全站仪的结构及其及其测量原理

§2.1 全站仪的结构及其测量原理
1.光电测量系统 •包括光电测角系统和光电测距系统； •电子测角采用电子度盘而非光学度盘； •光电测距机构与普通电磁波测距仪相同； •有的还具有无（免）棱镜激光测距技术（如拓普康GPT系列）。
度盘的电子化读数
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
2.双轴液体补偿装置 • • • • 双轴液体补偿器补偿范围一般在3′以内； 单轴补偿——竖轴倾斜对竖直角的影响 双轴补偿——竖轴倾斜对竖直角和水平方向值的 影响 三轴补偿——除双轴补偿外，采用内置软件来改 正横轴误差及视准轴误差对水平方向值的影响。
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
全站仪的分类
组合式：将电子经纬仪、红 外测距仪、微处理器和电子记录 装置（电子手簿）通过一定的连 接器构成一个组合体 整体式：将电子经纬仪、红外 测距和电子微处理器以及储存设 备集于一体。
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
二、全站仪的基本功能及部件名称
提手 望远镜调焦螺旋 望远镜扶手 目镜 垂直制动螺旋 垂直微动螺旋 管水准器 显示窗 接口 整平脚螺旋 水平制动螺旋 水平微动螺旋 瞄准器 电池锁紧杆 电池
由于度盘刻制工艺上存在公差或光电接收管安装不严格， 有时会使测量出现大的粗差。 主要特点：工艺复杂、制作成本高。
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徕卡静态绝对读盘扫描系统 ——条码度盘测角
二极管
CCD传感器 传感器
棱镜
条码编码
电子度盘读数系统
条码是一组按一定编码规则排列的条、空符号，用 以表示一定的字符、数字及符号组成的信息。
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N值解算的一般原理： 值解算的一般原理： 值解算的一般原理 在上式中u=λ/2是已知的，ΔN可测出（ 在上式中u=λ/2是已知的，ΔN可测出（测相器只能测定 u=λ/2是已知的 可测出 余长uΔN 而不能测出整周数 uΔN， 整周数N 余长uΔN，而不能测出整周数N） 由于测相精度只能达到 -3 ，所以想要用单一频率的测 10 量来获得距离的单值解， 精度和测程就不可能兼顾 就不可能兼顾。 量来获得距离的单值解，则精度和测程就不可能兼顾。 要使测距具有高精度和远测程， 要使测距具有高精度和远测程，相位式测距仪一般采用 一组“测尺”共同测距，即用精测频率测定余长以保证精度， 一组“测尺”共同测距，即用精测频率测定余长以保证精度， 设置多级频率（粗测频率）来解算N而保证测程， 设置多级频率（粗测频率）来解算N而保证测程，从而解决 多值性”问题。 “多值性”问题。
N1 + ∆N1 = k∆N2
∆N1 = k∆N2的 数 份 小 部
N1 = k ∆N 2的整数部份
∆N1 = 0.698 ∆N2 = 0.387
N1 = k∆N2的 数 份= 38 整 部
D = u1 (N1 + ∆N1 ) = 386.98m
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
ME5000精密激光测距仪是瑞士Kern厂的近期产品。 ME5000精密激光测距仪是瑞士Kern厂的近期产品。 精密激光测距仪是瑞士Kern厂的近期产品 测程 单棱镜 约4km 三棱镜 约8km 0.2mm+0.2×10内分辨力为0.01mm 精度 ±（0.2mm+0.2×10-6）内分辨力为0.01mm 重量 11kg He-Ne激光器 波长0.632 8μ 激光器， 光源 He-Ne激光器，波长0.632 8μm 调制频率 约500MHz 10～ 作业温度 -10～+40t
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
• Wild DI 3000红外测距仪 3000红外测距仪 • 一般大气条件下用单棱镜测距可达6km， 一般大气条件下用单棱镜测距可达6km， 6km 在特别好的大气条件下，使用11 11块棱镜测 在特别好的大气条件下，使用11块棱镜测 距可测至14km 14km。 距可测至14km。 • 标称精度为±(3mm+1ppm·D)。 标称精度为±(3mm+1ppm D) D)。 时间扩 大法 拓普康GPT 9001A测量机器人 GPT拓普康GPT-9001A测量机器人 1″,±(2mm+2ppm·D) ±1″,±(2mm+2ppm D) 主机报价288,000 288,000元 主机报价288,000元 采用最安全的1级激光，无棱镜 测距达2000m，
ϕ
1 D = ct 2 D 2
ϕ = 2πf ⋅ t 2 D
cϕ D= 4 f π
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
设调制信号为正弦信号， 设调制信号为正弦信号， ψ ， 即：
(N + ∆N) = (N + ∆N) 2f 2f 2 D = u ( N + ∆N ) 相位式测距仪是
用长度为u 用长度为u的 测尺” “测尺”去量测 距离，量了N 距离，量了N个 整尺段加上不足 一个u 一个u的长度就 是所测距离。 是所测距离。
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
四、全站仪的发展
超站仪 全站仪（激光测距） 陀螺仪 GPS ------测量机器人的来临！
度盘读数自动化！ 1、度盘读数自动化！ 目标照准自动化！ 2、目标照准自动化！ 基座安平自动化！ 3、基座安平自动化！ 仪器对中自动化？ 4、仪器对中自动化？ 仪高量取自动化？ 5、仪高量取自动化？
• 度盘每转动一条光栅，流过接收管的电流变化一周。 • 在电流波形的每一周期内再均匀内插n个脉冲，计算器对 脉冲进行计数。 • 使用增量式光栅度盘测角时，照准部转动的速度要均匀， 不可突快或太快，以保证计数的正确性。
§2.1 全站仪的结构及其测量原理 3．动态光栅度盘测角原理
可动光栅
β = nϕ 0 + ∆ϕ 0
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
设仪器采用了两把测尺配合测距，若用两者测定同一距离，则有： 设仪器采用了两把测尺配合测距，若用两者测定同一距离，则有：
D = u1 (N1 + ∆N1 )
D = u2 (N2 + ∆N2 ) = u2∆N2
k= u2 u1
限制所测距离D小于u （限制所测距离D小于u2） 测尺放大系数 为正整数， 为小于1的小数， N1为正整数，ΔN1为小于1的小数，该式 两边的整数部份和小数部份应分别相等 例：u1=10m, u2=1000m, k=100,
第2章 数字测图的硬件设备
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
主要内容：
一、全站仪概述 二、全站仪基本功能及部件名称 三、全站仪的基本结构 四、全站仪的发展 五、全站仪测角原理 六、全站仪测距原理
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
一、 全站仪概述 定义： 定义：
全站型电子速测仪（Electronic Theometer Total Station），它由电子经纬仪、光电（主要为红外线）测 距、电子微处理器及数据自动记录装置等部分构成。 全站型电子速测仪的特性 1.自检与改正功能 2.大容量内存 3.双向传输功能 4.程序化 5.智能化：单人测量系统 速测仪：它是指一种从仪器站同时测定某一点的平面 位置和高程的方法。有时，这种方法也称作“速测术”。
本节小结
本节主要讲述了全站仪基本功能、基本结构、测 角原理、测距原理。通过学习要求同学们： 1.对比普通光学仪器掌握全站仪的特点； 2.理解测角原理，掌握三种测角方式的特点； 3.掌握两种测距方法，并会计算两把测尺配合测 距的方法。
§2.1 全站仪的结构及其测量原理 2 、光栅度盘测角原理
光栅是用玻璃、树 脂或含属制成的表面具 有密集等宽、等距线条 的光学元件。 移动量W（纹距）为： 纹距） d
W＝d/θ
20′，约可放大172 θ＝20′，约可放大172 倍 主要特点：制作工艺相对简单。
W
莫尔干涉条纹
§2.1 全站仪的结构及其测量原理 光栅度盘测角原理
§2.1 全站仪的结构及其测量原理 2、相位式测距原理公式 、
它是用一种连续波作为“运输工具”（称为载波），通过一个调制器 使载波的振幅或频率按照调制波的变化做周期性变化。测距时，通过测量 调制波在待测距离上往返传播所产生的相位变化，间接地确定传播时间t， 进而求得待测距离D。 设调制波在距离D往返一次产生 设调制波在距离D 的相位变化为 调制信号 一个周期相位变化为2π 2π， 一个周期相位变化为2π，则调 制波的传播时间t 制波的传播时间t为：
−11
一 只 达 10−8 s 般 能 到
§2.1 全站仪的结构及其测量原理 1、脉冲式测距原理 、
时标脉冲 触 电子门 计数显示 发 器 脉冲接收 脉冲发射 反 射 器
A
D
B
特点：直接测时一类测距仪称为脉冲式测距仪，该仪器因其 特点：直接测时一类测距仪称为脉冲式测距仪，
精度较低，通常只用于精度较低的远距离测量、 精度较低，通常只用于精度较低的远距离测量、地形测量和 炮瞄雷达测距。 炮瞄雷达测距。
§2.1 全站仪的结构及其测量原理 1、编码度盘测角原理
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0
1
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纯二进制码盘测角出现粗差的主要原因是相邻两个区 域的码道状态同时有几个发生变化。葛莱码使整个码盘 的相邻码道只有一个码道发生变化，所以也称为循环码。
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§2.1 全站仪的结构及其测量原理
编码度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ测角原理
主要有四部分组成： 光栅度盘 驱动系统 固定光栅 移动光栅 (1).粗测 (2).精测 ∆ϕ =
固定光栅
∆T ϕ0 T0
其中△T可用脉冲填充法精确测定。
§2.1 全站仪的结构及其测量原理 六、全站仪测距
电磁波测距仪（EDM） 电磁波测距仪（EDM）就是电磁波作为载波和调制波进行距离 测量的一门技术。 测量的一门技术。