数字水准仪系统误差自动化检测系统

　　近年来，数字水准仪因读数客观和准确高效已广泛应用于各类水准测量工程。 由于读数原理性差异，数字水准仪和光学水准仪误差的特性不同。 早在2001年，奥地利格拉茨工业大学的F.K.Brunner和H.Woschitz就提出了数字水准仪系统误差检定的概念和方法。国内对数字水准仪的研究起步较晚，大多局限于条码标尺和数字水准仪本身一些计量特性的研究。对系统误差的研究也多见于研究性试验。

　　由国家光电测距仪检测中心独立承担并完成的国家基础测绘“数字水准仪及条码尺实验室建立”项目，首次在国内实现了功能齐备且真正达到实用的条码水准标尺及数字水准仪系统误差检测的全自动化。全球四大数字水准仪制造商和国内计量技术机构的技术人员在参观和技术交流之后，对这套自动化检测系统给予了高度评价。

　　一、系统误差检测原理

　　数字水准仪系统误差检测必备的仪器设备包括双频激光干涉仪、 能牵引条码标尺作垂直移动的电机、导轨等机电控制系统。在将条码标尺垂直移动到不同位置上时，用水准仪照准条码标尺并读数，同时用激光干涉仪测量出标尺的位移量，如果不存在系统误差，则水准仪读数之差应等于标尺的位移量，如图1所示。

　　设水准仪第i次与第i+1次读数之差为hi， 相应的激光干涉仪测出的标尺位移量为ξi， 其偏差可记为：ΔHi=ξi-hi， 显然ΔHi不为零。 当检测到系统误差并且能建模时，可由此对标尺读数施加比例因子改正。 对其他不能明确的误差以及随机误差可用g(ξi)表示，则标尺读数可表述为hi=k·ξi+g(ξi)，其中k为比例因子。

　　如果忽略g(ξi)的影响，则可以线性回归方法估算比例因子。 设观测个数为n，残差为ei，则有误差方程：vi=c+kξi-ei-ΔHi

　　二、检测系统构成

　　要构成自动化检测系统，作为控制核心的计算机必不可少，标尺位置变化的真值可以从双频激光干涉仪得到， 其次是对观测结果进行必要修正的环境温控系统，最后是牵引标尺作垂直移动的运动控制系统，以上各部分在自行研制开发的应用软件的协调下构成了一个完整的系统。

　　1.标尺垂直运动导轨和传动丝杠

　　为控制标尺严格沿铅垂方向移动，首先必须在实验室主体立柱的墙面上安装标尺移动的精密线性直线导轨。 移动导轨采用双排滚珠轴承 SHS 型导轨副，以使标尺的移动精细平稳、无阻滞力影响。

　　标尺稳固地放置在固定的尺槽上，其与丝杠的移动部件(螺母)刚性相连，当丝杆转动时，其移动部件将带动标尺沿导轨做垂直移动。