本項(xiàng)目研究的浮子式液位計(jì)采用磁感應(yīng)方式測(cè)量，不會(huì)因?yàn)閮?nèi)部結(jié)構(gòu)磨損而降低儀表的使用性能。浮子式液位計(jì)導(dǎo)桿的截面一般為圓形，而且導(dǎo)桿頂端不方便安設(shè)全站儀的反射棱鏡。為此充分利用全站儀的無(wú)棱鏡測(cè)量性能，通過(guò)測(cè)量一些特征點(diǎn)，能夠快速有效地計(jì)算出導(dǎo)桿圓心坐標(biāo)。

 

由于導(dǎo)桿的直徑一般不大于 100mm，在一定距離上設(shè)站，鎖定垂直方向，只旋轉(zhuǎn)水平方向，可認(rèn)為導(dǎo)桿左右兩側(cè)邊緣位于同一截面上，故可以采用下列方法間接測(cè)量出導(dǎo)桿截面的圓心坐標(biāo)。

如圖1 所示，在距離導(dǎo)桿 4m 左右的穩(wěn)固地面架設(shè)精密全站儀 T i  ，用全站儀十字絲的豎絲切準(zhǔn)導(dǎo)桿的左邊沿，測(cè)量得到水平角和天頂距角度分別為（H zL ，V L ），保持垂直角度不變，用全站儀十字絲的豎絲切準(zhǔn)導(dǎo)桿的右邊沿測(cè)量水平角和天頂距角度，分別為（H zR ，V L ）；然后計(jì)算左右水平角度的平均值 H z ：H z =（H zL +H zR ）/2將全站儀定位在（H z ，V L ）處，啟動(dòng)無(wú)合作目標(biāo)測(cè)量，得到方位角、天頂距和斜距（H z ，V L ，S）。

 

由于導(dǎo)桿一般為圓柱體，其半徑 R 采用千分尺或設(shè)計(jì)圖紙等可以得到，則導(dǎo)桿中心的三維坐標(biāo)

注：當(dāng)V L 大于 90°時(shí)取 +，當(dāng)V L 小于 90°時(shí)取 -。為保證導(dǎo)桿傾斜度的測(cè)量準(zhǔn)確度，測(cè)量前選擇合適的設(shè)站位置，盡可能觀(guān)測(cè)浮子式液位計(jì)導(dǎo)桿的全量程范圍，用全站儀從下而上按照上述測(cè)量方法依次測(cè)量各個(gè)截面的中心點(diǎn)三維坐標(biāo)，共測(cè)量 N（N ≥5）個(gè)截面的，并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。相鄰測(cè)量截面的距離以（200～500）mm 為宜，導(dǎo)桿中心點(diǎn)zui少測(cè)量點(diǎn)數(shù)不少于 5 個(gè)。

 

二、數(shù)據(jù)處理

1.空間直線(xiàn)擬合算法

空間直線(xiàn)擬合其基本思路是首先得到其標(biāo)準(zhǔn)空間數(shù)學(xué)方程，將空間點(diǎn)坐標(biāo)代入后建立誤差方程，由誤差方程得到法方程后，再求解空間直線(xiàn)的參數(shù)。體理論推導(dǎo)過(guò)程如下：

空間直線(xiàn)的方程可以簡(jiǎn)化為

 

三、準(zhǔn)確度分析

對(duì)液位計(jì)進(jìn)行垂直度的測(cè)量可得到的導(dǎo)桿中心點(diǎn)坐標(biāo)。

 

通過(guò)液位計(jì)自動(dòng)檢校軟件對(duì)上述坐標(biāo)進(jìn)行空間直線(xiàn)擬合，并求解擬合直線(xiàn)的直線(xiàn)度和垂直度。解得液位計(jì)導(dǎo)桿直線(xiàn)度為27.35mm，垂直度為 0.322°。此液位計(jì)的直線(xiàn)度偏大，為了保證結(jié)果的可靠性，又利用Matlab軟件對(duì)以上坐標(biāo)進(jìn)行處理，處理結(jié)果如圖3所示。

 

通過(guò)圖3 可以看出，液位計(jì)導(dǎo)桿在量程中點(diǎn)（3m）附近出現(xiàn)彎曲，使中點(diǎn)附近坐標(biāo)點(diǎn)距離擬合直線(xiàn)的距離較大，zui終導(dǎo)致直線(xiàn)度過(guò)大。全站儀測(cè)量高度為4196-（-842）=5038mm，5038×sin0.322°=28.3mm。第一點(diǎn)坐標(biāo)的 X 軸和Y 軸分別與zui后一點(diǎn)坐標(biāo)的 X 軸和Y軸相差10mm 和 21mm，根據(jù)公式 =23.26mm，結(jié)果與 28.3mm 相差不大，再考慮擬合直線(xiàn)并不一定通過(guò)兩坐標(biāo)點(diǎn)，故可認(rèn)為求解的導(dǎo)桿垂直度正確。

 

四、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì) DL1000 精密測(cè)距儀的內(nèi)符合準(zhǔn)確度和外符合準(zhǔn)確度進(jìn)行了測(cè)試，并在誤差分析中發(fā)現(xiàn)該測(cè)距儀存在系統(tǒng)偏差。為了進(jìn)一步提高測(cè)距儀的準(zhǔn)確度，本文通過(guò)對(duì)誤差進(jìn)行擬合，求解擬合函數(shù)，內(nèi)插求得誤差改正值的方法對(duì)誤差進(jìn)行了修正。zui后通過(guò)驗(yàn)證得出，利用對(duì)誤差進(jìn)行擬合和內(nèi)插的方法，能夠減弱系統(tǒng)偏差的影響，使測(cè)距儀在 9m 范圍內(nèi)達(dá)到了 0.1mm 的準(zhǔn)確度，滿(mǎn)足了液位計(jì)校準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)近距離、高精度測(cè)距的要求。

 

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