条码因瓦水准标尺校准方法的探讨

1　引　言

    随着科学技术的不断发展,常规测绘仪器从性能和品种,操作与使用上也发生了翻天覆地的巨大变化,数码技术进入大地测量仪器行业以来,先是有了光电测距仪,电子经纬仪,继而有了全站型电子速测仪(下称全站仪),数字水准仪等光机电算完美结合的仪器。仪器性能种类的变化和翻新,给从事计量检定工作提出了新的课题。目前,光电测距仪,电子经纬仪,全站仪,数字水准仪的计量检定均有了国家级的计量检定规程,基本上覆盖了目前国民经济各个部门以及国防单位,科研事业使用的各类测量仪器。但是直到目前为止与数字水准仪配套使用的条码因瓦水准标尺的检定还是空白。

2　高差测量原理

    众所周知水准仪主要是用来测量“高差”的。光学水准仪测量原理是通过被整平了的水准仪的望远镜先后描准立于两处的水准标尺,并按十字丝横丝所切准的标尺位置读数。两处读数之差即为该两处的高差为ΔH=B-A,如图1所示。数字水准仪的用途及测量原理和测量模式与光学水准仪是完全相同的:(1)必须整平仪器,(2)必须在被测点安放水准标尺,(3)必须照准两处标尺读数,唯一不同的是采集数据的方法更智能而已:它所用的不是一般数字刻划的水准标尺,而是用了以铟钢带上所制作的条形编码来“标称”尺上每一位置相对于尺底高度的“尺子”(既条码因瓦水准标尺)。测量时仪器照准标尺,摄取的条纹经仪器内部智能系统的转换和解码直接在仪器的显示屏幕上用数字显示仪器观测的高度。高差同样是ΔH=B-A。

3　条码因瓦水准标尺校准的必要性

    根据测量原理不难看出,要使“观测高度”准确,第一表征视准线水平的“i”角要小,第二水准标尺的分划要正确。对于仪器本身和光学水准仪所用的水准标尺,其准确性有国家计量检定规程予以控制和保证,但是条码因瓦水准标尺的“分划”是否准确?数字水准仪的示值是否正确?至今还没有法定的规程来控制和保证。这常常引起使用者的担忧,也有不少用户要求我们予以检定或校准。根据这一现状和用户的迫切要求我们在三年前就开展了对“条码因瓦水准标尺的校准方法”的研究,进行了不少试验,终于确立了一种行之有效的方法,从而至少是填补了我院在测绘仪器检定工作中的一项空白。解决了用户的无处“标定”的难题,受到了使用单位的好评。同时也希望能在国家的计量检定规程或校准规范出台以前,借此与同行一起替不无担忧的条码因瓦水准标尺的使用者们解决一下燃眉之急。

4　校准原理及装置

    条码水准标尺是以编码的形式等效(已往的)机械刻划的,如果说机械刻划是唯一的话,那么编码“刻划”几乎是无穷的了,不同的理念可以创造不同的编码。据资料介绍现在所见的就有相关法,几何法,相位法,码宽正弦调制法,图象匹配解码法以及载码相位法等等条纹编码法。显然我们几乎不可能通过检测这些“随机”变化着的条纹宽度和纹间的距离确定它们等效的“刻划”准确度。更何况我们不可能知道这些参数的标称值。这属于别人的垄断技术。但是我们可以非常精确的模拟高度变化,以此来与仪器测量的高差进行比较,由此可以非常实际地反映条码因瓦水准标尺的刻划准确度以及数字水准仪的示值误差。我们在模拟高差变化时,用一平面反射镜将光路折转了90°,把高度的变化就变成了水平方向上的变化,这并未改变对实际测量的模拟,却有效地避免了量程大室内成空不够而无法实施测量的难题,具体装置的原理图见图2。