水平儀的水平調整方法
2023-12-02 03:40:36 4
專利名稱：水平儀的水平調整方法
技術領域：
本發明涉及一種水平儀的水平調整方法，特別是涉及一種雷射水平儀的水平調整方法，應用於一裝置中，適用於量測該裝置與一水平面之間的傾斜角度，進而進行水平調整。
背景技術：
傾角傳感器可做相當精確的水平測量，因此其應用範圍十分廣泛，從最初設計用於武器的瞄準、飛機的航行，到現在日常生活中使用的汽車輪胎的定位、地震的探知、及雷射水平儀中的應用，皆可利用此取得方便、穩定性又高的裝置。傾角傳感器的水平量測原理如圖1所示，利用金屬棒與傾角傳感器內的電解液的覆蓋面積不同，造成導電率也會隨之改變的特性；以金屬棒浸於電解液中，當液面未達水平時，於金屬棒的液面高度各不相同，其導電率也會不同，如此各金屬棒上的電阻值也會隨之發生相應的變化，通過讀取電阻值的變化，即可了解傾角傳感器的傾斜情況。
在傾角傳感器中，信號輸入採用多向交替式輸入方式，由四個輸入引腳依序交替輸入單一極性脈衝信號，以量測兩方向的水平狀態，而輸出引腳則相應於水平狀態改變，產生由多個輸出信號組成的一串輸出信號。接著，處理單元(Micro Controller Unit；MCU)將這串輸出信號分離為四路信號，使之成為四路相互獨立且持續的信號，其中，此四路信號包含兩方向的傾角信息。然後，處理單元將此四路信號分別轉換為相對應的四個電壓，再對同方向的信號求差，並對結果進行分析，以獲知兩方向的傾角信息，進而利用此傾角信息判斷水平狀態，以驅動控制一馬達，如此經過數次遞進修正而使該傾角傳感器內的電解液面最後趨於水平，而達到水平狀態。
然而，在處理單元驅動馬達來調整傾角傳感器的位置時，並不能一次就將傾角傳感器調整到水平位置。此外，由於傾角傳感器位置改變後，輸出的數據存在一定的滯後性，這些因素使得傾角傳感器調整水平的時間變長。以目前公知的技術而言，傾角傳感器大約在15秒內才可以調整到水平狀態(所需時間的長短與傾角傳感器的初始位置與水平位置的差異大小有關)。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種水平儀的水平調整方法，將調整分為粗調與微調兩部分，可以提高調整精度，加快調整速度。
本發明的另一目的是提供一種水平儀的水平調整方法，將傾角信號放大，以提高傾角傳感器的調整精度。
本發明的又一目的是提供一種水平儀的水平調整方法，採用電機馬達，可以縮短傾角傳感器的調整時間。
根據本發明的上述目的，提出一種水平儀的水平調整方法，至少包括如下步驟。首先，輸入多個水平量測信號至一傾角傳感器中，使得傾角傳感器輸出一串輸出信號，其中，這串輸出信號以上述的水平量測信號為一周期所組成。接著，將這串輸出信號分離，而依序產生多個保持信號。然後，分別對同方向的保持信號求差，以得到至少一傾角信號，並進行一第一判別步驟若傾角信號不在一預設範圍內，則驅動一馬達來調整傾角傳感器的位置，進行一粗調步驟，以將傾角信號限制在預設範圍內；若傾角信號在預設範圍內，則放大預設範圍內的傾角信號。接著，放大預設範圍內的傾角信號，並進行一第二判別步驟若傾角信號不等於一水平位置對應電壓，則驅動馬達來調整傾角傳感器的位置，進行一微調步驟，以將傾角信號調整至水平位置對應電壓；若傾角信號等於水平位置對應電壓，則完成水平儀的水平調整。
依照本發明的一較佳實施例，還至少包括預先設定傾角傳感器調整至水平後的水平位置對應電壓的步驟。在本發明的較佳實施例中，馬達為一電機馬達，而傾角傳感器為一單向傾角傳感器或一雙向傾角傳感器。上述的水平量測信號具有相同脈衝寬度且彼此依序間隔一個或多個時間周期，並以多向交替信號輸入方式，輸入至該傾角傳感器中。上述的水平量測信號為正脈衝、負脈衝或正負交雜的脈衝，且由一信號發生模塊產生。信號發生模塊可以為一信號產生器或一脈衝產生電路。
在本發明的較佳實施例中，上述的將輸出信號分離、而依序產生保持信號的步驟，是由一取樣保持模塊依據上述的水平量測信號或與水平量測信號同時序的信號，作為相對應的多個取樣觸發信號，而輸出第一保持信號與第二保持信號。取樣保持模塊可以為一取樣保持電路。上述的對同方向的保持信號求差、以得到傾角信號的步驟是在一求差模塊中進行。求差模塊可以為一差動放大電路、一減法器或一微處理器。
為進一步闡明本發明的上述和其它目的、特徵、和優點，下文特舉一較佳實施例，並配合附圖，進行詳細說明。
圖1示出傾角傳感器的水平量測原理；圖2示出根據本發明較佳實施例的調整水平儀的流程示意圖；圖3示出根據本發明的較佳實施例的信號時序圖。
其中，附圖標記說明如下100 傾角傳感器102 電解液104 第一引腳 106 第二引腳108 第三引腳 110 第四引腳202 傾角傳感器204 信號發生模塊206 取樣保持模塊 208 求差模塊210 處理單元 212 馬達222 第一水平量測信號 224 第二水平量測信號226 第三水平量測信號 228 第四水平量測信號230 一串輸出信號 232 取樣觸發信號234 取樣觸發信號 236 取樣觸發信號238 取樣觸發信號 240 第一保持信號242 第二保持信號 244 第三保持信號246 第四保持信號 302 第一輸出信號304 第二輸出信號 306 第三輸出信號308 第四輸出信號 310 第一輸出信號312 第二輸出信號 314 第三輸出信號316 第四輸出信號
具體實施例方式
本發明揭示一種水平儀的水平調整方法，適用於雷射水平儀中。為了使本發明的敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述並配合圖2及圖3的圖示。
請參照圖2並同時參照圖3，圖2示出根據本發明較佳實施例的調整水平儀的流程示意圖，而圖3示出根據本發明較佳實施例的信號時序圖。本發明的較佳實施例至少包括傾角傳感器202、信號發生模塊204、取樣保持模塊206、求差模塊208、處理單元210以及馬達212。此外，本實施例的水平儀已預先將傾角傳感器202調整至水平後的穩定位置對應電壓設定為100毫伏。如圖2所示，首先，信號發生模塊204等時序間隔地產生多個水平量測信號第一水平量測信號222、第二水平量測信號224、第三水平量測信號226以及第四水平量測信號228。上述的水平量測信號具有相同時序與脈衝寬度，且分別間隔一個或多個時間周期。水平量測信號為正脈衝、負脈衝或正負交雜的脈衝。水平量測信號分別依序多向交替輸出至雙向傾角傳感器202的第一輸入引腳A、第二輸入引腳B、第三輸入引腳C以及第四輸入引腳D，其中，第一輸入引腳A、第三輸入引腳C以及第二輸入引腳B、第四輸入引腳D彼此對稱設置，而產生如圖3所示的第一量測周期A1、第二量測周期A2、……、或第六量測周期A6表示的四段一周期的一串輸出信號230，此每一量測周期內的輸出信號分別包含有第一輸出信號302、第二輸出信號304、第三輸出信號306以及第四輸出信號308。第一輸入引腳A與第三輸入引腳C可量測A-C方向的水平狀況，並經由雙向傾角傳感器202的輸出引腳輸出同一方向的傾角信息，而第二輸入引腳B與第四輸入引腳D也可經由此輸出引腳輸出另一方向的傾角信息，亦即此輸出引腳所產生的一串輸出信號230同時包含二方向的傾角信息。
這些水平量測信號還同時輸出至取樣保持模塊206，以作為對這一串輸出信號230進行取樣保持的取樣觸發信號232、234、236、238。通過這些取樣觸發信號可分別取樣保持第一輸出信號302、第二輸出信號304、第三輸出信號306以及第四輸出信號308，而分離出第一保持信號240、第二保持信號242、第三保持信號244以及第四保持信號246，分別對應於第一水平量測信號222、第二水平量測信號224、第三水平量測信號226以及第四水平量測信號228。
以下將詳細說明如何對這一串輸出信號230取樣保持、以分離出保持信號的方法。如圖所示，第一水平量測信號222、第二水平量測信號224、第三水平量測信號226以及第四水平量測信號228具有相同時序且分別間隔一個時間周期，並分別依序輸入至雙向傾角傳感器202的各輸入引腳。因此，在第一量測周期A1時，以第一水平量測信號222為例，假設當時的水平狀態使雙向傾角傳感器202的輸出引腳產生如圖3所示的第一輸出信號302，則此第一輸出信號302經過取樣保持模塊206進行取樣保持後，第一輸出信號302會被分離為如圖2所示的第一保持信號240，其電壓電平相等於第一輸出信號302的電位Va1，且取樣保持模塊206將維持第一保持信號240的電平Va1直至第二量測周期，而繼續跟隨第二量測周期內所輸出的第一輸出信號310的電平Va2，此輸出信號電平的高低代表雙向傾角傳感器202中第一輸入引腳輸入端相對於傾度的電位變化。同樣地，以此方式即可依序得出第二保持信號242、第三保持信號244以及第四保持信號246，即可依序得知各輸入引腳輸入端相對於傾度的電位變化。
接著，仍請參照圖2，將第一保持信號240、第二保持信號242、第三保持信號244以及第四保持信號246送入求差模塊208，以對同方向(A-C向或B-D向)的保持信號(240-244或242-246)求差。求差模塊208分別對上述第一保持信號240、第三保持信號244求差，以得到第一傾角信號SA-C，對第二保持信號242、第四保持信號246求差，以得到第二傾角信號SB-D，並進行一第一判別步驟。若SA-C與SB-D的電壓值不在一預設範圍內，例如在本實施例中，此預設範圍為95毫伏至105毫伏，則處理單元210驅動馬達212，來調整傾角傳感器202的位置，以進行一粗調步驟，使SA-C與SB-D的電壓值進入預設的範圍內；若SA-C與SB-D的電壓值在預設的範圍內，則將SA-C與SB-D的電壓值放大，例如在本實施例中，將SA-C與SB-D的電壓值放大10倍。上述粗調步驟的另一目的在於限制傾角信號的電壓值大於零，例如使Va1＞Vc1以及Vb1＞Vd1，以使後續的放大電路能正常工作。
求差模塊208將SA-C與SB-D的電壓值放大後，接著進行一第二判別步驟。若SA-C與SB-D的電壓值不等於預設的水平時的穩定位置對應電壓，例如在本實施例中，此電壓為100毫伏，則處理單元210再次驅動馬達212調整傾角傳感器202的位置，以進行一微調步驟，使SA-C與SB-D的電壓值等於預設的水平時的穩定位置對應電壓；若SA-C與SB-D的電壓值等於預設的水平時的穩定位置對應電壓，則水平儀已達水平狀態。
因此，本發明的一個特徵在於先進行一粗調步驟，以將同方向的傾角信號的電壓值限制在一預設範圍內，並使傾角信號的電壓值大於零。接著，以一預定倍數放大預設範圍內的傾角信號的電壓值，再進行一微調步驟，以將同方向的傾角信號的電壓值進一步調整至預設為水平時的穩定位置對應電壓。
本發明的另一特徵在於求差模塊208可以通過放大預設範圍內的傾角信號的電壓值，來提高傾角傳感器202的調整精度，因此，較利於後續電路進行信號的處理。
本發明的又一特徵在於本發明的馬達212採用電機馬達，可以縮短傾角傳感器202的水平調整時間。
值得一提的是，在設定水平時的穩定位置對應電壓時，雖然當傳感器位於水平狀態時，其傾角信號應為零，但為避免處理單元210無法處理零信號的可能(無法放大其差值)，通常會刻意墊高一電位Va於同一方向(A-C向或B-D向)的保持信號中，使其即使位於水平狀態，求差模塊208仍會輸出一固定電位信號Va，以利進行後續的微調步驟。其求差公式為Adaa+Va-Cdata＝OutDataBdata+Va-Ddata＝OutData當傳感器達到水平時，Adata＝Cdata，Bdata＝Ddata，其中Adata、Bdata、Cdata以及Ddaa分別為第一保持信號240、第二保持信號242、第三保持信號244以及第四保持信號246；Outdata為第一傾角信號或第二傾角信號。上述的求差模塊208可為一差動放大器或一減法器。此外，也可移除該求差模塊208而直接將第一保持信號240、第二保持信號242、第三保持信號244以及第四保持信號246送入處理單元210中，由處理單元210進行求差的操作。
另一方面，在本發明的其它實施例中，預設的水平時的穩定位置對應電壓也可設定為其它值，而非僅限定在100毫伏。同樣地，粗調時的電壓範圍與微調時的放大倍率亦可自行設定。
本發明的信號發生模塊204例如可以為一信號產生器或一脈衝產生電路，取樣保持模塊206可以為一取樣保持電路，求差模塊208可以為一差動放大電路、一減法器或一微處理器，而傾角傳感器202可以為一單向傾角傳感器或一雙向傾角傳感器。
由上述本發明的較佳實施例可知，本發明的一個優點就是本發明採用電機馬達，因此，可以縮短傾角傳感器的調整時間。
由上述本發明的較佳實施例可知，本發明的另一優點就是本發明將調整分為粗調與微調兩部分，因此，可以提高調整精度，加快調整速度。
雖然本發明已以一較佳實施例揭示如上，然而其並非用以限定本發明。本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，可進行各種更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視所附的權利要求書為準。
權利要求
1.一種水平儀的水平調整方法，應用於具一傾角傳感器的一水平儀，其中該方法至少包括分別對該傾角傳感器所輸出的同方向的多個保持信號求差，以得到至少一傾角信號；若該傾角信號不在一預設範圍內，則驅動一馬達來調整該傾角傳感器的位置，以將該傾角信號限制在該預設範圍內；若該傾角信號在該預設範圍內，則以一預定倍數放大該預設範圍內的該傾角信號；若放大後的該傾角信號不等於一水平位置對應電壓，則驅動該馬達來調整該傾角傳感器的位置，進行一微調步驟，以將該傾角信號調整至該水平位置對應電壓；以及若放大後的該傾角信號等於該水平位置對應電壓，則完成該水平儀的水平調整。
2.如權利要求1所述的水平儀的水平調整方法，其中還至少包括預先設定該傾角傳感器調整至水平後的該水平位置對應電壓。
3.如權利要求1所述的水平儀的水平調整方法，其中該傾角傳感器為一單向傾角傳感器或一雙向傾角傳感器。
4.如權利要求1所述的水平儀的水平調整方法，其中還至少包括輸入多個水平量測信號至該傾角傳感器中，且該傾角傳感器輸出一串輸出信號，並且該串輸出信號依據所述水平量測信號而分離成為所述保持信號。
5.如權利要求4所述的水平儀的水平調整方法，其中所述水平量測信號具有相同脈衝寬度且彼此依序間隔一個或多個時間周期。
6.如權利要求5所述的水平儀的水平調整方法，其中所述水平量測信號以多向交替信號輸入方式輸入至該傾角傳感器中。
7.如權利要求6所述的水平儀的水平調整方法，其中所述水平量測信號為正脈衝、負脈衝或正負交雜的脈衝。
8.如權利要求4所述的水平儀的水平調整方法，其中將該串輸出信號分離成為所述保持信號的步驟是在一取樣保持模塊中進行。
9.如權利要求8所述的水平儀的水平調整方法，其中將該串輸出信號分離成為所述保持信號的步驟為該取樣保持模塊依據所述水平量測信號或與所述水平量測信號同時序的信號，作為相對應的多個取樣觸發信號，而輸出第一保持信號與第二保持信號。
10.如權利要求1所述的水平儀的水平調整方法，其中對同方向的所述保持信號求差、以得到該傾角信號的步驟是在一求差模塊中進行。
全文摘要
一種水平儀的水平調整方法，至少包括如下步驟首先，輸入多個水平量測信號至一傾角傳感器中，使得傾角傳感器輸出一串輸出信號；接著，將這串輸出信號分離，而依序產生多個保持信號；然後，再分別對同方向的保持信號求差，以得到至少一傾角信號，並進行一第一判別步驟，以將傾角信號限制在一預設範圍內；接下來，放大預設範圍內的傾角信號，並進行一第二判別步驟，以將傾角信號調整至水平位置對應電壓；待傾角信號等於水平位置對應電壓，則完成水平儀的水平調整。本發明提供的水平儀的水平調整方法，將調整分為粗調與微調兩部分，可以提高調整精度，加快調整速度。
文檔編號G01C25/00GK1808073SQ20051000465
公開日2006年7月26日 申請日期2005年1月21日 優先權日2005年1月21日
發明者簡張勇 申請人:亞洲光學股份有限公司