全站儀的概念與原理
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時(shí)間：2013-04-06
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原理
全站儀是一種集光、機(jī)、電為一體的新型測(cè)角儀器，與光學(xué)經(jīng)緯儀比較電子經(jīng)緯儀將光學(xué)度盤(pán)換為光電掃描度盤(pán)，將人工光學(xué)測(cè)微讀數(shù)代之以自動(dòng)記錄和顯示讀數(shù)，使測(cè)角操作簡(jiǎn)單化，且可避免讀數(shù)誤差的產(chǎn)生。電子經(jīng)緯儀的自動(dòng)記錄、儲(chǔ)存、計(jì)算功能，以及數(shù)據(jù)通訊功能，進(jìn)一步提高了測(cè)量作業(yè)的自動(dòng)化程度。
全站儀與光學(xué)經(jīng)緯儀區(qū)別在于度盤(pán)讀數(shù)及顯示系統(tǒng)，電子經(jīng)緯儀的水平度盤(pán)和豎直度盤(pán)及其讀數(shù)裝置是分別采用兩個(gè)相同的光柵度盤(pán)（或編碼盤(pán)）和讀數(shù)傳感器進(jìn)行角度測(cè)量的。 根據(jù)測(cè)角精度可分為0。5″，1″，2″，3″，5″，10″等幾個(gè)等級(jí)，
簡(jiǎn)史
全站儀是人們?cè)诮嵌葴y(cè)量自動(dòng)化的過(guò)程中應(yīng)用而生的，各類(lèi)電子經(jīng)緯儀在各種測(cè)繪作業(yè)中起著巨大的作用。
全站儀的發(fā)展經(jīng)歷了從組合式即光電測(cè)距儀與光學(xué)經(jīng)緯儀組合，或光電測(cè)距儀與電子經(jīng)緯儀組合，到整體式即將光電測(cè)距儀的光波發(fā)射接收系統(tǒng)的光軸和經(jīng)緯儀的視準(zhǔn)軸組合為同軸的整體式全站儀等幾個(gè)階段。
最初速測(cè)儀的距離測(cè)量是通過(guò)光學(xué)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，我們稱(chēng)這種速測(cè)儀為“光學(xué)速測(cè)儀”。實(shí)際上，“光學(xué)速測(cè)儀”就是指帶有視距絲的經(jīng)緯儀，被測(cè)點(diǎn)的平面位置由方向測(cè)量及光學(xué)視距來(lái)確定，而高程則是用三角測(cè)量方法來(lái)確定的。
帶有“視距絲”的光學(xué)速測(cè)儀，由于其快速、簡(jiǎn)易，而在短距離（100米以?xún)?nèi)）、低精度 （1/200(1/500）的測(cè)量中，如碎部點(diǎn)測(cè)定中，有其優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的應(yīng)用。
隨著電子測(cè)距技術(shù)的出現(xiàn)，大大地推動(dòng)了速測(cè)儀的發(fā)展。用電磁波測(cè)距儀代替光學(xué)視距經(jīng)緯儀，使得測(cè)程更大、測(cè)量時(shí)間更短、精度更高。人們將距離由電磁波測(cè)距儀測(cè)定的速測(cè)儀籠統(tǒng)地稱(chēng)之為“電子速測(cè)儀”（Electronic Tachymeter）。
然而，隨著電子測(cè)角技術(shù)的出現(xiàn)。 這一“電子速測(cè)儀”的概念又相應(yīng)地發(fā)生了變化，根據(jù)測(cè)角方法的不同分為半站型電子速測(cè)儀和全站型電子速測(cè)儀。半站型電子速測(cè)儀是指用光學(xué)方法測(cè)角的電子速測(cè)儀，也有稱(chēng)之為“測(cè)距經(jīng)緯儀”。這種速測(cè)儀出現(xiàn)較早，并且進(jìn)行了不斷的改進(jìn)，可將光學(xué)角度讀數(shù)通過(guò)鍵盤(pán)輸入到測(cè)距儀，對(duì)斜距進(jìn)行化算，最后得出平距、高差、方向角和坐標(biāo)差，這些結(jié)果都可自動(dòng)地傳輸?shù)酵獠看鎯?chǔ)器中。全站型電子速測(cè)儀則是由電子測(cè)角、電子測(cè)距、電子計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元等組成的三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量結(jié)果能自動(dòng)顯示，并能與外圍設(shè)備交換信息的多功能測(cè)量?jī)x器。由于全站型電子速測(cè)儀較完善地實(shí)現(xiàn)了測(cè)量和處理過(guò)程的電子化和一體化，所以人們也通常稱(chēng)之為全站型電子速測(cè)儀或簡(jiǎn)稱(chēng)全站儀。
20世紀(jì)八十年代末，人們根據(jù)電子測(cè)角系統(tǒng)和電子測(cè)距系統(tǒng)的發(fā)展不平衡，將全站儀分成兩大類(lèi)，即積木式和整體式。
20世紀(jì)九十年代以來(lái)，基本上都發(fā)展為整體式全站儀。
分類(lèi)
全站儀采用了光電掃描測(cè)角系統(tǒng)，其類(lèi)型主要有：編碼盤(pán)測(cè)角系統(tǒng)、光柵盤(pán)測(cè)角系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)（光柵盤(pán)）測(cè)角系統(tǒng)等三種。
結(jié)構(gòu)
全站儀幾乎可以用在所有的測(cè)量領(lǐng)域。電子全站儀由電源部分、測(cè)角系統(tǒng)、測(cè)距系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理部分、通訊接口、及顯示屏、鍵盤(pán)等組成。 同電子經(jīng)緯儀、光學(xué)經(jīng)緯儀相比，全站儀增加了許多特殊部件，因此而使得全站儀具有比其它測(cè)角、測(cè)距儀器更多的功能，使用也更方便。這些特殊部件構(gòu)成了全站儀在結(jié)構(gòu)方面獨(dú)樹(shù)一幟的特點(diǎn)。
1．同軸望遠(yuǎn)鏡
全站儀的望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)了視準(zhǔn)軸、測(cè)距光波的發(fā)射、接收光軸同軸化。同軸化的基本原理是：在望遠(yuǎn)物鏡與調(diào)焦透鏡間設(shè)置分光棱鏡系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的多功能，即既可瞄準(zhǔn)目標(biāo)，使之成像于十字絲分劃板，進(jìn)行角度測(cè)量。同時(shí)其測(cè)距部分的外光路系統(tǒng)又能使測(cè)距部分的光敏二極管發(fā)射的調(diào)制紅外光在經(jīng)物鏡射向反光棱鏡后，經(jīng)同一路徑反射回來(lái)，再經(jīng)分光棱鏡作用使回光被光電二極管接收；為測(cè)距需要在儀器內(nèi)部另設(shè)一內(nèi)光路系統(tǒng)，通過(guò)分光棱鏡系統(tǒng)中的光導(dǎo)纖維將由光敏二極管發(fā)射的調(diào)制紅外光傳也送給光電二極管接收 ，進(jìn)行而由內(nèi)、外光路調(diào)制光的相位差間接計(jì)算光的傳播時(shí)間，計(jì)算實(shí)測(cè)距離。
同軸性使得望遠(yuǎn)鏡一次瞄準(zhǔn)即可實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)定水平角、垂直角和斜距等全部基本測(cè)量要素的測(cè)定功能。加之全站儀強(qiáng)大、便捷的數(shù)據(jù)處理功能，使全站儀使用極其方便。
2．雙軸自動(dòng)補(bǔ)償
在儀器的檢驗(yàn)校正中已介紹了雙軸自動(dòng)補(bǔ)償原理，作業(yè)時(shí)若全站儀縱軸傾斜，會(huì)引起角度觀(guān)測(cè)的誤差，盤(pán)左、盤(pán)右觀(guān)測(cè)值取中不能使之抵消。而全站儀特有的雙軸（或單軸）傾斜自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，可對(duì)縱軸的傾斜進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在度盤(pán)讀數(shù)中對(duì)因縱軸傾斜造成的測(cè)角誤差自動(dòng)加以改正(某些全站儀縱軸最大傾斜可允許至±6′）。，也可通過(guò)將由豎軸傾斜引起的角度誤差，由微處理器自動(dòng)按豎軸傾斜改正計(jì)算式計(jì)算，并加入度盤(pán)讀數(shù)中加以改正，使度盤(pán)顯示讀數(shù)為正確值，即所謂縱軸傾斜自動(dòng)補(bǔ)償。
3．鍵盤(pán)
鍵盤(pán)是全站儀在測(cè)量時(shí)輸入操作指令或數(shù)據(jù)的硬件，全站型儀器的鍵盤(pán)和顯示屏均為雙面式，便于正、倒鏡作業(yè)時(shí)操作。
4．存儲(chǔ)器
全站儀存儲(chǔ)器的作用是將實(shí)時(shí)采集的測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，再根據(jù)需要傳送到其它設(shè)備如計(jì)算機(jī)等中，供進(jìn)一步的處理或利用，全站儀的存儲(chǔ)器有內(nèi)存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)卡兩種。
全站儀內(nèi)存儲(chǔ)器相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存(RAM)，存儲(chǔ)卡是一種外存儲(chǔ)媒體，又稱(chēng)PC卡，作用相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的磁盤(pán)。 經(jīng)緯儀相關(guān)文章:經(jīng)緯儀原理
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