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技術(shù)文章

全站儀淺談
　　全站型電子速測儀簡(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）測量、距離（斜距、平距、高差）測量和數據處理，由機械、光學(xué)、電子元件組合而成的測量?jì)x器。由于只需一次安置，儀器便可以完成測站上所有的測量工作，故被稱(chēng)為“全站儀”。 
全站儀上半部分包含有測量的四大光電系統，即水平角測量系統、豎直角測量系統、水平補償系統和測距系統。通過(guò)鍵盤(pán)可以輸入操作指令、數據和設置參數。以上各系統通過(guò)I/O接口接入總線(xiàn)與微處理機聯(lián)系起來(lái)。 
　　微處理機（CPU）是全站儀的核心部件，主要有寄存器系列（緩沖寄存器、數據寄存器、指令寄存器）、運算器和控制器組成。微處理機的主要功能是根據鍵盤(pán)指令啟動(dòng)儀器進(jìn)行測量工作，執行測量過(guò)程中的檢核和數據傳輸、處理、顯示、儲存等工作，保證整個(gè)光電測量工作有條不紊地進(jìn)行。輸入輸出設備是與外部設備連接的裝置（接口），輸入輸出設備使全站儀能與**和微機等設備交互通訊、傳輸數據。 
目前，世界上許多有名的測繪儀器生產(chǎn)廠(chǎng)商均生產(chǎn)有各種型號的全站儀。 
一）、概況 
電磁波測距按測程來(lái)分，有短程(＜3km)、中程(3—15km)和遠程(＞15km)之分。按測距精度來(lái)分，有Ⅰ級(5mm)、Ⅱ級(5mm—10mm)和Ⅲ級(＞10mm)。按載波來(lái)分，采用微波段的電磁波作為載波的稱(chēng)為微波測距儀；采用光波作為裁波的稱(chēng)為光電測距儀。光電測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)為紅外測距儀。由于紅外測距儀是以砷化稼(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)的強度能隨注入電信號的強度而變化，因此它兼有載波源和調制器的雙重功能。GaAs發(fā)光二極管體積小，亮度高，功耗小，壽命長(cháng)，且能連續發(fā)光，所以紅外測距儀獲得了更為迅速的發(fā)展。本節討論的就是紅外光電測距儀。 
（二）、測距原理 
欲測定A、B兩點(diǎn)間的距離D，安置儀器于A(yíng)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。設光速c為已知，如果光束在待測距離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，它與測距儀所用光源的波長(cháng)，測線(xiàn)上的氣溫t, 氣壓P和濕度e有關(guān)。 
測定距離的精度，主要取決于測定時(shí)間 的精度，例如要求保證±lcm的測距精度，時(shí)間測定要求準確到6．7×10—lls，這是難以做到的。因此，大多采用間接測定法來(lái)測定 。間接測定 的方法有下列兩種： 
1．脈沖式測距 
由測距儀的發(fā)射系統發(fā)出光脈沖，經(jīng)被測目標反射后，再由測距儀的接收系統接收，測出這一光脈沖往返所需時(shí)間間隔( )的鐘脈沖的個(gè)數以求得距離D。由于計數器的頻率一殷為300MHz(300×106Hz)，測距精度為O.5m，精度較低。 
2．相位式測距 
由測距儀的發(fā)射系統發(fā)出一種連續的調制光波，測出該調制光波在測線(xiàn)上往返傳播所產(chǎn)生的相依移，以測定距離D。紅外光電測距儀一般都采用相位測距法。 
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)出的光強就隨注入的交變電流呈正弦變化，這種光稱(chēng)為調制光。測距儀在A(yíng)點(diǎn)發(fā)出的調制光在待測距離上傳播，經(jīng)反射鏡反射后被接收器所接收，然后用相位計將發(fā)射信號與接受信號進(jìn)行相位比較，由顯示器顯出調制光在待測距離往、返傳播所引起的相位移φ。 
（三）、全站儀的操作與使用 
不同型號的全站儀，其具體操作方**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）水平角測量 
（1）按角度測量鍵，使全站儀處于角度測量模式，照準**個(gè)目標A。 
（2）設置A方向的水平度盤(pán)讀數為0°00′00″。 
（3）照準**個(gè)目標B，此時(shí)顯示的水平度盤(pán)讀數即為兩方向間的水平夾角。 
2）距離測量 
（1）設置棱鏡常數 
測距前須將棱鏡常數輸入儀器中，儀器會(huì )自動(dòng)對所測距離進(jìn)行改正。 
（2）設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是儀器設置的一個(gè)標準值，此時(shí)的大氣改正為0ppm。實(shí)測時(shí)，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會(huì )自動(dòng)計算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對測距結果進(jìn)行改正。 
（3）量?jì)x器高、棱鏡高并輸入全站儀。 
（4）距離測量 
照準目標棱鏡中心，按測距鍵，距離測量開(kāi)始，測距完成時(shí)顯示斜距、平距、高差。 
全站儀的測距模式有精測模式、跟蹤模式、粗測模式三種。精測模式是*常用的測距模式，測量時(shí)間約2.5S，*小顯示單位1mm；跟蹤模式，常用于跟蹤移動(dòng)目標或放樣時(shí)連續測距，*小顯示一般為1cm，每次測距時(shí)間約0.3S；粗測模式，測量時(shí)間約0.7S，*小顯示單位1cm或1mm。在距離測量或坐標測量時(shí)，可按測距模式（MODE）鍵選擇不同的測距模式。應注意，有些型號的全站儀在距離測量時(shí)不能設定儀器高和棱鏡高，顯示的高差值是全站儀橫軸中心與棱鏡中心的高差。 
3）坐標測量 
（1）設定測站點(diǎn)度盤(pán)讀數為其方位角。當設定后視點(diǎn)的坐標時(shí)，全站儀會(huì )自動(dòng)計算后視方向的方位角，并設定后視方向的水平度盤(pán)讀數為其方位角。 
（3）設置棱鏡常數。 
（4）設置大氣改正值或氣溫、氣壓值。 
（5）量?jì)x器高、棱鏡高并輸入全站儀。 
（6）照準目標棱鏡，按坐標測量鍵，全站儀開(kāi)始測距并計算顯示測點(diǎn)的三維坐標。
（3）照準**個(gè)目標B，此時(shí)顯示的水平度盤(pán)讀數即為兩方向間的水平夾角。 
2）距離測量 
（1）設置棱鏡常數 
　　測距前須將棱鏡常數輸入儀器中，儀器會(huì )自動(dòng)對所測距離進(jìn)行改正。 
（2）設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是儀器設置的一個(gè)標準值，此時(shí)的大氣改正為0ppm。實(shí)測時(shí)，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會(huì )自動(dòng)計算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對測距結果進(jìn)行改正。 
（3）量?jì)x器高、棱鏡高并輸入全站儀。 
（4）距離測量 
　　照準目標棱鏡中心，按測距鍵，距離測量開(kāi)始，測距完成時(shí)顯示斜距、平距、高差。 
全站儀的測距模式有精測模式、跟蹤模式、粗測模式三種。精測模式是*常用的測距模式，測量時(shí)間約2.5S，*小顯示單位1mm；跟蹤模式，常用于跟蹤移動(dòng)目標或放樣時(shí)連續測距，*小顯示一般為1cm，每次測距時(shí)間約0.3S；粗測模式，測量時(shí)間約0.7S，*小顯示單位1cm或1mm。在距離測量或坐標測量時(shí)，可按測距模式（MODE）鍵選擇不同的測距模式。應注意，有些型號的全站儀在距離測量時(shí)不能設定儀器高和棱鏡高，顯示的高差值是全站儀橫軸中心與棱鏡中心的高差。 
3）坐標測量 
（1）設定測站點(diǎn)度盤(pán)讀數為其方位角。當設定后視點(diǎn)的坐標時(shí)，全站儀會(huì )自動(dòng)計算后視方向的方位角，并設定后視方向的水平度盤(pán)讀數為其方位角。 
（3）設置棱鏡常數。 
（4）設置大氣改正值或氣溫、氣壓值。 
（5）量?jì)x器高、棱鏡高并輸入全站儀。 
（6）照準目標棱鏡，按坐標測量鍵，全站儀開(kāi)始測距并計算顯示測點(diǎn)的三維坐標。
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