全站仪测距原理

全站型电子速测仪简称全站仪,它是一种可以同时进行角度(水平角、竖直角)测量、距离(斜距、平距、高差)测量和数据处理,由机械、光学、电子元 件组合而成的测量仪器。由于只需一次安置,仪器便可以完成测站上所有的测量 工作,故被称为"全站仪"。 全站仪上半部分包含有测量的四大光电系统,即水 平角测量系统、竖直角测量系统、水平补偿系统和测距系统。通过键盘可以输入 操作指令、数据和设置参数。以上各系统通过I/O 接口接入总线与微处理机联系 起来。

微处理机(CPU)是全站仪的核心部件,主要有寄存器系列(缓冲寄存器、 数据寄存器、指令寄存器)、运算器和控制器组成。微处理机的主要功能是根据 键盘指令启动仪器进行测量工作,执行测量过程中的检核和数据传输、处理、显 示、储存等工作,保证整个光电测量工作有条不紊地进行。输入输出设备是与外 部设备连接的装置(接口),输入输出设备使全站仪能与磁卡和微机等设备交互 通讯、传输数据。

目前,世界上许多著名的测绘仪器生产厂商均生产有各种型号的全站仪。

(一)、概况

电磁波测距按测程来分,有短程(<3km)、中程(3-15km)和远程(>15km) 之分。按测距精度来分,有Ⅰ级(5mm)、Ⅱ级(5mm-10mm)和Ⅲ级(>10mm)。按载 波来分,采用微波段的电磁波作为载波的称为微波测距仪;采用光波作为裁波的 称为光电测距仪。光电测距仪所使用的光源有激光光源和红外光源(普通光源已 淘汰),采用红外线波段作为载波的称为红外测距仪。由于红外测距仪是以砷化 稼(GaAs)发光二极管所发的荧光作为载波源,发出的红外线的强度能随注入电信 号的强度而变化,因此它兼有载波源和调制器的双重功能。GaAs 发光二极管体 积小,亮度高,功耗小,寿命长,且能连续发光,所以红外测距仪获得了更为迅 速的发展。本节讨论的就是红外光电测距仪。

(二)、测距原理

欲测定A、B 两点间的距离 D,安置仪器于 A 点,安置反射镜于 B 点。仪器 发射的光束由A 至B,经反射镜反射后又返回到仪器。设光速c 为已知,如果光 束在待测距离D 上往返传播的时间 。已知,则距离D 可由下式求出

式中c=c。//n,c。为真空中的光速值,其值为299792458m//s, n 为大气 折射率,它与测距仪所用光源的波长,测线上的气温t, 气压P 和湿度e 有关。

测定距离的精度,主要取决于测定时间 的精度,例如要求保证±lcm 的测 距精度,时间测定要求准确到6.7×10-lls,这是难以做到的。因此,大多采 用间接测定法来测定 。

间接测定 的方法有下列两种:

1.脉冲式测距 由测距仪的发射系统发出光脉冲,经被测目标反射后,再由测距仪的接收系统接收,测出这一光脉冲往返所需时间间隔( )的钟脉冲的个数以求得距离 D。 由于计数器的频率一殷为300MHz(300×106Hz),测距精度为O.5m,精度较低。

2.相位式测距

由测距仪的发射系统发出一种连续的调制光波,测出该调制光波在测线上往 返传播所产生的相依移,以测定距离D。红外光电测距仪一般都采用相位测距法。 在砷化镕(GaAs)发光二极管上加了频率为 f 的交变电压(即注入交变电流) 后,它发出的光强就随注入的交变电流呈正弦变化,这种光称为调制光。测距仪 在A 点发出的调制光在待测距离上传播,经反射镜反射后被接收器所接收,然后 用相位计将发射信号与接受信号进行相位比较,由显示器显出调制光在待测距离 往、返传播所引起的相位移φ 。