[发明专利]倾斜检测方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测倾斜的方法及设备，特别是用于检测例如全站仪(total station)的测地仪的倾斜的方法和设备。

背景技术

某些倾斜检测器使用容器中的流体通过测量重力矢量来确定相对于真实垂直的偏移。来自光源的光束在流体的表面上被反射。所述被反射的光束入射到检测器上。入射在所述检测器上的位置随着容器倾斜而改变。

利用CCD线作为传感器，可以提供反射光束撞击到检测器上的位置作为输出信号。如美国专利6088090中所述，利用在人字形图案内彼此正交的两个这种检测器，可以检测沿两个正交方向的倾斜。

WO 99/57513示出了一种具有两个光源和两条CCD线并带有单个大的平凸球透镜的双轴倾斜检测器。对于许多应用来说，该结构的直径和高度太大。

DE 19610941A1示出了一种利用面传感器的倾斜检测器。

美国专利4159422示出了一种利用发光二极管和光电池的位移传感器，所述光电池与从一池水银反射的辐射成比例地产生输出信号。

需要对倾斜传感器进行改进，使其提供更小的整体尺寸、低的整体高度、低成本、与现代传感器和数据接口技术的兼容性、用于在工作范围、精度和尺寸方面具有不同要求的各种应用中的可量测性和/或半自动化的生产。

发明内容

基于本发明的实施例，用于检测倾斜的设备和方法，其使用点光源，光从所述点光源通过透镜朝向容纳在容器内的流体的反射表面发射。从所述表面反射的光通过所述透镜在检测器元件的二维阵列上形成所述点光源的散焦图像。从所述阵列获取的数据表示入射在每个检测器元件上的光的强度。根据所述数据确定表示所述容器的倾斜的重心。

基于本发明的设备的实施例可以包括：容器，其包含具有反射表面的流体；透镜，位于所述反射表面和所述透镜的焦平面之间的光路上；点光源，通过所述透镜朝向所述流体表面发光；检测器元件的二维阵列，其定位为使得从所述反射表面反射的光通过所述透镜到达所述检测器元件上，每个检测器元件产生与入射光的幅度相对应的值；以及处理器，其响应于所述检测器元件产生的值计算形成在所述检测器元件上的所述图像的重心，其中所述计算的重心依赖于所述容器的倾斜。

基于本发明的实施例的设备可以包括一个或更多个附加特征。所述光可以在所述检测器元件上形成所述点光源的图像。所述光源和所述阵列中的一个或两者可以基本位于所述透镜的所述焦平面之外，使得形成在所述检测器元件上的所述图像是所述点光源的散焦图像。所述处理器可以以子像素精度计算重心。计算的重心可以依赖于所述容器绕两个正交轴的倾斜。所述透镜可以具有与所述流体接触的非平面表面。可以将一棱镜定位在所述点光源和所述反射表面之间的光路上并用于将来自所述点光源的光朝向所述流体表面导引。所述棱镜可以用于将来自所述反射表面的光朝向所述二维阵列导引。

所述处理器可以响应于所述检测器元件产生的超过一阈值的值用于计算形成在所述检测器元件上的所述图像的重心。所述设备还可以包含依赖于环境温度而产生信号的传感器，其中在计算形成在所述检测器元件上的所述图像的所述重心时，所述处理器响应于所述信号来进行温度校正。所述处理器可以响应于所述检测器元件在预定时间间隔上产生的所述值计算在所述预定时间间隔上取平均的形成在所述检测器元件上的所述图像的重心。所述处理器可以响应于所述预定时间间隔的用户选择。所述处理器可以控制所述点光源的光发射。所述检测器元件可以包括CMOS光电二极管。

基于本发明实施例的设备还可以包括底座、安装在所述底座上用于绕支撑轴转动的照准仪、以及可转动地安装在所述照准仪上用于绕仰角轴转动的望远镜单元。所述设备还可以包括用于检测所述照准仪的转动取向的方位角传感器和用于检测所述望远镜单元的转动取向的仰角传感器。所述处理器还可以响应于所述方位角传感器和所述仰角传感器产生转动控制信号，并响应于所述转动控制信号进行驱动用于使所述照准仪和所述望远镜单元取向。