发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种通过角位移传感器采集角度，三角函数解算直接读取两点高度差的方法。

技术方案

一种数显式高差仪，包括壳体1、多联角位移传感器2、电池组件3、解算处理模块4、显示模块5、开关按钮6、铅锤式摇臂7、第一测量摇臂8、第二测量摇臂9；

所述多联角位移传感器2固定在壳体1内；所述多联角位移传感器2的转轴上同轴设置有铅锤式摇臂7、第一测量摇臂8、第二测量摇臂9，在壳体1上分别安装电池组件3、解算处理模块4、显示模块5、开关按钮6，组成完整电路系统。

所述铅锤式摇臂7、第一测量摇臂8、第二测量摇臂9可沿多联角位移传感器2的转轴自由旋转。

所述第一测量摇臂8、第二测量摇臂9前端设有测量尖端，铅锤式摇臂7的前端为铅锤结构，保证铅锤式摇臂7始终垂直向下。

所述第一测量摇臂8与第二测量摇臂9等长。

一种数显式高差仪的测量方法，包括如下步骤：

第一测量摇臂8和第二测量摇臂9长度已知，测量两个空间点的高度差，先设置多联角位移传感器2的零位，按压开关按钮6后，将第一测量摇臂8、第二测量摇臂9的测量端接触需测量的两点，并保持铅锤式摇臂7在自由摆动的垂直状态下，此时第一测量摇臂8、第二测量摇臂9、铅锤式摇臂7形成三个角度值，经解算处理模块4判断第一测量摇臂8、第二测量摇臂9、铅锤式摇臂7形成的三个角度值的大小关系。

判定选取解算公式，即若铅锤式摇臂7的角度值介于第一测量摇臂8和第二测量摇臂9的角度值之间，

则选取图2的解算公式计算，其中b、e点为需测量高度差的两点，a点为多联角位移传感器转轴中心点，ag是多联角位移传感器2设置的基准零位，ae是第一测量摇臂8的长度ab是第二测量摇臂9的长度，bc是b、e点的高度差，ad为铅锤式摇臂7延长线，其中d点为铅锤式摇臂7延长线与ce的交点，f为铅锤式摇臂7延长线与b、e两点连线的的交点，α1是第一测量摇臂8的转动角度，α3是第二测量摇臂9的转动角度，α2是铅锤式摇臂7的转动角度，α4为线ab、af夹角，α5为线ae、af夹角,α6为线ab、ae夹角，α7为线ba、be夹角，α8为线fb、fa夹角,α9为线ea、ef夹角,α10为线fd、fe夹角,α11为线ed、ef夹角,α12为线da、de夹角且为直角，α13为线ce、cb夹角且为直角。

已知三角形△abe，ab、ae两边长且ab＝ae，已知角α₁、α₂、α₃，

当α₃>α₂>α₁时，由图2可知：

α₄＝α₃-α₂

α₅＝α₂-α₁

α₆＝α₃-α₁

α₁₂＝α₁₃＝90°

三角形△abe由余玄定理得：be²＝ae²+ab²-2(ae×ab)cosα₆ ①

由正玄定理得：

由①②可得角α₉、α₇和线be

由三角形△abf，三角形内角和→α₈＝180°-α₄-α₇

由

推出：→bf＝(ab×sinα₄)/sinα₈得bf

故：fe＝be-bf

由三角形△ade，得α₁₁＝90°-α₅-α₉

由三角形△fde，

因三角形△bce与△fde为相似三角形，则得：

若铅锤式摇臂7的角度值均小于臂第一测量摇臂8和摇臂第二测量摇臂9的角度值，则选取图3的解算公式计算；

其中b、e点为需测量高度差的两点，a点为多联角位移传感器转轴的中心点，ag是多联角位移传感器2设置的基准零位，ae是第一测量摇臂8的长度ab是第二测量摇臂9的长度，bc是b、e点的高度差，ad为铅锤式摇臂7延长线，其中d点为铅锤式摇臂7延长线与ce的交点，β1是第一测量摇臂8的转动角度，β3是第二测量摇臂9的转动角度，β2是铅锤式摇臂7的转动角度，β4为线ae、ad夹角，β5为线ab、ae夹角,β6为线ba、be夹角，β7为线eb、ea夹角，β9为线da、de夹角且为直角，β10为线cd、cb夹角且为直角,β11为线ed、ea夹角,β12为线ec、eb夹角。

已知三角形△abe，ab、ae两边长且ab＝ae，已知角β₁、β₂、β₃，

当β₃>β₁>β₂时，由图3可知：

β₄＝β₁-β₂

β₅＝β₃-β₁

β₈＝β₉＝β₁₀＝90°

三角形△abe由余玄定理得：be²＝ab²+ae²-2(ae×ab)cosβ₅ ①

由正玄定理得：

由①②可得角β₆、β₇和线be

由三角形△ade，三角形内角和→β₁₁＝180°-β₄-β₉→β₁₂＝180°-β₇-β₁₁

由三角形△bce，三角函数bc＝besinβ₁₂→得bc

若铅锤式摇臂7的角度值大于第一测量摇臂8和第二测量摇臂9的角度值，则选取图4的解算公式计算；

其中b、e点为需测量高度差的两点，a点为多联角位移传感器转轴的中心点，ag是多联角位移传感器2设置的基准零位，ae是第一测量摇臂8的长度，ab是第二测量摇臂9的长度，ec是b、e点的高度差，ad为铅锤式摇臂7延长线，其中d点为铅锤式摇臂7延长线与cb的交点，δ1是第一测量摇臂8的转动角度，δ3是第二测量摇臂9的转动角度，δ2是铅锤式摇臂7的转动角度，δ4为线ae、ab夹角，δ5为线ab、ad夹角,δ6为线ea、eb夹角，δ7为线ba、be夹角，δ8为线be、bc夹角，δ9为线ba、bd夹角，δ10为线cd、ce夹角且为直角,δ11为线da、dc夹角且为直角。

已知三角形△abe，ab、ae两边长且ab＝ae，已知角δ₁、δ₂、δ₃，

当δ₂>δ₁>δ₃时，由图3可知：

δ₄＝δ₃-δ₁

δ₅＝δ₂-δ₃

δ₁₀＝δ₁₁＝90°

三角形△abe由余玄定理得：be²＝ab²+ae²-2(ae×ab)cosδ₄ ①

由正玄定理得：

由①②可得角δ₆、δ₇和线be

由三角形△adb，三角形内角和→δ₉＝180°-δ₅-δ₁₁→δ₈＝180°-δ₇-δ₉

由三角形△bce，三角函数ec＝bcsinδ₈→得ec

经解算处理模块4解算，在显示模块5上显示两点的高度差。

技术效果

与现有技术相比，本发明的有益效果(优点)是：

1、通过角位移传感器测量角度，三角函数解算，显示模块显示直接读取高度差值，测量精度高，效率高；

2、本发明使用方法简单，操作方便，成本较低；

3、本发明体积较小，对使用空间要求低，适用于各种场景、空间内使用。