全站型電子速測(cè)儀及其使用

全站型電子速測(cè)儀及其使用
全站型電子速測(cè)儀及其使用全站型電子速測(cè)儀簡(jiǎn)稱(chēng)全站儀，它是一種可以同時(shí)進(jìn)行角度（水平角、豎直角）測(cè)量、距離（斜距、平距、高差）測(cè)量和數(shù)據(jù)處理，由機(jī)械、光學(xué)、電子元件組合而成的測(cè)量?jī)x器。由于只需一次安置，儀器便可以完成測(cè)站上所有的測(cè)量工作，故被稱(chēng)為“全站儀”。
全站儀的結(jié)構(gòu)原理如圖4-16所示。圖中上半部分包含有測(cè)量的四大光電系統(tǒng)，即水平角測(cè)量系統(tǒng)、豎直角測(cè)量系統(tǒng)、水平補(bǔ)償系統(tǒng)和測(cè)距系統(tǒng)。通過(guò)鍵盤(pán)可以輸入操作指令、數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)。以上各系統(tǒng)通過(guò)I/O接口接入總線(xiàn)與微處理機(jī)聯(lián)系起來(lái)。
微處理機(jī)（CPU）是全站儀的核心部件，主要有寄存器系列（緩沖寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、指令寄存器）、運(yùn)算器和控制器組成。微處理機(jī)的主要功能是根據(jù)鍵盤(pán)指令啟動(dòng)儀器進(jìn)行測(cè)量工作，執(zhí)行測(cè)量過(guò)程中的檢核和數(shù)據(jù)傳輸、處理、顯示、儲(chǔ)存等工作，保證整個(gè)光電測(cè)量工作有條不紊地進(jìn)行。輸入輸出設(shè)備是與外部設(shè)備連接的裝置（接口），輸入輸出設(shè)備使全站儀能與磁卡和微機(jī)等設(shè)備交互通訊、傳輸數(shù)據(jù)。
目前，世界上許多著名的測(cè)繪儀器生產(chǎn)廠(chǎng)商均生產(chǎn)有各種型號(hào)的全站儀。
二、全站儀的測(cè)量功能與原理

圖4-18光電測(cè)距示意圖

（一）、概況
電磁波測(cè)距按測(cè)程來(lái)分，有短程(＜3km)、中程(3—15km)和遠(yuǎn)程(＞15km)之分。按測(cè)距精度來(lái)分，有Ⅰ級(jí)(5mm)、Ⅱ級(jí)(5mm—10mm)和Ⅲ級(jí)(＞10mm)。按載波來(lái)分，采用微波段的電磁波作為載波的稱(chēng)為微波測(cè)距儀；采用光波作為裁波的稱(chēng)為光電測(cè)距儀。光電測(cè)距儀所使用的光源有激光光源和紅外光源(普通光源已淘汰)，采用紅外線(xiàn)波段作為載波的稱(chēng)為紅外測(cè)距儀。由于紅外測(cè)距儀是以砷化稼(GaAs)發(fā)光二極管所發(fā)的熒光作為載波源，發(fā)出的紅外線(xiàn)的強(qiáng)度能隨注入電信號(hào)的強(qiáng)度而變化，因此它兼有載波源和調(diào)制器的雙重功能。GaAs發(fā)光二極管體積小，亮度高，功耗小，壽命長(zhǎng)，且能連續(xù)發(fā)光，所以紅外測(cè)距儀獲得了更為迅速的發(fā)展。本節(jié)討論的就是紅外光電測(cè)距儀。
（二）、測(cè)距原理
欲測(cè)定A、B兩點(diǎn)間的距離D，安置儀器于A點(diǎn)，安置反射鏡于B點(diǎn)。儀器發(fā)射的光束由A至B，經(jīng)反射鏡反射后又返回到儀器。設(shè)光速c為已知，如果光束在待測(cè)距離D上往返傳播的時(shí)間 。已知，則距離D可由下式求出

式中c＝c。／n，c。為真空中的光速值，其值為299792458m／s, n為大氣折射率，它與測(cè)距儀所用光源的波長(zhǎng)，測(cè)線(xiàn)上的氣溫t, 氣壓P和濕度e有關(guān)。
測(cè)定距離的精度，主要取決于測(cè)定時(shí)間 的精度，例如要求保證±lcm的測(cè)距精度，時(shí)間測(cè)定要求準(zhǔn)確到6．7×10—lls，這是難以做到的。因此，大多采用間接測(cè)定法來(lái)測(cè)定 。間接測(cè)定 的方法有下列兩種：
1．脈沖式測(cè)距
由測(cè)距儀的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出光脈沖，經(jīng)被測(cè)目標(biāo)反射后，再由測(cè)距儀的接收系統(tǒng)接收，測(cè)出這一光脈沖往返所需時(shí)間間隔( )的鐘脈沖的個(gè)數(shù)以求得距離D。由于計(jì)數(shù)器的頻率一殷為300MHz(300×106Hz)，測(cè)距精度為O.5m，精度較低。
2．相位式測(cè)距
由測(cè)距儀的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出一種連續(xù)的調(diào)制光波，測(cè)出該調(diào)制光波在測(cè)線(xiàn)上往返傳播所產(chǎn)生的相依移，以測(cè)定距離D。紅外光電測(cè)距儀一般都采用相位測(cè)距法。
在砷化镕(GaAs)發(fā)光二極管上加了頻率為f的交變電壓(即注入交變電流)后，它發(fā)出的光強(qiáng)就隨注入的交變電流呈正弦變化，這種光稱(chēng)為調(diào)制光。測(cè)距儀在A點(diǎn)發(fā)出的調(diào)制光在待測(cè)距離上傳播，經(jīng)反射鏡反射后被接收器所接收，然后用相位計(jì)將發(fā)射信號(hào)與接受信號(hào)進(jìn)行相位比較，由顯示器顯出調(diào)制光在待測(cè)距離往、返傳播所引起的相位移φ。
（三）、全站儀的操作與使用
不同型號(hào)的全站儀，其具體操作方法會(huì)有較大的差異。下面簡(jiǎn)要介紹全站儀的基本操作與使用方法。
1.全站儀的基本操作與使用方法
1）水平角測(cè)量
（1）按角度測(cè)量鍵，使全站儀處于角度測(cè)量模式，照準(zhǔn)第一個(gè)目標(biāo)A。
（2）設(shè)置A方向的水平度盤(pán)讀數(shù)為0°00′00″。
（3）照準(zhǔn)第二個(gè)目標(biāo)B，此時(shí)顯示的水平度盤(pán)讀數(shù)即為兩方向間的水平夾角。
2）距離測(cè)量
（1）設(shè)置棱鏡常數(shù)
測(cè)距前須將棱鏡常數(shù)輸入儀器中，儀器會(huì)自動(dòng)對(duì)所測(cè)距離進(jìn)行改正。
（2）設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值
光在大氣中的傳播速度會(huì)隨大氣的溫度和氣壓而變化，15℃和760mmHg是儀器設(shè)置的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，此時(shí)的大氣改正為0ppm。實(shí)測(cè)時(shí)，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行改正。
（3）量?jī)x器高、棱鏡高并輸入全站儀。
（4）距離測(cè)量
照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡中心，按測(cè)距鍵，距離測(cè)量開(kāi)始，測(cè)距完成時(shí)顯示斜距、平距、高差。
全站儀的測(cè)距模式有精測(cè)模式、跟蹤模式、粗測(cè)模式三種。精測(cè)模式是最常用的測(cè)距模式，測(cè)量時(shí)間約2.5S，最小顯示單位1mm；跟蹤模式，常用于跟蹤移動(dòng)目標(biāo)或放樣時(shí)連續(xù)測(cè)距，最小顯示一般為1cm，每次測(cè)距時(shí)間約0.3S；粗測(cè)模式，測(cè)量時(shí)間約0.7S，最小顯示單位1cm或1mm。在距離測(cè)量或坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，可按測(cè)距模式（MODE）鍵選擇不同的測(cè)距模式。
應(yīng)注意，有些型號(hào)的全站儀在距離測(cè)量時(shí)不能設(shè)定儀器高和棱鏡高，顯示的高差值是全站儀橫軸中心與棱鏡中心的高差。
3）坐標(biāo)測(cè)量
（1）設(shè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
（2）設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)或設(shè)定后視方向的水平度盤(pán)讀數(shù)為其方位角。當(dāng)設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算后視方向的方位角，并設(shè)定后視方向的水平度盤(pán)讀數(shù)為其方位角。
（3）設(shè)置棱鏡常數(shù)。
（4）設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值。
（5）量?jī)x器高、棱鏡高并輸入全站儀。
（6）照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡，按坐標(biāo)測(cè)量鍵，全站儀開(kāi)始測(cè)距并計(jì)算顯示測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。 激光二極管相關(guān)文章:激光二極管原理