Конструкция и принцип отсчитывания цифровых нивелиров
На рисунке представлена схема нивелира NA 2002. С помощью ПЗС-приемника происходит считывание кода шкалы нивелирной рейки. Оптические элементы цифровых нивелиров NA 2002 / NA 3003 в основном заимствованы у обычных нивелиров, поэтому возможно визуальное отсчитывание по рейке. При измерениях в автоматическом режиме изображения штрихов кодовой шкалы рейки через светоделительный блок проецируются на чувствительную площадку ПЗС-приемника.
Светоделительный блок разделяет падающее излучение в спектральной области на инфракрасное и видимое. В то время как излучение, лежащее в инфракрасной области спектра, отражается от светоделительной грани в сторону приемника, видимая часть беспрепятственно пропускается светоделительным блоком и формирует изображение рейки в плоскости сетки нитей. Благодаря этому, с одной стороны, наблюдатель не ощущает потери мощности света, а с другой стороны, на чувствительную площадку ПЗС-приемника, имеющего большую чувствительность в инфракрасной области спектра, попадает излучение достаточной интенсивности.
ПЗС-приемник состоит из 
фоточувствительных элементов (пикселей), расстояние между которыми равно 
. Оптическая система нивелира имеет угол поля зрения равный 
, так что при минимальном расстоянии визирования, равном 
, на чувствительную площадку ПЗС-приемника проецируется участок рейки длиной 
, а при расстоянии 
— 
.
|
| Рисунок — Цифровой нивелир NA2002 (Leica Geosystems AG) 1 — штрих-кодовая нивелирная рейка; 2 — объектив; 3 — фокусирующий компонент; 4 — датчик положения фокусирующего компонента; 5 — блок компенсатора; 6 — блок контроля положения компенсатора; 7 – светоделительный блок; 8 — сетка нитей; 9 — окуляр; 10 — ПЗС-приемник; 11 — изображение кода нивелирной рейки |
При перефокусировании зрительной трубы в диапазоне от 
до фокусирующий компонент перемещается на 
. Зная положение фокусирующего компонента, можно приблизительно вычислить расстояние до рейки.
Во время измерений электронной системой отслеживается наклон прибора, или точнее, отклонение чувствительного элемента компенсатора. ПЗС-приемник преобразует изображение штрихов кода в аналоговый видеосигнал, видеосигнал усиливается и преобразуется в цифровой. В микропроцессор с 256 пикселей ПЗС-приемника поступает дискретный сигнал, имеющий 256 градаций яркости.
Перед началом измерений наблюдателем выполняется наведение зрительной трубы на рейку и фокусирование. После нажатия кнопки «пуск» на корпусе нивелира процесс измерения протекает в автоматическом режиме. Автоматически считываются показания с датчика положения фокусирующего компонента, определяется положение чувствительного элемента компенсатора, в зависимости от интенсивности сигнала определяется время интегрирования для достижения необходимого уровня насыщения отдельного пикселя ПЗС-приемника, выполняются грубая и точная оптимизации.