全站型電子速測儀及其使用
全站型電子速測儀及其使用全站型電子速測儀簡稱全站儀,它是一種可以同時進行角度(水平角、豎直角)測量、距離(斜距、平距、高差)測量和數(shù)據(jù)處理,由機械、光學、電子元件組合而成的測量儀器。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,故被稱為“全站儀”。
全站儀的結構原理如圖4-16所示。圖中上半部分包含有測量的四大光電系統(tǒng),即水平角測量系統(tǒng)、豎直角測量系統(tǒng)、水平補償系統(tǒng)和測距系統(tǒng)。通過鍵盤可以輸入操作指令、數(shù)據(jù)和設置參數(shù)。以上各系統(tǒng)通過I/O接口接入總線與微處理機聯(lián)系起來。
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(shù)據(jù)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(jù)鍵盤指令啟動儀器進行測量工作,執(zhí)行測量過程中的檢核和數(shù)據(jù)傳輸、處理、顯示、儲存等工作,保證整個光電測量工作有條不紊地進行。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磁卡和微機等設備交互通訊、傳輸數(shù)據(jù)。
目前,世界上許多著名的測繪儀器生產(chǎn)廠商均生產(chǎn)有各種型號的全站儀。
二、全站儀的測量功能與原理
圖4-18光電測距示意圖
(一)、概況
電磁波測距按測程來分,有短程(<3km)、中程(3—15km)和遠程(>15km)之分。按測距精度來分,有Ⅰ級(5mm)、Ⅱ級(5mm—10mm)和Ⅲ級(>10mm)。按載波來分,采用微波段的電磁波作為載波的稱為微波測距儀;采用光波作為裁波的稱為光電測距儀。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),采用紅外線波段作為載波的稱為紅外測距儀。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(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,且能連續(xù)發(fā)光,所以紅外測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距儀。
(二)、測距原理
欲測定A、B兩點間的距離D,安置儀器于A點,安置反射鏡于B點。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,測線上的氣溫t, 氣壓P和濕度e有關。
測定距離的精度,主要取決于測定時間 的精度,例如要求保證±lcm的測距精度,時間測定要求準確到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(tǒng)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(tǒng)接收,測出這一光脈沖往返所需時間間隔( )的鐘脈沖的個數(shù)以求得距離D。由于計數(shù)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(tǒng)發(fā)出一種連續(xù)的調(diào)制光波,測出該調(diào)制光波在測線上往返傳播所產(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,這種光稱為調(diào)制光。測距儀在A點發(fā)出的調(diào)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行相位比較,由顯示器顯出調(diào)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,其具體操作方法會有較大的差異。下面簡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,照準第一個目標A。
(2)設置A方向的水平度盤讀數(shù)為0°00′00″。
(3)照準第二個目標B,此時顯示的水平度盤讀數(shù)即為兩方向間的水平夾角。
2)距離測量
(1)設置棱鏡常數(shù)
測距前須將棱鏡常數(shù)輸入儀器中,儀器會自動對所測距離進行改正。
(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隨大氣的溫度和氣壓而變化,15℃和760mmHg是儀器設置的一個標準值,此時的大氣改正為0ppm。實測時,可輸入溫度和氣壓值,全站儀會自動計算大氣改正值(也可直接輸入大氣改正值),并對測距結果進行改正。
(3)量儀器高、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,距離測量開始,測距完成時顯示斜距、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。精測模式是最常用的測距模式,測量時間約2.5S,最小顯示單位1mm;跟蹤模式,常用于跟蹤移動目標或放樣時連續(xù)測距,最小顯示一般為1cm,每次測距時間約0.3S;粗測模式,測量時間約0.7S,最小顯示單位1cm或1mm。在距離測量或坐標測量時,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)設定測站點的三維坐標。
(2)設定后視點的坐標或設定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。當設定后視點的坐標時,全站儀會自動計算后視方向的方位角,并設定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。
(3)設置棱鏡常數(shù)。
(4)設置大氣改正值或氣溫、氣壓值。
(5)量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。
(6)照準目標棱鏡,按坐標測量鍵,全站儀開始測距并計算顯示測點的三維坐標。 激光二極管相關文章:激光二極管原理
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