移动极限编程，并且将这些极限与从IMU2接收到的加速度和角速度陀螺仪值相比较，以确定PMD何时基本上静止。图4的流程图详细描述了一个可用于确定PMD静止的算法(S1-S4)。处理器7将平移和旋转速度参数值重置为零，确定PMD相对于垂直的方向，并且将PMD上的测量点3的位置坐标重置为零。处理器7将由IMU2生成或从IMU2导出的所有参数值作为一个数据集合储存到参考位置数据存储区域14b的“起始点”位置。
在一个替换实施例中，在触发器4被顶着一个坚固物体拿着时，处理器7等待触发器4被促动，这表示已知测量点3是静止的。在这种情况下，在处于零速度的测量点3与由于拿着PMD的人的手部运动而经历移动的IMU2的参考点之间建立了一个关系。处理器7进行一个“非零速度更新”(NZVUP)以确定IMU的参考点的初始速度和PMD相对于垂直的初始方向。图7的流程图(S21-29)描述了一个执行非零速度和方向校准更新的算法。处理器7将由IMU2生成或导出的所有参数值作为一个数据集合储存到参考位置数据存储区域14b的“起始点”位置中。
然后处理器7可以激活可听音响器18，以通知用户“起始点”测量完成，装置可以被移动。
当用户移动PMD时，处理器7从IMU2接收新的参数值。处理器7利用这些参数值，以及储存在参考位置数据存储区域14b的“起始点”位置中的相应参数值，和测量点3和IMU2的参考点之间的已知空间关系，导出一个空间间距，此空间间距是基于测量点3的当前位置和它在“起始点”的位置之间的一个三维空间差异测量值。处理器7此外还可以导出测量点3的当前和“起始点”位置之间的一个垂直平面和一个水平平面中的差异。
处理器7在显示器10上向用户实时显示差异测量值，以便向用户提供一个连续和基本上瞬时的显示，指示测量点3距离“起始点”的差异测量值。这里要求距离第一位置或“起始点”的一定相对测量的第二位置，被视为PMD的瞬时位置。但是，在一个替换实施例中，触发器4可用于为处理器7标识要求测量的第二位置，在这种情况下一个连续更新的实时显示并不必要，相反测量值只在触发器4被促动之后才被显示，以标识第二位置。当然测量值可以以多种不同的格式显示给用户。
如先前所提到，PMD也可用于导出和显示相对于一条参考线或一个参考平面的差异测量值。通过控制开关12，用户能够指示处理器7在捕获第一“起始点”测量值后，要捕获另外的参考点，以定义一条参考线或参考平面。处理器7用与“起始点”位置相同的方法进行一次测量，但是将由IMU2生成或导出的参数值储存到参考位置数据存储区域14b的一个第二位置中。“起始点”位置和第二参考点位置可被处理器7用于定义一条相对于“起始点”的参考线，随后的差异测量值可以相对于此参考线上的“起始点”被导出并且显示。以相同的方式，一个第三参考点可以被捕获，以定义一个相对于“起始点”的参考平面，并且处理器7可以导出和显示此参考平面上相对于“起始点”的差异测量值。
PMD也尤其适于用作一个电子水平仪。在这方面，PMD的部分固有功能是测量点与点、线或平面之间的角关系。当就一个水平或垂直平面来说两点之间没有角度差异时，即测得的角度为0°时，就水平或垂直平面来说一个平齐确定。PMD可以通过显示一个实时角度差异测量值来显示此信息，或者显示器也可以替换地或者附加地提供平齐的图形指示，如图8a和8b所示。
当所有测量完成时，保存在存储器14中的数据可以被用户调回到显示器10上或者通过端口19下载到一台计算机上，用于后续的分析和/或显示。
IMU2产生的信号易随时间和温度漂移，由于处理器7进行的平移和角移动计算，这一点会随时间增大测量误差。为了最小化这些误差，处理器7可以为IMU2内包含的每个传感元件调整储存在校准数据存储区域14a中的校准数据。替换地或者附加地，处理器7可以将一个校正因子应用到从IMU2接收到的各个信号上，或者应用到由处理器确定的测量点的被计算的相对平移和旋转移动上。可以在PMD中提供一种或多种在PMD的正常使用期间调整校准数据或测量信号的手段。
如先前所提到的，处理器7用来自温度传感器13的信号确定PMD的内部温度，从而确定IMU2的元件的温度。处理器7以用于IMU2的每个元件的一系列与温度相关的校正因子编程，并且处理器7利用这些校正因子以规则的时间间隔，例如1秒或60秒，调整储存在校准数据存储区域14a中的IMU2的每个元件的校准数据。替换地，处理器7也可利用与温度相关的校正因子来调整从IMU2接收到的每个瞬时测量信号。
此外，每当在一个“起始点”测量期间PMD上的测量点3被确定为静止，由IMU2生成或导出的特定参数值可以被校正，例如PMD的方向，和/或补偿局部环境条件，并且处理器7可以调整储存在校准数据存储区域14a中的“起始点”校准数据集合的值以便从这些信号中去除任何偏置。图5的流程图(S5-S11)描述了这种重校准的算法的一个例子。
此外，每当在除“起始点”测量之外的其他时段期间PMD上的测量点3被确定为静止时，处理器7也可以同样地为IMU2的每个传感元件导出新的校准数据，并且将它们作为一个新的校准数据集合储存在校准数据存储区域14a的下一个可用位置中。处理器7还可以进行一个非零速度更新(NZVUP)，以便至少单独计算IMU的参考点的当前速度和PMD的方向，以为了校正这些参数的当前值。处理器7还可从这些参数中导出积累的误差值，并将它们作为新的校准数据集合的一部分储存在校准数据存储区域14a中。
在处理器7导出和显示差异测量值的同时，由IMU2生成和导出的参数值也可以作为一个数据集合被处理器7以规则的时间间隔记录到轨迹数据存储区域14c中。
处理器7利用储存在校准数据存储区域14a中的校准数据集合和记录在轨迹数据存储区域14c中的参数值集合，通过在校准数据的相邻集合之间进行插值，导出一个与每个参数值集合相关联的新的校准数据集合，然后利用每个新的校准数据集合和每个参数值集合重新计算PMD上的测量点3从“起始点”到其当前位置的空间间距。
处理器7利用此修改后的空间间距，并且在显示器10上将它显示给用户。图6的流程图(S12-S20)描述了此重新计算的一个算法。
轨迹数据存储区域14c和校准数据存储区域14a通常在每次进行一个新的“起始点”测量时被新数据覆盖。
由处理器7实现的计算的本质意味着测量中的误差可能随时间积累。为了部分地补偿这些误差，处理器7可以联系测量的已持续时间来调整显示在显示器10上的值的分辨率。测量持续的时间越长，显示的分辨率越低。
通过将激光距离测量结合到PMD中，测量PMD的用户无法达到的点(例如高屋顶)变得可能了。如先前所提到的，当激光测量与惯性测量结合时，可以捕获用户无法达到的两个遥远地点的位置，然后可以利用三角法理论和第一和第二遥远位置的捕获之间PMD被监视的惯性移动来确定所述遥远位置的空间间距。当然，就测量相对平齐以及相对于线或平面的角度和距离来说，PMD的全部功能也适用。此外，通过激光发射器生成的虚拟测量点与利用PMD外壳上提供的测量点3标识的位置之间的测量也是可能的。虽然这里提及了一个激光发射器和检测器，但是显然也可采用非接触式距离测量的替换形式，包括超声装置。通过将一个非接触式仪表结合在PMD中，就有可能利用PMD在角落周围、物体周围、繁忙的道路上或宽阔的河流上进行测量，并且以最小的移动迅速并轻松地捕获多个测量值。
在不背离附录的权利要求定义的发明范围的情况下可设想PMD的更多修改和更改。
权利要求
1.一个便携式测量装置包括一个外壳；供电装置；一个处理器以及一个或多个运动传感器，适合于提供至少第一和第二位置的相对空间间距的量度；一个用户促动的触发器，用于识别至少所述的第一位置；以及一个显示器，用于在视觉上呈现关于一个测得的相对空间间距的信息其特征在于所述的一个或多个运动传感器检测六个自由度中的运动，并且所述的处理器适合于将至少一个角度确定为所述的相对空间间距的量度，用于由所述显示器呈现。
2.权利要求1中所述的一个便携式测量装置，其中所述的处理器适合于确定相对于垂直和水平平面中的一个或两个的所述的至少一个角度。
3.权利要求2中所述的一个便携式测量装置，其中所述的处理器适合于确定所述的第一和第二位置是否与所述的垂直或水平平面中的任意一个平齐。
4.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，其中所述的处理器适合于确定，除所述的至少一个角度外，分隔所述的第一和第二位置的一个线性距离。
5.一个便携式测量装置包括一个外壳；供电装置；一个处理器以及一个或多个运动传感器，适合于提供至少第一和第二位置的相对空间间距的量度；一个用户促动的触发器，用于识别至少所述的第一位置；以及一个显示器，用于在视觉上呈现关于一个测得的相对空间间距的信息其特征在于所述的处理器适合于将至少一个角度和一个线性距离确定为所述的相对空间间距的量度，用于由所述显示器呈现。
6.一个便携式测量装置包括一个外壳；供电装置；一个处理器以及一个或多个运动传感器，适合于提供至少第一和第二位置的相对空间间距的一个量度；一个用户促动的触发器；以及一个显示器，用于在视觉上呈现关于一个测得的相对空间间距的信息所述测量装置的特征在于进一步包括在所述外壳上提供的与所述的一个或多个运动传感器具有一个限定的空间关系的一个测量点，所述测量点被提供用于联合所述的用户促动的触发器，向所述处理器标识所述的第一和第二位置中的至少一个。
7.权利要求6中所述的一个便携式测量装置，其中所述的测量点在所述外壳上是视觉上可辨识的，并且可以与一个用户选中的空间位置对齐。
8.权利要求6或7中任意一条所述的一个便携式测量装置，其中所述的测量点在被用户与一个选中的空间位置相对齐时基本上静止。
9.权利要求8中所述的一个便携式测量装置，其中处理器适合于在所述测量点与一个选中的空间位置对齐并且基本上静止时，联系由所述的一个或多个运动传感器检测到的运动以确定一个误差校正。
10.权利要求5至9中任意一条中所述的一个便携式测量装置，其中所述的一个或多个运动传感器检测六个自由度中的运动。
11.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，其中所述处理器与一个储存了校准数据的挥发性存储器通信。
12.权利要求11中所述的一个便携式测量装置，其中所述处理器适合于在一个第二或后续的位置更新储存在所述挥发性存储器中的校准数据。
13.权利要求12中所述的一个便携式测量装置，其中所述处理器适合于在更新储存在所述挥发性存储器中的校准数据时，为由于不受控制的用户手部移动而产生的一个或多个运动传感器的移动做出调整。
14.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，包括多个运动传感器，其中所述的多个运动传感器中的一个或多个包括一个惯性测量装置。
15.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，包括多个运动传感器，其由至少三个加速计和三个角速度陀螺仪构成。
16.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，进一步包括一个与所述处理器相关联的存储器，其中储存了用于根据由所述的一个或多个运动传感器生成的信息计算所述的相对空间间距量度的指令。
17.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，其中所述的外壳包括热绝缘，以保护所述外壳内的所述的一个或多个运动传感器不受外部温度变化影响。
18.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，进一步包括一个与所述处理器通信的定时器，用于监视一次测量的持续时间，其中所述处理器适合于按照和所述测量的持续时间有关的分辨率来确定所述的相对空间间距量度。
19.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，其中所述处理器适合于根据从所述运动传感器接收到的信息确定所述测量装置何时静止，并且生成一个误差校正。
20.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，其中所述处理器能够访问标识表示用户小的不受控制的手部移动的可测量空间移动的下限的阈值数据。
21.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，进一步包括一个减速装置，用于降低高减速力。
22.权利要求21中所述的一个便携式测量装置，其中所述的减速装置包括一个可压缩元件。
23.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，进一步包括一个可听音响器，用于在所述第一或第二位置处的预测量已经被记录时提供一个可听指示。
24.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，其中所述的供电装置包括连接器，适于连接到一个便携式电源。
25.权利要求24中所述的一个便携式测量装置，其中所述的便携式电源由一个电池构成。
26.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，其中所述的处理器适合于提供关于所述测得的相对空间间距的实时数据。
27.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，其中所述的第一位置是从一个参考点、一条参考线或一个参考平面中选出的，所述第二位置的空间间距是从所述第一位置确定的。
28.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，其中所述的处理器另外包括一个数据储存器，其中储存了运动数据。
29.权利要求28中和权利要求9、12或13中任何一条中所述的一个便携式测量装置，其中所述处理器适合于根据计算出的误差校正或更新后的校准数据更新所述储存的运动数据，并且根据所述的更新后的运动数据重新计算所述测得的空间间距。
30.前述任一权利要求中所述的一个便携式测量装置，进一步包括一个非接触式的距离仪表，用于测量到一个远离所述测量装置的位置的距离，所述位置是所述的第一和第二位置中的至少一个。
全文摘要
便携式独立水平和垂直平齐、角度和距离测量装置适用于指示两个或多个点是否或者何时彼此平齐，以及用于测量两个或多个点之间、一个点与一条线或者一个点与一个平面之间的距离和角度。此外，该测量装置能够实时地向用户显示这种测量结果。该测量装置包括一个测量点(3)，用于标识从哪开始计算测量结果，一个用户促动的触发器(11)和一个显示器(9)，用于按实时或存储器模式向用户显示测量结果。该测量装置紧凑并且轻巧，使得它尤其方便和便携。它也具有非常多的用途，并且能够大体上替换一般在DIY、工程和贸易中采用的多种测量装置。
文档编号G01C21/10GK1711460SQ200380103268
公开日2005年12月21日 申请日期2003年11月14日 优先权日2002年11月15日
发明者阿兰·乔治·罗克, 安格斯·詹姆斯·罗克 申请人:阿兰·乔治·罗克, 安格斯·詹姆斯·罗克