CN105782673B - 全站仪三脚架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全站仪三脚架，包括架体、座部、对中组件、电阻应变片、采样驱动电路、处理电路、输出电路和保护套。本发明采用电阻应变片，采样中心座孔的状态，比使用水准水泡更直观，整平速度更快速。

Description

全站仪三脚架

技术领域

本发明涉及一种全站仪三脚架。

背景技术

全站仪底部安装在全站仪三脚架上，通过中心定位而将全站仪安装在全站仪三脚架上。通过调整全站仪三脚架上三角板的水平来保证全站仪的水平。

典型地，全站仪三脚架上一般设置水准仪，以用于三角板的水平调整。所使用的水准仪一般是圆水准气泡，或者正交设置的两个圆柱水准气泡，通过使水准气泡整平，指示对中杆铅垂。

水准气泡虽然便宜，相对精密的水准气泡从30元～50元不等，简易的水准气泡只有不到一元钱，但其直观性并不好，调整需要经验而变的相对困难，尤其是在使用过程中，操作人员不容易注意到水准气泡的状态变化，从而得出准确的测量数据。

此外，例如圆水准气泡，通常使用三个螺钉固定在三角板上，由于搬运、碰撞等原因，很容易产生螺钉的不对称松动，需要对圆水准气泡进行重新整平，即需要消除对中杆倾斜误差。目前全站仪三脚架的倾斜误差消除方法非常麻烦，换言之，尽管圆水准气泡便宜，但由于误差消除比较麻烦，会增加不必要的维护成本，导致整体的使用成本偏高。

此外，对于全站仪三脚架的调整，通常包括以下步骤：

首先是架设全站仪，可以将全站仪架设到预先稳定设置的全站仪三脚架上，旋紧全站仪上的中心螺旋。

然后，通过查看水准仪，旋转全站仪的3个脚螺旋进行调整，将全站仪大致整平。

进而，需要进行全站仪的精平，具体是使全站仪照准部上的圆柱水准气泡平行于任意一对脚螺旋，旋转两脚螺旋使圆柱水准气泡的气泡居中；然后，将照准部旋转90°，旋转全站仪另外一个脚螺旋使长水准气泡的气泡居中。

最后再进行校验，具体是将全站仪照准部再旋转90°，如果全站仪长水准气泡的气泡仍居中，表示已经整平；如果还是有偏差，可以再次重复精平的步骤。一般重复1～2次就可以调整好了。

通常上述内容可知，使用一对水准气泡进行整平，需要反复调整、校验，调整难度比较大。并且对水准气泡识读的正确与否也会影响整平的实际精度。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种全站仪三脚架，可以相对快速的进行全站仪的整平。

本发明采用以下技术方案：

一种全站仪三脚架，包括架体，该架体上部包括设有中心座孔的三角板，还包括：

座部，具有通过中心螺纹连接于中心座孔下端并与中心座孔同轴线的座体；该座体的下端设有球铰链的球窝，并在座体的下端周缘连接有带有轴向孔的支架，其中轴向孔位于球窝的下方，并与中心座孔同轴线；

对中组件，该对中组件包括与所述球窝配合以形成球铰链的球头、连接于球头并向下延伸而与所述轴向孔配合的配合部，以及连接于配合部下端并进一步向下延伸以连接重锤的连接杆；其中配合部与轴向孔间形成环形间隙；

电阻应变片，共四片，而环形阵列于所述环形间隙的周向，并在轴向孔的径向该电阻应变片的厚度为环形间隙的间隙宽度；

采样驱动电路，连接上述四片电阻应变片，提供驱动电源，并采样电阻应变片的电阻变化，生成变量；

处理电路，连接所述采样驱动电路，对采样到的变量进行处理，产生中心座孔的倾斜方向；

输出电路，输出以呈现所述倾斜方向；

保护套，连接于座部下端，且该保护套为管状体，管内用于容纳所述对中组件，并通过管壁约束对中组件的最大转角。

上述全站仪三脚架，四片电阻应变片构成并联电路；

相应地，所述采样驱动电路包括所述并联电路的电源电路和对并联电路的每一支路进行电流采样的电流传感器、连接所述电流传感器的具有模拟量输入接口的控制器，以产生电阻变化的变量。

上述全站仪三脚架，所述配合部为正四棱体，相应地，所述轴向孔为方孔，环形间隙为方环形。

上述全站仪三脚架，所述重锤的侧面设有锁紧孔，相应，在保护套相应于锁紧孔的位置设有侧孔，以用于携行状态下通过螺钉与锁紧孔的配合实现重锤的锁定。

上述全站仪三脚架，所述最大转角为0.5度。

上述全站仪三脚架，所述连接杆的长度不小于30cm，且不大于50cm。

上述全站仪三脚架，其特征在于，所述中心座孔为螺纹孔，相应地，所述座部的上端具有与中心座孔旋合的中心螺纹。

上述全站仪三脚架，所述中心螺纹的下侧的座体上设有对中心螺纹向上约束的限位环。

上述全站仪三脚架，所述三角板上设有水准气泡。

上述全站仪三脚架，所述座体的下端具有一段连接外螺纹，相应地，所述保护套上端内管具有与所述连接外螺纹旋合的连接内螺纹；

保护套的外径与座体的外径相同。

本发明基于重锤自然下垂所指示的铅垂方向，通过电阻应变片采样，四个电阻应变片最多有两个被配合部挤压，通过正交的两个量的简单换算，即可容易的得出座部中心座孔的倾斜方向，从而基于倾斜方向而容易将架体调整到位。电阻应变片被配置到位后，受重锤活动空间的限制，不会被过量压缩，而不容易塑性形变，从而不必频繁的进行误差校正，整体的使用成本比较低。如果相对的两个电阻应变片均产生变量输出，则表明至少其中一个有问题，其问题的查找也比较方便。

附图说明

图1为依据本发明的一种全站仪三脚架的结构示意图。

图2为座部与、保护套、对中组件的分解图。

图3为座部一个方向的结构示意图。

图4为座部另一个方向的结构示意图。

图5为一种对中组件的结构原理图。

图6为一种保护套结构示意图。

图7为一种架体结构示意图。

图中：1.座部，2.保护套，3.架体，4.对中组件。

11.中心螺纹，12.限位环，13.座体，14.连接外螺纹，15.球窝，16.支架，17.感应头，18.电阻应变片，19.中心孔。

21.连接内螺纹。

31.三角板，32.中心座孔，33.水准气泡，34.支腿。

41.球头，42.配合体，43.连接杆，44.重锤，45.锁紧孔。

具体实施方式

全站仪三脚架的使用状态是提供给全站仪一个水平的平面，表现在全站仪三脚架上则是其中心座孔32的轴线铅垂，或者三角板31处于水平状态。因而，在实际应用中，铅垂方向为上下方向，因此，在本发明中以此为参考系。尽管如图4、6中所示的并非是竖直的图面布局，但本领域的技术人员应当理解，例如图4中的座部，其图4中所示的右端为其上端，左端为其下端。

典型地，全站仪三脚架具有中心座孔32，用于定位并安装全站仪，在本发明中，中心座孔32除了用于定位全站仪外，还用于座部1的定位和安装。

如果中心座孔32因座部1的安装而使得安装空间受到干涉时，座部1可以设置中心孔19以取代中心座孔32对全站仪的安装。

在本发明中的，主要的连接结构是螺纹连接，但不排除其他的连接结构，例如图座部1可以焊接在三角板31的下表面。

尽管使用了特定的整平结构，但不排除传统的整平结构，例如水准气泡33，可以使用水准气泡实现粗平，或者说使三角板31处于大致的水平，然后通过本发明特定的整平结构进行精平。

如背景技术部分所述，水准气泡33等水准仪通常通过螺钉等固定在例如三角板31上，可能因为不同的原因导致其不能正确指示三角板31的水平状态。因此，需要进一步提供本发明特定的整平结构。

为实现本发明之目的，如图3所示，在座部1的下端设有球铰链的球窝15，当使用球铰链连接下述的对中组件4时，对中组件4具有球铰链的属性。

进而，相对而言，对于铰链，约束点越靠近铰接点，该约束点的阻力臂就越小，并且越靠近铰接点，例如下面的电阻应变片18的设置难度越大，尤其是，对于片状体，其受力不平衡性就越大，为了降低受力不平衡性的影响，以及有利于电阻应变片18的设置，设置电阻应变片18的位置在此处应当低于球窝15一定距离，该距离最好大于三倍电阻应变片18在座部1轴向方向上的宽度，且最好不要大于8倍电阻应变片18在座部1轴向方向上的宽度。

在此处，本领域的技术人员应当理解，对于全站仪三脚架，普遍地，无论是利用传统的方式进行铅垂的调整还是依据本发明的方式进行铅垂的调整，都无一例外的先通过人工的铅垂初始调整，初始调整的铅垂度误差不会太大，比如与铅垂成10度以上的夹角，显然是不现实的。人工的初始的调整基本上能够保证三角板31大致水平，一般人工调整的铅垂误差在5度范围之内，对于有经验的的操作人员，甚至不利用例如水准仪，就可以直接将中心座孔32调整到铅垂误差在1度之内。

基于以上认识，电阻应变片18在使用过程中不会受到太大的压力。

当然，考虑到携行状态下全站仪三脚架可能是要平置放置，在此条件下，可以考虑对例如下述的对中组件4进行锁定，避免使其将电阻应变片18压坏。

相比于传统的全站仪三脚架，电阻应变片的敏感性比较好，但也更容易损坏，因此，在使用中需要充分的保护好电阻应变片。

因此，在一些实施例中，可以限定对中组件4的最大转角，由于例如保护套2，其内管管径有限，而对中组件4的最大转角直接受保护套2内管管径的限制，因此，可以设定例如重锤44的大小，限制对中组件4的最大转角，比如最大转角设定在0.5度范围内，应当理解，尽管被限定的最大转角比较小，但不影响该全站仪三脚架的使用，在于，既然全站仪三脚架上中心座孔32的倾斜度大于0.5度，那么对电阻应变片18的压持就是最大状态，不会再随着中心座孔32的倾斜度的变大再变大，但能够指出中心座孔32的轴线向哪个方向倾斜，而不影响全站仪三脚架的使用。

因此，于优选的实施例中，重锤24比保护套2的内管直径稍小，只需要经过简单的计算，就可以确定例如对中组件4最大转角为0.5度所需要的重锤44与保护套2的配合关系。

因此，于优选的实施例中，重锤44比保护套2的内管直径稍小，只需要经过简单的计算，就可以确定例如对中组件2最大转角为0.5度所需要的重锤24与保护套2的配合关系。

从而，优选地，对中组件4通过限定重锤44与保护套2内管直径来限定对中组件4的最大转角，以保护电阻应变片18，该最大转角限定为0.5度。

进一步地，所述连接杆43的长度不小于30cm，且不大于50cm，通过长度放大作用，实现将微量的角度变化，放大到重锤44的较大的移动量，但该长度不宜过大，否则会产生比较大的压力，换言之，重锤44的力臂会比较长，导致作用于电阻应变片18上的力过大。也不宜过小，否则放大作用非常有限。

对于保护电阻应变片18的第一个方面，在座部的下端进一步向下延伸，进一步向下延伸的部分需要让开例如下述的对中组件4的通道，因此，进一步向下延伸的部分设置在座部1下端的周缘或者侧面，如图3中所示的支架16，支架16的下端头为如图3中所示的感应头17，感应头17用来设置所述电阻应变片18。

如图2所示，图中感应头17带有一个座部1轴向的过孔，称为轴向孔，用于对中组件4从下面穿过后与所述球窝15配合形成球铰链。

在此，轴向孔部分用于设置电阻应变片18，并位于球窝15的下方，如前所述，该下方的距离需要限制，例如前述的距离选择。

轴向孔无论是圆孔还是方孔，均具有中轴线，该中轴线与座部1的轴线相同。

在本文的主要内容中，基础的参考系是中心座孔32的轴线，在于中心座孔32直接定位全站仪，其状态直接影响全站仪的状态，需要被调整的结构。

综上所述，如图5所示，关于所述对中组件4首先其上端必须设置用于与所述球窝15配合以形成球铰链的球头41，还应当保护连接于球头41并向下延伸而与所述轴向孔配合的配合部，如图5中所示的配合体42，其中配合体42与球头41间还设有小连接杆，用于产生前述的距离，即球铰链与电阻应变片18之间的距离。

当然，配合体42可以相对较长，小连接杆仅仅实现连接而不必过长，小连接杆的存在也用于避免配合体42的断面过大，而影响球铰链的布设。

进一步地，对中组件4还包括连接于配合体42下端并进一步向下延伸以连接重锤44的连接杆43。

其中配合部与轴向孔间形成环形间隙，应当理解，形成环形间隙的状态时中心座孔32的轴线处于铅垂状态，通过上下文也容易理解，需要在环形间隙内设置电阻应变片18，就必然存在这种状态。

关于环形间隙，可以是圆环间隙，也可以是方环间隙，无论哪种结构状态，都不影响电阻应变片18的设置。优选方环间隙，在如图3所示的感应头17的四棱柱结构中，其与对中组件4的配合也会约束球铰链绕中心座孔32轴线自转的自由度，从而为进一步锁定重锤44提供比较好的基础，从而构成保护电阻应变片18的第二个方面。

如前所述，对于重锤44可以仅仅通过重锤44与保护套2的配合实现，但最好采用辅助结构，例如图5中所示的锁紧孔45。

关于电阻应变片18，其本身属于测量应变的元件，它能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化。电阻应变片是由Φ＝0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝绕成栅状(或用很薄的金属箔腐蚀成栅状)夹在两层绝缘薄片中(基底)制成。用镀银铜线与应变片丝栅连接，作为电阻片引线。

电阻应变片18能够测量微量的应变，因此，需要通过放大结构，将较大的运动变换成较小的运动，例如通过连接杆43向下延伸的重锤44，在相同的转角条件下，配合体42的路径长度小于重锤44的路径长度。

此外，应当理解，电阻应变片18所能够承载的力并不需要太大，即可具有良好的响应，因此，尽管使用了重锤44的概念，但也仅仅使用该概念表示配重，以提高对倾斜角度的良好响应性能。

关于电阻应变片18的数量，设置为四片，而环形阵列于所述环形间隙的周向，并在轴向孔的径向该电阻应变片18的厚度为环形间隙的间隙宽度，换言之，当对中组件4产生非铅垂状态，即会压到一片或者两片电阻应变片。

电阻应变片18的阻值变化及其应用已经非常普遍，或者也非常成熟，对其采样一般是电压采样，而在一些应用中也可以进行电流采样，当知晓哪一片电阻应变片18或者哪两片电阻应变片18产生阻值变化，就会非常容易的确定对中组件4向哪个或者哪两个方向倾斜。

于一些实施例中，只需要进行定性的表示，为每一个电阻应变片18设置一个指示，例如电流指示，如果电流发生变化，则表明其受压。

于另一些实施例中可以进行定量的指示，进行定量指示时需要进行计算，相比于前一实施例，结构上会比较复杂一些，但更精确。

关于量化，则其计算也非常简单，在知晓了只有一片电阻应变片18受压时，必然在预定的正交的方向上直接确定，而无需精确地计算。

当有两片受压时才需要精确计算，利用平行四边形法则也非常容易计算出倾斜的具体方向。

此外，必要地，电阻应变片18需要驱动电路，换言之，在一些简单的应用中可以直接表示为其电源电源。在一些稍微复杂的应用中，可以采用例如稳压电源、电流源或者电压源，尤其是采样电压信号时，最好采用电压源，如果是采样电流信号时则最好使用电流源。

进而，对于其采样，就可以根据前一段的配置进行电流或者电压的采样，生成电流或者电压的变化量，称为变量。

电流和电压的变化量会体现出哪一片电阻应变片18受压，从而先定性的给出中心座孔32的倾斜方向。

对于需要计算的应用中，需要设置处理电路，一般采用智能器件，例如具有较少输入输出接口的控制器，而不必采用具有较多接口的单片机。

直接采用模拟量输入，控制器一般配有模拟量输入口，而不必进行模数转换，结构简单。

如前所述，两个方向上量的计算比较简单，只需要简单的平行四边形法则，而无需复杂的算法，响应速度也比较快。

量化后的输出即表现为中心座孔32的倾斜方向，从而更加直观的体现出来，而有利于操作人员的调整。

输出可以是简单的模拟量输出，使用简单的液晶屏，输出方向角即可。

尽管电阻应变片18的精度很高，但全站仪三脚架的应用中，对精度要求并不十分精确，因此，优选采用结构简单的电路结构，加以配置地，四片电阻应变片18构成并联电路；

相应地，所述采样驱动电路包括所述并联电路的电源电路和对并联电路的每一支路进行电流采样的电流传感器、连接所述电流传感器的具有模拟量输入接口的控制器，以产生电阻变化的变量。

优选地，所述配合部为正四棱体，如图5所示，那么在此结构中，球铰链绕中心座孔32轴线转动的自由度被抑制，从而如图5下端所示的重锤44，预设的锁紧孔45的方向就被确定，从而，在携行状态下，可以预先将重锤44锁固，避免对电阻应变片18产生疲劳性的冲击，以保护电阻应变片18。

具体地，所述重锤44设有锁紧孔45，相应，在保护套2相应于锁紧孔45的位置设有侧孔，以用于携行状态下通过螺钉与锁紧孔25的配合实现重锤44的锁定。

在此条件下，所述轴向孔为方孔，环形间隙为方环形的间隙。

进而，于此结构中，电阻应变片17的安置面是平面，容易完成电阻应变片18的安装。

关于全站仪三脚架的主体结构，其具有三个支腿34和三个支腿34所支撑的三角板31，三个支腿34通过铰链与三角板31连接。三角板31上设有所述中心座孔32，图中的中心座孔32为螺纹孔。

螺纹连接属于精度连接，图3中，座部1的上端具有中心螺纹11，中心螺纹11与所述中心座孔32旋合实现可靠且精确的连接。

优选地，如图2所示，所述中心螺纹11的下侧的座体13上设有对中心螺纹11向上约束的限位环12，限位环12的上端面与三角板31的下端面能够形成良好接触，形成面对面的接合，从而更加容易形成精确定位。

此外，如图3所示，所述座体13的下端具有一段连接外螺纹14，相应地，所述保护套2上端内管具有与所述连接外螺纹14旋合的连接内螺纹21，产生如图1中所示的连接结构。

保护套2的外径与座体13的外径相同，美观性相对较好，并且不容易产生干涉，从而携行状态较好。

Claims (10)

1.一种全站仪三脚架，包括架体(3)，该架体(3)上部包括设有中心座孔(32)的三角板(31)，其特征在于，还包括：

座部(1)，具有通过中心螺纹(11)连接于中心座孔(32)下端并与中心座孔(32)同轴线的座体(13)；该座体(13)的下端设有球铰链的球窝(15)，并在座体(13)的下端周缘连接有带有轴向孔的支架(16)，其中轴向孔位于球窝(15)的下方，并与中心座孔(32)同轴线；

对中组件(4)，该对中组件(4)包括与所述球窝(15)配合以形成球铰链的球头(41)、连接于球头(41)并向下延伸而与所述轴向孔配合的配合部，以及连接于配合部下端并进一步向下延伸以连接重锤(44)的连接杆(43)；其中配合部与轴向孔间形成环形间隙；

电阻应变片(18)，共四片，而环形阵列于所述环形间隙的周向，并在轴向孔的径向该电阻应变片(18)的厚度为环形间隙的间隙宽度；

采样驱动电路，连接上述四片电阻应变片(18)，提供驱动电源，并采样电阻应变片(18)的电阻变化，生成变量；

处理电路，连接所述采样驱动电路，对采样到的变量进行处理，产生中心座孔(32)的倾斜方向；

输出电路，连接所述处理电路，输出所述倾斜方向，以呈现所述倾斜方向；

保护套(2)，连接于座部下端，且该保护套(2)为管状体，管内用于容纳所述对中组件(4)，并通过管壁约束对中组件(4)的最大转角。

2.根据权利要求1所述的全站仪三脚架，其特征在于，四片电阻应变片(18)构成并联电路；

相应地，所述采样驱动电路包括所述并联电路的电源电路和对并联电路的每一支路进行电流采样的电流传感器、连接所述电流传感器的具有模拟量输入接口的控制器，以产生电阻变化的变量。

3.根据权利要求1或2所述的全站仪三脚架，其特征在于，所述配合部为正四棱体，相应地，所述轴向孔为方孔，环形间隙为方环形。

4.根据权利要求3所述的全站仪三脚架，其特征在于，所述重锤(44)的侧面设有锁紧孔(45)，相应，在保护套(2)相应于锁紧孔(45)的位置设有侧孔，以用于携行状态下通过螺钉与锁紧孔(45)的配合实现重锤(44)的锁定。

5.根据权利要求1所述的全站仪三脚架，其特征在于，所述最大转角为0.5度。

6.根据权利要求5所述的全站仪三脚架，其特征在于，所述连接杆(43)的长度不小于30cm，且不大于50cm。

7.根据权利要求1所述的全站仪三脚架，其特征在于，其特征在于，所述中心座孔(32)为螺纹孔，相应地，所述座部(1)的上端具有与中心座孔(32)旋合的中心螺纹(11)。

8.根据权利要求7所述的全站仪三脚架，其特征在于，所述中心螺纹(11)的下侧的座体(13)上设有对中心螺纹(11)向上约束的限位环(12)。

9.根据权利要求1所述的全站仪三脚架，其特征在于，所述三角板(31)上设有水准气泡(33)。

10.根据权利要求1所述的全站仪三脚架，其特征在于，所述座体(13)的下端具有一段连接外螺纹(14)，相应地，所述保护套(2)上端内管具有与所述连接外螺纹(14)旋合的连接内螺纹(21)；

保护套(2)的外径与座体(13)的外径相同。