全站儀的工作原理

全站儀是一(yi)種集光(guang)(guang)、機、電(dian)為一(yi)體(ti)的新型測(ce)角儀(yi)器，與光(guang)(guang)學(xue)經緯儀(yi)比(bi)較電(dian)子經緯儀(yi)將(jiang)光(guang)(guang)學(xue)度(du)盤(pan)換為光(guang)(guang)電(dian)掃描(miao)度(du)盤(pan)，將(jiang)人(ren)工光(guang)(guang)學(xue)測(ce)微(wei)讀(du)(du)數代之(zhi)以自動記錄和顯示(shi)讀(du)(du)數，使測(ce)角操作簡單化，且可避免讀(du)(du)數誤(wu)差的產生。電(dian)子經緯儀(yi)的自動記錄、儲存、計(ji)算功能(neng)，以及(ji)數據通(tong)訊功能(neng)，進一(yi)步提高了測(ce)量作業的自動化程度(du)。

全站儀與光學經緯儀區別在于度盤讀數及顯示系統，電子經緯儀的水平度盤和豎直度盤及其讀數裝置是分別采用兩個相同的光柵度盤（或編碼盤）和讀數傳感器進行角度測量的。根據測角精度可分為0.5″、1″、2″、3″、5″、10″等幾個等級。

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全站(zhan)(zhan)(zhan)儀(yi)主要由測(ce)角系(xi)(xi)統、測(ce)距系(xi)(xi)統、數據處理系(xi)(xi)統及通訊(xun)接(jie)口(kou)、鍵盤(pan)、電源等(deng)部(bu)分(fen)構成(cheng)，其(qi)中，測(ce)角系(xi)(xi)統用(yong)于完(wan)成(cheng)測(ce)角功(gong)(gong)能(neng)；測(ce)距系(xi)(xi)統用(yong)于完(wan)成(cheng)測(ce)距功(gong)(gong)能(neng)；數據處理系(xi)(xi)統用(yong)于完(wan)成(cheng)對數據的自動記錄功(gong)(gong)能(neng)；通訊(xun)接(jie)口(kou)用(yong)于將(jiang)內存(cun)與計算機連接(jie)起(qi)來，實現雙向(xiang)信息傳輸；鍵盤(pan)用(yong)于在測(ce)量過程中輸入數據或(huo)操(cao)作指令；電源用(yong)于給全站(zhan)(zhan)(zhan)儀(yi)提供(gong)工(gong)作所需(xu)能(neng)量。除此之外，全站(zhan)(zhan)(zhan)儀(yi)還可根據需(xu)要接(jie)入同軸望(wang)遠(yuan)鏡、雙軸自動補償系(xi)(xi)統等(deng)輔助設施，以增加其(qi)可完(wan)成(cheng)功(gong)(gong)能(neng)。

全站(zhan)儀(yi)同軸化的(de)(de)(de)(de)基(ji)本(ben)原理是(shi)：在望遠(yuan)物鏡(jing)(jing)與調焦透鏡(jing)(jing)間設置分(fen)(fen)光棱鏡(jing)(jing)系統(tong)，通過該系統(tong)實現望遠(yuan)鏡(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)多功(gong)能(neng)，即既可(ke)瞄準目標，使之成像于十字絲分(fen)(fen)劃板，進行角度測量，同時其測距(ju)部(bu)分(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)外(wai)光路系統(tong)又(you)能(neng)使測距(ju)部(bu)分(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)光敏二(er)極(ji)管(guan)發射(she)的(de)(de)(de)(de)調制(zhi)紅(hong)外(wai)光在經物鏡(jing)(jing)射(she)向反光棱鏡(jing)(jing)后。 經同一路徑反射(she)回來，再經分(fen)(fen)光棱鏡(jing)(jing)作(zuo)用使回光被光電(dian)二(er)極(ji)管(guan)接收(shou)，為測距(ju)需要在儀(yi)器內部(bu)另設一內光路系統(tong)，通過分(fen)(fen)光棱鏡(jing)(jing)系統(tong)中的(de)(de)(de)(de)光導纖維將(jiang)由(you)光敏二(er)極(ji)管(guan)發射(she)的(de)(de)(de)(de)調制(zhi)紅(hong)外(wai)光傳(chuan)也(ye)送給(gei)光電(dian)二(er)極(ji)管(guan)接收(shou)，進行而由(you)內、外(wai)光路調制(zhi)光的(de)(de)(de)(de)相位差間接計(ji)算光的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)播(bo)時間，計(ji)算實測距(ju)離。

全站儀測量原理

它的基本測(ce)量原(yuan)理是電子測(ce)距技術和電子測(ce)角技術。

1、電子測距技術

電子測(ce)(ce)距(ju)的基本原理是(shi)利用(yong)電磁波(bo)在(zai)(zai)空(kong)氣中(zhong)傳播的速度為已知這一(yi)特(te)性，測(ce)(ce)定電磁波(bo)在(zai)(zai)被(bei)測(ce)(ce)距(ju)離上往返傳播的時(shi)(shi)間來求(qiu)得距(ju)離值。但(dan)是(shi)，這種直接測(ce)(ce)距(ju)的方法實(shi)現起來非(fei)常困(kun)難，當我們要求(qiu)較高(gao)的測(ce)(ce)量精度時(shi)(shi)，對(dui)測(ce)(ce)量時(shi)(shi)間的要求(qiu)很(hen)高(gao)，這在(zai)(zai)實(shi)踐(jian)過(guo)程中(zhong)是(shi)非(fei)常困(kun)難的。因此(ci)，在(zai)(zai)實(shi)際(ji)的測(ce)(ce)距(ju)過(guo)程中(zhong)可以根據此(ci)原理采取改進的方法進行(xing)測(ce)(ce)距(ju)。在(zai)(zai)實(shi)際(ji)過(guo)程中(zhong)主(zhu)要用(yong)兩種方法，脈沖法和相位(wei)法。

（1）脈沖法

測距使用的光源為激光器，它發射一束極窄的光脈沖射向目標，同時輸出一電脈沖信號，打開電子門讓標準頻率發生器產生的時標脈沖通過并對其進行計數。光脈沖被目標反射后回到發射器，同樣產生一電脈沖，關閉電子門終止時標脈沖通過。實踐(jian)表明，其(qi)測量精(jing)度(du)不低于相位法測距的精(jing)度(du)。

（2）相位法

相(xiang)位(wei)法測(ce)(ce)距(ju)是測(ce)(ce)定由儀器(qi)連續發射的電磁波正弦信號在被測(ce)(ce)距(ju)離上往(wang)返傳(chuan)播所(suo)產生(sheng)的相(xiang)位(wei)差(cha)，根據相(xiang)位(wei)差(cha)來得(de)到距(ju)離。

在(zai)(zai)(zai)所有(you)的(de)(de)全站儀測(ce)(ce)距(ju)部(bu)分(fen)標(biao)稱精(jing)度指(zhi)標(biao)的(de)(de)表(biao)(biao)達(da)式(shi)中，均使用±（A＋BD）的(de)(de)形式(shi)。該精(jing)度表(biao)(biao)達(da)式(shi)有(you)A和BD組(zu)成，A代表(biao)(biao)固定(ding)誤(wu)差，單位為(wei)mm。固定(ding)誤(wu)差主(zhu)要(yao)由儀器(qi)加常數的(de)(de)測(ce)(ce)定(ding)誤(wu)差、對中誤(wu)差、測(ce)(ce)相誤(wu)差等引起。固定(ding)誤(wu)差與(yu)測(ce)(ce)量的(de)(de)距(ju)離無關，即不(bu)管實際測(ce)(ce)量的(de)(de)距(ju)離多(duo)長，全站儀將存在(zai)(zai)(zai)不(bu)大于該值(zhi)的(de)(de)固定(ding)誤(wu)差。全站儀的(de)(de)這一(yi)部(bu)分(fen)誤(wu)差一(yi)般在(zai)(zai)(zai)1-5mm之間。BD代表(biao)(biao)比例誤(wu)差，它主(zhu)要(yao)由儀器(qi)頻(pin)率誤(wu)差，大氣折射誤(wu)差引起。B的(de)(de)單位為(wei)

ppm B和D的乘積形成比例誤差。一旦距離確定，則比例誤差部分就會確定。固定誤差與比例誤差絕對值之和，在冠以偶然誤差±號，即構成全站儀測距精度。此外，在全站儀進行測距的過程中還需要加上氣象改正和乘(cheng)常數(shu)。通過在測量(liang)作業現(xian)場的溫(wen)度T和氣(qi)壓PP以及濕度H，按(an)照一定的氣(qi)象改正(zheng)(zheng)公式(shi)，求出氣(qi)象改正(zheng)(zheng)數(shu)ppm以及距離改正(zheng)(zheng)數(shu)ΔD。

不同的廠家的全站儀，其氣象改正公式也不同。氣象改正ppm是一種比例改正因子，它隨測量現場的溫度、氣壓變化而變化，不是一個固定值。在進行此項改正之后，全站儀尚存在另外一個相對固定的比例改正因子，習慣上把它叫做乘常數，其單位同樣是ppm。它的作用是用于改正與距離成比例的系統誤差，這種誤差是由于頻率偏移，折射率的偏移，發光管相位不均勻性等原因所引起的。每臺儀器均存在著乘常數，只是大小不同而已。一般大的由十幾個ppm，小的則有零點幾個ppm，甚至可(ke)以忽略不計(ji)。用戶(hu)可(ke)根據(ju)測量(liang)任務(wu)對精度的要求，來決(jue)定(ding)加上這(zhe)項改正(zheng)。

2、電子測角技術

電子測角，即角度測量的數字化，也就是自動數字顯示角度測量結果，其實質是用一套角碼轉換系統來代替(ti)傳統(tong)的光學讀數系統(tong)。目(mu)前，這套(tao)轉換系統(tong)有兩類(lei)：一類(lei)是(shi)采用光柵度盤的所謂(wei)“增量法”測角；一類(lei)是(shi)采用編(bian)碼度盤的所謂(wei)“絕對法”測角。

（1）光柵度盤測角原理（增量法）

光(guang)(guang)(guang)柵(zha)就是(shi)具有刻制成(cheng)許多(duo)寬度和間隔(ge)都(dou)相等的直線條(tiao)紋的光(guang)(guang)(guang)學器件，即(ji)它是(shi)由許多(duo)等間隔(ge)的透(tou)光(guang)(guang)(guang)的縫隙和不(bu)透(tou)光(guang)(guang)(guang)的刻畫線所(suo)組成(cheng)。光(guang)(guang)(guang)通過(guo)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)時會產生光(guang)(guang)(guang)的衍(yan)(yan)射(she)(she)(she)(she)效應。用(yong)于(yu)透(tou)射(she)(she)(she)(she)衍(yan)(yan)射(she)(she)(she)(she)的光(guang)(guang)(guang)柵(zha)稱(cheng)為透(tou)射(she)(she)(she)(she)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)，用(yong)于(yu)反射(she)(she)(she)(she)光(guang)(guang)(guang)衍(yan)(yan)射(she)(she)(she)(she)的光(guang)(guang)(guang)柵(zha)稱(cheng)為反射(she)(she)(she)(she)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)。光(guang)(guang)(guang)柵(zha)有兩個(ge)基本參數(shu)，一是(shi)毫米長(chang)度范圍內的條(tiao)紋數(shu)，稱(cheng)為條(tiao)紋密(mi)度；二(er)是(shi)相鄰條(tiao)紋之間的距離，稱(cheng)為間距。

根據(ju)測(ce)量(liang)對象不同，有長度測(ce)量(liang)用的(de)光(guang)柵(zha)(zha)刻在一直尺上(shang)稱(cheng)為直線光(guang)柵(zha)(zha)。另一種是用于角度測(ce)量(liang)的(de)光(guang)柵(zha)(zha)，是在度盤徑向按等(deng)角距離刻制的(de)輻(fu)射(she)狀(zhuang)的(de)徑向光(guang)柵(zha)(zha)。

（2）編碼度盤測角原理（絕對法）

編(bian)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)度盤(pan)類似于普通光學(xue)度盤(pan)的(de)(de)(de)玻(bo)璃(li)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)盤(pan)，在此平面(mian)上分著(zhu)若干寬(kuan)度相同的(de)(de)(de)同心(xin)圓(yuan)環(huan)，而(er)每一(yi)(yi)圓(yuan)環(huan)又被刻制成若干等(deng)長(chang)的(de)(de)(de)透光和(he)不透光區(qu)，這種(zhong)圓(yuan)環(huan)稱為編(bian)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)度盤(pan)的(de)(de)(de)“碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)道(dao)”。每條碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)道(dao)代(dai)表一(yi)(yi)個(ge)二進制的(de)(de)(de)數位，有里到(dao)外，位數由高到(dao)低。在碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)道(dao)數目一(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)(de)條件下，整個(ge)編(bian)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)盤(pan)可以分成數目一(yi)(yi)定(ding)，面(mian)積相等(deng)的(de)(de)(de)扇形區(qu)，稱為編(bian)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)盤(pan)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)區(qu)。處(chu)于同一(yi)(yi)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)區(qu)內的(de)(de)(de)各碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)道(dao)的(de)(de)(de)透光區(qu)與(yu)不透光區(qu)的(de)(de)(de)排列，構成編(bian)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)盤(pan)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)個(ge)編(bian)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)，這一(yi)(yi)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)區(qu)所顯示的(de)(de)(de)角度范圍，稱為編(bian)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)度盤(pan)的(de)(de)(de)角度分辨率。

為了讀取各碼區的編碼數，需要編碼度盤的碼道一測設置光源，而在對應的碼盤另一側設置光電探測器，每一檢測器對應一個光源。碼盤上的發光二極管和碼盤下的光敏二極管組成測角的讀定標志，把碼盤的透光和不透光，由光電二極管轉換成電信號，以透光表示“1”，不透光表示(shi)“0”，這樣(yang)碼盤(pan)上每一格就對應(ying)一個(ge)二進制(zhi)數，經過譯碼即(ji)成(cheng)十進制(zhi)數，從而能顯(xian)示一個(ge)度(du)盤(pan)上讀出的(de)方(fang)(fang)位或角(jiao)度(du)數值。因此，編碼度(du)盤(pan)的(de)測角(jiao)方(fang)(fang)式為絕對法測角(jiao)。