本發(fā)明屬于水平儀技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光柵衍射的尺式水平儀及測量斜面傾角的方法。

背景技術(shù)：

水平儀是廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械以及儀表制造行業(yè)的微小角度測量用具，可以用于測量機(jī)床類設(shè)備導(dǎo)軌的直線度、設(shè)備安裝的水平位置，以及房屋有無發(fā)生不均勻沉降等。目前常用的水平儀主要有氣泡類水平儀和電子式水平儀兩種。氣泡類水平儀精度不高，穩(wěn)定性差。電子式水平儀精度有所提高，但對工作環(huán)境要求較高，在極端溫度和惡劣環(huán)境下，精度會(huì)大大降低甚至失靈。一維光柵在微小量測量領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用，根據(jù)入射光與衍射光的角度改變關(guān)系，可以對難以測量的微小角度進(jìn)行放大，大大提高測量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種基于光柵衍射的尺式水平儀及測量斜面傾角的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于光柵衍射的尺式水平儀，包括盒體，盒體內(nèi)設(shè)有光柵轉(zhuǎn)軸，光柵轉(zhuǎn)軸上固定有光柵，光柵轉(zhuǎn)軸的一端穿過盒體與游標(biāo)轉(zhuǎn)盤相連，光柵上固定有軟細(xì)線，軟細(xì)線的下端與墜體相連，軟細(xì)線上設(shè)有平行光源，平行光源發(fā)出的光線指向光柵，盒體上設(shè)有伸入盒體內(nèi)的望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡用于觀察光柵的衍射光。

優(yōu)選地，所述盒體的側(cè)壁上設(shè)有刻度盤，游標(biāo)轉(zhuǎn)盤可配合刻度盤讀數(shù)。

優(yōu)選地，所述游標(biāo)轉(zhuǎn)盤上設(shè)有兩個(gè)游標(biāo)，兩個(gè)游標(biāo)設(shè)于游標(biāo)轉(zhuǎn)盤上相隔180度的對稱位置。

優(yōu)選地，所述盒體上設(shè)有橫向的水準(zhǔn)管。

一種測量斜面傾角的方法，包括以下步驟：

S1、將尺式水平儀放在水平面上，打開平行光源，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)轉(zhuǎn)盤，從望遠(yuǎn)鏡中觀察，當(dāng)?shù)趉級衍射光能水平出射到望遠(yuǎn)鏡視野中的中心時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，讀出游標(biāo)轉(zhuǎn)盤的初始讀數(shù)α₁；

S2、將尺式水平儀置于傾角為θ₂的待測平面上，由于重力作用，墜體連同軟細(xì)線和入射光產(chǎn)生了θ₁的偏轉(zhuǎn)，且θ₁＝θ₂；

S3、旋轉(zhuǎn)游標(biāo)轉(zhuǎn)盤，同時(shí)觀察望遠(yuǎn)鏡，使第k級衍射光再次回到望遠(yuǎn)鏡視野中的中心，讀取此時(shí)游標(biāo)轉(zhuǎn)盤的讀數(shù)α₂，則光柵旋轉(zhuǎn)了α角度：

α＝α₂-α₁，

入射光轉(zhuǎn)過的角度θ₁為：

其中d為光柵常數(shù)，λ為平行光源發(fā)出的入射光波長；

則待測平面的傾角θ₂為：

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所提供的基于光柵衍射的尺式水平儀，運(yùn)用光柵偏轉(zhuǎn)控制光柵衍射方向的方法，將微小的傾斜角度轉(zhuǎn)化為入射光的偏轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)了對微小傾斜角度的放大測量；較之以往的氣泡類水平儀和電子式水平儀，該裝置具有穩(wěn)定性更好，精確度更高，實(shí)用性更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于光柵衍射的尺式水平儀的示意圖。

圖2是本發(fā)明基于光柵衍射的尺式水平儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是為水平面狀態(tài)軟細(xì)線的狀態(tài)示意圖。

圖4是為斜面狀態(tài)軟細(xì)線的狀態(tài)示意圖。

圖5是本發(fā)明選用波長為546.1nm的入射光、100線的光柵、選取第1級衍射光，得到的入射光轉(zhuǎn)過的角度θ₁與光柵旋轉(zhuǎn)角度α的理論曲線圖。

附圖標(biāo)記說明：1、盒體；2、光柵轉(zhuǎn)軸；3、光柵；4、游標(biāo)轉(zhuǎn)盤；5、軟細(xì)線；6、墜體；7、平行光源；8、望遠(yuǎn)鏡；9、刻度盤；10、水準(zhǔn)管；11、水平儀平面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：

如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供的一種基于光柵衍射的尺式水平儀，包括長方形的盒體1，盒體1上設(shè)有橫向的水準(zhǔn)管10，盒體1內(nèi)設(shè)有橫置的光柵轉(zhuǎn)軸2。光柵轉(zhuǎn)軸2上固定有光柵3，光柵轉(zhuǎn)軸2的一端穿過盒體1與游標(biāo)轉(zhuǎn)盤4相連，盒體1的側(cè)壁上設(shè)有刻度盤9，游標(biāo)轉(zhuǎn)盤4可配合刻度盤9讀數(shù)。游標(biāo)轉(zhuǎn)盤4上設(shè)有兩個(gè)游標(biāo)，兩個(gè)游標(biāo)設(shè)于游標(biāo)轉(zhuǎn)盤4上相隔180度的對稱位置，游標(biāo)設(shè)置于相隔180度的對稱位置，可有效地消除偏心差。

光柵3上固定有軟細(xì)線5，軟細(xì)線5的下端與墜體6相連，軟細(xì)線5上設(shè)有帶狹縫的平行光源7，平行光源7發(fā)出的光線指向光柵3，盒體1上設(shè)有伸入盒體1內(nèi)的望遠(yuǎn)鏡8，望遠(yuǎn)鏡8用于觀察光柵3的衍射光。望遠(yuǎn)鏡8視野中設(shè)置有水平方向刻線的分劃板。

若將尺式水平儀放在平整且無傾角的地面上，待水準(zhǔn)管10指示水平后，軟細(xì)線5垂直于水平儀平面11，平行光源7發(fā)出的入射光豎直，如圖3所示。將尺式水平儀置于待測傾角為θ₂的傾斜平面上，如圖4所示，由于重力作用，墜體6連同軟細(xì)線5和入射光產(chǎn)生了θ₁的偏轉(zhuǎn)，且θ₁＝θ₂。

實(shí)施例一

一種測量斜面傾角的方法，使用上述基于光柵衍射的尺式水平儀，包括以下步驟：

S1、將尺式水平儀放在水平面上，打開平行光源，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)轉(zhuǎn)盤，從望遠(yuǎn)鏡中觀察，當(dāng)?shù)趉級衍射光能水平出射到望遠(yuǎn)鏡視野中的中心刻線時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，讀出游標(biāo)轉(zhuǎn)盤的初始讀數(shù)α₁；

S2、將尺式水平儀置于傾角為θ₂的待測平面上，由于重力作用，墜體連同軟細(xì)線和入射光產(chǎn)生了θ₁的偏轉(zhuǎn)，且θ₁＝θ₂；

S3、旋轉(zhuǎn)游標(biāo)轉(zhuǎn)盤，同時(shí)觀察望遠(yuǎn)鏡，使第k級衍射光再次回到望遠(yuǎn)鏡視野中的中心刻線，讀取此時(shí)游標(biāo)轉(zhuǎn)盤的讀數(shù)α₂，則光柵旋轉(zhuǎn)了α角度：

α＝α₂-α₁，

入射光轉(zhuǎn)過的角度θ₁為：

其中d為光柵常數(shù)，λ為平行光源發(fā)出的入射光波長，k＝0，±1，±2，...

則待測平面的傾角θ₂為：

圖5是本發(fā)明選用波長為546.1nm的入射光、100線的光柵、選取第1級衍射光，得到的入射光轉(zhuǎn)過的角度θ₁與光柵旋轉(zhuǎn)角度α的理論曲線圖。從圖中可以看出，若待測平面的傾角θ₂為5′，即入射光轉(zhuǎn)過的角度θ₁為5′時(shí)，需要轉(zhuǎn)動(dòng)光柵約11°才能保證衍射光還在原來位置。該測量斜面傾角的方法能將微小的傾斜角度轉(zhuǎn)化為入射光的偏轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)了對微小傾斜角度的放大測量。

實(shí)施例二

一種測量斜面傾角的方法，使用上述基于光柵衍射的尺式水平儀，包括以下步驟：

S1、將尺式水平儀放在水平面上，打開平行光源，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)轉(zhuǎn)盤，從望遠(yuǎn)鏡中觀察，當(dāng)?shù)趉級衍射光能水平出射到望遠(yuǎn)鏡視野中的中心刻線時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，讀出游標(biāo)轉(zhuǎn)盤相隔180度的兩個(gè)游標(biāo)的初始讀數(shù)α₁和α′₁；

S2、將尺式水平儀置于傾角為θ₂的待測平面上，由于重力作用，墜體連同軟細(xì)線和入射光產(chǎn)生了θ₁的偏轉(zhuǎn)，且θ₁＝θ₂；

S3、旋轉(zhuǎn)游標(biāo)轉(zhuǎn)盤，同時(shí)觀察望遠(yuǎn)鏡，使第k級衍射光再次回到望遠(yuǎn)鏡視野中的中心刻線，讀取此時(shí)游標(biāo)轉(zhuǎn)盤相隔180度的兩個(gè)游標(biāo)的讀數(shù)α₂和α′₂，則光柵旋轉(zhuǎn)了α角度：

入射光轉(zhuǎn)過的角度θ₁為：

其中d為光柵常數(shù)，λ為平行光源發(fā)出的入射光波長，k＝0，±1，±2，...

則待測平面的傾角θ₂為：

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。