CN202793399U - 测地学中使用的光测悬锤、大地测量仪及其三角基座 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种在测地学中使用的光测悬锤（1、1’），包括：目镜（2）；目标标志（3）；以及物镜（4）；其中目标标志（3）位于目镜（2）和物镜（4）之间的光路中，其中目标标志（3）和目镜（2）由第一壳体（6）支撑，物镜（4）由第二壳体（7）支撑，其中第一壳体（6）或第二壳体（6）形成有两个沿目镜（2）和物镜（4）之间的光路（5）相互间隔并且相对于目镜（2）和物镜（4）之间的光路（5）同轴放置的环形凹槽（81、82），其中每个所述环形凹槽（81、82）容纳环（83、84），以及其中另一壳体（7、6）至少部分地具有沿目镜（2）和物镜（4）之间的光路（5）同轴延伸穿过两个环形凹槽（81、82）和环（83、84）并由环（83、84）引导的圆柱形外表面（9），从而可通过沿目镜（2）和物镜（4）之间的光路（5）相对移动第一壳体（6）和第二壳体（7）来调节目镜（2）和物镜（5）之间的距离。还提供了包括所述光测悬垂（1、1’）的大地测量仪（100）及用于大地测量仪（100）的三角基座（200）。

Description

测地学中使用的光测悬锤、大地测量仪及其三角基座

技术领域

本实用新型涉及测地学领域，更具体涉及测地学中使用的光测悬锤、大地测量仪及其三角基座。 

背景技术

在测地学中，悬锤用于使诸如经纬仪、水准仪或视距仪（尤其是视频视距仪）之类大地测量仪位于地面标志（例如，勘测标志或参考标志）的中心。 

此类大地测量仪经常通过三角基座固定在三脚架盘上，所述三角基座支撑大地测量仪并允许水平校准该仪器。因此，三脚架通过三角基座间接地支撑大地测量仪。三脚架通常由三个支撑三脚架盘的脚组成并且每个脚都能调节长度。三角基座通常被配置为可相对于三脚架盘水平移动且可相对于三脚架盘固定在所希望的位置上。 

悬锤可集成在大地测量仪中或固定在上面。在这种情况下，相应的三角基座具有一个中心开口以便不阻碍悬锤。作为替代，悬锤可以集成在三角基座中或固定在上面。相应三脚架的三脚架盘包括中心开口以便不阻碍悬锤。 

机械悬锤（测锤）通常由悬挂在细绳上的重物构成，重物的自由端呈尖头形。细绳固定在大地测量仪或三角基座上，这样在大地测量仪水平对准的情况下，该细绳通过自由悬挂的重物所定义的直线延伸通过大地测量仪的测量点。该水平对准通常通过两个相互垂直放置的平直气泡水准仪（straight bubble level）或一个牛眼水准仪（bull’s eye level）执行。通过移动仪器和/或三角基座，使自由悬挂的重物的尖头与所希望的地面标志呈 一条直线。 

这种机械悬锤包括的缺点是易受震动或气流影响，并且需要一段时间从初始振动状态回到静止状态。而且，它的精确度较低，当仪器高度为1.5m时，其精确度仅为3mm至5mm。因此，现在测地学中主要使用光测悬锤。 

光测悬锤的光学结构对应于开普勒望远镜的光学结构，此望远镜的目镜包括诸如标线之类的目标标志。光测悬锤在大地测量仪或三角基座上的放置位置使得在大地测量仪水平对准的情况下，在光测悬锤的光学器件中的引导的光路的光轴至少部分地恰好沿着最低点（nadir）（在垂直方向）延伸。为了不影响大地测量仪的布置以及为了方便地从侧面进入，光测悬锤的光路通常为此折叠90°。这种光测悬锤在仪器高度为1.5m时的精确度优于<0.5mm。通过移动仪器和/或三角基座，使光测悬锤的目标标志在光学上与目标地面标志呈一条直线。 

为了获取所希望的精确度，光测悬锤的焦距必须被调节为与地面标志的距离。在非固定的大地测量仪中，通常必须在每次位置变化之后调节焦距。这是因为光测悬锤与地面标志的距离发生了变化。 

使用聚焦器实现可调节焦距在光测悬锤中非常复杂，因为这种聚焦器必须满足非常高的精确度要求才能确保目镜中的目标标志始终位于在光测悬锤的光学器件中引导的光路的光轴的中心。因此，对于聚焦器而言，仅允许几个毫米的很小的游隙（play）。除了使用聚焦器调焦之外，还通过悬锤的目镜实现屈光度调节。 

实用新型内容

实施例提供了在测地学中使用的光测悬锤，其允许根据与地面标志（例如，勘测标志或参考标志）的不同距离调节光测悬锤的焦距，并且可以在不减少其精确度的情况下以优惠的价格制造。 

根据实施例，在测地学中使用的光测悬锤由目镜、目标标志（例如，标线）和物镜组成。所述目标标志位于目镜和物镜之间的光路中。第一壳 体（body）支撑目标标志和目镜，第二壳体支撑物镜。第二壳体与第一壳体不同。第一和第二壳体可以分别由若干互连的部分壳体构成，且因此可以分别以多部分形式提供。第一壳体和第二壳体之一包括两个沿目镜和物镜之间的光路相互间隔并且相对于目镜和物镜之间的光路同轴放置的环形凹槽（annular recess）。每个所述环形凹槽容纳一个环。这些环可以闭合（即，连续），也可以在一个位置上径向开槽。所述凹槽位于相应壳体内部，从而所述环形凹槽径向朝内开放以及径向朝外闭合。另一壳体（不包括环形凹槽）至少部分地包括沿目镜和物镜之间的光路同轴延伸穿过环形凹槽和环并由环引导的圆柱形外表面。因此，目镜和物镜之间的距离可通过沿目镜和物镜之间的光路相对移动两个壳体来调节。根据一个实施例，第一壳体和第二壳体可以沿目镜和物镜之间的光路彼此相对移动的距离大于单纯调焦所希望的距离，以便在光测悬锤不用时其总长度缩小。 

根据一个实施例，一个壳体的环形凹槽的内径和环的内径以及另一壳体（不包括环形凹槽）的圆柱形外表面的外径被选定，以便在圆柱形外表面和环之间提供无游隙引导。 

根据一个实施例，其中形成两个环形凹槽的第一和第二壳体之一具有位于两个环形凹槽之间且与这两个凹槽同轴的圆柱形内表面。 

在两个环之间引导圆柱形壳体通过技术上很简单的方法实现，几乎没有游隙，因此提供非常高的精确度。 

根据一个实施例，所述凹槽位于两个保持环之间，每个保持环直接与一个所述环邻接并且对其施加可调节的压力。根据一个实施例，为此目的，所述凹槽位于两个内螺纹之间，每个内螺纹接收带有外螺纹的保持环，每个所述保持环与一个所述环邻接并对其施加可调节的压力。施加到相应环上的压力于是沿与目镜和物镜之间的光路平行的方向增强。 

以这种方式，可以通过对环施加压力，调节第一和第二壳体之间的游隙。因此，根据一个实施例，实现了第一壳体和第二壳体之间的径向游隙小于0.02mm，具体而言，小于0.015mm，更优选地小于0.01mm。 

根据一个实施例，环形凹槽包括沿目镜和物镜之间的光路在相反方向 上扩大到更大内径的圆锥形表面。所述圆锥形表面径向朝外地限定相应壳体。 

如果沿与目镜和物镜之间的光路平行的方向向环施加压力，则这种圆锥形表面会使一个壳体的凹槽中容纳的环紧贴另一个壳体的圆柱形外表面。 

根据第一实施例，沿目镜和物镜之间的光路距离目镜更近的环为具有圆锥形端面的径向开槽环（具有一个径向槽，因此不连续的环）。所述环的圆锥形端面与容纳环的凹槽的圆锥形表面互补并且与该圆锥形表面靠紧。沿目镜和物镜之间的光路距离物镜更近的环为O型环。作为替代，两个环也都可以是径向开槽环。根据一个实施例，所述开槽环可以由金属或塑料（尤其是聚四氟乙烯（特氟龙））制成。 

使用开槽环允许使用更坚硬的材料制造这些环，进而减小两个壳体之间的游隙，以便在环受压之下游隙非常小。 

根据替代实施例，所述环是由弹性体（elastomer）或塑料（尤其是聚四氟乙烯）制成的O型环。 

这种环可以使用不同材料，以非常低廉的成本制成，且具有不同的肖氏硬度、不同的直径和不同的厚度。 

根据一个实施例，沿目镜和物镜之间的光路距离目镜更近的O型环的肖氏硬度高于分别沿第一和第二壳体的轴向方向距离物镜更近的O型环。 

根据一个实施例，沿目镜和物镜之间的光路距离目镜更近的O型环的肖氏硬度至少为90，且分别沿第一和第二壳体的轴方向距离物镜更近的O型环的肖氏硬度小于90。 

由于肖氏硬度更高的环位于目标标志附近，因此可以确保悬锤具有高的精确度。 

根据一个实施例，形成有相互间隔的同轴环形凹槽的壳体包括位于所述环形凹槽之间的圆柱形凸出。而且，沿目镜和物镜之间的光路同轴延伸穿过两个环形凹槽和环的另一壳体的圆柱形外表面包括其中导入所述圆柱形凸出的轴向沟槽或凹槽。根据一个实施例，形成有相互间隔的同轴环形 凹槽的壳体包括位于所述凹槽之间的具有内螺纹的径向孔，所述孔穿过壳体的壁并接收螺钉，所述螺钉的一端包括工具配接部分（tool fit），另一端包括同轴圆柱形凸出（带有或不带有螺纹）。而且，沿目镜和物镜之间的光路轴向延伸穿过环形凹槽和环的另一壳体的圆柱形外表面包括其中导入所述螺钉的圆柱形凸出的轴向沟槽或凹槽。 

这样防止了第一和第二壳体相互扭转。这有助于确保目标标志的所希望定向。 

根据一个实施例，光测悬锤进一步包括将光路折叠90°的棱镜，物镜位于目标标志和棱镜之间的光路中。根据一个实施例，所述棱镜还可以通过形成有附加屋顶部分（从而形成阿米西屋顶棱镜）来使图像倒置，以便光测悬锤将地面标志成像为具有正确侧面（true sided）并且是直立的。 

结果，不会影响使用光测悬锤的大地测量仪或三角基座的可操作性。此外，用户可以在使用悬锤期间采取相对于光测悬锤的便利位置。 

根据实施例，上面所述的光测悬锤集成在大地测量仪的三角基座中。根据一个实施例，此三角基座还可以包括用于水平对准三角基座支撑的大地测量仪的装置，例如相互垂直放置的平直气泡水准仪或一个牛眼水准仪。 

根据替代实施例，上面所述的光测悬锤集成在大地测量仪中。根据一个实施例，后者还可以包括水平对准三角基座支撑的大地测量仪的装置，例如相互垂直放置的平直气泡水准仪或一个牛眼水准仪。对大地测量仪的水平微调还可以在设备中以电子方式实现。 

将光测悬锤集成在大地测量仪中允许通过在180°水平范围内将大地测量仪和光测悬锤一起旋转来判定悬锤的最大误差。 

附图说明

通过结合权利要求和附图阅读下面对本实用新型的描述，本实用新型的进一步特征将变得显而易见。各个特征也可以不同于下面描述的示例中指定的数量和组合在根据本实用新型的实施例中实现。在以下对本实用新型的某些实施例的描述中，参考附图，其中 

图1A示意性地示出根据本实用新型的第一实施例的光测悬锤的剖面图； 

图1B示意性地示出图1A中的光测悬锤的选定部件的放大剖面图； 

图2A示意性地示出大地测量仪的局部剖视图，其中集成了根据本实用新型的第二实施例的光测悬锤； 

图2B示意性地示出三角基座的局部剖视图，其中集成了根据本实用新型的第二实施例的光测悬锤； 

图3A示意性地示出根据本实用新型的第三实施例的光测悬锤的剖面图；以及 

图3B示意性地示出图3A中的光测悬锤的选定部件的放大剖面图。 

每当可能时，所有附图使用相同的标号表示具有相同或基本相似的技术功能的部件。这些部件的不同实施例具有相似的标号。 

具体实施方式

下面参考图1A和1B描述光测悬锤的第一实施例。 

光测悬锤基本上由第一壳体6和第二壳体7构成，所述第二壳体7部分地容纳所述第一壳体6。 

所述第一壳体6由基本上旋转对称的铝制金属壳体构成，所述金属壳体包含空腔，所述空腔内部具有通过阳极电镀形成的光吸收涂层。所述空腔容纳目标标志3，并且在一端由具有两个镜头21、22的目镜2封闭。目镜2通过螺纹23与第一壳体相连，以便用户可以通过旋转目镜2调节屈光度。目标标志3由两个相邻的平面玻璃板构成，所述两个平板玻璃板之间放置一个线型标志，例如环、多个同心环和/或十字线。可以通过无头螺钉（例如，六角固定螺钉）调节所述目标标志的位置。远离目镜2的第一壳体6的空腔的一端是开放的。在远离目镜2的一端，第一壳体6具有圆柱形外表面9，在该外表面中形成沟槽15。沟槽15定向在第一壳体6的纵向方向上，并在所述圆柱形外表面的四分之一长度上延伸。但是，本实用新型不限于上述沟槽大小，也不限于存在所述沟槽。例如，可以使用凹槽替 代所述沟槽，或者完全省略所述沟槽。沟槽15妨碍了第一壳体6的旋转对称。 

在所示实施例中，第二壳体7由三个相互接合的铝制部件71、72、73构成。每个部件71、72、73本身为基本上旋转对称的金属壳体。但是，本实用新型不限于多部分第二壳体或者第二壳体构成部件的特定连接方式。例如，所述部件还可以拧在一起或焊接在一起，或者第二壳体可以形成为单体部件。 

第二壳体7也包含基本上为圆柱形的空腔，所述空腔内部具有通过阳极电镀形成的光吸收涂层。第二壳体7的圆柱形空腔容纳物镜4。具有屋顶部分的棱镜（阿米西屋顶棱镜）位于第二壳体7的空腔的一端。所述棱镜16以90°折叠目镜2、目标标志3和物镜4引导的光路5。同时，所述棱镜16使图像的两侧互换。需要指出，提供棱镜16仅是可选的。远离棱镜16的壳体7的空腔的一端接收第一壳体6的一部分。 

在第二壳体7的部件71内形成两个由圆锥形表面80、89在径向限制的环形凹槽81、82，所述圆锥形表面沿目镜2和物镜4之间的光路在相反方向上扩大到更大的内径。在两个凹槽81和82之间，第二壳体7的部件71具有圆柱形内表面，所述圆柱形内表面的直径大于第一壳体6的圆柱形外表面9的直径。第二壳体7的部件71的凹槽81和82中容纳两个由弹性体制成的O型环83、84。O型环83和84由通过螺纹87、88与部件71相连并且沿与目镜2和物镜4之间的光路平行的方向对相应的邻近的O型环83和84施加压力的保持环85、86固定。螺纹87、88直接与各个凹槽81、82邻接。沿目镜2和物镜4之间的光路方向距离目镜2更近的O型环由聚四氟乙烯制成且肖氏硬度为95。沿轴向距离物镜4更近的O型环84由聚丙烯制成且肖氏硬度为80。但是，本实用新型不限于这些肖氏硬度值，或者使用弹性体制成的O型环。根据一个实施例，如果使用弹性体制成的O型环，距离目镜更近的O型环的肖氏硬度可至少为90，距离物镜4更近的O型环的肖氏硬度可小于90。作为替代，这些O型环还可以具有相同的肖氏硬度。 

第一壳体6的圆柱形外表面9同轴延伸通过O型环83、84并由O型环83、84引导。可通过保持环85、86调节此引导的游隙，以便在O型环83、84和圆柱形外表面9之间提供无游隙的引导。 

第二壳体7的部件71进一步包括具有内螺纹的孔10，所述孔10穿过部件71的壁并接受螺钉11。螺钉11的一端包括工具配接部分，螺钉11的另一端13包括不带螺纹的同轴圆柱形凸出14，所述凸出导入第一壳体6的沟槽15中以防止第一壳体6相对于第二壳体7扭转以及通过阻挡（stop）限制第一和第二壳体6、7之间的相对移动。可以提供螺钉11之外的其他措施来防止第一和第二壳体相互扭转以及限制第一和第二壳体6、7之间的相对移动。螺钉11的孔10妨碍了第二壳体7的部件71的旋转对称。 

虽然在上述实施例中，描述使用两个弹性体制成的O型环83、84将第一壳体6导入第二壳体7，但是本实用新型不限于这种配置。 

在上述实施例中，第一和第二壳体6、7两者都由金属制成。但是，本实用新型不限于特定的材料。例如，所述壳体可以由塑料制成以及包含相同的或不同的材料。 

此外，在上述实施例中，第二壳体7容纳第一壳体6的一部分。但是，本实用新型不限于这种配置。作为替代，第一壳体可以容纳第二壳体的一部分。图2中示意性地示出了此配置。 

图2A示出使用大地测量仪100中的光测悬锤1’。光测悬锤1’具有参考图1A和1B描述的结构，但不是包括物镜4的第二壳体7部分地接收包括目标标志3的第一壳体6，而是相反。支撑目镜2并容纳目标标志3的第一壳体6’部分地接收包括物镜4的第二壳体7’。为此，与图1A和1B中示出的实施例对应，在第一壳体6’中提供凹槽81和82。每个凹槽容纳一个由相应的保持环施加压力的环。与图1A、1B所示的不同，这些凹槽没有圆锥形表面，但是由径向壁和轴向底部形成。第二壳体7’的圆柱形外表面由这两个环导入。 

如图2A所示，光测悬锤1’位于大地测量仪100中，从而光测悬锤1’的光路5和大地测量仪的测量部件102的测量轴101以及测量部件102的 检测器（未示出）沿一条直线排列。在图2A中，测量部件102的测量轴101与光测悬锤1’的光路5定义的直线正交。大地测量仪100中光测悬锤101的这种放置确保了测量部件102的测量轴101和检测器可以精确地置于测量标志300之上。 

在本实施例中，测量部件102可通过马达104、106或通过调节轮103绕两条轴线移动，移动程度可通过光垒105和107测量。 

大地测量仪100通过三角基座204连接到三脚架的底盘200，三脚架除了包括底盘200外，还包括三个长度可调的腿201、202、203。三角基座204可相对于三脚架的底盘200水平移动并可固定在目标位置上。三脚架的底盘200包括可使光测悬锤1’的光路5穿过的开口。三角基座204的调节螺钉205、206和207允许水平对准大地测量仪100。为了判定水平方向，三角基座204包括两个相互垂直的平直气泡水准仪。三角基座204包括允许光测悬锤1’的光路5延伸穿过的开口。 

应理解，虽然在上述实施例中，光测悬锤1’集成在大地测量仪中，但是本实用新型不限于这种配置。作为替代，所述光测悬锤例如还可以集成在三角基座204中。图2B示意性地示出此配置。 

图2B示意性地示出使用三角基座204’中的光测悬锤1’。所述三角基座由被配置为与三脚架的底盘200相连的第一连接盘2041和被配置为与大地测量仪相连的第二连接盘2042构成。在第一和第二连接盘2041、2042之间，提供调节螺钉205、206、207以便水平对准第二连接盘2042。为此，第二连接盘2042包括牛眼水准仪208’。 

上面参考图2A描述的光测悬锤1’位于第二连接盘2042的内部。第一和第二连接盘2041、2042分别包括允许光测悬锤1’的光路5延伸穿过的开口。 

图3A和3B示意性地示出光测悬锤1”的第三实施例。该第三实施例的基本部件对应于参考图1A和1B描述的第一实施例。因此，下面的描述中仅进一步详细说明差别之处。 

根据第三实施例，第一和第二壳体6和7并非由金属制成，而是由塑 料制成。此外，沿目镜2和物镜4之间的光路距离目镜2更近的环不是由弹性体制成的O型环，而是具有端面的金属开槽环83’，所述端面与凹槽81的圆锥形表面80互补并且与凹槽81的圆锥形表面80靠紧。同样，距离物镜4更近的环84’也是相应的金属开槽环。最后，不使用螺钉11，而是将销11’压入第二壳体的第一部件71并导入第一壳体6的沟槽15中。但是，本实用新型不限于由金属制成的开槽环。作为替代，具有与凹槽81的圆锥形表面80互补的端面的环可以由塑料制成。 

虽然仅通过举例描述本实用新型的上述实施例，但是本领域的技术人员很容易理解，在不偏离下面权利要求中公开的本实用新型的精神和范围的情况下，可以做出多种修改、增加和替换。 

Claims (11)

1.一种在测地学中使用的光测悬锤（1、1’），包括： 

目镜（2）； 

目标标志（3）；以及 

物镜（4）； 

其中目标标志（3）位于目镜（2）和物镜（4）之间的光路中， 

其中目标标志（3）和目镜（2）由第一壳体（6）支撑，物镜（4）由第二壳体（7）支撑， 

其中第一壳体（6）或第二壳体（7）形成有两个沿目镜（2）和物镜（4）之间的光路（5）相互间隔并且相对于目镜（2）和物镜（4）之间的光路（5）同轴放置的环形凹槽（81、82），其中每个所述环形凹槽（81、82）容纳一个环（83、84），以及其中另一壳体（7、6）至少部分地具有沿目镜（2）和物镜（4）之间的光路（5）同轴延伸穿过两个环形凹槽（81、82）和环（83、84）并由环（83、84）引导的圆柱形外表面（9）， 

从而可通过沿目镜（2）和物镜（4）之间的光路（5）相对移动第一壳体（6）和第二壳体（7）来调节目镜（2）和物镜（5）之间的距离。 

2.如权利要求1中所述的光测悬锤（1、1’），其中凹槽（81、82）位于两个保持环（85、86）之间，每个保持环直接与一个环（83、84）邻接并且对其施加可调节的压力。 

3.如权利要求1或2中所述的光测悬锤（1、1’），其中环形凹槽（81、82）包括沿目镜（2）和物镜（4）之间的光路（5）在相反方向上扩大到较大内径的圆锥形表面。 

4.如权利要求3中所述的光测悬锤（1、1’），其中沿目镜（2）和物镜（4）之间的光路（5）距离目镜（2）更近的环（83）是具有圆锥形端面的径向开槽环（83），所述端面与其中放置环（83、 84）的凹槽（81）的圆锥形表面（80）互补并且与凹槽（81）的圆锥形表面（80）靠紧，并且沿目镜（2）和物镜（4）之间的光路（5）距离物镜（4）更近的环（84）是O型环（83、84）。 

5.如权利要求1或2中所述的光测悬锤（1、1’），其中环（83、84）是由弹性体或聚四氟乙烯制成的O型环（83、84）。 

6.如权利要求5中所述的光测悬锤（1、1’），其中沿目镜（2）和物镜（4）之间的光路（5）距离目镜（2）更近的O型环（83）的肖氏硬度高于分别沿第一壳体（6）和第二壳体（7）的轴方向距离物镜（4）更近的O型环（84）。 

7.如权利要求6中所述的光测悬锤（1、1’），其中沿目镜（2）和物镜（4）之间的光路（5）距离目镜（2）更近的O型环（83、84）的肖氏硬度至少为90，且分别沿第一壳体（6）和第二壳体（7）的轴方向距离物镜（4）更近的O型环（84）的肖氏硬度小于90。 

8.如权利要求1或2中所述的光测悬锤（1、1’），其中形成有相互间隔的同轴环形凹槽（81、82）的壳体（6、7）具有同轴圆柱形凸出（14），并且其中沿目镜（2）和物镜（4）之间的光路（5）同轴延伸穿过两个环形凹槽（81、82）和环（83、84）的壳体（6、7）的圆柱形外表面（9）包括其中导入圆柱形凸出（14）的轴向沟槽或凹槽（15）。 

9.如权利要求1或2中所述的光测悬锤（1、1’），进一步包括将光路（5）折叠90°的棱镜（16），其中物镜（4）位于目标标志（3）和棱镜（16）之间的光路（5）中。 

10.一种用于大地测量仪（100）的三角基座（200），包括如上述权利要求之一中所述的光测悬锤（1、1’）。 

11.一种大地测量仪（100），包括如权利要求1至10中的一个权利要求中所述的光测悬锤（1、1’）。 

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