1、回顧上節(jié)課的主要內(nèi)容一、何謂全站儀 全站儀是指能完成一個(gè)測(cè)站上的全部測(cè)量工作的測(cè)量?jī)x器。二、全站儀的組成 電子經(jīng)緯儀 光電測(cè)距儀 微型計(jì)算機(jī)7/27/20221測(cè)繪工程系三、全站儀的發(fā)展optical theodoliteelectronic theodoliteSteel tape EDM7/27/20222測(cè)繪工程系四、常見(jiàn)品牌全站儀簡(jiǎn)介：徠卡TPS700系列卓越中文全站儀拓普康GTS 332W 全站儀索佳10系列全站儀7/27/20223測(cè)繪工程系尼康DTM801 系列全站儀賓得全站儀PTS V2南方NTS 202 205全站儀7/27/20224測(cè)繪工程系五、全站儀構(gòu)造簡(jiǎn)介：7/27/

2、20225測(cè)繪工程系六、全站儀的常用功能1.基本功能角度測(cè)量距離測(cè)量高差測(cè)量坐標(biāo)測(cè)量2.專用功能點(diǎn)位放樣懸高測(cè)量對(duì)邊測(cè)量后方交會(huì)面積測(cè)量7/27/20226測(cè)繪工程系第二章 全站儀的測(cè)量原理 7/27/20227測(cè)繪工程系本章簡(jiǎn)介 由第一章的內(nèi)容我們已經(jīng)知道，全站儀的主要結(jié)構(gòu)包括電子經(jīng)緯儀測(cè)角、電子測(cè)距儀測(cè)距、電子補(bǔ)償器自動(dòng)補(bǔ)償改正、電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)數(shù)據(jù)處理等。其中電子補(bǔ)償器為電子經(jīng)緯儀測(cè)角提供改正參數(shù)、電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)數(shù)據(jù)處理是體現(xiàn)全站儀功能的核心。下面對(duì)其各部分的原理分別進(jìn)行介紹。7/27/20228測(cè)繪工程系第一節(jié) 全站儀的測(cè)角原理7/27/20229測(cè)繪工程系1 編碼度盤的測(cè)角原理它是以二

3、進(jìn)制為基礎(chǔ)，將光學(xué)度盤分成若干區(qū)域，每一區(qū)域用某一個(gè)二進(jìn)制編碼來(lái)表示。7/27/202210測(cè)繪工程系1.1純二進(jìn)制碼盤 將光學(xué)度盤刻上分劃，造成透光與不透光兩種狀態(tài)，分別看做是二進(jìn)制代碼的邏輯“1”和“0 ” 。純二進(jìn)制可以表示任何狀態(tài)并由計(jì)算機(jī)來(lái)識(shí)別，二進(jìn)制位數(shù)越多，所能表達(dá)的狀態(tài)數(shù)也越多。純二進(jìn)制碼是按二進(jìn)制數(shù)的大小依次構(gòu)成編碼度盤的各個(gè)不同狀態(tài)。7/27/202211測(cè)繪工程系如圖（a）所示，度盤一周為360，如果分成兩半，角度值的分辨率為180。如果角度值分辨率提到90，首先必須把度盤分成四等份，然后再加上一圈，并以二進(jìn)制規(guī)則刻制（見(jiàn)圖b)。用純二進(jìn)制碼來(lái)代替這四種狀態(tài)為：00,01

4、,10,11；對(duì)應(yīng)的角度分別為：0 90, 90 180 ，180270 。和270360 。7/27/202212測(cè)繪工程系7/27/202213測(cè)繪工程系這里一圈稱為一個(gè)編碼軌道，上圖度盤共有四個(gè)編碼道，并且其二進(jìn)制構(gòu)成的數(shù)值是依次相鄰安排的。為了提高角度值的分辨率，就必須增加度盤的等份數(shù)和相應(yīng)的編碼道數(shù)。若編碼道數(shù)為n，則整個(gè)編碼度盤表示的狀態(tài)數(shù)為： S=2n分辨率為：7/27/202214測(cè)繪工程系 從理論上說(shuō)，為了達(dá)到足夠的分辨率，可以再增加編碼道數(shù)和相應(yīng)的刻線。但是從實(shí)際技術(shù)來(lái)看則很困難，主要有下列原因： (1)將編碼度盤的信息經(jīng)光電轉(zhuǎn)換化成方向值的接收器件不可能無(wú)限小，因?yàn)樵黾泳?/p>

5、碼道數(shù)，度盤的直徑就越大。即在光電接收管尺寸一定的情況下，編碼道數(shù)增多則要求度盤的半徑R就越大。 (2）實(shí)際度盤的半徑不可能很大。作為一個(gè)實(shí)用的儀器，其體積是有一定限制的，一般度盤的直徑小于l00mm。由此可見(jiàn)，要提高編碼度盤的測(cè)角分辨率，就必須采用角度測(cè)微技術(shù)。7/27/202215測(cè)繪工程系 如圖(c)，度盤分成16等份，即所能表示的狀態(tài)數(shù)S=16，要求的編碼道數(shù)為n4，分辨率為S22.57/27/202216測(cè)繪工程系1.2葛萊碼盤葛萊碼是由H. T. Gray于1953年發(fā)明的，它使整個(gè)編碼度盤的相鄰狀態(tài)只有一個(gè)編碼道發(fā)生變化，所以亦稱為循環(huán)碼。這樣，即使當(dāng)讀數(shù)位置處于兩個(gè)狀態(tài)的分界線

6、上或光電接收管安置不很嚴(yán)格時(shí)，所得的讀數(shù)只能是兩相鄰狀態(tài)數(shù)中的一個(gè)，使得可能產(chǎn)生的誤差不超過(guò)十進(jìn)制的一個(gè)單位。7/27/202217測(cè)繪工程系7/27/202218測(cè)繪工程系1.3矩陣碼盤 由于經(jīng)緯儀度盤的實(shí)際尺寸受到一定的限制，也就是說(shuō)，編碼道數(shù)是有限的，即分辨率有限。要提高分辨率，可以采用角度測(cè)微技術(shù)，也可以縮小光電接收管的尺寸，還可以改進(jìn)編碼度盤的設(shè)計(jì)方案。所謂矩陣碼是將編碼度盤分成若干個(gè)區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域上刻有相當(dāng)于純二進(jìn)制編碼或葛萊碼的不同位數(shù)的編碼軌道，利用若干個(gè)讀數(shù)頭取出按矩陣排列的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)矩陣編碼器處理成純二進(jìn)制碼。 7/27/202219測(cè)繪工程系 純二進(jìn)制碼和葛萊碼的一個(gè)

7、編碼軌道只能輸出一位，而矩陣碼的一個(gè)編碼軌道可以輸出若干位。如第一碼道有n1位、第二碼道有n2位最后一個(gè)碼軌道有nk位，則其所能表示的總的狀態(tài)為：因此，k編碼道數(shù)的矩陣碼，相當(dāng)于（n1+n2+nk）編碼道數(shù)的純二進(jìn)制碼和葛萊碼，這樣大大地減少了編碼道數(shù)，從而有利于縮小度盤直徑和提高角度分辨率。7/27/202220測(cè)繪工程系2.1光柵度盤 光柵是指均勻刻有間隔很小、明暗相間的等寬度分劃線。若將分劃線刻在光學(xué)玻璃度盤上，就構(gòu)成了光柵度盤，如圖所示。 光柵度盤的分劃線可以是直線，也可以是曲線。在電子經(jīng)緯儀的光柵度盤上刻的都是輻射狀的直線，輻射中心通常與度盤的圓心重合，故也叫做中心輻射光柵度盤。2

8、光柵度盤的測(cè)角原理7/27/202221測(cè)繪工程系 在電子經(jīng)緯儀中要實(shí)現(xiàn)測(cè)角，通常由兩個(gè)光柵度盤構(gòu)成，其中一個(gè)為主光柵（全圓光柵度盤），另一個(gè)為指標(biāo)光柵（局部光柵度盤）。利用光柵度盤測(cè)量角度，就是要測(cè)定從起始方向到實(shí)際方向，指標(biāo)光柵相對(duì)光柵度盤移動(dòng)的光柵數(shù)，這種測(cè)角方法也稱做增量式。7/27/202222測(cè)繪工程系2.2莫爾干涉條紋 兩個(gè)間隔相同的光柵疊放在一起并錯(cuò)開(kāi)很小的夾角，當(dāng)它們相對(duì)移動(dòng)時(shí)，可看到明暗相間的干涉條紋，稱為莫爾干涉條紋，簡(jiǎn)稱莫爾條紋。莫爾條紋有如下三個(gè)特點(diǎn):(1)兩光柵之間的傾角越小,條紋越粗,即相鄰明條紋(或暗條紋)之間的間隔越大.(2)在垂直于光柵構(gòu)成的平面的方向上,條

9、紋亮度是按正弦周期變化.(3)當(dāng)光柵在水平方向移動(dòng)時(shí),莫爾條紋作上下移動(dòng).光柵水平方向相對(duì)移動(dòng)一條刻線,莫爾條紋正好上下移動(dòng)一周.7/27/202223測(cè)繪工程系在圖中，設(shè)x是光柵度盤相對(duì)于固定光柵的移動(dòng)量,y是莫爾干涉條紋在徑向的移動(dòng)量，兩光柵間的夾角為，則有關(guān)系式：7/27/202224測(cè)繪工程系 如果兩光柵的相對(duì)移動(dòng)是沿x方向從一條分劃線移到相鄰的另一條分劃線，為一個(gè)格柵距離x；則干涉條紋在y方向上移動(dòng)一周，即光線由暗到明、再由明到暗的變化是一個(gè)周期，為一個(gè)條紋寬度y；于是干涉條紋移動(dòng)的周期總數(shù)就等于所通過(guò)的格線數(shù)。如果數(shù)出和記錄光電傳感器所接收的光強(qiáng)變化周期總數(shù)，便可測(cè)得移動(dòng)量，再經(jīng)光

10、電信號(hào)轉(zhuǎn)換，最后得到角度值。7/27/202225測(cè)繪工程系編碼度盤與光柵度盤的比較7/27/202226測(cè)繪工程系3 動(dòng)態(tài)測(cè)角的基本原理在前面介紹的電子測(cè)角原理中，無(wú)論是用編碼度盤還是光柵度盤，其度盤相對(duì)于經(jīng)緯儀的水平軸和垂直軸固定不變，測(cè)角時(shí)僅僅用到整個(gè)度盤的一部分，測(cè)角精度受到度盤上編碼或光柵位置分劃誤差的影響。為了提高測(cè)角精度，必須通過(guò)適當(dāng)?shù)慕嵌葴y(cè)微技術(shù)來(lái)提高測(cè)角分辨率。 7/27/202227測(cè)繪工程系 另一種與之相反的測(cè)角技術(shù)，在測(cè)角時(shí)儀器的度盤分別繞垂直軸和橫軸恒速旋轉(zhuǎn)，稱之為動(dòng)態(tài)式。目前，采用動(dòng)態(tài)測(cè)角原理的儀器很多，如LEICA的T2000T2000的度盤直徑為52mm，在該度

11、盤上刻有1024條分劃，則每一分劃區(qū)間（包含一條透光和一條不透光部分）所對(duì)應(yīng)的角度值0為：7/27/202228測(cè)繪工程系 這兩個(gè)光電傳感器之間的夾角就是我們要測(cè)定的角度值。顯然，值包括了 n。和不足一個(gè)的角度值即: = n。+ 這樣動(dòng)態(tài)測(cè)角就包括了粗測(cè)n。、精測(cè)兩部分，只有在儀器完成角度的粗測(cè)、精測(cè)之后，由微處理器進(jìn)行銜接，才能得到完整的。7/27/202229測(cè)繪工程系 3.1粗測(cè) 粗測(cè)n。只能夠測(cè)定角度值中的大數(shù)。為此，在T2000的度盤上每隔90設(shè)有一個(gè)特殊的標(biāo)識(shí)符。每個(gè)標(biāo)識(shí)符通過(guò)改變?cè)瓉?lái)分劃線的不透光部分寬度由儀器自動(dòng)識(shí)別。變窄的不透光部分的數(shù)目和位置不同就形成了四個(gè)不同的標(biāo)識(shí)符A,

12、B,C和D，其對(duì)應(yīng)的角度值分別為0,90,180和270 設(shè)標(biāo)識(shí)符A中僅有一個(gè)不透光的部分變窄，當(dāng)動(dòng)態(tài)度盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第一個(gè)光電傳感器接收到該標(biāo)識(shí)符時(shí)就開(kāi)始計(jì)數(shù)，直至另一個(gè)光電傳感器接收到該標(biāo)識(shí)符信息時(shí)停止計(jì)數(shù)，這樣就可獲得相位差大數(shù)n。其他幾個(gè)標(biāo)識(shí)符用于檢驗(yàn)，以保證大數(shù)的正確性。7/27/202230測(cè)繪工程系3.2精測(cè)兩信號(hào)經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器得到相位差信號(hào)，并用1. 72MHz的脈沖填充，即可得到不足一個(gè)。的角度值式中T。為動(dòng)態(tài)度盤旋轉(zhuǎn)過(guò)角度。 所用的時(shí)間； T為轉(zhuǎn)過(guò)所用的時(shí)間。7/27/202231測(cè)繪工程系編碼度盤讀數(shù)系統(tǒng)4.1 編碼度盤讀數(shù)系統(tǒng)4 讀數(shù)系統(tǒng)7/27/202232測(cè)繪工程系4.

13、2光柵度盤的讀數(shù)系統(tǒng) 光柵度盤的讀數(shù)系統(tǒng)當(dāng)兩光柵度盤相對(duì)移動(dòng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)莫爾條紋的移動(dòng)，莫爾條紋正弦信號(hào)被光電二極管接收，并通過(guò)整形電路轉(zhuǎn)換成矩形信號(hào)，該信號(hào)變化的周期數(shù)可由計(jì)數(shù)器得到。光柵讀盤讀數(shù)系統(tǒng)7/27/202233測(cè)繪工程系 如果照準(zhǔn)部瞄準(zhǔn)一個(gè)目標(biāo)，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)計(jì)數(shù)累加，轉(zhuǎn)過(guò)目標(biāo)后，還必須按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)回到這一目標(biāo)，這樣計(jì)數(shù)系統(tǒng)應(yīng)從總數(shù)中減去逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)。因此，該計(jì)數(shù)系統(tǒng)必須具備方向判別功能，才能得到正確的角度值。 注意:光柵度盤為了實(shí)現(xiàn)正確計(jì)數(shù)，必須進(jìn)行計(jì)數(shù)方向判別!7/27/202234測(cè)繪工程系5 角度的電子測(cè)微技術(shù) 無(wú)論是編碼度盤還是光柵度盤，直接測(cè)定角度值的精度很

14、低。由于受到度盤直徑、度盤刻制技術(shù)和光電讀數(shù)系統(tǒng)的尺寸限制，如將一個(gè)度盤刻成8個(gè)編碼軌道，已經(jīng)是很不簡(jiǎn)單了，而其分辨率僅為3600/28=1.40，這樣的分辨率遠(yuǎn)達(dá)不到角度測(cè)量的要求，光柵度盤也是如此。在測(cè)量角度時(shí)，無(wú)論采用什么格式的電子度盤，都必須采用適當(dāng)?shù)慕嵌入娮訙y(cè)微器技術(shù)，提高角度分辨率，才能滿足角度測(cè)量的精度要求。7/27/202235測(cè)繪工程系 角度的電子測(cè)微器技術(shù)是運(yùn)用電子技術(shù)對(duì)交變的電信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插，從而提高計(jì)數(shù)脈沖的頻率，以達(dá)到細(xì)分的效果。幾種常用的電子測(cè)微方法。1.四倍頻直接測(cè)微法2.正弦比內(nèi)插測(cè)微法3.光學(xué)測(cè)微電子重合讀數(shù)法4.分散細(xì)分小因子內(nèi)插法 7/27/202236測(cè)繪

15、工程系第二節(jié) 全站儀的測(cè)距原理隨著各種新穎光源（激光、紅外光等）的相繼出現(xiàn)，物理測(cè)距技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展，并出現(xiàn)了以激光、紅外光和其他光源為載波的光波測(cè)距儀和以微波為載波的微波測(cè)距儀，通稱為電磁波測(cè)距儀（光電測(cè)距儀），簡(jiǎn)稱測(cè)距儀。測(cè)距儀的出現(xiàn)，是測(cè)距方法的革命，從而開(kāi)創(chuàng)了距離測(cè)量的新紀(jì)元。光電測(cè)距與傳統(tǒng)的鋼尺或基線丈量距離相比，具有精度高、作業(yè)迅速、受氣候及地形影響小等優(yōu)點(diǎn)。7/27/202237測(cè)繪工程系世界上第一臺(tái)測(cè)距儀，于1947年由瑞典AGA公司制成，儀器的最大測(cè)距一般為20 60km。南非1954年開(kāi)始研制，1957年正式生產(chǎn)的微波測(cè)距儀，在良好的條件下，最大測(cè)距可達(dá)6080km。

16、 第一代測(cè)距儀，測(cè)距精度雖然較高，但體積大、笨重且造價(jià)昂貴。第一代測(cè)距儀7/27/202238測(cè)繪工程系 第二代測(cè)距儀是一種小型、輕便的儀器，而且耗電少，操作簡(jiǎn)便，但最大測(cè)距較短，一般為0.55km，測(cè)距精度為(210)mm+ (0.55)ppm。第二代測(cè)距儀第三代測(cè)距儀 第三代測(cè)距儀，這類儀器十分輕便，耗電少、讀數(shù)方便，最大測(cè)距可達(dá)560km，精度高達(dá)（5mm+1ppm) 。7/27/202239測(cè)繪工程系1 測(cè)距儀的測(cè)程和測(cè)距精度 測(cè)距儀是利用電磁波作為載波和調(diào)制波進(jìn)行測(cè)量長(zhǎng)度的一門技術(shù)。其主要技術(shù)指標(biāo)為測(cè)程和測(cè)距精度。1.1測(cè)距儀的測(cè)程 測(cè)距儀一次所測(cè)得的最遠(yuǎn)距離稱為測(cè)距儀的測(cè)程。一般認(rèn)

17、為： (1)短程測(cè)距儀 測(cè)程在5km以內(nèi)； (2)中程測(cè)距儀 測(cè)程在530km; (3)遠(yuǎn)程測(cè)距儀 測(cè)程在30km以上。7/27/202240測(cè)繪工程系 1.2測(cè)距儀的測(cè)距精度 測(cè)距儀的測(cè)距精度是儀器的重要技術(shù)指標(biāo)之一。測(cè)距儀的測(cè)距精度為： mD(ab ppmD) 式中mD 測(cè)距中誤差，單位mm; a固定誤差，單位mm; b比例誤差； D距離，單位km. ppm是parts per million 的首字母(百萬(wàn)分之幾). RED mini短程紅外測(cè)距儀的測(cè)距精度為： mD （5mm5ppmD ) 當(dāng)距離D為0.6km時(shí)，測(cè)距精度是 mD 8mm。7/27/202241測(cè)繪工程系 2測(cè)距的基本

18、原理 測(cè)距儀是通過(guò)測(cè)量光波在待測(cè)距離D上往返傳播的時(shí)間t2D來(lái)計(jì)算待測(cè)距離D的，如圖所示。7/27/202242測(cè)繪工程系由上式可知，光電測(cè)距儀測(cè)距的關(guān)鍵是測(cè)定測(cè)距信號(hào)（光波）在兩點(diǎn)之間往返傳播的時(shí)間t2D。若時(shí)間有1s(10-6 s）的誤差，距離就會(huì)有150m的誤差，所以光電測(cè)距儀對(duì)時(shí)間的要求非常高。只要能精確地測(cè)出電磁波往返傳播的時(shí)間t2D，就可以求出距離D。7/27/202243測(cè)繪工程系f - 調(diào)制信號(hào)的頻率7/27/202244測(cè)繪工程系根據(jù)上式，取C=3 l08m/s, f =15MHz，當(dāng)要求測(cè)距誤差小于l cm時(shí)，通過(guò)計(jì)算可知：用脈沖法測(cè)距時(shí)，計(jì)時(shí)精度須達(dá)到0. 667 10-

19、10s；而用相位法測(cè)距時(shí)，測(cè)定相位角的精度達(dá)到0.36即可。目前，欲達(dá)到10-10s的計(jì)時(shí)精度，困難較大，而達(dá)到0.36 的測(cè)量相位精度則易于實(shí)現(xiàn)。所以，當(dāng)前電磁波測(cè)距儀中相位式測(cè)距儀居多。7/27/202245測(cè)繪工程系 3 脈沖法測(cè)距的基本原理 脈沖法測(cè)距就是直接測(cè)定儀器所發(fā)射的脈沖信號(hào)往返于被測(cè)距離的傳播時(shí)間，從而得到待測(cè)距離。下圖為其工作原理框圖。7/27/202246測(cè)繪工程系主脈沖波和回脈沖波之間的時(shí)間間隔是光脈沖在測(cè)線上往返傳播的時(shí)間t2D，而 t2D是通過(guò)計(jì)數(shù)器并由標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖振蕩器不斷產(chǎn)生的具有時(shí)間間隔(t)的電脈沖數(shù)n來(lái)決定的。因?yàn)?t2D= n t則上式中，n為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈

20、沖的個(gè)數(shù)；d=Ct/2，即在時(shí)間t內(nèi)，光脈沖往返所走的一個(gè)單位距離。所以，我們只要事先選定一個(gè)d值（例如10m, 5m,1m等），記下送入計(jì)數(shù)系統(tǒng)的脈沖數(shù)目，就可以直接把所測(cè)距離（D = nd）用數(shù)碼顯示器顯示出來(lái)。7/27/202247測(cè)繪工程系4 相位法測(cè)距的基本原理所謂相位法測(cè)距就是通過(guò)測(cè)量連續(xù)的調(diào)制信號(hào)在待測(cè)距離上往返傳播產(chǎn)生的相位變化來(lái)間接測(cè)定傳播時(shí)間，從而求得被測(cè)距離。下圖表示其工作原理。7/27/202248測(cè)繪工程系由測(cè)距儀發(fā)射系統(tǒng)向反射棱鏡方向連續(xù)發(fā)射角頻率的調(diào)制光波，并由接收系統(tǒng)接收反射回來(lái)的光波，然后由檢相器對(duì)發(fā)射信號(hào)相位和接收信號(hào)相位進(jìn)行相位比較，并測(cè)出相位移，根據(jù)可間

21、接推算時(shí)間t2D，從而計(jì)算距離。由物理學(xué)知：7/27/202249測(cè)繪工程系將返程的正弦波以棱鏡站為中心對(duì)稱展開(kāi)后的圖形。正弦光波振蕩一個(gè)周期的相位移是2，設(shè)發(fā)射的正弦光波經(jīng)過(guò)2D距離后的相位移為，則可以分解為N個(gè)2整數(shù)周期和不足一個(gè)整數(shù)周期的相位移 。7/27/202250測(cè)繪工程系即：所以則7/27/202251測(cè)繪工程系由此可知，相位式測(cè)距相當(dāng)于使用一把長(zhǎng)度為/2的光電尺子去丈量距離，由N個(gè)整尺子長(zhǎng)度加上不足1個(gè)整尺子的余長(zhǎng)就是被測(cè)距離。取C=3108m/s，則不同的調(diào)制頻率f對(duì)應(yīng)的測(cè)尺長(zhǎng)見(jiàn)下表。可見(jiàn)，調(diào)制頻率越大，測(cè)尺長(zhǎng)度越短，測(cè)距精度越高。7/27/202252測(cè)繪工程系由于檢相器只

22、能測(cè)出不足一個(gè)整周期的相位移，無(wú)法測(cè)定整周期數(shù)N（整相位2的個(gè)數(shù))。為了求得完整距離，在測(cè)距儀上采用多把測(cè)尺（多個(gè)調(diào)制頻率）的方法來(lái)解決，即相當(dāng)于設(shè)置n把長(zhǎng)度不同、最小分劃讀數(shù)值也不同的尺子，將它們組合使用就能獲得單一的精確距離。每臺(tái)測(cè)距儀可根據(jù)儀器的最大測(cè)距與精度要求，設(shè)置調(diào)制頻率的個(gè)數(shù)，即選定測(cè)尺個(gè)數(shù)和測(cè)尺精度。對(duì)于短程測(cè)距儀，一般都采用兩個(gè)測(cè)尺頻率。7/27/202253測(cè)繪工程系5 全站儀無(wú)棱鏡測(cè)距原理無(wú)棱鏡測(cè)距又稱為無(wú)接觸測(cè)距，是指全站儀發(fā)射的光束經(jīng)過(guò)自然表面反射后直接測(cè)距。在特殊點(diǎn)或危險(xiǎn)點(diǎn)的測(cè)量中有著廣泛的應(yīng)用，不僅使作業(yè)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性大大降低，而且對(duì)被測(cè)量目標(biāo)起到一定的保護(hù)作用。7

23、/27/202254測(cè)繪工程系TCRA全站儀無(wú)棱鏡測(cè)距的基本原理是在全站儀測(cè)距頭中，安裝有兩個(gè)同軸的發(fā)射管，一種是IR(Infra Red)測(cè)距方式，可以發(fā)射利用棱鏡和反射片進(jìn)行測(cè)距的紅外光束，波長(zhǎng)為780mm，單棱鏡測(cè)距為3000m；另一種是RL(Red Laser)測(cè)距方式，可以發(fā)射可見(jiàn)的紅色激光束，波長(zhǎng)為670mm，無(wú)棱鏡全站儀的測(cè)距可達(dá)到80m。兩種測(cè)量模式可以通過(guò)鍵盤操作控制內(nèi)部光路進(jìn)行切換，由此引起的不同常數(shù)改正會(huì)有系統(tǒng)自動(dòng)修正后對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行改正，兩種方法均為相位法測(cè)距原理。精測(cè)頻率為100MHz，精測(cè)尺長(zhǎng)為1. 5m。7/27/202255測(cè)繪工程系由于相位法測(cè)距采用很細(xì)的激光

24、束，就可以完成測(cè)量任務(wù)，使得相鄰非常近的兩個(gè)點(diǎn)位也能被準(zhǔn)確地測(cè)定出來(lái)，因此有棱鏡測(cè)距和無(wú)棱鏡測(cè)距具有幾乎相等的測(cè)距精度。TCRA采用激光作為發(fā)光源，提供了更強(qiáng)大的信號(hào)功率來(lái)進(jìn)行無(wú)棱鏡測(cè)距，其準(zhǔn)確度采用動(dòng)態(tài)頻率校正技術(shù)來(lái)保證，在loom范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)棱鏡測(cè)距，5000m以上的距離用單棱鏡測(cè)距，精度仍可達(dá)到 (3mm+310-6 D )。7/27/202256測(cè)繪工程系第三節(jié) 全站儀的補(bǔ)償器原理 全站儀補(bǔ)償器是測(cè)量?jī)x器由光學(xué)型（經(jīng)緯儀）轉(zhuǎn)向光電型（全站儀）后出現(xiàn)的一種全新的誤差改正器件，用傳統(tǒng)的光學(xué)經(jīng)緯儀的思路來(lái)理解全站儀是不對(duì)的，只有對(duì)補(bǔ)償器的基本原理有了一定的認(rèn)識(shí)，才能在實(shí)踐中更好地使用全站儀，

25、以便提高測(cè)量精度和減少勞動(dòng)強(qiáng)度。7/27/202257測(cè)繪工程系在全站儀作業(yè)中，如果整平的水準(zhǔn)氣泡偏離精確設(shè)置的氣泡中心，此時(shí)傳感器對(duì)儀器的水平度進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)由此產(chǎn)生的小角度偏差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償改正。眾所周知，按測(cè)量規(guī)范要求，整平氣泡允許偏離半格，對(duì)水準(zhǔn)器為每格20的儀器，如垂直軸傾斜在視準(zhǔn)軸的方向上為10，在傾角較大的地區(qū)測(cè)量時(shí)，會(huì)造成較大的測(cè)角誤差。對(duì)于光學(xué)經(jīng)緯儀，在半測(cè)回中不能對(duì)此誤差進(jìn)行自動(dòng)改正；而裝有傾斜傳感器的全站儀，可以通過(guò)補(bǔ)償功能，使此誤差減小到最低程度。在高差較大的地區(qū)，仍可以在補(bǔ)償軟件的修正之下，精確地測(cè)量水平角和豎直角。7/27/202258測(cè)繪工程系1 全站儀的三軸誤差

26、1.1視準(zhǔn)軸誤差 視準(zhǔn)軸誤差。是由于視準(zhǔn)軸和橫軸之間不垂直所引起的誤差，又稱照準(zhǔn)誤差。其主要原因是由于安裝和調(diào)整不當(dāng)，望遠(yuǎn)鏡的十字絲偏離了正確的位置，它是一個(gè)定值。此外，外界溫度的變化也會(huì)引起視準(zhǔn)軸的變化，而且這個(gè)變化是一個(gè)不定值。若令c為視準(zhǔn)軸誤差。對(duì)水平方向觀測(cè)讀數(shù)的影響，則有：顯然，c與視準(zhǔn)軸誤差c成正比，且隨著目標(biāo)點(diǎn)的垂直角度的增大而增大。7/27/202259測(cè)繪工程系1.2水平軸誤差水平軸誤差i是由于水平軸和垂直軸之間不垂直所引起的傾斜誤差，又稱為水平軸傾斜誤差。其主要原因是由于安裝或調(diào)整不完善，支撐水平軸的二支架不等高和水平軸兩端的直徑不等而引起的。由于儀器存在著橫軸誤差，當(dāng)儀器

27、整平后垂直軸垂直水平軸也不水平，這就會(huì)對(duì)水平方向引起觀測(cè)誤差。若令i為橫軸傾斜誤差i對(duì)水平方向觀測(cè)讀數(shù)的影響。則有： i= i tan 顯然，i的大小不僅與i角的大小成正比,而且與目標(biāo)點(diǎn)的垂直角有關(guān)。7/27/202260測(cè)繪工程系1.3垂直軸誤差 垂直軸誤差v是由于儀器的垂直軸偏離鉛垂位置所引起的誤差，又稱為垂直軸傾斜誤差。其主要原因是儀器整平不完善、垂直軸晃動(dòng)、土質(zhì)松軟引起腳架下沉或因振動(dòng)、溫度和風(fēng)力等因素的影響而引起腳架移動(dòng)等。若令v為垂直軸傾斜誤差。對(duì)水平方向觀測(cè)讀數(shù)的影響，則有： vv costan 7/27/202261測(cè)繪工程系 顯然，垂直軸傾斜誤差對(duì)水平方向值的影響不僅與垂直軸

28、傾斜角。有關(guān)，而且還隨照準(zhǔn)目標(biāo)的垂直角度和觀測(cè)目標(biāo)的方位不同而不同。 在測(cè)量工作中，以上三種誤差同時(shí)存在，前兩種誤差采用盤左、盤右讀數(shù)取平均的方法可以消除，而垂直軸的傾斜誤差對(duì)水平角和垂直角的影響不能消除。7/27/202262測(cè)繪工程系2 垂直軸傾斜誤差的影響垂直軸的傾斜實(shí)際上可分解為兩種形式，一種是在望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸方向（x軸）的傾斜，另一種則是在與x軸垂直的橫軸方向（y軸）的傾斜。若不是正對(duì)x軸和y軸傾斜，根據(jù)幾何關(guān)系可以將傾斜方向解析到x軸和y軸上。縱向（x軸）傾斜誤差影響垂直角的測(cè)量，其傾斜量將引起1:1的垂直角誤差。橫向（y軸）的傾斜誤差影響水平角的測(cè)量。7/27/202263測(cè)繪工

29、程系7/27/202264測(cè)繪工程系3 補(bǔ)償器的目的和作用 補(bǔ)償器的目的就是為了減少儀器的三軸誤差對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響。 補(bǔ)償器的作用就是通過(guò)檢測(cè)儀器垂直軸傾斜在x軸和y軸上的分量信息，自動(dòng)地對(duì)測(cè)量值進(jìn)行改正，從而提高采集數(shù)據(jù)的精度。7/27/202265測(cè)繪工程系4 補(bǔ)償器的工作原理補(bǔ)償器又稱傾斜傳感器，是全站儀里的一個(gè)重要部分。按工作原理可劃分為擺式補(bǔ)償器和液體補(bǔ)償器；按補(bǔ)償范圍可劃分為單軸補(bǔ)償器、雙軸傾斜補(bǔ)償器和三軸補(bǔ)償器。7/27/202266測(cè)繪工程系4.1單軸補(bǔ)償器 在光學(xué)經(jīng)緯儀上采用單軸補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ荒苎a(bǔ)償由于垂直軸傾斜而引起的垂直度盤讀數(shù)誤差，一般采用簧片式補(bǔ)償器、吊絲式補(bǔ)償器、液

30、體補(bǔ)償器。 7/27/202267測(cè)繪工程系4.2雙軸傾斜補(bǔ)償器7/27/202268測(cè)繪工程系4.3三軸補(bǔ)償器7/27/202269測(cè)繪工程系5 補(bǔ)償器的零位誤差及調(diào)整 補(bǔ)償器的零位誤差是補(bǔ)償器與鉛垂方向不一致的誤差，也稱補(bǔ)償器指標(biāo)差。當(dāng)儀器的垂直軸絕對(duì)垂直時(shí)，補(bǔ)償器的零位也處于絕對(duì)垂直位，而當(dāng)垂直軸傾斜時(shí)，補(bǔ)償器的自動(dòng)改正量才是完全正確的。 若補(bǔ)償器零位不正確，那么在進(jìn)行照準(zhǔn)誤差、橫軸誤差、度盤指標(biāo)差預(yù)置校正時(shí)，度盤指標(biāo)差、照準(zhǔn)誤差、橫軸誤差的余量值就包含了補(bǔ)償器的零位誤差量，也就是說(shuō)，改正的結(jié)果包含了誤差。7/27/202270測(cè)繪工程系為了消除補(bǔ)償器零位誤差，廠商在用戶程序中均向用戶提

31、供了“補(bǔ)償器零位改正”功能。 雖然圓形氣泡因溫度的變化會(huì)產(chǎn)生對(duì)稱位移而抵消溫度的影響，但對(duì)支架的不對(duì)稱因素，仍不可忽視。如果工作溫度變化超過(guò)7，需要重新調(diào)整零點(diǎn)值，甚至每星期至少要檢查一次零點(diǎn)值。零點(diǎn)值的軟件設(shè)置，是以儀器上的長(zhǎng)水準(zhǔn)氣泡居中時(shí)所確定的，這與觀測(cè)人員對(duì)水準(zhǔn)器的視覺(jué)偏差、調(diào)整的精確度起著決定性的作用。7/27/202271測(cè)繪工程系6 補(bǔ)償器的應(yīng)用6.1補(bǔ)償器的使用 在使用全站儀補(bǔ)償器的補(bǔ)償功能時(shí)應(yīng)注意： (1)在使用全站儀時(shí)，當(dāng)水平方向制動(dòng)螺旋制動(dòng)，垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí)，水平度盤讀數(shù)會(huì)不斷地變化，這正是全站儀自動(dòng)補(bǔ)償改正的結(jié)果。單軸補(bǔ)償只能對(duì)垂直度盤讀數(shù)進(jìn)行改正，沒(méi)有改正水平度盤

32、讀數(shù)的功能。當(dāng)照準(zhǔn)部水平方向固定，上下轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí)水平角度讀數(shù)不會(huì)變化。 (2)雙軸補(bǔ)償只能改正由于垂直軸傾斜誤差對(duì)垂直度盤和水平度盤讀數(shù)的影響。當(dāng)照準(zhǔn)部水平方向固定，上下轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí)水平角度讀數(shù)仍然會(huì)發(fā)生變化；當(dāng)補(bǔ)償器關(guān)閉后水平度盤讀數(shù)也不會(huì)變化。7/27/202272測(cè)繪工程系(3)三軸補(bǔ)償?shù)娜緝x是在雙軸補(bǔ)償器的基礎(chǔ)上，用機(jī)內(nèi)計(jì)算軟件來(lái)改正因橫軸誤差和視準(zhǔn)軸誤差對(duì)水平度盤讀數(shù)的影響。即使當(dāng)照準(zhǔn)部水平方向固定，只要上下轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，水平度盤的讀數(shù)仍會(huì)有較大的變化，而且與垂直角的大小、正負(fù)有關(guān)。 (4)全站儀補(bǔ)償器的補(bǔ)償功能提供了3種選擇模式，即雙軸、單軸、關(guān)。選擇關(guān)即補(bǔ)償功能不起作用；選擇單

33、軸只對(duì)垂直度盤讀數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償；選擇雙軸是對(duì)水平和垂直度盤讀數(shù)均進(jìn)行補(bǔ)償。 (5)當(dāng)測(cè)站點(diǎn)有振動(dòng)、風(fēng)大、低精度觀測(cè)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉儀器的補(bǔ)償功能。這樣既可以節(jié)電又可以避免誤補(bǔ)償。7/27/202273測(cè)繪工程系(6)全站儀的補(bǔ)償范圍一般為+3，整平度超過(guò)此范圍時(shí)起不到補(bǔ)償作用。在天頂距接近天頂、天底2范圍內(nèi)，電子補(bǔ)償器的補(bǔ)償功能不起作用。 (7)由于顯示的度盤讀數(shù)中已包含了儀器三軸誤差的影響，因此在放樣時(shí)需要特別注意。例如：放樣一條直線時(shí)，不能采取與傳統(tǒng)光學(xué)經(jīng)緯儀相同的方法（只縱向轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡），而應(yīng)采取旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部180的方法測(cè)設(shè)；當(dāng)放樣一條豎線時(shí)，應(yīng)使用水平微動(dòng)螺旋，使其水平角度顯示的讀數(shù)完全一致，而不

34、能只簡(jiǎn)單地縱向轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡。7/27/202274測(cè)繪工程系(8)有些全站儀提供了電子整平的功能，當(dāng)X,Y方向的傾斜值為零時(shí)，從理論上講，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡水平角讀數(shù)就不會(huì)發(fā)生變化，但有些儀器在進(jìn)行上述操作后，水平角還會(huì)發(fā)生變化，這是因?yàn)檫@些全站儀的補(bǔ)償值與垂直角大小有關(guān)。(9)在水平角0時(shí)，用腳螺旋校正電子氣泡居中，儀器水平轉(zhuǎn)動(dòng)180后，仍可能會(huì)偏移很多。即使X,Y分量值為零，如果不以照準(zhǔn)部的長(zhǎng)氣泡檢驗(yàn)為準(zhǔn)，就不能說(shuō)明儀器垂直軸垂直，所以電子氣泡的居中必須以長(zhǎng)氣泡的檢驗(yàn)校正為準(zhǔn)。7/27/202275測(cè)繪工程系6.2補(bǔ)償功能的檢驗(yàn) 補(bǔ)償功能的檢驗(yàn)步驟如下。 (1)精確整平儀器。 (2)設(shè)置儀器的補(bǔ)

35、償功能為“開(kāi)”狀態(tài)。 (3)使望遠(yuǎn)鏡水平并設(shè)置水平角顯示為零，然后按一定的間隔上、下轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，讀取水平方向值。水平方向值與零的差值即為自動(dòng)補(bǔ)償器的改正值。7/27/202276測(cè)繪工程系第四節(jié)全站儀的數(shù)據(jù)處理原理全站儀的數(shù)據(jù)處理由儀器內(nèi)部的微處理器接受控制命令后按觀測(cè)數(shù)據(jù)及內(nèi)置程序自動(dòng)完成。要解決數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳輸與處理，首先要解決數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方法。所以存儲(chǔ)器是關(guān)鍵，它是信息交流的中樞，各種控制指令、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)都離不開(kāi)它。存儲(chǔ)的介質(zhì)有電子存儲(chǔ)介質(zhì)和磁存儲(chǔ)介質(zhì)，目前使用的大多是磁存儲(chǔ)介質(zhì)，因?yàn)樗鶚?gòu)成的存儲(chǔ)器在斷電后存儲(chǔ)的信息仍能保留。7/27/202277測(cè)繪工程系1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由控制器、緩沖器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、字符庫(kù)、顯示器等部分組成，如圖所示。7/27/202278測(cè)繪工程系 (1)控制器：用于產(chǎn)生各種指令及時(shí)序信號(hào)。 (2）緩沖器：連接并驅(qū)動(dòng)內(nèi)外數(shù)據(jù)及地址。 (3)運(yùn)算器：用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算及邏輯運(yùn)算。 (4)存儲(chǔ)器：用于存儲(chǔ)觀測(cè)數(shù)據(jù)、觀測(cè)信息及固定的控制程序。可分為隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM). (5)輸人設(shè)備、輸出設(shè)備