電線高度測量儀的製作方法

2023-10-04 22:21:59

專利名稱：電線高度測量儀的製作方法
技術領域：
本實用新型是電線高度測量儀，屬G01C3／00光學測距儀類。
一、問題的由來在架設電線時，不同電壓的電線相對地面(或其他建築物)的高度，國家規定有不同的要求。因此，在架線時要對電線進行高度測量。電線架設完畢後，隨著時間的變化，由於重力、熱脹冷縮等影響，或地面狀態的變化(地面出現新的建築物，長出了樹木……等等)。這些變化都會引起電線高度的變化。因此，在日常工作中需經常對電線的高度進行巡迴測量。所以，對電線高度的測量是供電部門巡線工人經常進行的工作之一。
二、現有技術狀況目前供電部門常用兩種方法測量電線的高度(1)繩測法這是最常用的方法。將帶有刻度且一端栓有重物的繩子拋到電線上，然後從繩子上讀數，即可得到電線的高度(或兩交叉電線之間的距離)。這是一種比較原始的方法。一般工人都能掌握，但測量精度受繩上刻度精度、電線彈性變形等因素的影響。在某些場合下，將繩準確地拋到某一條電線上也是不容易辦到的。當電線比較高手拋不到時，還必須配備專門的工具－－射繩槍。
(2)經緯儀測量法其經緯儀是測量水平角和豎直角的精密儀器，是一種通用的大地測量儀器。用經緯儀測量距離必須有一已知長度為基準方可測出待求長度。
如

圖1所示，三角形ABC，AC為被測長度，AB為已知，角B是用經緯儀測出的角值，則被測長度＝已知長度×tgα。
當用經緯儀測量電線高度時，一般都借用電線桿高度或兩線杆間距為已知基礎長度。經緯儀本身精度雖高，但電線桿高和兩桿間距誤差較大，勢必會影響最後計算誤差。且經緯儀的安裝調試都比較麻煩，一般工人不易掌握，攜帶也比較沉重，所以一般只在架設新線時使用。
綜上所述，現行的兩種電線高度的測量方法，都不是理想的方法。鑑於此種情況，我們設計了電線高度測量的專用儀器－－「電線高度測量儀」。
三、本設計的主要內容(1)測距方法的概述較長距離的測量方法，通常用三角測量法(又稱基線測量法)。由基準點、被測點和另外確定的一點、三點確定－－三角形，利用三角形邊和角的關係，當已知兩者和一條邊長時，即可用三角公式計算出被測距離。已知邊長稱為基線。根據基線在儀器內部還是外部，基線測量法(三角測量法)又可分為內基線測量法(基線在儀器內部)和外基線測距法(基線在儀器外部)。用外基線法測量時，先用捲尺拉一距離為基準。一般的軍用測距儀都是內基線型。而大地測量儀器(如前邊講的用經緯儀測距)都是外基線法。
(2)基線種類的選擇外基線法基線選擇範圍較大(可選擇幾米至幾百米)，因此精度可以提高，但測量時必須用直尺拉基線，且必需配備精密測角儀器(如經緯儀等)。因此，測量過程複雜。不適合巡線工日常工作使用。而內基線測距儀器，已知長度的基線就在儀器的內部和儀器固連在一起，使用時不用再重新建基線即可直接測距。由於大量的電線高度測量工作，是由日常巡線工人野外進行的，考慮到該項工作是經常性的野外作業，我們的設計選擇了內基線測距法。
(3)基本原理本儀器測量的基本原理由圖2所示，主要由反射面相互平行的分光鏡和稜鏡組成，二者之間的水平距離AB即為測距的基線。當被測物體位於無限遠時，從被測物發出的光為平行光，從分光鏡反射到眼睛的光和從稜鏡反射到眼睛(經過分光鏡透射)的光都是平行的，所以，人眼接受的是一個方向射來的光線，人眼看到的是一個像。如被測物位於有限距離(見圖2)C點時，則從被測物C發出的CB光線經稜鏡反射後，就不再和經分光鏡又從分光鏡反射的光線平行，則人眼看到的是兩個被測物體的像。
此時轉動稜鏡(分光鏡不動)即可改變Bb的方向，直到Bb和AB方向重合時，人眼中的兩像又可重合在一起。被測物C在不同距離上使人眼能看成一個像。稜鏡所需轉動的角度β不同，二者有如下關係(詳見有關應用光學書)。
LAC＝lABtg2β ……(1)因為只要知道轉過的角度β即可求出待求距離LAC。如圖3所示，本儀器β角的測量是通過精密螺紋實現的，鏡轉動的β角和螺紋擰進的距離S之間有如下關係S＝ltgβ……(2)l－－螺紋軸線到稜鏡轉軸之間距離設螺紋距離為d，則稜鏡轉角β和手輪轉角φ之間有如下關係φ＝ (2π)/(d) ltgβ ……(3)聯立公式(1)和(3)即可求出不同距離LAC，使眼睛視場只能看到一個像時，手輪應轉過的角度φ，將φ角轉化成對應的距離數，並以刻度形式刻在手輪上，通過固定指針予以指示。
測量中轉動手輪使在眼睛視場二像合一時，和指針對齊的刻度即為被測物的距離(高度)。
四、電線測高儀的結構，如圖4所示它是由1、護目圈，2、前鏡，3、壓圈，4、中鏡，5、分光鏡座，6、本體，7、殼體，8、壓圈，9、後鏡，10、稜鏡，11、稜鏡座，12、彈簧，13、轉軸，14、測微螺母，15、測微螺栓，16、微分筒，17、分光鏡等部件組成。
護目鏡用螺紋把前鏡固定在本體左端，壓圈用螺紋把中鏡固在本體中部偏左，分光鏡安裝在中鏡下面，呈45°角放置。亦用壓圈螺紋把後鏡固定在本體右部，後鏡下面安放一枚稜鏡，使稜鏡一直角面與後鏡鏡面平行。稜鏡安裝在稜鏡座上，稜鏡座一端用彈簧固定，另一端與測微螺栓相接。當微分筒左、右旋轉時，測微螺栓就會伸長或縮短，致使稜鏡座傾角改變，微分筒上的刻度讀數能表示所測電線高度。
為使測量準確，中鏡與後鏡間距愈大愈好，為便於攜帶，中鏡與後鏡間距為200－300毫米，被測物高度亦限於4米至25米之間。隨著被測物高度提高，測量誤差也隨之加大，所以所測電線高度限於4米至25米為宜，實際上亦已夠用。
(1)使用方法測量電線高度時，站到被測電線下，人眼方向與電線方向垂直，手握(或用三角支架將儀器支起)本體(6)，眼放到護目圈上。此時，眼睛看到的視場為一較大暗視場中有一小亮視場(見圖4)。先將電線被測部位放到大視場中部，再調刻度環(手輪)使二像成為一條，即可從刻度環上讀出距離數。
(2)主要技術指標基線長度200mm放大倍率×1視場角大視場14°小視場4°測量範圍4－25米測量誤差4－20米 1.0％21－25米 1.5％(3)基線長度的選擇如上所述，基線越長則精度越高。但體積重量必隨著增加，不利於野外使用。考慮到人手握東西時所佔的寬度及冬天需戴手套，所以基線長度應取200mm。
(4)視場角的確定大視場定為14°，主要是為了找像的方便。如果視場取得過小，則從地面通過儀器看電線時就不易找到象或找到象後，稍微擺動，看到的電線又可跑出視場。所以此視場取大一點為好。一般測距儀或望遠鏡視場為7°左右。我們為了找象更方便，所以取14°。
小視場定為4°的原因有二A、人眼不動時視場約為5°，為了使人眼不動就能同時看到上下兩端(見圖五)是否對齊，所以取4°。如果取得大於5°，勢必向上端看一下後，眼珠必須朝下轉動後才能看到下端。這樣瞄準必然帶來誤差。
B、一般電線下垂彎曲，如我們要測電線最低處的高度，因為我們小視場為4°，象在小視場邊緣和大視場重合，所以實際測得的不是最低點的高度，而是最低點左右兩側某兩點的高度如圖五(如果電線絕對為直線，則這兩個點的高度是一樣的，即為最低點高度無誤差)。這樣就勢必帶來理論上的測量誤差，則小視場越大，此理論誤差越大，從此角度出發，小視場越小越好，但太小則影響對準精度。綜合上述兩個因素，小視場角度為4°，最大(25米時)理論誤差為0.07。此時相對誤差不到0.3％完全可用，理論誤差對最後精度影響甚小。
(5)對準方法為了提高對準精度，用一個較亮的小圓視場斷開大視場，使大視場中的電線的像斷開不連續，然後再用小視場中同一電線的像把大視場主斷開的像連成一直線，這樣就充分利用了電線是線狀物體這一幾何特徵，提高了對準精度。如果用一般觀測水平距離的儀器去觀測電線高度，則人頭必須向上仰成90°角。這樣眼不舒服。為此，適當安排了光學系統和人眼的位置，使人眼在分光鏡和稜鏡的水平連線上(見圖2)，這樣，人眼處在自然水平狀態即可測出電線高度。
(6)使稜鏡轉動的機構有多種多樣我們選擇了精密螺紋傳動機構，這樣雖然刻度不均勻，但螺紋易加工，精度易保證。
如用凸輪機構則可使刻度均勻，但經過計算此凸輪不易製造(如2米與24米之間高度僅差0.0058)，所以無法採用。
(7)放大倍率的確定考慮到最遠測量距離只有25米，正常人眼均可看清楚線狀的電線，光學系統選為1(即像和時物大小一樣)。所以本儀器的光學系統全部由平面零件組成，無球面透鏡。這樣組成的光學系統是最簡單的測距光學系統。為使儀器結構的簡單化奠定了基礎。
五、與現有測量方法相比較其優點綜上所述的內容，我們認為此「電線測高儀」有如下優點(1)使日常巡線時測電線高度儀器化。
(2)儘量利用了電線形狀的特點，使儀器結構達到了最大程度的簡化。
(3)易加工，成本低。
(4)操作簡便、易掌握，使用靈活、省時、快速。
(5)體積小，重量輕，便於攜帶。
權利要求1.一種用來測量電線高度的儀器是電線高度測量儀，屬光學測距儀類，它是由前鏡、中鏡、分光鏡、後鏡、測微計和本體幾部分組成，其特徵在於，前鏡安在本體左端，用護目圈上螺紋固定在本體上，中鏡安在本體中部偏左，用壓圈上螺紋把中鏡固定，分光鏡安在中鏡下面，呈45°放置，後鏡安在本體左端，亦用壓圈上螺紋將後鏡固定，稜鏡安在後鏡下面，兩鏡面平行，稜鏡固定在測微計上，調整測微計傾角即能測出電線高度。
2.根據權利要求1所述的電線高度測量儀，其特徵在於測微計由測微螺母、測微螺栓，微分筒組成，轉動微分筒使測微螺栓伸長或縮短，調整稜鏡傾角，即能測得電線高度。
3.根據權利要求1所述的電線高度測量儀，其特徵在於，中鏡和後鏡的間距為200－250mm，測量高度範圍為4－25m。
專利摘要本實用新型是電線高度測量儀，屬光學測距儀類。它主要是由前鏡、中鏡、分光鏡、後鏡、稜鏡、測微計和本體幾部分組成，其特徵在於，中鏡和後鏡將被測電線上的光引到分光鏡上，使電線呈互相平行的兩條線象，調整測微計，使兩條線象重合，即能測量電線高度，前鏡是用來對準被測電線，並用來觀察電線的兩條線象是否重合，微分計上的刻度就是被測電線的高度。本測高儀重量輕，攜帶方便，易於使用者掌握，測量精度高。
文檔編號G01C3/00GK2055245SQ8921815
公開日1990年3月28日 申請日期1989年10月20日 優先權日1989年10月20日
發明者盧堅強, 李俊英, 彭偉 申請人:盧堅強, 李俊英, 彭偉