相位式光电测距仪的工作原理
光电测距基本原理
光电测距仪根据测定时间t的方式，分为直接测定时间的脉冲测距法和间接测定时间的相位测距法。
高精度的测距仪，一般采用相位式。
相位式光电测距仪的测距原理是：由光源发出的光通过调制器后，成为光强随高频信号变化的调制光。
通过测量调制光在待测距离上往返传播的相位差φ来解算距离。
相位法测距相当于用“光尺”代替钢尺量距，而λ/2为光尺长度。
相位式测距仪中，相位计只能测出相位差的尾数ΔN，测不出整周期数N，因此对大于光尺的距离无法测定。
为了扩大测程，应选择较长的光尺。
为了解决扩大测程与保证精度的矛盾，短程测距仪上一般采用两个调制频率，即两种光尺。
例如：长光尺（称为粗尺）f1=150kHz，λ1/2=1 000m，用于扩大测程，测定百米、十米和米；短光尺（称为精尺）f2=15MHz，λ2/2=10m，用于保证精度，测定米、分米、厘米和毫米。
光电测距仪结构1．仪器结构主机通过连接器安置在经纬仪上部，经纬仪可以是普通光学经纬仪，也可以是电子经纬仪。
利用光轴调节螺旋，可使主机的发射——接受器光轴与经纬仪视准轴位于同一竖直面内。
另外，测距仪横轴到经纬仪横轴的高度与觇牌中心到反射棱镜高度一致，从而使经纬仪瞄准觇牌中心的视线与测距仪瞄准反射棱镜中心的视线保持平行，配合主机测距的反射棱镜，根据距离远近，可选用单棱镜（1500m内）或三棱镜（2 500m内），棱镜安置在三脚架上，根据光学对中器和长水准管进行对中整平。
2．仪器主要技术指标及功能短程红外光电测距仪的最大测程为2 500m，测距精度可达±（3mm+2×10-6×D）（其中D为所测距离）；最小读数为1 mm；仪器设有自动光强调节装置，在复杂环境下测量时也可人工调节光强；可输入温度、气压和棱镜常数自动对结果进行改正；可输入垂直角自动计算出水平距离和高差；可通过距离预置进行定线放样；若输入测站坐标和高程，可自动计算观测点的坐标和高程。
测距方式有正常测量和跟踪测量，其中正常测量所需时间为3s，还能显示数次测量的平均值；跟踪测量所需时间为0.8s，每隔一定时间间隔自动重复测距。
laser 测量原理
laser 测量原理
激光测距（laser distance measuring）是以激光器作为光源进行测距。
根据激光工作的方式，可以分为连续激光器和脉冲激光器。
激光测距的原理主要是基于光速和时间的关系，通过测量光在空气中传播的时间来计算距离。
对于脉冲激光测距，测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。
光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。
脉冲法测量距离的精度一般是在±10厘米左右，而测量盲区一般是1米左右。
此外，还有相位式激光测距，主要使用连续输出的氦氖、氩离子、氪镉等气体激光器。
相位式激光测距的原理是利用激光器的频率稳定度和传播速度，通过测量相位差来计算距离。
相位式激光测距的精度较高，可以达到毫米级别，但测量范围较小。
以上内容仅供参考，如需获取更多信息，建议查阅关于激光测距的资料或者咨询专业人士。
用于相位法激光测距的电路系统设计
用于相位法激光测距的电路系统设计激光测距是一种常用的非接触式测量技术，可以精确测量目标物体与测距仪的距离。
相位法激光测距是其中一种常见的方法，通过测量激光光波的相位差来计算距离。
下面将介绍一个基于相位法激光测距原理的电路系统设计。
1. 激光发射电路：设计一个激光二极管的驱动电路，可以通过电流控制二极管的发射光强。
使用一个恒流源以确保驱动电流的稳定性。
此外，还需要添加一个调节电路，可以根据需要调整激光发射的光功率。
2. 光电检测电路：将光电二极管作为光电检测元件接在测距仪上，用于接收激光反射光信号。
光电二极管产生的电流与光的强度成正比。
使用一个高增益的放大器将光电二极管产生的微弱电流信号放大。
3. 相位差测量电路：使用一个相位差测量电路来测量激光光波发射和接收之间的相位差。
该电路可以采用锁相放大器或频率调制技术。
在锁相放大器中，将激光发射的信号作为参考信号，将光电二极管接收到的信号作为待测信号输入。
锁相放大器可以精确测量相位差，并输出一个稳定的直流电压信号。
4. 距离计算电路：将锁相放大器输出的直流电压信号输入到距离计算电路中，根据相位差和激光波长的关系，计算出目标物体与测距仪之间的距离。
该电路可以通过编程芯片或者专门的测距芯片来实现距离计算。
以上是一个基于相位法激光测距原理的电路系统设计。
通过精心选择和设计各个电路模块，可以实现高精度和稳定的激光测距功能。
需要注意的是，在实际设计中还需考虑电路的抗干扰能力、功率稳定性和其他实际应用需要的因素。
在激光测距中，相位法是一种常用的方法，能够提供高精度和高稳定性的测距结果。
相位法激光测距的原理是通过测量激光发射和接收之间的光波相位差来计算目标物体与测距仪之间的距离。
在设计电路系统时，需要考虑到激光发射电路、光电检测电路、相位差测量电路和距离计算电路等各个环节。
首先，激光发射电路是相位法激光测距系统中的重要组成部分。
它负责驱动激光二极管发射具有稳定光强的激光光束。
相位式激光测距原理
相位式激光测距原理
相位式激光测距原理是一种利用光学原理测量物体距离的方法。
其基
本原理是将激光束发送到目标物体，经过反射后接收回来，然后根据
光的相位差计算出物体到激光测距仪的距离。
下面将会逐一讲解相位
式激光测距原理的详细内容。
1. 激光的发射
相位式激光测距仪通过激光器发射一束定向、单色、激光光束，将激
光传输到目标体上。
2. 激光的接收
激光的接收有两种方法，其中一种可以使用普通的接收型光电二极管
来完成，另一种则需要使用相位测量的方法。
3. 相位差的测量
通过对激光发射时和接收时的相位差进行测量，得到目标到发射点的
距离，这个距离与光的波长有关。
4. 数据的处理
将测得的距离进行处理后，即可得到精确的目标距离数据，同时在数
据处理的过程当中，还可以实现自动跟踪，提高了装置的实用性。
总之，相位式激光测距原理是一种非常先进和高精度的测距方法，其
原理也比较复杂，需要参考一定的物理学知识，而在工业、航空航天、军事等领域都有广泛的应用。
第4章__光电测距
气象改正 ：
气象改正数随温度和气压的变化而变化，因此气象元素（ 气象改正数随温度和气压的变化而变化，因此气象元素（温度 和气压）最好是取测线上的平均值来计算。 和气压）最好是取测线上的平均值来计算。
波道弯曲改正 ：
由于波道弯曲引起的弧长化为弦长的波道几何改正。 由于波道弯曲引起的弧长化为弦长的波道几何改正。 由于实际大气折射系数仅用测线两端的中值， 由于实际大气折射系数仅用测线两端的中值，而没有采用严格沿 波道上的积分平均值，因此产生了所谓折射系数的代表性改正。 波道上的积分平均值，因此产生了所谓折射系数的代表性改正。
按反射目标分： 按反射目标分：
漫反射目标 合作目标 有源反射器
按精度指标分： 按精度指标分：I级
II级 II级 10mm
III级 III级 20mm
mD
5mm
相位式光电测距仪的基本公式
D= c ( N + ∆Φ / 2π ) = L( N + ∆N ) 2f
∆N 式中： = ∆Φ / 2π ——测尺长度； N ——整周数； L = c / 2 f = λ / 2 ——不足一周的尾数
固定误差的影响 ：
测相误差，仪器加常数误差和对中误差都属于固定误差。 测相误差，仪器加常数误差和对中误差都属于固定误差。在精 密的短程测距时，这类误差将处于突出的地位。 密的短程测距时，这类误差将处于突出的地位。 对中误差 在控制测量中，一般要求对中误差在3mm以下 以下， 在控制测量中，一般要求对中误差在3mm以下，要求归心误差 在5mm左右。但在精密短程测距时，由于精度要求高，必须采用强 mm左右。但在精密短程测距时， 由于精度要求高， 左右 制归心方法，最大限度地削弱此项误差影响。 制归心方法，最大限度地削弱此项误差影响。 仪器加常数误差 经常对加常数进行及时检测， 经常对加常数进行及时检测，予以发现并改用新的加常数来避 免这种影响。 免这种影响。 测相误差 包括测相设备本身的误差 ，幅相误差 ，照准误差 ，信噪比 引起的误差， 引起的误差，周期误差 。
光电测距仪测距误差分析
光电测距仪测距误差分析武汉大学电子信息学院 湖北 武汉摘要：本文指出了光电测距仪测距误差的主要来源，对测距误差及其影响进行了分析，并给出精度评定的方法。
关键词：光电测距仪 测距误差 精度评定一、引言光电测距仪自问世以来,以其操作方便、快捷、高效、精密、自动化、智能化等特点,被广泛应用于工程测量、控制测量、地形测量、地籍与房产测量、施工放样、工业测量及近海定位等领域。
数字地球的建设,也以其为基本的数字采集设备之一。
作为一种被多种领域频繁使用的长度计量仪器,光电测距仪测距误差的分析与测距精度的定期评定始终是用户和承包方关心的问题。
因为仪器能否在要求的精度下可靠地工作,是测量工作能否保质保量完成的前提条件。
国家技术监督局对光电仪器（全站仪、测距仪）测距系统的检定目的、项目和方法作了具的规范要求，本文就光电仪器的测距误差及精度评定进行分析。
测距精度是光电测距仪的重要技术指标之一，其测距精度不但与仪器的性能有关，同时也取决于使用方法和实测时外界因素的影响。
分析测距误差的来源和影响程度，找出消除或减弱误差的措施和方法，对于正确、合理地使用仪器和维护仪器，以便测出精度较好的距离成果和分析测距成果质量等都是很有必要的。
按照规范要求，对仪器进行检定，客观地评定仪器测距的实际综合精度，对了解仪器性能指标，验收新购和修理后的仪器以及合理使用仪器尤为重要。
欲达到系统客观地评定一台光电测距仪的测距精度这一目的，一方面应严格地按照规范要求对仪器进行检定，另一方面还需具备有关测距原理及相关的误差理论知识，以便找出测距误差的主要来源，再进行测距误差分析，作为综合评定仪器精度的依据。
二、光电测距原理1.光电测距仪按仪器测程分类：短程光电测距仪：测程在3Km 以内，测距精度一般在1cm 左右。
中程光电测距仪：测程在3~15Km 左右，适用于二、三、四等控制网的边长控制，精度一般可达±（10mm+6-10⨯）。
远程激光测距仪：测程在15Km 以上的测距仪，精度一般可达±（5mm+16-10⨯），满足国家一、二等控制网的边长控制。
相位式激光测距仪激光接收部分设计
相位式激光测距仪激光接收部分设计激光测距仪是一种测量目标物体距离的工具，其原理是利用激光束在空气中传播的特性，通过测量激光束的往返时间来计算出目标物体与测距仪的距离。
激光接收部分是激光测距仪的核心组成部分之一，其设计的好坏直接影响到测量结果的准确性和稳定性。
在设计激光接收部分时，需要考虑以下几个关键因素：1.激光接收器的选择：激光接收器是接收激光信号的关键部件，其性能直接影响到激光测距仪的灵敏度和测距范围。
常见的激光接收器有光电二极管（PD）和光电效应晶体管（APD）。
PD具有较高的响应速度和较低的噪声，适用于近距离测距场景；APD具有较高的增益和较低的噪声，适用于远距离测距场景。
2.光学系统的设计：光学系统包括透镜、滤波器等光学元件，其作用是将入射的激光束聚焦到激光接收器上。
在设计光学系统时需要考虑激光束的聚焦效果、散斑噪声等因素，以提高测距仪的测量精度和信噪比。
3.信号放大和滤波电路的设计：激光接收器输出的信号很弱，需要经过放大和滤波才能得到可信的测距信号。
放大电路可以采用运算放大器等电路实现，滤波电路可以采用RC滤波器或数字滤波器等实现。
通过合理设计放大和滤波电路，可以提高信号的噪声抑制和动态范围。
4.时间测量电路的设计：激光测距仪是通过测量激光束的往返时间来计算距离的，因此需要设计一个高精度的时间测量电路。
常用的时间测量电路有计数器、时钟等，可以通过采样和比较测量激光脉冲信号的上升沿和下降沿来计算出往返时间。
在设计激光接收部分时，还需考虑以下一些技术细节：5.温度补偿：激光测距仪的测量精度受到温度的影响，尤其是光学元件和电子元件的温度变化。
因此，需要设计温度补偿电路，通过测量环境温度并补偿光学和电子元件的参考值，提高测量精度。
6.光路对齐：激光测距仪的激光发射和接收部分需要在一条直线上对准，才能确保测量结果的准确性。
因此，需要设计一个精密的光路对齐机构，确保激光束的传输方向稳定。
7.防干扰设计：激光测距仪易受到外界光源干扰，导致测量结果偏差。
第四章距离测量..
精度
1cm 10cm
1m
10m 100m
控制LO测GO量
可以采用一组测尺共同测距，以短测尺（精 测尺）保证精度，长测尺（粗测尺）保证测 程，从而也解决了“多值性”的问题。 根据仪器的测程与精度要求，即可选定测尺 数目和测尺精度。
控制LO测GO量
❖ 当待测距离较长时，为了既保证必需的测距精度， 又满足测程的要求。在考虑到仪器的测相精度为千 分之一情况下，我们可以在测距仪中设置几把不同 的测尺频率，即相当于设置了几把长度不同、最小 分划值也不相同的“尺子”，用它们同测某段距离， 然后将各自所测的结果组合起来，就可得到单一的、 精确的距离值。
相位式测距仪：测定仪器发射的测距信号往返于被测距离的 滞后相位来间接推算信号的传播时间，从而求得所测距离的 一类测距仪。
控制LO测GO量
一、电磁波测距仪的分类
思考：取v=3*108m/s,f=15MHZ，当要求测距 误差小于1cm时，脉冲法测距的计时精度、相 位法测距时的测定相位角的精度应达到多少？
❖ 中程光电测距仪：测程在3～15km左右的仪器称为中程 光电测距仪，这类仪器适用于二、三、四等控制网的边 长测量。
❖ 远程激光测距仪：测程在15km以上的光电测距仪，精度 一般可达±(5mm+1×10-6），能满足国家一、二等控制 网的边长测量。
控制LO测GO量
一、电磁波测距仪的分类
3、按载波源，测距仪分为 光波 微波
各等级边长测距的主要技术要求，应符合下表的规定。
平面 控制 网等
级
三等
四等
一级 二、 三级
仪器型号
观测 次数
往返
≤ 5 mm级仪器 11
≤10 mm级仪器 ≤5 mm级仪器
4距离测量
l ld l l0
2）温度改正
l — 全长改正数 l 0 — 名义长度
l
— 任一尺段
α — 钢尺膨胀系数
lt (t t0 )l
t — 丈量时温度
t0 — 标准温度
3）倾斜改正
当l为斜距时应换算成平距d，则倾斜改正值为：
l h d l
1 (l 2 h 2 ) 2
电磁波测距仪的优点：
1、测程远、精度高。 2、受地形限制少等优点。 3、作业快、工作强度低。
工程测量中应用较多的是短程红外 光电测距仪。
2、电磁波测距仪分类
1） 按其所采用的载波（光源）可分为：
①微波测距仪(microwave EDM instrument)； ②激光测距仪(laser EDM instrument)； ③红外测距仪(infrared EDM instrument);
5、定线误差
6、丈量误差
1、距离丈量的三个基本要求是：“直、平、准”。 2、丈量时尺身要置水平，尺要拉紧 3、钢尺在拉出和收卷时，要避免钢尺打卷 4、尺子用过后，要用软布擦干净后上油。
二、普通视距测量
普通视距测量的精 度一般为1/200~1/300， 但由于操作简便，不受 地形起伏限制，可同时 测定距离和高差，被广 泛用于测距精度要求不 高的地形测量中。
◆ 1960年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一 台氦-氖激光器，1962年砷化镓半导体激光器研制成功。与 白炽灯比较，激光的优点是发散角小、穿透力强、传输的距 离远、不受太阳光干扰、基本上可以全天侯作业。
◆1967年AGA公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪 AGA-8。该仪器采用5mw的氦-氖激光器作发光元件，白天测 程为40km，夜间测程达60km，测距精度(5mm+1ppm)，主机 重量23kg。 ◆我国的武汉地震大队也于1969年研制成功了JCY-1型激光 测距仪，1974年又研制并生产了JCY-2型激光测距仪。该仪 器采用2.5mw的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为20km， 测距精度(5mm+1ppm)，主机重量16.3kg。
距离测量—光电测距(工程测量)
光电测距
2、测距仪的精度：mD (a 106 bD)
式中：mD — 测距中误差，单位为mm； a — 固定误差，单位为mm； b — 比例误差； D — 以km为单位的距离。
RED mini短程红外测距仪的精度为
返回
0 N 1 式中
N N＝ ＝
22
，
取 C 3108 m ，则不同的调制频率ƒ对应的
测尺长见下表：
调制频率ƒ 测尺长
2
15MHZ 7.5MHZ 1.5MHZ 150 KH Z 75KH Z
10m 20m 100m 1km 2km
调制频率越大，测尺长度越短。
光电测距 相位式测距仪的基本工作原理图：
光电测距
电磁波测距仪是用电磁波（光波或微波）作为 载波传输测距信号以测量两点间距离的一种方法。
电磁波测距仪的分类： 1、光电测距仪 （可见光、红外光、激光） 2、微波测距仪 （无线电波、微波）
红外测距仪
光电测距
电磁波测距仪的优点： 1、测程远、精度高。 2、受地形限制少等优点。 3、作业快、工作强度低。
D Lcos
L——经过常数改正和气象改正后的距； α——经纬仪测定的测线竖直角。
光电测距
四、光电测距的注意事项
(1) 防止日晒雨淋，在仪器使用和运输中应注意防震。 (2) 严防阳光及强光直射物镜，以免损坏光电器件。 (3) 仪器长期不用时，应将电池取出。 (4) 测线应离开地面障碍物一定高度，避免通过发热体 和较宽水面上空，避开强电磁场干扰的地方。 (5) 镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰。 (6) 应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测。
光电测距仪的分类
光电测距仪的分类
1. 按测距方式分类：光电测距仪可以分为脉冲式和相位式两种类型。
脉冲式测距仪通过测量激光脉冲在被测目标和测距仪之间往返传播的时间来计算距离。
相位式测距仪则是通过测量激光在被测目标和测距仪之间传播时的相位差来计算距离。
2. 按光源类型分类：常见的光电测距仪光源包括激光和红外光。
激光测距仪使用激光作为光源，具有较高的测距精度和较远的测距范围。
红外光测距仪则使用红外光作为光源，通常用于短距离测量。
3. 按测量范围分类：根据测量范围的不同，光电测距仪可以分为短程、中程和长程测距仪。
短程测距仪的测量范围通常在几百米以内，适用于室内测量和短距离测量。
中程测距仪的测量范围在几百米到几千米之间，常用于工程测量和建筑测量。
长程测距仪的测量范围可以达到几十千米甚至上百千米，适用于大地测量和地质勘探等领域。
4. 按使用场合分类：光电测距仪可以分为便携式和固定式两种类型。
便携式测距仪体积小巧，便于携带，适用于户外测量和移动作业。
固定式测距仪通常安装在固定位置，用于长期监测或工业自动化等领域。
5. 按功能特点分类：一些光电测距仪还具有特殊的功能特点，如防水、防尘、防摔、数据存储和无线传输等。
这些功能特点可以根据具体的应用需求进行选择。
以上是一些常见的光电测距仪分类方式，不同的分类方式适用于不同的应用领域和需求。
在选择光电测距仪时，需要根据具体的测量要求和使用环境来选择合适的类型。
相位测距
基于高精度测距的APD接收电路设计相位式测距是通过测量连续的幅度调制信号在待测距离上往返传播所产生的相位延迟，间接地测定信号传播时间，从而得到被测距离的。
这种方法测量精度高，通常在毫米量级。
2.1相位式激光测距技术2.1.1基本原理相位式激光测距的基本原理框图如图所示：相位法激光测距基本原理图它由激光发射系统、角反射器、接收系统、综合频率系统、混频鉴相系统和计数显示系统等组成。
角反射器是一种三个反射面之间互成90°的光学棱镜，90°角要求有误差小于±2 ''的加工精度；它可以把射来的光线按原方向反射回去，即一个入射光射入后，不论入射角如何，经角反射器棱镜反射后的光线与入射光线平行。
相位法激光测距技术就是利用发射的调制光和被目标反射的接收光之间光波的相位差所包含的距离信息来实现对被测目标距离量的测量。
由于采用调制和差频测相技术，具有测量精度高的优点，广泛应用于有合作目标的精密测距场合。
基本原理如下：相位式激光测距调制波形图设调制频率为f，幅度调制波形如图 2.2 所示，波长为式中c是光速，λ是调制波形的波长。
由图可知，光波从A点传到B点的相移φ可表示为式中，m 是零或正整数，Δm 是个小数，A,B 两点之间的距离L 为式中，t 表示光由A点传到B点所需时间。
给出(2-3)式时已利用了(2-1)式和(2-2)式。
由(2-3)式可知，如果测得光波相移φ中2π的整数m 和小数Δm ，就可由(2-3)式确定出被测距离L，所以调制光波被认为是相位式激光测距仪测量距离的一把度量标准，可以形象的称之为“光尺”。
不过，用一台测距仪直接测量A和B两点光波传播的相移是非常困难的，因此采用在B点设置一个反射器(即所谓合作目标)，使从测距仪发出的光波经反射器反射再返回测距仪，然后由测距仪的测相系统对光波往返一次的相位变化进行测量。
图 2.3示意地表示光波在距离L 上往返一次后的相位变化。
光学测距仪分类及原理
光学测距仪分类及原理
光学测距仪是一种用于测量距离的仪器，它利用光学原理和技术来实现测距功能。
根据其工作原理和应用领域的不同，光学测距仪可以分为以下几类。
1. 激光测距仪
激光测距仪是一种常用的光学测距仪器，它利用激光束的光电效应进行距离测量。
激光测距仪发射一束激光，通过测量激光从发射到接收所需要的时间，计算出测量物体与测距仪之间的距离。
激光测距仪具有高精度、高测量速度和长测量距离等优点，广泛应用于建筑测量、地理测绘、工程测量等领域。
2. 相位测距仪
相位测距仪是另一种常见的光学测距仪器，它利用光波的相位差进行距离测量。
相位测距仪通过测量发射光波和接收光波之间的相位差，计算出测量物体与测距仪之间的距离。
相位测距仪具有较高的测量精度，广泛应用于激光雷达、医学影像测量等领域。
3. 其他光学测距仪
除了激光测距仪和相位测距仪，还有一些其他类型的光学测距仪。
例如，基于图像处理的光学测距仪能够通过对待测物体的图像
进行处理，得到物体与测距仪之间的距离。
此外，也有一些基于声音、红外线等原理的光学测距仪器。
这些光学测距仪具有各自的特
点和应用领域。
综上所述，光学测距仪根据其原理和应用领域的不同，可分为
激光测距仪、相位测距仪和其他光学测距仪。
这些测距仪器在各自
的领域有着重要的应用，为距离测量提供了有效的工具和技术支持。
参考文献：
- 张一民，苏竹林. 光学测距技术[M]. 国防工业出版社, 2003.
- 王朝军. 光学测量技术[M]. 国防工业出版社, 2013.。
光电测距仪测距误差分析及精度评定
光电测距仪测距误差分析及精度评定摘要:光电测距仪自问世以来，被广泛应用于工程测量、控制测量、地形测量和工业测量等领域。
本文指出了光电仪器测距误差的主要来源，并对误差进行了分析，给出了仪器精度评定的方法。
关键词：光电仪器；误差分析；精度评定。
光电测距仪和全站仪以其操作方便、快捷、高效、精密、自动化、智能化等特点,被许多领域广泛应用。
作为一种被多种领域频繁使用的长度计量仪器,光电测距仪测距精度的定期检定始终是用户和承包方关心的问题,因为仪器能否在要求的精度下可靠地工作,是测量工作能否保质保量完成的前提条件。
一、基本原理1.光电测距仪的基本原理。
光电测距仪是以电磁波作为载波，通过测定电磁波在基线两端点间的往返传播时间来测量测线两点间距离的测量仪器。
测距仪按测程分类分为短程(测程2～3km)、中程(2～15km)、远程(15～60km)和超远程(测程＞60km)测距仪;按光源分类可分为激光测距仪、红外测距仪和微波测距仪;按振荡频率可分为固频测距仪和变频测距仪;按测定方法分类可分为脉冲式测距仪、相位式测距仪和干涉式测距仪等。
2.脉冲式光电测距仪。
由测距仪发射系统发出脉冲，经被测目标反射后，再由测距仪的接收系统接收，可直接测定脉冲在待测距离上的传播时间，即发射脉冲与接收脉冲的时间差，从而求得待测距离。
其优点是功率大、测程远;缺点是测距的绝对精度较低，一般只能达到米级，不能满足地籍测量和工程测量的要求。
3.相位式光电测距仪。
相位式光电测距仪是通过测量连续调制波在待测距离上往返传播一次所产生的相位变化，间接测试调制信号的传播时间，从而求得待测距离。
其优点是采用自动数字测相技术，测距绝对精度高，一般能达到毫米级，是目前应用最多的测距仪器。
二、光电测距仪的测距误差光电测距仪的测距误差分为两部分:1.比例误差:与被测距离长度成比例的误差,主要是由频率误差,大气折射率误差及真空光速测定误差给测距结果带来误差。
其中光速测定误差对测距值的影响可忽略不计。
光电测距(1)
任务3光电测距【任务描述】作为工程测量人员，要掌握光电测距的过程和计算公式的工作。
活动1光电测距的原理【活动目标】掌握光电测距的原理【基本知识】一、光电测距简介前面介绍的钢尺量距，作业工作十分繁重，而且效率较低，在山区或沼泽地区使用钢尺更为困难。
视距测量精度又太低。
为了提高测距速度和精度，随着科学技术的进步，在20世纪40年代末人们就研制成了光电测距仪。
它具有测量速度快、方便，受地形影响小，测量精度高等优点，现已逐渐代替常规量距，如今，光电测距仪的应用，大大提高了作业的速度和效率，使测边的精度大为提高。
光电测距仪按测程划分有：短程测距仪(≤5km)、中程测距仪(5～15km)、远程测距仪(15km以上)；按测量精度划分为：I级(1 mD I<一5mm)、Ⅱ级(5mm。
<I mD l≤lOmm)和Ⅲ级(I mD I≥lOmm)(I mD I为lkm测距的中误差)；按采用载波划分有：微波测距仪、激光测距仪和红外测距仪。
二、光电测距仪测距的原理如图4—13所示，光电测距的原理是以电磁波(光波等)作为载波，通过测定光波在测线两端点间的往返传播时间￡：D，以及光波在大气中的传播速度c，来测量两点间距离的方法。
若电磁波在测线两端往返传播的时间为t：口，光波在大气中的传播速度为c，则可求出两点间的水平距离D。
图4-13 光电测距原理D=1/2c*t2D (4—11)式中：c——光波在大气中的传播速度。
(c。
为光波在真空中的传播速度，反射棱镜其值为299 792 458m／s；n为大气折射率，是大气压力、温度、湿度的函数)；f：D——光波在被测两端点间往返传播一次所用的时间(s)。
从式(4—11)可知，光电测距仪主要是确定光波在待测距离上所用的时tzD，据此计算出所测距离。
因此测距的精度主要取决于测定时间t：D的精度，时间￡zD的测定可采用直接方式，也可采用间接方式，如要达到±1em的测距精度，时间量测精度应达到6．7×10‘11 s，这对电子元件的性能要求很高，难以达到。
测量学第04章-距离测量
钢尺：
端点尺
0
3
4
5
6
7
8
9
10
9cm
刻线尺
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
9cm
辅助工具
花杆 测钎 垂球
温度计 弹簧秤
二、直线定线
直线定线: 在地面上标定出位于同一直线上 的若干点，以便分段丈量。
方 法: 目视定线和经纬仪定线。
1、目视定线
3
B
2
1 A
2、经纬仪定线
B 1 2 A
三、钢尺量距的一般方法
方法
特点
劳动强度大，工作效率低，受 钢尺测量 地形影响大，精度为
1/1000~1/4000
观测速度快，操作方便，不受
视距测量
地形限制，精度为1/200~1/300， 测程小。广泛应用在地形测量
中。
光电测距 观测速度快，测程大，不受地
第四章 距离测量
4.1 钢尺量距 4.2 视距测量 4.3 光电测距 4.4 全站仪及GPS测距
（4）在中丝不变的情况下读取竖直度盘读数 ，并将竖盘读数换算为竖直角α。
三、视距测量方法
（5）根据n、α、i和l计算水平距离D和高差h， 再由测站高程计算出测点高程。
• 为了计算高差方便，可将中丝读数卡在与仪
器等高的位置上，则h=Dtgα +i-l =Dtgα
• 为了计算n方便，可将下丝卡在尺的整数上。
六、量距的误差分析
定线误差 尺长误差 倾斜误差 温度误差 拉力误差 丈量本身的误差
B A
第四章 距离测量
4.1 钢尺量距 4.2 视距测量 4.3 光电测距 4.4 全站仪及GPS测距
测量学考试题库（附含答案解析）
测量学考试题库（附含答案解析）第一章绪论1.1试题1.1.1名词解释题(1)水准面(2)大地水准面(3)参考椭球面(4)绝对高程(5)相对高程1.1.2填空题(1)地形图测绘工作程序，首先应作___________________________，然后才做_________________________，这样做的好处是________________________ ____________________________和_________________________。
(2)确定地面点的空间位置必须有三个参量：(a)____________，(b)____________(c)_______________。
(3)小区域独立测区坐标系可用______________________________坐标系; 大区域测量坐标系应采用_______________________坐标系。
(4)测量工作的组织原则是______________________，_____________________和____________________________。
(5)普通工程测绘工作中，大比例尺是指_______________________________，中比例尺是指_______________________________________，小比例尺是指_________________________________________。
(6)测量工作内容的三要素是指:____________测量，____________测量以及___________测量。
(7)测量工作中使用的坐标系，其X、Y坐标轴位置与数学上正相反，其原因是__________________________________________________________。
(8)测量的任务包括测绘与放样两方面，测绘是________________________________________________________; 放放样是__________________________ _________________________。
光电测距
任务3光电测距【任务描述】作为工程测量人员，要掌握光电测距的过程和计算公式的工作。
活动1光电测距的原理【活动目标】掌握光电测距的原理【基本知识】一、光电测距简介前面介绍的钢尺量距，作业工作十分繁重，而且效率较低，在山区或沼泽地区使用钢尺更为困难。
视距测量精度又太低。
为了提高测距速度和精度，随着科学技术的进步，在20世纪40年代末人们就研制成了光电测距仪。
它具有测量速度快、方便，受地形影响小，测量精度高等优点，现已逐渐代替常规量距，如今，光电测距仪的应用，大大提高了作业的速度和效率，使测边的精度大为提高。
光电测距仪按测程划分有：短程测距仪(≤5km)、中程测距仪(5～15km)、远程测距仪(15km以上)；按测量精度划分为：I级(1 mD I<一5mm)、Ⅱ级(5mm。
<I mD l≤lOmm)和Ⅲ级(I mD I≥lOmm)(I mD I为lkm测距的中误差)；按采用载波划分有：微波测距仪、激光测距仪和红外测距仪。
二、光电测距仪测距的原理如图4—13所示，光电测距的原理是以电磁波(光波等)作为载波，通过测定光波在测线两端点间的往返传播时间￡：D，以及光波在大气中的传播速度c，来测量两点间距离的方法。
若电磁波在测线两端往返传播的时间为t：口，光波在大气中的传播速度为c，则可求出两点间的水平距离D。
图4-13 光电测距原理D=1/2c*t2D (4—11)式中：c——光波在大气中的传播速度。
(c。
为光波在真空中的传播速度，反射棱镜其值为299 792 458m／s；n为大气折射率，是大气压力、温度、湿度的函数)；f：D——光波在被测两端点间往返传播一次所用的时间(s)。
从式(4—11)可知，光电测距仪主要是确定光波在待测距离上所用的时tzD，据此计算出所测距离。
因此测距的精度主要取决于测定时间t：D的精度，时间￡zD的测定可采用直接方式，也可采用间接方式，如要达到±1em的测距精度，时间量测精度应达到6．7×10‘11 s，这对电子元件的性能要求很高，难以达到。
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§4.2 相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的种类较多，但其基本的工作原理是相同的。
本节将讨论相位式光电测距仪的工作原理，并着重介绍它的几个主要部件的工作原理。
4.2.1 相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的工作原理可按图4-4所示的方框图来说明。
图4-4由光源所发出的光波（红外光或激光），进入调制器后，被来自主控振荡器（简称主振）的高频测距信号1f 所调制，成为调幅波。
这种调幅波经外光路进入接收器，会聚在光电器件上，光信号立即转化为电信号。
这个电信号就是调幅波往返于测线后经过解调的高颇测距信号，它的相位已延迟了Φ。
∆Φ+⨯=ΦN π2这个高频测距信号与来自本机振荡器（简称本振）的高频信号1f '经测距信号混频器进行光电混频，经过选频放大后得到一个低频（11f f f '-=∆）测距信号，用D e 表示。
D e 仍保留了高频测距信号原有的相位延迟∆Φ+⨯=ΦN π2。
为了进行比相，主振高频测距信号1f 的一部分称为参考信号与本振高频信号1f '同时送入参考信号混频器，经过选频放大后，得到可作为比相基准的低频（11f f f '-=∆）参考信号，0e 表示，由于0e 没有经过往返测线的路程，所以0e 不存在象D e 中产生的那一相位延迟Φ。
因此，D e 和0e 同时送人相位器采用数字测相技术进行相位比较，在显示器上将显示出测距信号往返于测线的相位延迟结果。
当采用一个测尺频率1f 时，显示器上就只有不足一周的相位差∆Φ所相应的测距尾数，超过一周的整周数N 所相应的测距整尺数就无法知道，为此，相位式测距仪的主振和本振二个部件中还包含一组粗测尺的振荡频率，即主振频率 32,f f 和本振频率 32,f f ''。
如前所述，若用粗测尺频率进行同样的测量，把精测尺与一组粗测尺的结果组合起来，就能得到整个待测距离的数值了。
4.2.2 相位式光电测距仪各主要部件的工作原理1.光源相位式测距仪的光源，主要有砷化镓（GaAs ）二极管和氦-氖（He-Ne ）气体激光器。
前者一般用于短程测距仪中，后者用于中远程测距仪中。
下面对这二种光源作一介绍。
（1）砷化镓（GaAs ）二极管砷化镓（GaAs ）二极管是一种晶体二极管，与普通二极管一样，内部也有一个PN 结，如图4-5所示。
它的正向电阻很小，反向电阻较大。
当正向注入强电流时，在PN 结里就会有波长为0.72～0.94μm 之间红外光出射，而且出射的光强会随着注入电流的大小而变化，因此可以简单地通过改变馈电电流对光强的输出进行调制，即所谓“电流直接调制”。
这对测距仪用作光源十分有意义，因为能直接调制光强，无需再配备结构复杂、功耗较大的调制器。
此外，砷化镓二极管光源与其他光源比较，还有体积小重量轻，结构牢固和不怕震动等优点，有利于使测距仪小型化，轻便化。
图4-5 图4-6GaAs 二极管有两种工作状态，一种是发射激光，称为GaAs 激光器；另一种是发射红外荧光，称为发光二极管。
两者的区别，主要是注入电流强度的不同。
由于GaAs 发光管，发射连续的红外光频带较宽（100～500oA ），波长不够稳定，功率较小（约3mW ）和发散角大（达50o ），故采用这种光源的测距仪的测程都不远，一般在3km 以内。
红外光的波长，因GaAs 掺杂的差异和馈电电流等不同而异。
如国产HGC-1红外测距仪的=λ0.93μm ；瑞士DI3和DI3S 的λ分别为0.875μm 和0.885μm ；瑞典AGA-116的λ=0.91μm 。
（2）氦-氖（He-Ne ）气体激光器如图4-6所示氦-氖气体激光器，它由放电管、激励电源和谐振腔组成。
放电管为内径几个毫米的水晶管，管内充满了氦与氖的混合气体，管的长度由几厘米到几十厘米不等。
管越长，输出功率越高。
在管的两端装有光学精密加工的布儒斯特窗。
激励电源一般可用直流、交流或高频等电源的放电方式，目前用得最多的是直流电源放电方式，其优点是激光输出稳定。
谐振腔由两块球面反射镜组成，其中一块反射镜是全反射的，另一块能部分透光，．其透射率2%，即反射率仍有98%。
放电管中的氦原子，在激励电源的激励下，不断跃迁到高能级上，当它和氖原子碰撞时能量不断地传递给氖原子，使氖原子不断跃迁到高能级上，而自己又回到基能级上。
与此同时，处在高能级上的氖原子在光子的激发下，又受激辐射跃迁回基能级上，这时便产生出新的光子。
一般说来，多数光子将通过管壁飞跃出去，或被管壁吸收，只有沿管壁轴线方向的光子将在两块反射镜之间来回反射，从而造成光的不断受辐射而放大。
布儒斯特窗是光洁度很高的水晶片，窗面法线与管轴线的夹角叫做布儒斯特角（见图4-6)。
这个角度随窗的材料而不同，在水晶窗的情况下，它大约等于56o 。
当光波沿管轴线方向入射至窗面时，光波电振动沿纸面方面的分量（图中以箭头表示）将不被反射而完全透过去；而沿垂直于纸面方向的分量（图中以黑点表示）却被反射掉了，这样剩下来的光就是沿纸面振动的直线偏振光。
尔后，这种光在谐振腔内来回运行，由于受激辐射的新生光子与原有的光子具有相同的振动方向，也就是说，积累起来的光始终是沿纸面方向振动的直线偏振光，因而每当它们来回穿过布濡斯特窗面时，几乎全部透过去，而很少受到光的损失。
装有布懦斯特窗的激光器，直接输出直线偏振光，使得光电调制器组可以不要起偏振片，从而避免了一般调制器的入射光，因通过起偏振器而造成光强损失约50%的缺陷。
所以装有上述激光器的测距仪的最大测程可达40～50km 。
氦氖气体激光器发射的激光，其频率、相位十分稳定，方向性极高，且为连续发射，因而它广泛地应用于激光测距、准直、通讯和全息学等方面。
但氦氖气体激光器也有其缺点，即效率很低，其输出功率与输入功率之比仅千分之一。
因此，激光测距仪上的激光输出功率仅约2～5mW 。
2. 调制器采用砷化镓（GaAs ）二极管发射红外光的红外测距仪，发射光强直接由注入电流调制，发射一种红外调制光，称为直接调制，故不再需要专门的调制器。
但是采用氦氖激光等作光源的相位式测距仪，必须采用一种调制器，其作用是将测距信号载在光波上，使发射光的振幅随测距信号电压而变化，成为一种调制光，如图4-7电光调制是利用电光效应控制介质折射率的外调制法，也就是利用改变外加电压E 来控制介质的折射率。
目前的光电测距仪都采用一种一次电光效应或称普克尔斯效应，即)(0E f n n +=；根据普克尔斯效应（线性电光效应）制作的各种普克尔斯调制器。
这种调制器有调制频带宽，调制电压较低和相位均匀性较好的优点。
用磷酸二氘钾（KD2PO4）晶体制成的KD*P调制器则是目前较优良的一种普克尔斯调制器。
图4-73．棱镜反射器在使用光电测距仪进行精密测距时，必须在测线的另一端安置一个反射器，使发射的调制光经它反射后，被仪器接收器接收。
用作反射器的棱镜是用光学玻璃精细制作的四面锥体，如三个棱面互成直角而底面成三角形平面（图4-8（a））三个互相垂直的面上镀银，作为反射面，另一平面是透射面。
它对于任意入射角的入射光线，在反射棱镜的两个面上的反射是相等的，所以通常反射光线与入射光线是平行的。
因此，在安置棱镜反射器时，要把它大致对准测距仪，对准方向偏离在20o以内，就能把发射出的光线经它折射后仍能按原方向反射回去，使用十分方便。
图4-8（b）用于发射、接收系统同轴的测距仪，图4-8（c）用于发射、接收系统不同轴的测距仪。
图4-8实际应用的棱镜反射器如图4-9，根据距离远近不同，有单块棱镜的，也有多块棱镜组合的。
安置反射器时是将它的底座中心对准地面标石中心，但由于光线在棱镜内部需要一段光程，使底座中心与顾及此光程影响的等效反射面不相一致，距离计算时必须顾及此项影响。
（a）（b）图4-94. 光电转换器件在光电测距仪中，接收器的信号为光信号。
为了将此信号送到相位器进行相位比较，必须把光信号变为电信号，对此要采用光电转换器件来完成这项工作。
用于测距仪的光电转换器件通常有光电二极管，雪崩光电二极管和光电倍增管。
现在分别介绍如下。
（1）光电二极管和雪崩光电二极管光电二极管的管芯也是一个PN结。
和一般二极管相比，在构造上的不同点是为了便于接收入射光，而在管子的顶部装置一个聚光透镜（图4-10（a）、（b））,使接收光通过透镜射向PN结。
接入电路时，必须反向偏置，如图4-10（c）所示。
光电二极管具有“光电压”效应，即当有外来光通过聚光透镜会聚而照射到PN结时，使光能立即转换为电能。
再者，光电二极管的“光电压”效应与人射光的波长有关，对波长为0.9～1.0 m的光（属于红外光）有较高的相对灵敏度，且使光信号线性地变换为电信号。
光电二极管由于体积小，耗电少，加之对砷化镓红外光有较高的相对灵敏度，因而在红外测距仪中常用作光电转换器件。
（a）（b）（c）图4-10雪崩光电二极管是基于“光电压”效应和雪崩倍增原理而制成的光电二极管，由于它的结电容很小，因而响应时间很短，灵敏度很高。
瑞士的DI3S 红外测距仪就是用雪崩光电二极管作光电转换器件的。
必须注意，光电二极管特别是雪崩光电二极管应防因强光照射而损坏，并时时注意减光措施。
（2）光电倍增管光电倍增管是一种极其灵敏的高增益光电转换器件。
它由阴极K 、多个放射极和阳极A 组成，如图4-11所示。
各极间施加很强的静电场。
当阴极K 在光的照射下有光电子射出时，这些光电子被静电场加速，进而以更大的动能打击第一发射极，就能产生好几个二次电子（称为二次发射），如此一级比一级光电子数增多，直到最后一级，电子被聚集到阳极A 上去。
若经过一级电子增大σ倍，则经过n 级倍增最后到达阳极的电子流将放大n σ倍。
由此可见，光电倍增管除了能把光信号变成电信号以外，还能把电信号进行高倍率的放大，具有很高的灵敏度，它的放大倍数达106～107数量级。
图4-11我国研制的激光测距仪（JCY-2、DCS-1）使用国产的CDB-2型光电倍增管。
这种管子除阴极，阳极和11个放射极以外，还在阴极和第一级放射极之间设置了聚焦极F ，如图4-12所示。
为了解决接收信号的差频问题（称为光电混频），在管子工作时，把阴极K 和聚焦极F 看成一个二极管，把频率为1f '的本振电压加在K -F 上，那么在这个二极管上既有光电效应的接收信号（频率为1f ）电压，又有本振（频率为1f '）电压，通过“二极管”的非线性关系，就产生了混频作用，经过倍增放大，最后所得到的阳极电流，除高次谐波分量外，还包含着两频率之和（1f +1f '）及两频率之差（1f -1f '）=f ∆，经过简单的π,,C R 二型滤波装置（见图4-12），把大于1f （1f =15MHz ）的高频滤掉，即能获得低频f ∆信号，以上称为光电混频。