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技術(shù)文章

全站儀淺談
　　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(xué)、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(shè)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(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**和微機等設(shè)備交互通訊、傳輸數(shù)據(jù)。 
目前，世界上許多有名的測繪儀器生產(chǎn)廠商均生產(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(shè)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(guān)。 
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(zhǔn)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(biāo)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**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(zhǔn)**個目標(biāo)A。 
（2）設(shè)置A方向的水平度盤讀數(shù)為0°00′00″。 
（3）照準(zhǔn)**個目標(biāo)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(shè)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(shè)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(shè)置的一個標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(zhǔn)目標(biāo)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*常用的測距模式，測量時間約2.5S，*小顯示單位1mm；跟蹤模式，常用于跟蹤移動目標(biāo)或放樣時連續(xù)測距，*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，*小顯示單位1cm或1mm。在距離測量或坐標(biāo)測量時，可按測距模式（MODE）鍵選擇不同的測距模式。應(yīng)注意，有些型號的全站儀在距離測量時不能設(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)測量 
（1）設(shè)定測站點度盤讀數(shù)為其方位角。當(dāng)設(shè)定后視點的坐標(biāo)時，全站儀會自動計算后視方向的方位角，并設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(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）量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。 
（6）照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡，按坐標(biāo)測量鍵，全站儀開始測距并計算顯示測點的三維坐標(biāo)。
（3）照準(zhǔn)**個目標(biāo)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(shè)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(shè)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(shè)置的一個標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(zhǔn)目標(biāo)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*常用的測距模式，測量時間約2.5S，*小顯示單位1mm；跟蹤模式，常用于跟蹤移動目標(biāo)或放樣時連續(xù)測距，*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，*小顯示單位1cm或1mm。在距離測量或坐標(biāo)測量時，可按測距模式（MODE）鍵選擇不同的測距模式。應(yīng)注意，有些型號的全站儀在距離測量時不能設(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)測量 
（1）設(shè)定測站點度盤讀數(shù)為其方位角。當(dāng)設(shè)定后視點的坐標(biāo)時，全站儀會自動計算后視方向的方位角，并設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(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）量儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。 
（6）照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡，按坐標(biāo)測量鍵，全站儀開始測距并計算顯示測點的三維坐標(biāo)。
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