全站儀的工作原理

全站儀是一種(zhong)集光(guang)、機、電(dian)(dian)為一體(ti)的(de)(de)新型測(ce)角儀器，與(yu)光(guang)學經緯(wei)儀比較電(dian)(dian)子(zi)經緯(wei)儀將光(guang)學度盤換(huan)為光(guang)電(dian)(dian)掃(sao)描度盤，將人(ren)工光(guang)學測(ce)微讀數(shu)代之以自動(dong)記錄(lu)和顯示讀數(shu)，使測(ce)角操作簡(jian)單化，且(qie)可避(bi)免(mian)讀數(shu)誤差的(de)(de)產生。電(dian)(dian)子(zi)經緯(wei)儀的(de)(de)自動(dong)記錄(lu)、儲(chu)存、計算(suan)功(gong)能，以及數(shu)據通(tong)訊(xun)功(gong)能，進一步提(ti)高了測(ce)量作業的(de)(de)自動(dong)化程度。

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(ge)等級。

該圖片由注冊用戶"知識君"提供，版權聲明反饋

全站(zhan)儀(yi)主要(yao)由測(ce)角(jiao)系(xi)統(tong)(tong)(tong)、測(ce)距(ju)系(xi)統(tong)(tong)(tong)、數(shu)據(ju)處(chu)理系(xi)統(tong)(tong)(tong)及通(tong)訊接口(kou)、鍵盤、電(dian)源等(deng)部分構成(cheng)，其(qi)(qi)中(zhong)，測(ce)角(jiao)系(xi)統(tong)(tong)(tong)用(yong)(yong)于完成(cheng)測(ce)角(jiao)功(gong)能(neng)；測(ce)距(ju)系(xi)統(tong)(tong)(tong)用(yong)(yong)于完成(cheng)測(ce)距(ju)功(gong)能(neng)；數(shu)據(ju)處(chu)理系(xi)統(tong)(tong)(tong)用(yong)(yong)于完成(cheng)對數(shu)據(ju)的自(zi)動記(ji)錄功(gong)能(neng)；通(tong)訊接口(kou)用(yong)(yong)于將(jiang)內(nei)存與計算機連接起來，實現雙向信息傳輸；鍵盤用(yong)(yong)于在測(ce)量(liang)(liang)過程中(zhong)輸入數(shu)據(ju)或(huo)操(cao)作指令(ling)；電(dian)源用(yong)(yong)于給全站(zhan)儀(yi)提供工(gong)作所(suo)需能(neng)量(liang)(liang)。除(chu)此之外，全站(zhan)儀(yi)還(huan)可根據(ju)需要(yao)接入同軸望遠鏡、雙軸自(zi)動補(bu)償系(xi)統(tong)(tong)(tong)等(deng)輔助設施，以增加其(qi)(qi)可完成(cheng)功(gong)能(neng)。

全(quan)站儀同軸(zhou)化的基(ji)本原理(li)是：在望遠(yuan)物鏡與(yu)調焦透鏡間(jian)(jian)設(she)(she)置分光(guang)(guang)(guang)(guang)棱(leng)鏡系(xi)統(tong)(tong)(tong)，通(tong)過(guo)該系(xi)統(tong)(tong)(tong)實現望遠(yuan)鏡的多(duo)功能，即既(ji)可瞄準目標，使(shi)(shi)之成像于十(shi)字絲分劃(hua)板，進行(xing)角度測量，同時其(qi)測距部分的外(wai)光(guang)(guang)(guang)(guang)路(lu)系(xi)統(tong)(tong)(tong)又(you)能使(shi)(shi)測距部分的光(guang)(guang)(guang)(guang)敏(min)二極管(guan)(guan)(guan)發射的調制紅(hong)外(wai)光(guang)(guang)(guang)(guang)在經(jing)物鏡射向反光(guang)(guang)(guang)(guang)棱(leng)鏡后。 經(jing)同一(yi)路(lu)徑反射回來，再經(jing)分光(guang)(guang)(guang)(guang)棱(leng)鏡作用使(shi)(shi)回光(guang)(guang)(guang)(guang)被光(guang)(guang)(guang)(guang)電二極管(guan)(guan)(guan)接收，為(wei)測距需要在儀器內部另(ling)設(she)(she)一(yi)內光(guang)(guang)(guang)(guang)路(lu)系(xi)統(tong)(tong)(tong)，通(tong)過(guo)分光(guang)(guang)(guang)(guang)棱(leng)鏡系(xi)統(tong)(tong)(tong)中的光(guang)(guang)(guang)(guang)導纖維將由(you)光(guang)(guang)(guang)(guang)敏(min)二極管(guan)(guan)(guan)發射的調制紅(hong)外(wai)光(guang)(guang)(guang)(guang)傳也送(song)給光(guang)(guang)(guang)(guang)電二極管(guan)(guan)(guan)接收，進行(xing)而由(you)內、外(wai)光(guang)(guang)(guang)(guang)路(lu)調制光(guang)(guang)(guang)(guang)的相位差(cha)間(jian)(jian)接計算光(guang)(guang)(guang)(guang)的傳播時間(jian)(jian)，計算實測距離。

全站儀測量原理

它的基(ji)本測量原(yuan)理是電子測距技術(shu)和(he)電子測角技術(shu)。

1、電子測距技術

電(dian)(dian)子測(ce)(ce)距(ju)的(de)(de)(de)基(ji)本(ben)原理(li)是利用電(dian)(dian)磁波(bo)在空氣中(zhong)傳播(bo)的(de)(de)(de)速(su)度(du)為已知這一(yi)特性，測(ce)(ce)定電(dian)(dian)磁波(bo)在被測(ce)(ce)距(ju)離上往返傳播(bo)的(de)(de)(de)時間(jian)(jian)來求(qiu)(qiu)得距(ju)離值。但是，這種(zhong)直接測(ce)(ce)距(ju)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)實(shi)現起(qi)來非(fei)(fei)常困難(nan)，當我們要求(qiu)(qiu)較高的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)精度(du)時，對(dui)測(ce)(ce)量(liang)(liang)時間(jian)(jian)的(de)(de)(de)要求(qiu)(qiu)很(hen)高，這在實(shi)踐過(guo)程中(zhong)是非(fei)(fei)常困難(nan)的(de)(de)(de)。因此(ci)，在實(shi)際的(de)(de)(de)測(ce)(ce)距(ju)過(guo)程中(zhong)可(ke)以根據此(ci)原理(li)采取改(gai)進的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)進行(xing)測(ce)(ce)距(ju)。在實(shi)際過(guo)程中(zhong)主要用兩(liang)種(zhong)方(fang)(fang)法(fa)，脈沖法(fa)和相位法(fa)。

（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。實踐表明，其測量精度不(bu)低(di)于(yu)相(xiang)位(wei)法測距的精度。

（2）相位法

相位(wei)法測距是(shi)測定由儀器連(lian)續發(fa)射的電磁波正弦信號在被測距離上往返(fan)傳播所產生的相位(wei)差，根(gen)據相位(wei)差來得到(dao)距離。

在所(suo)有的全(quan)站儀(yi)(yi)測距(ju)部分(fen)標稱精度指(zhi)標的表(biao)達式(shi)中，均使用±（A＋BD）的形(xing)式(shi)。該精度表(biao)達式(shi)有A和(he)BD組成，A代(dai)表(biao)固定(ding)(ding)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)，單位(wei)(wei)為mm。固定(ding)(ding)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)主(zhu)要由儀(yi)(yi)器加常(chang)數的測定(ding)(ding)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)、對中誤(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)、測相誤(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)等引起。固定(ding)(ding)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)與測量的距(ju)離(li)無關，即不管實際(ji)測量的距(ju)離(li)多長，全(quan)站儀(yi)(yi)將存在不大于該值(zhi)的固定(ding)(ding)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)。全(quan)站儀(yi)(yi)的這一部分(fen)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)一般在1-5mm之間(jian)。BD代(dai)表(biao)比例誤(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)，它主(zhu)要由儀(yi)(yi)器頻率誤(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)，大氣折射誤(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)引起。B的單位(wei)(wei)為

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常(chang)數(shu)。通過在測(ce)量作業現場(chang)的溫(wen)度T和氣(qi)壓PP以及(ji)濕度H，按照一定(ding)的氣(qi)象(xiang)改(gai)正(zheng)(zheng)公式，求出氣(qi)象(xiang)改(gai)正(zheng)(zheng)數(shu)ppm以及(ji)距離改(gai)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(shen)至可以忽(hu)略不計。用(yong)戶可根據測量(liang)任務(wu)對精(jing)度(du)的(de)要(yao)求(qiu)，來決定加上這項改正。

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)傳統的光學(xue)讀數系統。目前，這套(tao)轉換系統有兩類(lei)：一(yi)類(lei)是采(cai)用光柵度(du)盤的所謂(wei)“增量法”測角(jiao)；一(yi)類(lei)是采(cai)用編碼(ma)度(du)盤的所謂(wei)“絕對(dui)法”測角(jiao)。

（1）光柵度盤測角原理（增量法）

光(guang)(guang)柵(zha)就(jiu)是具有(you)刻制成(cheng)許多寬(kuan)度(du)和(he)間(jian)隔(ge)(ge)都相(xiang)等的直線條(tiao)紋(wen)的光(guang)(guang)學器件，即它(ta)是由(you)許多等間(jian)隔(ge)(ge)的透(tou)(tou)光(guang)(guang)的縫(feng)隙和(he)不透(tou)(tou)光(guang)(guang)的刻畫(hua)線所組(zu)成(cheng)。光(guang)(guang)通過(guo)光(guang)(guang)柵(zha)時會產生(sheng)光(guang)(guang)的衍(yan)(yan)射效應。用于(yu)透(tou)(tou)射衍(yan)(yan)射的光(guang)(guang)柵(zha)稱為(wei)(wei)(wei)透(tou)(tou)射光(guang)(guang)柵(zha)，用于(yu)反(fan)射光(guang)(guang)衍(yan)(yan)射的光(guang)(guang)柵(zha)稱為(wei)(wei)(wei)反(fan)射光(guang)(guang)柵(zha)。光(guang)(guang)柵(zha)有(you)兩個(ge)基本參數，一(yi)是毫米長度(du)范圍內的條(tiao)紋(wen)數，稱為(wei)(wei)(wei)條(tiao)紋(wen)密(mi)度(du)；二是相(xiang)鄰條(tiao)紋(wen)之(zhi)間(jian)的距(ju)(ju)離，稱為(wei)(wei)(wei)間(jian)距(ju)(ju)。

根據測量(liang)對象不(bu)同，有長度測量(liang)用的(de)光柵(zha)刻(ke)在一(yi)直尺(chi)上稱為直線(xian)光柵(zha)。另一(yi)種是用于角(jiao)度測量(liang)的(de)光柵(zha)，是在度盤(pan)徑(jing)向(xiang)按等角(jiao)距(ju)離(li)刻(ke)制的(de)輻射狀的(de)徑(jing)向(xiang)光柵(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(si)于普通光(guang)學度盤(pan)的(de)玻(bo)璃(li)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)盤(pan)，在此平面上分(fen)著若(ruo)干(gan)寬度相同的(de)同心(xin)圓環(huan)，而每(mei)(mei)一(yi)(yi)圓環(huan)又被刻(ke)制(zhi)成若(ruo)干(gan)等長的(de)透(tou)(tou)光(guang)和不(bu)透(tou)(tou)光(guang)區(qu)(qu)(qu)，這種圓環(huan)稱為(wei)編(bian)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)度盤(pan)的(de)“碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)道”。每(mei)(mei)條碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)道代表(biao)一(yi)(yi)個(ge)(ge)二進制(zhi)的(de)數位，有(you)里(li)到(dao)外(wai)，位數由高到(dao)低。在碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)道數目一(yi)(yi)定的(de)條件下，整個(ge)(ge)編(bian)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)盤(pan)可以分(fen)成數目一(yi)(yi)定，面積相等的(de)扇形(xing)區(qu)(qu)(qu)，稱為(wei)編(bian)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)盤(pan)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)區(qu)(qu)(qu)。處于同一(yi)(yi)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)區(qu)(qu)(qu)內的(de)各碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)道的(de)透(tou)(tou)光(guang)區(qu)(qu)(qu)與(yu)不(bu)透(tou)(tou)光(guang)區(qu)(qu)(qu)的(de)排列，構(gou)成編(bian)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)盤(pan)的(de)一(yi)(yi)個(ge)(ge)編(bian)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)，這一(yi)(yi)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)區(qu)(qu)(qu)所(suo)顯(xian)示(shi)的(de)角度范(fan)圍，稱為(wei)編(bian)碼(ma)(ma)(ma)(ma)(ma)度盤(pan)的(de)角度分(fen)辨率(lv)。

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(bu)透光表(biao)示“0”，這(zhe)樣(yang)碼(ma)盤(pan)上每一格(ge)就對應一個二(er)進(jin)制數，經過譯碼(ma)即成十進(jin)制數，從(cong)而(er)能顯(xian)示一個度盤(pan)上讀出(chu)的方位或角度數值。因此，編碼(ma)度盤(pan)的測(ce)角方式為(wei)絕對法測(ce)角。