CN112840177B - 具有电子倾角传感器的激光水平仪 - Google Patents

Abstract

一种激光水平仪(21)，包括：壳体(20)；位于壳体(20)中的电子倾角传感器(32)；控制器(30)，电子倾角传感器(32)与该控制器连接；以及激光模块(36)。控制器(30)可与第一显示设备(24)和第二显示设备(26)通信。激光模块(36)被适配用于将直的地面激光线投射在平坦表面上。电子倾角传感器(32)被适配用于检测激光水平仪的倾斜度并向控制器(30)提供测量信号。控制器(30)被适配用于向第一显示设备(24)和第二显示设备(26)提供显示信号，以显示倾斜度的信息。通过使用电子倾角传感器(32)，激光水平仪(21)可以提供设备的倾斜度的准确指示，并且还允许这种倾斜度信息被进一步处理。

Description

具有电子倾角传感器的激光水平仪

技术领域

本发明涉及便携式电子仪器，具体涉及基于激光的水平仪。

背景技术

激光线产品常用于建筑工地，并且这种激光线产品投射至少一条清晰可见的直激光线，以便为用户提供参考线。传统上，激光水平仪(laser level)中常使用气泡小瓶为用户提供视觉参考，使得当激光水平仪的指向朝上时，可以确定激光水平仪(以及继而由其发射的激光线)是否与垂直于地面的竖直轴线相偏离。

然而，当在激光水平仪中使用了气泡小瓶时会产生许多问题。例如，小瓶中的气泡不易检查，并且其是否是水平的只能用人眼判断，这是不准确的。附加地，在激光水平仪的制造过程中，必须通过手动程序将激光线与气泡小瓶水平仪对齐。这样的过程耗时较长，并且由于手动装配过程、胶合过程等，产品的准确度可能会发生变化。第三，气泡小瓶的功能有限，因为每个气泡小瓶只能识别相对于竖直轴线的一个水平度，而不是识别两个或更多个水平度。

发明内容

鉴于上述背景，本发明的目的是提供一种消除或至少缓解上述技术问题的替代性激光水平仪。

通过组合主权利要求的特征来实现上述目的；从属权利要求披露了本发明的其他有利实施例。

本领域技术人员将从以下描述中得出本发明的其他目的。因此，前述目的的陈述并非排他性的，并且仅用于说明本发明的许多目的中的一些目的。

相应地，在一方面，本发明是一种激光水平仪，该激光水平仪包括：壳体；位于该壳体中的电子倾角传感器；控制器，该电子倾角传感器与该控制器连接；以及激光模块。该控制器可与第一显示设备和第二显示设备通信。该激光线被适配用于将直地面激光线投射在平坦表面上。该电子倾角传感器被适配用于检测该激光水平仪的倾斜度并向该控制器提供测量信号。该控制器被适配用于向该第一显示设备和该第二显示设备提供显示信号，以显示倾斜度的信息。

优选地，该第一显示设备和该第二显示设备安装在该壳体上并与该控制器有线连接。

更优选地，该第一显示设备和该第二显示设备被配置用于显示该地面激光线相对于竖直轴线分别在两个平面中的倾角的水平度。

最优选地，该竖直轴线垂直于地面。这两个平面彼此垂直，并且两者都垂直于地面。

根据这些优选实施例的变型，该第一显示设备和该第二显示设备各自进一步包括多个发光元件。该多个发光元件被适配用于提供变化的光图案，以指示倾角的信息。

优选地，该多个发光元件对齐成一行，并且包括中间发光元件和两侧发光元件。

更优选地，该中间发光元件被配置成当该激光水平仪基本上处于预定倾角时被激活。一侧发光元件被配置成当该激光水平仪偏离该预定倾角时被激活。

在一个特定的实施方式中，该预定倾角相对于竖直轴线为0°、180°或±90°。

根据这些优选实施例的另一变型，该激光水平仪进一步包括：用户开关，该用户开关被适配用于启动/关闭该激光水平仪；以及模式开关，该模式开关被适配于在正常测量模式与角度锁定模式之间切换。

根据这些优选实施例的另一变型，该第一显示设备被适配用于指示该激光水平仪的低电池电量状态。

根据这些优选实施例的另一变型，该激光水平仪被适配用于以角度锁定模式工作，在该模式下，该控制器将该倾斜度信息保存到与该控制器连接的存储器中。

优选地，当该激光水平仪基本上处于所保存的倾角时，仅该中间发光元件被配置成被打开。当该激光水平仪偏离所保存的倾角时，仅一侧发光元件被配置成被打开。

根据这些优选实施例的另一变型，该激光水平仪进一步包括与该控制器连接的无线模块。该第一显示设备和该第二显示设备实现在便携式计算设备的屏幕上。

优选地，该无线模块被适配用于将该倾斜度的信息传送到与该激光水平仪无线连接的便携式计算设备。

根据本发明的第二方面，披露了一种校准激光水平仪的方法，该方法包括以下步骤：将该激光水平仪的激光模块放置在已知水平度的固定装置上；将电子倾角传感器模块附接到该激光模块上；使用该电子倾角传感器模块测量该水平度与该电子倾角传感器模块的倾斜度之间的角度差；针对该角度差计算该激光模块的补偿值；以及将该补偿值存储到该电子倾角传感器模块的存储器中。

根据本发明的第三方面，披露了一种用于通过激光水平仪延长测量线的方法，该方法包括以下步骤：将该激光水平仪放置在具有表面的工件的前方；使该激光水平仪的指向处于预定角度，其中，该激光水平仪沿该预定角度发射激光线；在该表面上标记基本上沿着该激光线的物理线；将该预定角度保存到该激光水平仪的存储器中；将该激光水平仪移动到该物理线的端部；以及将该激光水平仪调整到该预定角度，使得该测量线被延长。

优选地，该预定角度通过该激光水平仪外部的便携式设备输入到该激光水平仪。

根据本发明的第四方面，披露了一种用于通过激光水平仪制作平行测量线的方法，该方法包括以下步骤：将该激光水平仪放置在具有表面的工件的前方；将该激光水平仪指向预定角度，其中，该激光水平仪沿该预定角度发射激光线；在该表面上标记基本上沿着该激光线的物理线；将该预定角度保存到该激光水平仪的存储器中；沿与该物理线偏移的方向移动该激光水平仪；以及将该激光水平仪调整到该预定角度，使得该激光线与该物理线平行。

优选地，该预定角度通过该激光水平仪外部的便携式设备被输入到该激光水平仪。

根据本发明的第五方面，披露了一种测量目标的高度的方法，该方法包括以下步骤：测量该目标与参考点之间的水平距离；使用激光水平仪测量经该参考点到该目标与地面相交的下角的第一角度；该激光水平仪将该第一角度的值传输到外部设备；将该第一角度的值保存在该外部设备和该激光水平仪中；使用该激光水平仪测量经该参考点到该目标与天花板相交的上角的第二角度；该激光水平仪将该第二角度的值传输到该外部设备；将该第二角度的值保存在该外部设备和该激光水平仪中；以及通过以下等式计算目标的高度：

目标的高度＝(tan(第一角度)+tan(第二角度))*参考点到目标的距离。

本发明有许多优点。首先，明显的是，通过将传统激光水平仪中的气泡小瓶替换为电子倾角传感器(比如累加器、重力传感器或陀螺仪)，激光水平仪的倾斜度测量变得准确得多。用户不需要依赖他们对气泡在气泡小瓶的管中的相对位置的手动检查，而是由电子产品来完成这项工作。因此，即使用户的眼睛远离激光水平仪，他/她仍然可以容易地发现指示水平度或任何倾斜量的LED的光亮。这还使在工厂中校准激光水平仪更加容易，以便当最终用户接收到激光水平仪时，激光水平仪就处于测量已校准的即读即用状态，以确保读数精确。气泡小瓶的取消还提高了意外掉落状况下的耐用性，因为与气泡小瓶相比，电子组件不易损坏。

将倾斜信息数字化还使其能够被存储和重复使用，从而大大扩展了激光水平仪的应用。正如在本发明实施例中描述的两个示例中那样，可以将激光水平仪中存储的角度用作第二次或后续测量的基础，使得延长的激光线可以基于第一标记的物理线，或者平行线可以基于第一标记物理线。在室内环境中使用激光水平仪进行复杂的测量和对齐还有许多其他可能性，这提高了使用激光水平仪的灵活性。例如，可以将测量到的激光水平仪的倾斜状况无线地传输到外部计算设备，以便进一步处理数据。

附图说明

从结合附图仅以举例方式对优选实施例的以下说明中，将清楚本发明的上述和进一步的特征，附图中：

图1示出了根据本发明第一实施例的激光水平仪的外观。

图2分开示出了图1中的激光水平仪的两个指示模块。

图3是图1中的激光水平仪的部件的内部示意图。

图4a展示了根据本发明另一个实施例的放置在台上的激光水平仪。

图4b展示了图4a的激光水平仪现在压靠在墙上并且激光束的指向朝上。

图4c展示了图4a的激光水平仪现在压靠在墙上并且激光束的指向水平。

图5展示了根据本发明另一实施例的处于角度锁定模式下的激光水平仪的不同朝向。

图6a至图6c是根据本发明另一实施例的使得激光测量线(laser linemeasurement)延长的方法的图示。

图7a至图7c是示出了根据本发明另一实施例的通过激光水平仪制作平行测量线的方法的图示。

图8是示出了根据本发明另一实施例的用于校准激光水平仪的程序的流程图。

图9示出了根据本发明另一实施例的包括激光水平仪和便携式计算设备的激光水平仪系统。

图10示出了根据本发明另一实施例的激光水平仪可以用于测量墙高度的方式。

在附图中，在本文所述的所有几个实施例中，相似的数字指示相似的部分。

具体实施方式

在下面的权利要求和本发明的前续描述中，除了由于明确的语言或必然的暗示而上下文另作要求以外，词语“包括”或变形形式如“具有”或“包含”是以包含在内的意义来使用的，即，指明了所叙述特征的存在、但并不排除在本发明的不同实施例中存在或添加有另外的特征。

如本文和权利要求中所使用的，除非另外说明，否则“联接”或“连接”是指直接或经由一个或多个电气装置间接的电联接或电连接。

如本文所使用的，术语比如“水平”、“竖直”、“向上”、“向下”、“上方”、“下方”以及相似的术语是出于描述本发明的正常使用方向的目的，而不旨在将本发明限制在任何特定方向上。

现在参考图1，本发明的第一实施例是激光水平仪21，该激光水平仪适合用户用手握持并且不需要与其他设备有线连接。激光水平仪21包括壳体20、以及配置在壳体20上的第一和第二指示(例如，LED或LCD)模块24、26。在壳体20内有各种不同部件，比如电池、电子倾角传感器、控制器、存储器和激光模块，所有这些部件均未在图1中示出。尽管如此，图1示出了由激光水平仪21中的激光模块发射的激光线22。激光水平仪21还包括用于控制激光水平仪21的启动/关闭的电源开关(未示出)、以及用于改变激光水平仪21的工作模式的模式开关(未示出)。第一指示模块24和第二指示模块26各自包括后文将更详细地描述的排成一行的五个LED。

现在转到图2，第一指示模块24包括五个LED 24a、24b、24c、24d和24e作为发光元件，这些发光元件对齐成一行。其中的LED 24c位于该行的中间，也称为中间LED或中间发光元件。其他LED 24a、24b、24d和24e均匀地位于LED 24c的两侧，并且LED 24a、24b、24d和24e也被称为侧发光元件。类似地，第二指示模块26包括五个LED 26a、26b、26c、26d和26e作为发光元件，这些发光元件对齐成一行。其中的LED 26c位于该行的中间，并且也称为中间发光元件。其他LED 26a、26b、26d和26e均匀地位于LED 26c的两侧，并且LED 26a、26b、26d和26e也被称为侧发光元件。应注意，第一指示模块24和第二指示模块26被定向成在激光水平仪21的壳体20的同一侧上彼此垂直。第一指示模块24和第二指示模块26中每一者的LED可以是单色LED(即，每个LED仅显示一种颜色的光)或多色LED(即，每个LED显示多于一种颜色的光)。然而，优选地，第一指示模块24和第二指示模块26中每一者的五个LED为相同类型。

现在参考图3，示出了图1中的激光水平仪21的内部框图。激光水平仪21包括作为激光水平仪21的中央处理单元的控制器30。控制器30与各种不同部件连接，包括第一指示模块24、第二指示模块26、电子倾角传感器32、激光模块36、模式开关28和电源开关38。特别地，第一指示模块24和第二指示模块26与控制器30有线地连接。电子倾角传感器32可以是累加器、重力传感器或陀螺仪。电子倾角传感器32被配置用于测量激光水平仪21的倾斜度(当电子倾角传感器32被固定至激光水平仪的壳体时)，并且将表示倾斜度的测量信号传输到控制器30。应注意，在本实施例中，尽管单个电子倾角传感器32被配置用于测量激光水平仪的倾斜状况，但使用了两个分开的显示模块(即第一指示模块24和第二指示模块26)来呈现在不同平面中的倾角。第一指示模块24和第二指示模块26与控制器30连接，并且它们被适配用于由控制器30驱动，以基于从控制器30发送的显示信号来显示电子倾角传感器32测量的倾角的信息。所述激光模块36被适配用于将平直的激光线投射在表面上，以供用户检查并用作测量/标记的参考。激光模块36例如能够输出地面激光线，激光模块使用透镜以瀑布方式散布激光。可替代地，激光模块36能够输出线激光，线激光具有扇形形状并且能够将直激光线投射在墙上。控制器30进一步与存储器40连接，该存储器被适配用于临时或永久地存储激光水平仪21的倾角的数据。上述所有部件都与激光水平仪21的内部电池(未示出)连接，以使这些部件正常运行。

现在转到上述设备的操作。在图1至图3中描述和展示的激光水平仪21能够检测激光水平仪21的倾斜度，并同时在两个不同平面中向用户呈现这种倾斜状况。使用时，用户通过按一下图2中的电源开关38来启动激光水平仪21。然后，激光水平仪21进入正常工作模式，并且电子倾角传感器32立即开始测量激光水平仪21的任何倾斜度，并将表示这种倾斜度的测量信号发送到控制器30。然后，控制器30将接收到的测量信号转换为适合于分别驱动第一指示模块24和第二指示模块26的显示信号。该转换可以考虑存储在激光水平仪21的存储器40中的任何补偿值。然后，第一指示模块24和第二指示模块26将分别通过它们的五个LED显示关于在相应平面中的倾角的实时倾斜状况。在正常工作模式下，由于0°角指示了激光水平仪21水平度，因此0°角可以被视为预定角度。

应注意的是，尽管电子倾角传感器32能够测量倾角的准确值，但通过图1至图3中的激光水平仪却无法显示实际倾角值。而是，第一指示模块24和第二指示模块26中每一者的五个LED将根据倾角值所落入的不同范围而被选择性地打开。下表1示出了根据第一指示模块24或第二指示模块26中的一行LED中的每一个的显示时的这种角度范围。这些角度范围没有重叠，因此在此正常模式下，一行LED中不会同时有两个LED被打开。例如，当中间LED开启时，意味着基本上实现了如第一指示模块24或第二指示模块26所指示的相应水平度。当最左侧LED打开时，意味着与水平度相比，激光水平仪的角度差为+0.75°至+1°。为了便于描述，五个LED在表1中分别用#1至#5表示，其分别对应于第一指示模块24中的五个LED24a、24b、24c、24d和24e，或者分别对应于第二指示模块26中的五个LED 26a、26b、26c、26d和26e。

表1

上述电源开关38具有另一功能：通过持续0.5秒以内地按一次电源开关38，会将激光水平仪21关闭。另一方面，模式开关28用于使激光水平仪21进入不同于正常工作模式的角度锁定模式。当激光水平仪21处于正常工作模式时，按下模式开关28就进入角度锁定模式。

除了在上述正常工作模式和角度锁定模式下的显示之外，第一指示模块24或第二指示模块26还可以自动进入低电池电量状态模式。下表2示出了LED在激光水平仪中电池的电池电压处于不同水平时的行为。例如，如果检测到电池电压小于1.9V，则这指示“无电量”状态，并且LED(第一指示模块24或第二指示模块26的所有LED)将闪烁3次，然后激光水平仪将关掉。

表2

图4a至图4c示出了激光水平仪121，其与图1至图3所示的激光水平仪在设备外观上略有不同，但其功能基本上相同。激光水平仪121能够检测激光水平仪121相对于竖直轴线的倾斜状况。竖直轴线被定义为平行于重力方向并且垂直于地面的轴线。如上所述，激光水平仪21使用两个指示模块124、126来显示在两个不同平面中的倾角。这两个平面彼此垂直，但都垂直于地面。

图4a示出了将激光水平仪121放倒在具有表面142的台上的场景。台面142平行于地面，但竖直轴线144垂直于桌面142。在这种情况下，中间LED(未示出)，即两个指示模块124、126两者的中间发光元件应被激活并发出光。在由激光水平仪121限定的三维坐标系XYZ中，激活第一指示模块124中的中间LED意味着激光水平仪121在XZ平面中相对于竖直轴线144没有倾斜，如图4a所示，因此XZ平面中的倾角现在等于零。附加地，激活第二指示模块126中的中间LED意味着激光水平仪121在YZ平面中相对于竖直轴线144没有倾斜，如图4a所示，因此YZ平面中的倾角现在等于零。最后，并未指示激光水平仪121在XY平面中的任何旋转或朝向，该平面是图4a中的水平面。在图4a中，激光水平仪能够指示在两个平面XZ和YZ中的倾斜度，其中，XZ平面和YZ平面都垂直于地面并且彼此垂直。

应注意，在图4a中，第一指示模块124和第二指示模块126都指示零倾角是由于台面142是水平的并且平行于地面的事实。如果台面142不是完全水平的，而是相对于水平面有些倾斜，则这种倾斜将被第一指示模块124和第二指示模块126之一或两者检测到并示出。对于激光水平仪121，无法显示实际倾角值。而是，第一指示模块124或第二指示模块126中的五个LED将根据倾角值落入的不同范围而被选择性地开启，类似于上文关于表1所述的那些内容。

在图4b中，激光水平仪121与墙面146对齐，例如，通过将激光水平仪121压靠在墙面146上，以确保激光水平仪121的背面紧靠墙面146。在这种情况下，第一指示模块124的作用是指示在XY平面中的倾斜度。当激光水平仪121在XY平面中相对于竖直轴线144基本没有倾斜时，则中间LED(未示出)作为第一指示模块124的中间发光元件应被激活并发出光，从而指示激光水平仪121实现了大致水平度。然而，当激光水平仪121实际上在图4b中的XY平面中有倾斜时，则四个侧LED(未示出)之一而不是中间LED将被激活以指示根据上表1的瓦片度。然而，在图4b的情况下，第二指示模块126将始终通过打开其中间LED来指示水平度(即，零度倾角)，因为激光水平仪121紧靠墙面146，因此可推测在YZ平面中没有倾斜。在图4b的情况下，如果第一指示模块124的中间LED被激活，则由激光水平仪121发射的激光束122的指向基本上朝上。

在图4c中，激光水平仪121再次与墙面146对齐，但是其朝向不同于图4b中的朝向。特别地，现在由激光水平仪121发射的激光束122指向基本上水平方向。再次将激光水平仪121压靠在墙面146上，以确保激光水平仪121的背面紧靠墙面146。在图4c所示的情况下，第二指示模块126作用是指示在XY平面中的倾斜度，而不是如图4b中的第一指示模块124。当激光水平仪121在XY平面中相对于竖直轴线144基本上没有倾斜时，则中间LED(未示出)作为第二指示模块126的中间发光元件应被激活并发出光，从而指示激光水平仪121实现了大致水平度。然而，当激光水平仪121实际上在图4c中的XY平面中有倾斜时，则四个侧LED(未示出)之一而不是第二指示模块126的中间LED将被激活并发出光，以指示根据上表1的瓦片度。然而，在图4c的情况下，第一指示模块124将始终通过打开其中间LED来指示水平度，因为激光水平仪121紧靠墙面146，因此可推测在XZ平面中没有倾斜。

现在转到图5，其展示了可以如何使用激光水平仪221进行角度锁定操作。激光水平仪221具有与参照图1至图3描述的激光水平仪相似的功能，并且例如，如上所述通过按下模式开关，激光水平仪221可以进入角度锁定模式。在进入角度锁定模式后，由电子倾角传感器检测到的先前倾斜度数据被立即保存在激光水平仪221的存储器中(电子倾角传感器和存储器两者均未在图5中示出)。在角度锁定模式下，所具有的一行LED沿平行于激光束248的方向对齐的第二指示模块(未示出)始终是打开的(其所有五个LED 26a至26e均被激活)，以向用户指示该角度锁定模式。另一方面，如稍后将更详细描述的，所具有的一行LED沿平行于激光束248的方向对齐的第一指示模块(未示出)的五个LED取决于电子倾角传感器所测量到的不同倾角而被打开。然而，仅当激光水平仪221靠着竖直墙面对齐时才可以进入角度锁定模式，如图5以及图4b和图4c所示。换句话说，当由电子倾角传感器32检测到的倾斜度在任何平面中都小于+/-5°时(比如图4a所示的情况)，则不允许激光水平仪221进入角度锁定模式，在这种情况下，激光水平仪221自动返回到正常工作模式。

图5示出了如下示例，其中激光水平仪221的不同朝向引起激光水平仪221在角度锁定模式下产生的不同指示。其中，假设位置221b是激光水平仪221在平行于墙面242的平面中处于期望角度的位置。当检测到的倾角小于由位置221a指示的预定角度(即，激光水平仪221的存储器中保存的角度值)时，第一指示模块24、26中的每一个的五个LED将根据该预定角度的倾角值落入的不同范围被选择性地打开。下表3示出了根据第一指示模块24中的一行LED中的每一个的显示时间的这种角度范围。这些角度范围没有重叠，因此在此正常模式下，一行LED中不会同时有两个LED被打开。例如，当中间LED被打开时，这意味着基本上实现了如第一指示模块24所指示的相应水平度。当最左侧LED打开时，意味着与水平度相比，激光水平仪的角度差为+0.75°至+1°。为了便于描述，这五个LED在表3中分别用#1至#5表示，其分别对应于第一指示模块24中的五个LED 24a、24b、24c、24d和24e。

表3

下表4示出了，仅当相对于预定角度的角度差为+/-0.5°时，中间LED才会被打开。图5中的位置221b被展示为检测到的倾角等于预定角度的位置。

表4

现在转到图6a至图6c，现在将描述根据实施例的使用角度锁定模式的激光水平仪的应用。在图6a中，首先将激光水平仪321放置在具有表面(未示出)的工件的前方。此处，“在……前方”是指激光水平仪321接近或接触该表面，使得由激光水平仪321发射的激光线322基本上平行于该表面。然后，激光水平仪321由用户根据需要进行移动或旋转，使得激光水平仪321处于期望角度并且被放置在表面上的期望位置。然后，用户沿着激光线322在工件的表面上(通过笔、油漆、雕刻或任何其他物理方式)标记物理线302，如图6b所示。然后将激光水平仪321切换到类似于上述的角度锁定模式，在这种模式下，该期望角度被存储在激光水平仪321的存储器中。在本实施例中，期望角度又称为预定角度。然后，用户将激光水平仪321移动到物理线302的端部附近的地方，并仔细调整激光水平仪321的角度，直到其处于预定角度，该预定角度的确定与上述角度锁定模式中的操作类似。现在，由于激光线322在该表面上与物理线302具有基本上相同的角度，因此激光线322就像是物理线302的延伸部，并且现在通过激光水平仪321延长了测量，如图6c所示。

现在转到图7a至图7c，现在将描述根据实施例的使用角度锁定模式的激光水平仪的另一应用。在图7a中，首先将激光水平仪421放置在具有表面(未示出)的工件的前方。此处，“在……前方”是指激光水平仪421接近或接触该表面，使得由激光水平仪421发射的激光线222基本上平行于该表面。然后，激光水平仪421由用户根据需要进行移动或旋转，使得激光水平仪421处于期望角度并且被放置在表面上的期望位置。然后，用户沿着激光线422在工件的表面上(通过笔、油漆、雕刻或任何其他物理方式)标记物理线402，如图7b所示。然后将激光水平仪421切换到类似于上述的角度锁定模式，在这种模式下，该期望角度被存储在激光水平仪421的存储器中。在本实施例中，期望角度又称为预定角度。然后，用户沿着与物理线402的长度方向偏移的方向将激光水平仪421移动到新的位置，然后旋转激光水平仪421，以使得其变到预定角度。然后，用户可以在新位置随着激光线222一起标记新的物理线。图7c示出了通过以上程序生成的新的物理线403。图7c还示出了激光水平仪421被移动到更远的位置并准备作为参考以标记新的物理线。

现在转到图8，其示出了根据本发明实施例的在工厂中用于激光水平仪的校准方法。首先，在步骤504中，将作为激光水平仪一部分的激光模块放置在已知水平度的固定装置上。固定装置例如可以是正好具有0°倾度或90°倾度的桌面或墙。固定装置被这样要求的原因是只有在已知的倾角下才能进行电子倾角传感器的校准。接下来，在步骤506中，将电子倾角传感器模块与激光模块连接。应注意，说到电子倾角传感器模块，其包括与前文提到的那些类似的控制器、存储器和电子倾角传感器。接下来，在步骤508中，电子倾角传感器模块被激活以测量水平度(水平或竖直)与电子倾角传感器模块的倾斜度之间的角度差。存在这种角度差是因为当将激光模块放置在固定装置上并且当将电子倾角传感器模块放置在激光模块上时，这两个模块无法与固定装置的表面完全对齐。接下来，在步骤510中，使用角度差来计算激光模块的补偿值；以及在步骤512中，将补偿值存储在电子倾角传感器模块的存储器中，使得其可以在将来使用。这样的校准完成后，当最终用户接收到激光水平仪时，每次启动激光水平仪，控制器就会从存储器中获得补偿值，测量从(多个)电子倾角传感器读出的倾角，然后基于补偿值计算实际倾斜度信息，并显示实际倾斜度信息。

转到图9，其示出了根据本发明另一实施例的可与外部设备650无线通信的激光水平仪621。外部设备650是便携式计算设备，其例如是膝上型计算机、平板电脑、移动电话、个人数字助理(PDA)或其他计算设备。激光水平仪621配备有无线收发器(例如，蓝牙模块(未示出))，无线收发器允许激光水平仪621与也包括相容的无线收发器的外部设备650通信。激光水平仪621与外部设备650协作可以实现另外的功能。首先，由激光水平仪621中的电子倾角传感器测量的倾斜度数据可以以数字格式传输到外部设备650，以便外部设备可以在外部设备650的屏幕上精确地显示确切的角度值，相比之下，通过只有几个LED的激光水平仪只能相对“粗略”地显示倾斜状况。通过安装在外部设备650上的专用软件应用来执行以上过程。尽管如此，与必须使用外部设备相比，具有LED的激光水平仪无疑更方便用户使用。外部设备650还可以通过无线接口将命令发送到激光水平仪621。例如，外部设备650可以控制激光水平仪621在正常工作模式与角度锁定模式之间切换。外部设备650还可以作为用于输入例如角度锁定模式的预定角度值的输入设备。

图10示出了外部设备650和激光水平仪621可以适用的应用示例。外部设备650和激光水平仪621用于计算内部空间的墙642的高度652。计算方法的说明如下。首先，用户设置与墙642分开的参考点658(未示出)。对参考点658的位置没有要求，因为参考点658与墙642之间的距离654将在稍后测量。然后，用户使用激光水平仪621测量经参考点658到墙642与地面660相交的下角的第一角度656。第一角度656的值由激光水平仪621传输到外部设备650，并保存在外部设备650和激光水平仪621中。优选地，外部设备650的屏幕还实时显示第一角度656的值。接着，用户使用激光水平仪621测量经参考点658到墙642与天花板664相交的上角的第二角度662。第一角度662的值由激光水平仪621传输到外部设备650，并保存在外部设备650和激光水平仪621中。优选地，外部设备650的屏幕还实时显示第二角度662的值。随后，用户例如通过使用激光测距设备(未示出)或通过尺子来测量距离654。在最后的步骤中，用户然后使用以下等式计算墙642的高度652：

墙的高度＝(tan(第一角度)+tan(第二角度))*参考点到墙的距离[1]

使用等式[1]的计算可以由用户完成，或者可以由安装在外部设备650中的软件应用自动完成。然后，高度652的精确值将在外部设备650的屏幕上显示给用户。

因此，对本发明的示例性实施例进行了充分描述。虽然描述提到了特定的实施例，但是对于本领域技术人员应清楚的是，可以改变这些具体细节实践本发明。因此，本发明不应被解释为局限于本文所述的实施例。

尽管已经在附图和前面的说明书中详细展示和描述了本发明，但是其在性质上应被认为是说明性的而非限制性的，应理解，仅示出和描述了示例性实施例，并且不以任何方式限制本发明的范围。可以理解，本文描述的任何特征都可以与任何实施例一起使用。说明性实施例并不彼此排斥，也不排斥本文未列举的其他实施例。相应地，本发明还提供了包括上述说明性实施例中的一个或多个实施例的组合的实施例。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对如本文所陈述的本发明进行修改和改变，并且因此，仅应适用如所附权利要求所指明的此类限制。

例如，在图1至图3所示的激光水平仪中，分别有两个电子倾角传感器和两个指示模块。然而，对电子倾角传感器的数量和指示模块的数量不做限制。相反，根据应用要求，在单个激光水平仪上可以有更多或更少的电子倾角传感器和/或指示模块。

类似地，尽管上述实施例示出指示模块中有五个LED，但是在不脱离本发明的实质的情况下，可以在指示模块中配置更多或更少的LED。例如，更多的LED可以提高激光水平仪可以显示的倾角的分辨率。

上述实施例示出了一行(即，沿着直线)的五个LED。然而，在本发明的其他变型中，LED还可以沿着不同的方向(例如，沿着曲线或沿着折线)对齐。如果需要，多个LED的任何几何对齐都是可能的。最后，上述实施例描述了指示模块中的LED的各种显示图案，例如，连续图案或“浮动”图案(其对应于针对图3所述的正常工作模式)。然而，这样的实施方式不应视为对本发明的限制，因为指示模块所展现的其他动态效果也可以被用来指示倾角。

如上所述配置在激光水平仪上的显示模块是具有对齐成一行的多个LED的指示模块。然而，本领域技术人员应意识到，其他类型的显示设备(例如LCD设备)也可以用于激光水平仪。

附加地，尽管在上述实施例中，(至少大致地)通过LED显示的发光图案通知用户倾角。然而，在本发明的其他变型中，可以利用不同类型的用户通知，比如声音警报。

Claims (16)

1.一种激光水平仪，包括

a)壳体，

b)位于该壳体中的电子倾角传感器；

c)控制器，该电子倾角传感器与该控制器连接；该控制器可与第一显示设备和第二显示设备通信；以及

d)激光模块，该激光模块被适配用于将直的地面激光线投射在平坦表面上；

其中，该电子倾角传感器被适配用于检测该激光水平仪的倾斜度，并向该控制器提供测量信号；该控制器被适配用于向该第一显示设备和该第二显示设备提供显示信号，以显示该倾斜度的信息，

其中，该第一显示设备和该第二显示设备各自进一步包括多个发光元件；该多个发光元件被适配用于提供变化的光图案，以指示关于倾角的信息，

其中，该多个发光元件对齐成一行，并且包括中间发光元件和至少两个侧发光元件，

其中，该激光水平仪被适配用于以角度锁定模式工作，在该角度锁定模式下，该控制器将该倾斜度信息保存到与该控制器连接的存储器中，

其中，当该激光水平仪基本上处于所保存的倾角时，仅该中间发光元件被配置成被打开；当该激光水平仪偏离所保存的倾角时，仅一个侧发光元件被配置成被打开，

其中，当所述电子倾角传感器检测到的倾斜度α满足-5°＜α＜5°时，禁止所述激光水平仪进入所述角度锁定模式。

2.根据权利要求1所述的激光水平仪，其中，该第一显示设备和该第二显示设备安装在该壳体上并与该控制器有线连接。

3.根据权利要求2所述的激光水平仪，该第一显示设备和该第二显示设备被配置用于显示该地面激光线相对于竖直轴线分别在两个平面中的倾角水平度。

4.根据权利要求3所述的激光水平仪，其中，该竖直轴线垂直于地面；这两个平面彼此垂直，并且两者都垂直于地面。

5.根据权利要求1所述的激光水平仪，其中，该中间发光元件被配置成当该激光水平仪基本上处于预定倾角时被激活；一个所述侧发光元件被配置成当该激光水平仪偏离该预定倾角时被激活。

6.根据权利要求5所述的激光水平仪，其中，该预定倾角相对于竖直轴线为0°、180°或±90°。

7.根据权利要求1所述的激光水平仪，进一步包括用户开关，该用户开关被适配用于启动/关闭该激光水平仪；以及模式开关，该模式开关被适配于在正常测量模式与角度锁定模式之间切换。

8.根据权利要求1所述的激光水平仪，其中，该第一显示设备被适配用于指示该激光水平仪的低电池电量状态。

9.根据权利要求1所述的激光水平仪，进一步包括与该控制器连接的无线模块；该第一显示设备和该第二显示设备被实现在便携式计算设备的屏幕上。

10.根据权利要求9所述的激光水平仪，其中，该无线模块被适配用于将该倾斜度的信息传送到与该激光水平仪无线连接的该便携式计算设备。

11.一种校准根据权利要求1-10中任意一项所述的激光水平仪的方法，包括：

a)将该激光水平仪的激光模块放置在已知其水平度的固定装置上；

b)将电子倾角传感器模块附接到该激光模块上；

c)使用该电子倾角传感器模块测量该水平度与该电子倾角传感器模块的倾斜度之间的角度差；

d)针对该角度差计算该激光模块的补偿值；以及

e)将该补偿值存储到该电子倾角传感器模块的存储器中。

12.一种用于通过根据权利要求1-10中任意一项所述的激光水平仪来将测量线延长的方法，包括：

a)将该激光水平仪放置在具有表面的工件的前方；

b)使该激光水平仪的指向处于预定角度；该激光水平仪沿该预定角度发射激光线；在该表面上标记基本上沿着该激光线的物理线；

c)将该预定角度保存到该激光水平仪的存储器中；

d)将该激光水平仪移动到该物理线的端部；以及

e)将该激光水平仪调整到该预定角度，使得该测量线被延长。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，该预定角度通过该激光水平仪外部的便携式设备被输入到该激光水平仪。

14.一种通过根据权利要求1-10中任意一项所述的激光水平仪制作平行测量线的方法，包括：

a)将该激光水平仪放置在具有表面的工件的前方；

b)使该激光水平仪的指向处于预定角度；该激光水平仪沿该预定角度发射激光线；

c)在该表面上标记基本上沿着该激光线的物理线；

d)将该预定角度保存到该激光水平仪的存储器中；

e)沿与该物理线偏移的方向移动该激光水平仪；以及

f)将该激光水平仪调整到该预定角度，使得该激光线与该物理线平行。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，该预定角度通过该激光水平仪外部的便携式设备被输入到该激光水平仪。

16.一种使用根据权利要求1-10中任意一项所述的激光水平仪测量目标的高度的方法，包括以下步骤：

a)测量该目标与参考点之间的水平距离；

b)使用激光水平仪测量经该参考点到该目标与地面相交的下角的第一角度；

c)该激光水平仪将该第一角度的值传输到外部设备；

d)将该第一角度的值保存在该外部设备和该激光水平仪中；

e)使用该激光水平仪测量经该参考点到该目标与天花板相交的上拐角的第二角度；

f)该激光水平仪将该第二角度的值传输到该外部设备；

g)将该第二角度的值保存在该外部设备和该激光水平仪中；以及

h)使用以下等式计算目标的高度：

目标的高度＝(tan(第一角度)+tan(第二角度))*参考点到目标的距离。