專利名稱:手持測量儀器的制作方法
本發(fā)明涉及一種非接觸式的距離測量儀器，更具體地說涉及一種用于非接觸測量距離和長度并由所測定的距離或長度計算面和體積的操作方式簡單的便攜型儀器。
在歷史上，人類在其職業(yè)或副業(yè)中曾試圖用比目測更精確的方法測定物體的大小，這樣做時通常有兩種選擇;可以采用周知的尺或卷尺量具等機械工具，或采用應(yīng)用電磁波或超聲波的電子議器。
尺和卷尺之類的機械工具便于攜帶，使用方法簡單，但卻受到如準(zhǔn)確度和測量范圍等一些嚴(yán)格的限制。大家對使用卷尺準(zhǔn)確測量距離和長度時所遇到的困難是不會陌生的卷尺的另一端應(yīng)由他人握住，卷尺必須成一直線，必須完全水平或垂直，卷尺上不能有扭結(jié)等等。通常，測量一碼以上的距離時，需由兩個人操作并伴隨著產(chǎn)生聯(lián)絡(luò)的問題，測量結(jié)果通常既不太準(zhǔn)確又不能很快得出結(jié)果。此外，用測量儀器接觸被測量物體總是有損壞被測量物體的風(fēng)險。
相反，電子測量儀器既提高了測量的準(zhǔn)確度，又可避免損壞被測量的物體。但這些優(yōu)點通常是在復(fù)雜、繁鎖的操作和昂貴的價錢為代價的情況下取得的。
采用電磁波和聲波測量距離的原理是本技術(shù)領(lǐng)域：
中所周知的。迄今已經(jīng)設(shè)計出各種通常是高精確度的方法，其中包括發(fā)射波和反射波的相位比較法(希爾德布蘭德，美國專利2，956，472)、雙象重疊法(漢尼威爾法，美國專利3，274，914)、超聲波時滯法(日本專利公報47-048，408)和強度比較法(高橋，美國專利4，518，253)。多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)是針對一些具體用途的。例如，德瓦的美國專利4，541，721是在汽車制造中用于檢測罩蓋與翼子板之間間隙的儀器，漢尼威爾和高橋法是供攝影機用的，尼斯的美國專利3，765，764則是用于科技和工程上的坐標(biāo)測量儀器。
因此，電子測量的現(xiàn)有技術(shù)是著重于極端準(zhǔn)確度和專門用途上。一般來說，這些儀器都是復(fù)雜、需要專門技巧和操作步驟的。到目前為止，還沒有人考慮過把這些高度準(zhǔn)確的方法應(yīng)用到便利的、價廉的儀器中以滿足商業(yè)上和家庭中進行測量的需要。
本發(fā)明所公開的是一種日用商業(yè)和家庭的便于攜帶、操作簡單、價廉但準(zhǔn)確的測量儀器。
概括地說，本發(fā)明包括一種發(fā)射某些形式能量(例如電磁或超聲波信號)和接收該發(fā)射出的能量的反射部分進行距離和長度測量所用的微處理器控制的發(fā)射機/接收機組合體。本發(fā)明的測量儀器是裝在一個手持型帶有易于手握的手柄的外殼中。控制按鈕都配置在外殼上，只用手即可方便地進行操作。外殼上設(shè)有顯示窗口，供顯示測量和計算資料給使用者之用。
在本發(fā)明的一個最佳實施例中，接有起控制作用的微處理器，用以接收來自四個可指按的按鈕(測量、清零、計算和取消/復(fù)位)的指令信息，并響應(yīng)該指令信息以操縱發(fā)射機/接收機組合體從而從所發(fā)射和接收(反射)的信號獲取距離測量值。微處理器工作以儲存順序的測量，從而，舉例說，使用者可從最后兩個距離測量值求出一個面積測量值，或從最后三個距離測量值求出一個體積測量值。
在本發(fā)明的另一個實施例中，內(nèi)裝的探視器是供使用者核實被測量的是否為所希望測定的尺寸。
在本發(fā)明的另一個實施例中，測量儀器的背后部分被制成使測量儀器例如可平貼一座墻，從而使該測量垂直于該墻，使精確測量該墻到另一座墻的距離成為可能。
本發(fā)明測量儀器的另一個特點是該儀器有一個水準(zhǔn)測定器用以確保測量儀器完全保持水平，以便進行準(zhǔn)確測量。
操作時，令本發(fā)明的測量儀器沿待測量的該條線度取向，然后按壓“測量”按鈕，觸發(fā)發(fā)射機/接收機組合體，進行距離測量。測量結(jié)果被顯示出來供參考之用，并用以證實實際上已測出了所希望測量的尺寸。然后由微處理機將測量值儲存起來。為了測量面積，令測量儀器沿待測量物體適當(dāng)?shù)牡诙l線度取向，再次按壓“測量”按鈕，于是測量值就被顯示出來，并儲存在微處理器中。這時如果按壓“計算”按鈕，微處理器就把兩個早先儲存的測量值相乘起來。如果想求出體積，以便產(chǎn)生顯示給使用者的體積計算?？闪顪y量儀器沿第三條線度取向，再次按壓“測量”按鈕，于是測量值就被顯示出來并儲存在微處理器中。若這時按壓“計算”按鈕，體積就通過三個早先存儲的測量值的相乘被計算并顯示出來。
為了更準(zhǔn)確地測量，而且為了便于測量某些沒有用于反射信號的現(xiàn)成的目標(biāo)平面的物體，可以在待測量的物體上附裝一個帶有夾子、支架和吸盤的反射器。
要測量其它形狀的物體時，可將微處理器編程，使得可以計算出圓形、圓柱體、球體或用于專業(yè)化測量的其它奇形怪狀物體的面積和體積。
因此本發(fā)明可用于諸如運輸、設(shè)計、建筑、室內(nèi)設(shè)計和需要包裝或進行專門測量等的商業(yè)活動中，還可用于各種家庭測量中。
為進一步理解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點，請參看本申請書的其它部分及附圖。
圖1A是本發(fā)明的測量儀器的頂視圖，顯示了手持式操作所用的外殼的結(jié)構(gòu)。
圖1B是圖1A中本發(fā)明的測量儀器的正視圖。
圖1C是圖1A中本發(fā)明的測量儀器的透視圖，顯示了測量儀器的整個外形。
圖1D本發(fā)明測量儀器的底視圖，顯示了指示牌和電池室的門。
圖1E是本發(fā)明所用的反射器和支架的示意圖。
圖1F是本發(fā)明測量儀器的另一個透視圖，顯示了另一個帶有可折疊的探視器的實施例。
圖2是本發(fā)明總的電子設(shè)計的方框圖。
圖3是說明本發(fā)明測量儀器操作過程的流程圖。
參看圖1A，這是本發(fā)明手持式測量儀器的頂視圖。該手持式測量儀器用總編號為1表示，圖中包括制成用作手持的外殼100。外殼100上設(shè)有顯示窗口101，在一可觸及的表面上裝有“測量”按鈕102、“清零”按鈕103、“計算”按鈕104、“取消/復(fù)位”按鈕105、水準(zhǔn)測定器106和米/英尺單位選擇開關(guān)107。
顯示窗口101頂部有一探視器屏108，探禎器屏帶有十字絲109和在窗口上標(biāo)以“1”“2”“3”的三個測量值的顯示讀出位置和一個標(biāo)以“R”的計算結(jié)果位置。
圖1B是測量儀器1的前視圖，從圖中可以看到外殼100的正面，外殼100的正面的111處開有小孔，用作所發(fā)射能量的出口，在112處也開有小孔，用以接收所發(fā)射能量的反射部分，此外還有探視器鏡頭113。圖1C是測量儀器1的透視圖，從圖中可以看到外殼100的大概為平坦的頂部表面上具平滑的曲面的棱，和大概為平坦的底部表面用以將之?dāng)R在另一大概為平坦的表面上以進行測量。在外殼100的背面可以看到一通/斷開關(guān)114和電池指示燈115。外殼100的背面在其中間部分處是下凹的。而其邊緣部分則凸出，以使通/斷開關(guān)114和電池指示燈115不致超出外殼100的背部邊緣而向外突出。
圖1D是測量儀器1的底視圖。從圖中可以看到附在外殼100底部的操作指示牌116和電池室門117。外殼100中電子設(shè)備的電源(圖2)可采用常規(guī)的、可再充電的或太陽能電池。若采用太陽能電池則在外殼100頂部裝設(shè)有接收陽光所用的適當(dāng)窗口。還可以看到“測量”按鈕102、“清零”按鈕103、“計算”按鈕104和“取消”按鈕105。
圖1E是反射器118的示意圖。反射器118有一個靶心、一個參考圓和一個支架119。反射器118還可配備以其它各種附件，例如吸盤或夾子等，這視乎待被反射器118所附著的物體而定。
圖1F是本發(fā)明帶有可折疊的探視器120的另一個實施例。測量員可透過可折疊的探視器120觀測核實他所瞄視的是否為待測量物體的正確部分，或者若采用反射器118(圖1E)，則核實測量儀器1是否妥善地對準(zhǔn)目標(biāo)。提供以字絲129以便于瞄準(zhǔn)操作。虛線表示可折疊的探視器120處在折疊位置上。
外殼100的大小做成適合用單手手指即可環(huán)握外殼100，從而可以方便地用單手操縱按鈕102～105。水準(zhǔn)測定器106是個簡單的泡式水平儀，其上有個基準(zhǔn)線，當(dāng)所進行的測量需要水平性時，用以確保測量儀器保持在正確水平狀態(tài)。單位選擇開關(guān)107是個轉(zhuǎn)換開關(guān)，用以按米或英尺或其它適合現(xiàn)有工作的單位進行測量。探視器屏108或可折疊的探視器120使測量儀器1的使用者易于將測量儀器1對準(zhǔn)目標(biāo)，從而確保正確測量出待測量的尺寸。若采用反射器118，則不難使探視器108上的十字絲109或可折疊的探視器120上的十字絲129與反射器118上的靶心對準(zhǔn)。
圖2測量儀器1的總的電子設(shè)計的原理示意圖。通/斷開關(guān)114接到諸如干電池、可再充電的電池或太陽能電池之類的直流電壓源B。通/斷開關(guān)114則通過調(diào)節(jié)器209接到微處理器210上，調(diào)節(jié)器209則調(diào)節(jié)來自電壓源的電壓，給微處理器210和系統(tǒng)的其它元件供應(yīng)電壓Vcc。測量單位，例如米或英尺，可以通過開關(guān)107進行選擇，開關(guān)107有效地連接到微處理器210上。微處理器210包括只讀存儲器和隨機存取存儲器，具有控制測量儀器1的各項操作的控制能力和從所測量出的距離和長度測定值2計算面積和體積的計算能力。
微處理器210由控制總線212連接到發(fā)射機/接收機部分200。如圖2所示，發(fā)射機/接收機部分200包括發(fā)射機部分201和接收機部分203。當(dāng)控制信號傳送到微處理器210上時，微處理器210就在控制總線212上觸發(fā)射機201發(fā)送能量。同樣，通過在控制總線212上傳送到微處理器210的信號，對微處理器210指示出由接收甲203所示接收到反射的能量部分202′。
發(fā)射機/接收機組合體200的發(fā)射機部分201和接收機部分203可取本技術(shù)領(lǐng)域：
中周知的各種形式，這視乎所傳輸?shù)哪芰?02是電磁能、電光能、聲能、超聲能或其它形式的能量而定。
用于距離測量中信號發(fā)送、信號接收和信號處理的公開資料的實例有美國專利2，956，472、3，274，914、4，518，253和日本專利公報47-048，408等，此處將這些公開資料作為參考資料結(jié)合到本說明書中。
為控制發(fā)射機/接收機組合體200的操作和處理所得出的測定值并相繼存入微處理器210中，配備了四個可指按的按鈕102～105，分別命名為“測量”、“清零”、“計算”和“取消/復(fù)位”按鈕(圖1)。這些按鈕是彈頂式的，受按壓時使電源電壓Vcc(通過電阻器R1-R4中之一有關(guān)的電阻)與地之間形成回路，由此產(chǎn)生一指令信號，通過信號線102a～105a中之一條信號線傳送到微處理器210，以便視具體情況而驅(qū)動測量或計算程序。下面說明這些過程。
通過按壓“測量”按鈕，則開始測量程序。微處理器210上的電壓負(fù)荷促使微處理器210驅(qū)動發(fā)射機/接收機組合體200，并促使發(fā)射機201發(fā)出能量信號202。接收機203工作以接收從測量儀器1所瞄準(zhǔn)的目標(biāo)反射回來的能量信號202′，通過中心總線212將該表示接收情況的信號傳送至微處理器210上。于是微處理器就能夠確定出所發(fā)射出的信號202/202′向目標(biāo)傳播的距離的大小。
然后微測量器210將剛確定的距離值通過數(shù)據(jù)總線206發(fā)送到顯示邏輯線路205上，由顯示邏輯線路確定應(yīng)在顯示器101中哪一處進行顯示。這取決于該特定值是落在測量序列中的哪一個測量上。微處理器210始終監(jiān)視“測量”按鈕102受按壓的次數(shù)，并會給顯示邏輯線路205發(fā)信號，使該值被顯示在顯示器101的適當(dāng)位置上。例如，第一個測量值(只按壓一次“測量”按鈕102)顯示在顯示器101的第一顯示位置上，第二個測量值(在此一系列測量過程中第二次按壓“測量”按鈕)顯示在顯示器101的第二顯示位置上，如此類推。該距離/長度值也儲存在存儲寄存器的微處理器210中，也是對應(yīng)在給定一序列測量中所進行的測量。
在獲得各測量值之后，由微處理器210儲存在諸如寄存堆棧之類的存儲元件(圖中未示出)中。計算面積和體積時，依次取出儲存在存儲元件(圖中未示出)中的值，用這些值計算所希望計算的測量值。
按壓“計算”按鈕104就會使微處理器210的計算功能起作用。這會促使儲存在微處理器210中的值組合起來產(chǎn)生所希望的測量值。例如，在本發(fā)明的一個實施例中，在對一矩形物體進行兩次測量之后，就會使儲存在微處理器210中的兩個長度值相乘起來以求出所測矩形的面積。若測量并儲存第三個線度的值，則也會彼此相乘以求出立體的長方物體的體積。在本發(fā)明的另一實施例中，若待測量的物體是圓的，則妥善測量圓的直徑之后，按壓“計算”按鈕104就會使微處理器210將該直徑二等分，平方所得出的結(jié)果，再乘以π以求出圓的面積。如果不按“取消”按鈕，這個值會儲存在微處理器210中。這樣，若需要測量一圓柱體的體積，則使用“測量”按鈕102測量圓柱體的長度并接著按壓“計算”按鈕104就會使該面積與長度相乘起來得出圓柱體體積。同樣，球體的體積也可通過測量直徑、將之二等分、求其立方和乘以(4/3)π計算出來。以這種方式就可由微處理器210計算出奇形怪狀的物體的面積和體積。
按壓取消/復(fù)位按鈕105就可擦除所有顯示在顯示器101上的值和所有儲存在微處理器210中的值，并使微處理器210復(fù)位，為下次測量和計算做好準(zhǔn)備。
按壓“清零”按鈕103會清除顯示器101上所顯示最后的值并清除微處理器103所儲存最后的值，但不會清除顯示器101所顯示的任意其它值和微處理器210存儲器中所儲存的任意其它值。
把通/斷開關(guān)106放到“斷”的位置可以使測量儀器1復(fù)位，使顯示器101清零，并擦除了所有儲存在微處理器210中的測量值。把通過/斷開關(guān)放到“通”的位置則接通測量儀器1的電源。
圖3是表示測量儀器1測量矩形物體的操作流程圖。測量儀器1在301接通，于是使用者就選擇準(zhǔn)備在處理過程中使用的單位302，在303用測量儀器瞄準(zhǔn)。瞄準(zhǔn)過程可以包括將測量儀器找平304和對物體和反射器上的某一目標(biāo)進行觀測305。瞄準(zhǔn)之后，使用者通過在309觸發(fā)信號發(fā)射機，并在310觸發(fā)信號接收機測量距離308。在311將所發(fā)射的信號與反射回來的信號進行比較，以在312確定距離值，然后在313將該值顯示在顯示位置n上(其中n＝1，2或3，視乎所進行的測量而定)。若所顯示值看來可能由于瞄準(zhǔn)到錯誤的目標(biāo)上而不正確，或者使用者決定按不同的方式進行測量時，則使用者可以在316清除顯示器的顯示，這一來也同時將此最后的數(shù)值從存儲器中清除掉，于是過程就從瞄準(zhǔn)步驟303重復(fù)。若所顯示的值反映出所希望的測定值，則該值就在317被存入存儲寄存器n中。若在此測量工作中還要進行另外的測量319，例如測量另一個尺寸，則過程就從瞄準(zhǔn)步驟303重復(fù)。若在此測量工作不需要進行其它測量，而且若只進行第一次測量320，使用者就可記下顯示值并在321取消/復(fù)位，這一下就消除顯示器的顯示和微處理器件存儲器中的存儲值。若給定工作中的最后測量是在322進行的第二次測量，而使用者需要進行面積計算時，則可以在323使計算功能起作用，在324計算出面積，然后在325將面積值顯示在數(shù)字顯示器R位置上(見圖1A)。這時就完成了所需要的全部測量過程，且使用者在329進行復(fù)位，清除顯示器的顯示和微處理器存儲器所儲存的該特定測量序列的測量值。若給定工作中的最后測量不是第二次測量(由于它也不是第一次測量，則必然是第三次測量)，則計算功能326就會在327將三個儲存的尺寸值相乘，計算出體積，并在328將該值顯示在顯示器的R的位置上(見圖1A)。然后使用者在330進行復(fù)位，為下次的測量系列作好準(zhǔn)備。
現(xiàn)在回過頭參看圖1A。操作時，使用者手持該測量儀器1把它安置就位，使測量器的背端部處在待測量物體的邊緣上。接著使用者就將測量儀器1對準(zhǔn)適用于測量的一個目標(biāo)上，然后按壓“測量”按鈕102。以上述方式，將測量值顯示、清除或儲存所測得的測量值。測量時是令測量儀器1背端部與待測量物體的近端對齊。測量儀器1的長度會包括在測量值中。因此，要測量一個房間的內(nèi)部尺寸時，可以將測量儀器1安置得使其背端部靠在，例如，一內(nèi)墻上并與內(nèi)墻齊平。
如果沒有適當(dāng)?shù)目杉右岳玫哪繕?biāo)供測量儀器1瞄準(zhǔn)之用時，使用者可以在用于測量的適當(dāng)位置上裝設(shè)一個反射器，然后對從測量儀器1至反射器118的距離進行測量。
所需要的測量進行完畢之后，可用“計算”按鈕104計算面積和體積。
總之，可以看出本發(fā)明提供了一個使用方法簡單的、用于測量許多不同物體和場所的距離、長度面積和體積的準(zhǔn)確工具。上述敘述和示例不應(yīng)看成是對本發(fā)明在本說明書所附權(quán)利要求
中所規(guī)定的范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種便攜式手持測量儀器，其特征在于，該測量儀器包括發(fā)射裝置，用以向目標(biāo)物體發(fā)送信號；接收裝置，用以接收從目標(biāo)物體反射回來的信號的反射部分；處理裝置，與發(fā)射和接收裝置有效地耦合以獲取測量值，該測量裝置具有儲存多個測量值所用的存儲裝置和根據(jù)所儲存的測量值計算面積和體積所用的計算裝置，和顯示裝置，與處理裝置耦合，用以選擇性地顯示測量值和計算出來的面積和體積。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的測量器，其特征在于，該測量儀器還包括探視器裝置，用以將該測量儀器對準(zhǔn)一個目標(biāo)，該探視器裝置是如此配置使得能將目標(biāo)的影象映射到顯示裝置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的測量器，其特征在于，該測量儀器響應(yīng)第一個按鈕的按壓而工作以產(chǎn)生該測量值，并響應(yīng)第二個按鈕的按壓以從該測量值計算出面積和體積。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的測量儀器，其特征中央，該測量儀器裝設(shè)在一個大小和形狀可使其持在一個人的單只手里的外殼中。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的測量儀器，其特征在于，探視器裝置可折疊入該測量儀器的外殼中。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的測量儀器，其特征在于，該測量儀器還包括開關(guān)裝置，用以將測量值轉(zhuǎn)換成多種不同的測量單位。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的測量儀器，其特征在于，該測量儀器還包括計算裝置，用以計算多個不同幾何形狀的物體的面積和體積。
專利摘要
手持、便攜式、使用簡便、價廉但準(zhǔn)確的測量儀器、供測量距離及計算面積和體積。該儀器包括微處理器控制的發(fā)射機/接收機組合體，供發(fā)送測量信號和接收那些信號的反射以提供距離或長度測量。微處理器工作以儲存測量序列，由此計算面積和體積。其程序用該儀器瞄準(zhǔn)并操作簡單系列按鈕獲取測量值。其特點還包括反射測量信號的目標(biāo)和支架、探視器、水準(zhǔn)測定器和可貼平垂直表面以供測量的具齊平邊緣的凹入背面及可置于水平表面以供測量的平坦表面。
文檔編號G01S13/88GK87107025SQ87107025
公開日1988年5月11日 申請日期1987年10月15日
發(fā)明者伍德權(quán), 林偉志 申請人:偉林公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan