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全站儀的概念與原理

作者： 時(shí)間：2013-04-06 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ) 收藏
全站儀，即全站型電子速測儀（Electronic Total Station）。是一種集光、機、電為一體的高技術(shù)測量?jì)x器，是集水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、高差測量功能于一體的測繪儀器系統。因其一次安置儀器就可完成該測站上全部測量工作，所以稱(chēng)之為全站儀。廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測量或變形監測領(lǐng)域。

原理

全站儀是一種集光、機、電為一體的新型測角儀器，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)測微讀數代之以自動(dòng)記錄和顯示讀數，使測角操作簡(jiǎn)單化，且可避免讀數誤差的產(chǎn)生。電子經(jīng)緯儀的自動(dòng)記錄、儲存、計算功能，以及數據通訊功能，進(jìn)一步提高了測量作業(yè)的自動(dòng)化程度。

全站儀與光學(xué)經(jīng)緯儀區別在于度盤(pán)讀數及顯示系統，電子經(jīng)緯儀的水平度盤(pán)和豎直度盤(pán)及其讀數裝置是分別采用兩個(gè)相同的光柵度盤(pán)（或編碼盤(pán)）和讀數傳感器進(jìn)行角度測量的。 根據測角精度可分為0。5″，1″，2″，3″，5″，10″等幾個(gè)等級，

簡(jiǎn)史

全站儀是人們在角度測量自動(dòng)化的過(guò)程中應用而生的，各類(lèi)電子經(jīng)緯儀在各種測繪作業(yè)中起著(zhù)巨大的作用。

全站儀的發(fā)展經(jīng)歷了從組合式即光電測距儀與光學(xué)經(jīng)緯儀組合，或光電測距儀與電子經(jīng)緯儀組合，到整體式即將光電測距儀的光波發(fā)射接收系統的光軸和經(jīng)緯儀的視準軸組合為同軸的整體式全站儀等幾個(gè)階段。

最初速測儀的距離測量是通過(guò)光學(xué)方法來(lái)實(shí)現的，我們稱(chēng)這種速測儀為“光學(xué)速測儀”。實(shí)際上，“光學(xué)速測儀”就是指帶有視距絲的經(jīng)緯儀，被測點(diǎn)的平面位置由方向測量及光學(xué)視距來(lái)確定，而高程則是用三角測量方法來(lái)確定的。

帶有“視距絲”的光學(xué)速測儀，由于其快速、簡(jiǎn)易，而在短距離（100米以?xún)龋?、低精?（1/200(1/500）的測量中，如碎部點(diǎn)測定中，有其優(yōu)勢，得到了廣泛的應用。

隨著(zhù)電子測距技術(shù)的出現，大大地推動(dòng)了速測儀的發(fā)展。用電磁波測距儀代替光學(xué)視距經(jīng)緯儀，使得測程更大、測量時(shí)間更短、精度更高。人們將距離由電磁波測距儀測定的速測儀籠統地稱(chēng)之為“電子速測儀”（Electronic Tachymeter）。

然而，隨著(zhù)電子測角技術(shù)的出現。 這一“電子速測儀”的概念又相應地發(fā)生了變化，根據測角方法的不同分為半站型電子速測儀和全站型電子速測儀。半站型電子速測儀是指用光學(xué)方法測角的電子速測儀，也有稱(chēng)之為“測距經(jīng)緯儀”。這種速測儀出現較早，并且進(jìn)行了不斷的改進(jìn)，可將光學(xué)角度讀數通過(guò)鍵盤(pán)輸入到測距儀，對斜距進(jìn)行化算，最后得出平距、高差、方向角和坐標差，這些結果都可自動(dòng)地傳輸到外部存儲器中。全站型電子速測儀則是由電子測角、電子測距、電子計算和數據存儲單元等組成的三維坐標測量系統，測量結果能自動(dòng)顯示，并能與外圍設備交換信息的多功能測量?jì)x器。由于全站型電子速測儀較完善地實(shí)現了測量和處理過(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儀或簡(jiǎn)稱(chēng)全站儀。

20世紀八十年代末，人們根據電子測角系統和電子測距系統的發(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角系統，其類(lèi)型主要有：編碼盤(pán)測角系統、光柵盤(pán)測角系統及動(dòng)態(tài)（光柵盤(pán)）測角系統等三種。

結構

全站儀幾乎可以用在所有的測量領(lǐng)域。電子全站儀由電源部分、測角系統、測距系統、數據處理部分、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角、測距儀器更多的功能，使用也更方便。這些特殊部件構成了全站儀在結構方面獨樹(shù)一幟的特點(diǎn)。

1．同軸望遠鏡

全站儀的望遠鏡實(shí)現了視準軸、測距光波的發(fā)射、接收光軸同軸化。同軸化的基本原理是：在望遠物鏡與調焦透鏡間設置分光棱鏡系統，通過(guò)該系統實(shí)現望遠鏡的多功能，即既可瞄準目標，使之成像于十字絲分劃板，進(jìn)行角度測量。同時(shí)其測距部分的外光路系統又能使測距部分的光敏二極管發(fā)射的調制紅外光在經(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；為測距需要在儀器內部另設一內光路系統，通過(guò)分光棱鏡系統中的光導纖維將由光敏二極管發(fā)射的調制紅外光傳也送給光電二極管接收 ，進(jìn)行而由內、外光路調制光的相位差間接計算光的傳播時(shí)間，計算實(shí)測距離。

同軸性使得望遠鏡一次瞄準即可實(shí)現同時(shí)測定水平角、垂直角和斜距等全部基本測量要素的測定功能。加之全站儀強大、便捷的數據處理功能，使全站儀使用極其方便。

2．雙軸自動(dòng)補償

在儀器的檢驗校正中已介紹了雙軸自動(dòng)補償原理，作業(yè)時(shí)若全站儀縱軸傾斜，會(huì )引起角度觀(guān)測的誤差，盤(pán)左、盤(pán)右觀(guān)測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)補償系統，可對縱軸的傾斜進(jìn)行監測，并在度盤(pán)讀數中對因縱軸傾斜造成的測角誤差自動(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)按豎軸傾斜改正計算式計算，并加入度盤(pán)讀數中加以改正，使度盤(pán)顯示讀數為正確值，即所謂縱軸傾斜自動(dòng)補償。

3．鍵盤(pán)

鍵盤(pán)是全站儀在測量時(shí)輸入操作指令或數據的硬件，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．存儲器

全站儀存儲器的作用是將實(shí)時(shí)采集的測量數據存儲起來(lái)，再根據需要傳送到其它設備如計算機等中，供進(jìn)一步的處理或利用，全站儀的存儲器有內存儲器和存儲卡兩種。

全站儀內存儲器相當于計算機的內存(RAM)，存儲卡是一種外存儲媒體，又稱(chēng)PC卡，作用相當于計算機的磁盤(pán)。 經(jīng)緯儀相關(guān)文章:經(jīng)緯儀原理

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