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廠商均生產有各種型號的全站儀.
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)的調制光波,測出該調制光波在測線上往返傳播所產生的相依移,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,這種光稱為調制光.測距儀在A點發(fā)出的調制光在待測距離上傳播,經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.
全站儀具有角度測量、距離(斜距、平距、高差)測量、三維坐標測量、導線測量、交會定點測量和放樣測量等多種用途。內置專用軟件后,功能還可進一步拓展。這是一個復雜的一切操作方法是比較復雜的。
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