专利名称：激光游标测尺式测高仪及其高度测量方法
激光游标测尺式测高仪及其高度测量方法
技术领域：
本发明涉及一种高度测量仪，尤其涉及需要采用非接触测量方式实现的便于实际测量的高度测量仪。
背景技术：
实际中对于高度的测量需求很多，比如地质勘测、建筑物高度测量或者山脉相对高度测量。关于高度的测量方法或者仪器已经有很多，大多是基于三角测量原理，通过对相关倾角以及辅助距离值的测量间接实现对目标高度的测量。申请号为201010256289.5的专利通过测高仪上的角度计测量观察被测物体最高点时的仰角，然后测量被测物体最高点到观测点的水平距离，从而通过三角关系实现高度测量。然而实际中被测物体最高点到观测点的水平距离很难测量，很多时候甚至是无法直接测量的。虽然可以通过两次测量避免对被测物体最高点到观测点的水平距离进行测量，但是实际操作程序较为复杂。申请号为200520068961.2的实用新型专利通过采用相隔Im的两个角度表，将激光器与角度表指示针转轴固定，测得两个激光器的倾角值后便能够计算被测目标高度。这种方法虽然解决了被测物体最高点到观测点的水平距离的测量问题，但是角度表与激光器的安装同轴精度难以保证，而且所 述的角度表的角度测量精度较低时，高度的测量误差会被放大，难以达到较高的测量精度。鉴于以上技术问题，设计出既能解决被测物体最高点到观测点的水平距离的测量问题又能在一定测量范围内达到较高测量精度的测高仪是必要的。

发明内容针对上述问题，本发明提供了一种激光游标测尺式测高仪及其高度测量方法，本发明采用水平以及竖直两个方向上的游标测尺对激光在不同位置照射被测高度点时的特征距离值进行记录，然后通过建立三角关系并求解实现对目标高度的测量。由于游标测尺在距离测量时具有很高的测量精度，从而保证了对高度的测量精度，而且能实现对高度的非接触式测量。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:—种激光游标测尺式测高仪，主要由激光器、水平支架、竖直支架、左水平游标测尺、右水平游标测尺、左竖直游标测尺、右竖直游标测尺和通光板组成，其中，水平支架与竖直支架通过销轴连接，且在测量过程中保证水平支架与竖直支架的测量平面分别与水平线和垂线平行；所述左水平游标测尺和右水平游标测尺分别平行地设置在水平支架的左右两侦牝所述左竖直游标测尺和右竖直游标测尺分别平行地设置在竖直支架的左右两侧；所述激光器设置在左水平游标测尺和右水平游标测尺之间，所述通光板设置在左竖直游标测尺和右竖直游标测尺之间；测量时，激光器所发射激光光斑照射到被测物体最高点时，固定激光器，调节通光板保证通过十字线中心标记的激光光斑中心与通光板的十字线中心重合。水平支架上设置有水平仪，作为其水平度的度量器件。
所述激光器安装在激光器支架上，所述激光器支架通过激光器支撑轴设置在左水平游标测尺和右水平游标测尺之间并在水平支架上平移。所述激光器支架带有放置以及固定激光器的结构，所述激光器在激光出射方向，带有一刻有十字线的透射膜，十字线的交点与激光光斑中心重合。所述水平支架带有四个可折叠且可伸缩的支撑腿，用于调节水平支架的水平度。所述水平支架在横向和纵向分别设置有横向水平仪和纵向水平仪，通过观察横向水平仪和纵向水平仪的示数判断水平支架的水平度。所述测高仪进一步设置有连接杆，所述连接杆的一端铰接在水平支架或竖直支架上，另一端滑动地连接在竖直支架或水平支架上，借此调整竖直支架的垂直度。所述竖直支架设置有供通光板滑动的滑槽。所述竖直支架设置有水平仪，作为其垂直度的度量器件。所述通光板十字线中心与通光板下端平齐。上述测高仪的高度测量方法，具体步骤如下:(10.1)标定出水平方向游标测尺、竖直方向游标测尺零位相对于水平支架、竖直支架连接销轴中心的水平距离Itl、竖直距离hQ ；(10.2)通电使得激光器正常工作后，将激光器沿着水平游标测尺方向移动到位置I，然后转动激光器使得所发射激光光斑照射到被测物体最高点，固定住激光器，然后调节通光板使得通过十字线中心标记的激光光斑中心与通光板上的十字线中心重合，记录下各游标测尺的测量值Iph1;(10.3)将激光器移动到位置2，转动激光器使得所发射激光光斑照射到被测物体最高点，固定住激光器，然后调节通光板使得激光光斑中心与通光板上的十字线中心重合，得到距离I2、h2;(10.4)设被测高度值为H，根据几何关系有
权利要求
1.一种激光游标测尺式测高仪，其特征在于:主要由激光器(8)、水平支架(I)、竖直支架(13)、左水平游标测尺(3)、右水平游标测尺(7)、左竖直游标测尺(15)、右竖直游标测尺(17)和通光板(16)组成，其中，水平支架(I)与竖直支架(13)通过销轴连接，且在测量过程中需保证水平支架(I)与竖直支架(13)的测量平面分别与水平线和垂线平行；所述左水平游标测尺(3)和右水平游标测尺(7)分别平行地设置在水平支架(I)的左右两侧且左水平游标测尺(3)和右水平游标测尺(7)的零刻度端与销轴中心距离相等；所述左竖直游标测尺(15)和右竖直游标测尺(17)分别平行地设置在竖直支架(13)的左右两侧且左竖直游标测尺(15)和右竖直游标测尺(17)的零刻度端与销轴中心的距离相等；所述激光器设置在左水平游标测尺(3)和右水平游标测尺(7)之间，所述通光板设置在左竖直游标测尺(15)和右竖直游标测尺(17)之间；测量时，激光器(8)所发射激光光斑照射到被测物体(21)最高点时，固定激光器(8)，调节通光板(16)保证通过十字线中心标记的激光光斑中心与通光板的十字线中心重合。
2.如权利要求1所述的测高仪，其特征在于:所述激光器(8)安装在激光器支架(9)上，所述激光器支架(9 )通过激光器支撑轴(4 )设置在左水平游标测尺(3 )和右水平游标测尺(7 )之间并在水平支架(I)上平移。
3.如权利要求2所述的测高仪，其特征在于:所述激光器支架(9)带有放置以及固定激光器(8)的结构，所述激光器在激光出射方向，带有一刻有十字线的透射膜，十字线的交点与激光光斑中心重合。
4.如权利要求1所述的测高仪，其特征在于:所述水平支架(I)带有四个可折叠且可伸缩的支撑腿(12)，所述支撑腿(12)上设置有第一微调机构保证水平支架(I)水平。
5.如权利要求1所述的测高仪，其特征在于:所述水平支架(I)在横向和纵向分别设置有横向水平仪(6)和纵向水平仪(2)，通过观察横向水平仪和纵向水平仪的示数判断水平支架的水平度。`
6.如权利要求1所述的测高仪，其特征在于:所述测高仪进一步设置有连接杆(20)，所述连接杆(20)的一端铰接在水平支架或竖直支架上，另一端滑动地连接在竖直支架或水平支架上，借此调整竖直支架的竖直度；所述连接杆(20)上进一步设置有第二微调机构保证竖直支架的垂直度。
7.如权利要求1所述的测高仪，其特征在于:所述竖直支架(13)设置有供通光板滑动的滑槽。
8.如权利要求1所述的测高仪，其特征在于:所述竖直支架(13)设置有水平仪(14)作为其垂直度的度量器件。
9.如权利要求1所述的测高仪，其特征在于:所述通光板十字线中心与通光板下端平齐。
10.一种如权利要求1至9中任意一项所述的测高仪的高度测量方法，其特征在于:包括以下步骤: (10.1)标定出水平方向游标测尺、竖直方向游标测尺零位相对于水平支架(I)、竖直支架(13)连接销轴中心的水平距离Itl和竖直距离Iitl ； (10.2)通电使得激光器(8)正常工作后，将激光器(8)沿着水平游标测尺方向移动到位置1，然后转动激光器(8)使得所发射激光光斑照射到被测物体(21)最高点，固定住激光器(8)，然后调节通光板(16)使得通过十字线中心标记的激光光斑中心与通光板(16)上的十字线中心重合，记录下各游标测尺的测量值Iph1 ； (10.3)将激光器(8)移动到位置2，转动激光器(8)使得所发射激光光斑照射到被测物体最高点，固定住激光器(8)，然后调节通光板(16)使得激光光斑中心与通光板(16)上的十字线中心重合，得到距离l2、h2 ; (10.4)设被测高度值为H，根据几何关系有Z0 + Z1 = Zz0 + \
全文摘要
本发明公开了一种激光游标测尺式测高仪及其高度测量方法。测高仪包括激光器、水平支架、竖直支架、左右水平游标测尺、左右竖直游标测尺和通光板，其中，水平支架与竖直支架通过销轴连接。本发明利用激光光束的高准直特性，对所测对象的顶端进行高精度定位，游标测尺可以实现对激光发射点水平移动距离、激光线与竖直支架测量平面交点竖直移动距离的精确测量，通过几何关系能实现对被测对象高度的测量。本发明所实现的高度测量仪器方法具有测量精度高、结构简单、经济性好等优点，能够适应实际中复杂的测量环境。
文档编号G01C3/20GK103245323SQ20131014355
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月23日 优先权日2013年4月23日
发明者赵宏, 张春伟, 周翔 申请人:西安交通大学