专利名称：同步补偿器的制作方法
同步补偿器 本发明用于水准仪的自动安平补偿。
水准仪架设好后，通常难以避免地存在小角度的倾斜，不能直接读取准确 数据。自动安平水准仪可以实现自动补偿，修正仪器的倾斜误差，直接读取测 量数据。老式的微倾水准仪，每转动一个角度，都必须精确调节微动机构，令 符合气泡吻合，才能得到准确读数，工作效率低，且容易出现人为操作误差。 微倾水准仪仅仅因为其可靠性高，故障率低，尚能占有市场一席之地。
目前使用的自动安平水准仪，其补偿器存在严重缺陷。为了让来自水平方 向的光线准确成像于分划板十字丝中心，以补偿仪器自身的小角度倾斜， 一般 采用吊丝补偿器。由于镜面反射特性的限制，要求摆体反射镜的偏转角度与仪
器倾斜角度保持恒定的比例关系。吊丝补偿器用4条合金吊丝悬挂重心偏移的 摆体，带动反射镜按恒定的比例关系偏转。为了保证仪器足够的灵敏度，对吊 丝的物理性能要求苛刻，因而吊丝的强度受到限制，整个补偿器结构松散、脆 弱， 一旦受到较为强烈的冲击、震动，吊丝就可能被拉长、变形，出现过补偿、 欠补偿等问题；严重时甚至会使吊丝断裂，阻尼卡死，导致补偿器完全失效， 仪器不能工作。加大吊丝强度则势必降低其柔软性，仪器灵敏度降低，这一对 矛盾难以调和；气温变化较大时，也会引起吊丝长度的变化，使补偿率出现偏 差。在返修的自动安平水准仪中，绝大部分故障原因是吊丝损伤、断裂。更换 吊丝后，补偿率的调整，却是维修中最为头疼的难题。正是由于故障率高、可 靠性低的原因，不少用户宁愿选用低效率的老式微倾水准仪，而不愿使用高效 率的自动安平水准仪。因为每次使用都要检查仪器是否工作正常、准确， 一旦 发现仪器故障，连同这之前工作中得到的测量数据是否正确都难以肯定。
本发明同步补偿器，摒弃了悬挂吊丝，采用刚体悬挂，彻底解决了吊丝的 诸多缺陷，具有足够的机械强度，几乎不存在拉伸、变形、断裂的可能；分划 板与补偿器摆体同步摆动，也不存在过补偿或者欠补偿的问题，且不受气温变
化的影响，不易发生故障，其极高的可靠性堪与微倾水准仪媲美。
本发明所涉及的刚体悬挂技术，已经得到了成功的应用，属于成熟技术， 仪器的灵敏度、测量精度都有可靠的保证。
图l为同步补偿器原理图，图2为同步补偿器结构示意图。
序号索引l阿贝棱镜、2三角棱镜、3分划板、4入射光线、5出射光
线、6刚性摆体、7摆轴、8棱镜框架、9棱镜框架紧固/调节螺丝、10分划
板紧固/微调螺丝


图1 ，基本原理分析。光线通过仪器透镜后，在分划板上形成倒立的实象， 为便于观察，需要在分划板前面加装一个正像棱镜，将倒立的实像再次反相， 变成正立的实象。
为便于理解说明，图1中将正像棱镜视为两部分阿贝棱镜l和三角棱镜 2。在实际运用中，无须拆分正像棱镜。阿贝棱镜l固定安装，与仪器一起可 做任意小角度的倾斜，三角棱镜2与分划板3固定安装于摆体上(图1中未画 出摆体)，同步自由摆动。入射光线4通过阿贝棱镜1后，经历了两次镜面反 射，(光线经过阿贝棱镜l的直角面时，实际上有两次反射，不过这两次反射 的效果，只是把倒立的实象左右倒转，对水平方向没有影响，故图1中把阿贝 棱镜l的三次反射视为两次反射。)再经过三角棱镜2反射，最后在分划板3 上形成正立的实象，我们通过仪器目镜观察这个实象读取数据。
很显然，无论阿贝棱镜1如何俯仰，水平入射的光线4经过阿贝棱镜1的 偶次镜面反射后，入射光线4与出射光线5的角度关系不会发生改变，也就是 说，经过阿贝棱镜l的偶次反射后，出射光线5的角度没有改变。
三角棱镜2与分划板3固定安装与刚性摆体内，同步自由摆动。无论仪器 如何俯仰，在重力作用下，它都将保持平衡状态，与出射光线5之间的角度关 系没有变化，光线经过正像棱镜(1+2)的镜面反射后，在分划板3上的成像 位置，也不会改变。
综上所述，来自水平方向的光线，经过正像棱镜的镜面反射后，将准确成 像于分划板3上的准确位置，换言之，不论仪器如何俯仰，补偿器都能够自动 修正，可直接读取准确测量数据。
图2，补偿器结构示意图。
正像棱镜安装在棱镜框架8内，棱镜框架8的安装面外凸，略呈弧形，便 于粗略调节成像位置，用棱镜框架紧固/调节螺丝9锁定在刚性摆体6内，分 划板紧固/微调螺丝10用以微调分划板3的上下位置，刚性摆体6通过固定摆
轴7，悬挂于补偿器框架之内。为避免分划板3摆动造成目镜聚焦变化，摆轴 7应与十字丝中心、目镜视轴处于相同高度，即主光轴上。
图1中，按一般习惯将正像棱镜的直角面向上布置，图2中，为了使补偿 器整体紧凑，重心下移，正像棱镜的直角面向下布置。
需要特别说明的是，采用同步补偿器的水准仪，仪器主体也需要做相应的 改变，要求从目镜端能够清晰地看到摆动的分划板上形成的像。通常，自动安 平水准仪的补偿范围在士15'，而仪器的视场角则在l。 20'左右，目镜的视 域范围更大于仪器视场角。因此，正常使用中，同步补偿器的分划板十字丝可 能会偏离视域中央，但不会偏离出有效视域，对于观测读数的影响可以忽略。 利用这一特性，可以在分划板3的十字丝上方和下方刻画红色警示线。正常情 况下，应该只能看见十字丝，如果红色警示线出现在视域内，说明仪器倾斜过 大，超出了补偿范围，应重新调平仪器。
图2中，补偿器框架、分划板支架、阻尼机构、锁定机构、仪器目镜等部 分，没有画出。
补偿器调试
补偿器安装好后，由于正像棱镜的单次镜面反射特性，可能存在较大的初 始角度偏差，令目标成像位置偏出目镜的视域中心。此时应架设好仪器，瞄准 一固定的刻度目标，记录偏差值，然后锁定摆体6，调节框架紧固/调节螺丝 9,令棱镜框架8连同正像棱镜一起偏转适当角度，使水平目标成像于视域中 央；松开摆体6，再次观测目标，记录偏差值后，锁定摆体6，调节分划板紧 固/微调螺丝10，令分划板3上下微动，十字丝套准目标读数。复检，完成调
试o
如果聚焦等方面方便，为使整个补偿器更为紧凑，还可以取消分划板，将 十字丝与红色警示线直接刻画在正像棱镜的目镜一侧端面上，目标则成像于正 像棱镜的目镜侧端面。不过补偿器的安装调试会略嫌麻烦。不另绘图说明。
水准仪补偿器采用的是单轴补偿，如采用双轴补偿，同样的方法，也适用 于激光垂准仪、光学垂准仪等仪器的自动补《尝。
权利要求
1.同步补偿器，一种用于水准仪的自动补偿器，其特征在于分划板固定安装于刚性摆体上，与刚性摆体同步摆动，分划板位置可以上下微调。
2. 如权利要求l所述的同步补偿器，其特征在于棱镜框架的安装面外凸， 略呈弧形，便于调节成像位置。
3. 如权利要求l所述的同步补偿器，其特征在于分划板的十字丝上下方都 刻画有红色警示线，当红色警示线出现在视域内，说明仪器倾斜过大，超 出了补偿范围，应重新调平仪器。
4. 如权利要求l所述的同步补偿器，其特征在于刚性摆体的摆轴应与十字 丝中心、目镜视轴处于相同高度，即主光轴上。
5. 如权利要求l所述的同步补偿器，其特征在于可以取消分划板，将十字 丝与红色警示线直接刻画在正像棱镜的目镜侧端面上。
全文摘要
本发明用于水准仪的自动补偿，采用刚体悬挂，具有足够的机械强度，彻底消除了吊丝拉伸变形、断裂等隐患，也不受气温变化影响；分划板与补偿器摆体同步摆动，不存在过补偿或者欠补偿的问题；分划板十字丝上下方刻画红色警示线，从目镜就可监视仪器倾斜是否超出补偿范围。补偿器的可靠性得到大大提高，堪与微倾水准仪媲美。水准仪补偿器采用的是单轴补偿，如采用双轴补偿，同样的方法，也可用于激光垂准仪、光学垂准仪等仪器的自动补偿。
文档编号G01C9/02GK101358847SQ200810215870
公开日2009年2月4日 申请日期2008年9月9日 优先权日2008年9月9日
发明者杨炳南 申请人:杨炳南