DL系列

拓普康電子水準儀DL101C/102C采用相位法。標尺的條碼像經(jīng)望遠鏡、調(diào)焦鏡、補償器的光學零件和分光鏡后，分成兩路，一路成像在CCD線陣上，用于進行光電轉(zhuǎn)換，另一路成像在分劃板上，供目視觀測。DL101標尺上部份條碼的圖案，其中有三種不同的碼條。R表示參考碼，其中有三條2mm寬的黑色碼條，每兩條黑色碼條之間是一條1mm寬的黃色碼條。以中間的黑碼條的中心線為準，每隔30mm就有一組R碼條重復(fù)出現(xiàn)。在每組R碼條左邊10mm處有一道黑色的B碼條。在每組參考碼R的右邊10mm處為一道黑色的A碼條。讀者不難發(fā)現(xiàn)，每組R碼條兩邊的A和B碼條的寬窄不相同，實際上A和B碼條的寬度是在0到10mm之間變化，這兩種碼包含了水準測量時的高度信息。

儀器設(shè)計時有意安排了它們的寬度按正弦規(guī)律變化。其中A碼條的周期為600mm，B碼條的周期為570mm。當然，R碼條組兩邊的黃碼條寬度也是按正弦規(guī)律變化的，這樣在標尺長度方向上就形成了亮暗強度按正弦規(guī)律周期變化的亮度波。條碼的下面畫出了波形?？v坐標表示黑條碼的寬度，橫坐標市標尺的長度。實線為A碼的亮度波，虛線為B碼的亮度波。由于A和B兩條碼變化的周期不同，也可以說A和B亮度波的波長不同，在標尺長度方向上的每一位置上兩亮度波的相位差也不同。這種相位差就好像傳統(tǒng)水準標尺上的分劃，它可由標出標尺的長度。只要3能測出標尺底部某處的相位差，也就可由知道該處到標尺底部的高度，因為相位差可以作到和標尺長度一一對應(yīng)，即具有單值性。這就是適當選則兩亮度波的波長，在DL101中A碼的周期為600mm，B碼的周期為570mm，它們的小公倍數(shù)為11400mm，因此在3m長的標尺上不會有相同的相位差。為了確保標尺底端面，或說相位差分劃的端點相位差具有性，A和B碼的相位在此錯過了π/2。

如何從上述測量信號中求出A和B兩亮度波的相位差呢？下文用測量人員容易理解的方式來說明。設(shè)想縱坐標的灰度值就是表示亮度大小的十進位數(shù)字，而且橫坐標尺寸已放大到和標尺尺寸一致。用一波長為600mm的正弦曲線中的離散灰度值曲線擬合，就可由得到A波的大振幅和初相位。再用波長為570mm的正弦曲線，就可由得到B波的大振幅和初相位。人們對大振幅不太感興趣，因為隨著標尺上的照度不同，大振幅在不同次數(shù)的測量中也不同，對求視線高無關(guān)緊要。求出的A和B兩亮度波的初相位之差就是高度數(shù)據(jù)。不過這是與CCD上個象素對應(yīng)的位置到標尺底端面的高度。人們不難把它換算成CCD中點象素上的相位差，這就好象是中絲讀數(shù)。

像上述那樣人工處理測量信號是很麻煩的，而且很費時間。在DL系列中則采用快速傅里葉變換(FFT)計算方法將測量信號在信號分析器中分解成三個頻率分量。由A和B兩信號的相位求相位差，即得到視線高讀數(shù)。這只是初讀數(shù)。因為視距不同時，標尺上的波長與測量信號波長的比例不同。雖然在同一視距上A和B的波長相同，可由求出相位差，或說視線高，但是可以想象其精度并不高。

電子水準儀是以自動安平水準儀為基礎(chǔ)，在望遠鏡光路中增加了分光鏡和探測器(CCD),并采用條碼標尺和圖象處理電子系統(tǒng)二構(gòu)成的光機電測一體化的高科技產(chǎn)品。采用普通標尺時，又可象一般自動安平水準儀一樣使用。它與傳統(tǒng)儀器相比有以下共同特點： 　1) 讀數(shù)客觀。不存在誤差、誤記問題，沒有人為讀數(shù)誤差。

2) 精度高。視線高和視距讀數(shù)都是采用大量條碼分劃圖象經(jīng)處理后取平均得出來的，因此削弱了標尺分劃誤差的影響。多數(shù)儀器都有進行多次讀數(shù)取平均的功能，可以削弱外界條件影響。不熟練的作業(yè)人員業(yè)也能進行高精度測量。

3) 速度快。由于省去了報數(shù)、聽記、現(xiàn)場計算的時間以及人為出錯的重測數(shù)量，測量時間與傳統(tǒng)儀器相比可以節(jié)省1/3左右。

4) 。只需調(diào)焦和按鍵就可以自動讀數(shù)，減輕了勞動強度。視距還能自動記錄，檢核，處理并能輸入電子計算機進行后處理，可實線內(nèi)外業(yè)一體化。