全站仪测角原理

全站仪测角原理

光电度盘一般分为两大类：一类是由一组排列在圆形玻璃上具有相邻的透明区域或不透明区的同心圆上刻得编码所形成编码度盘进行测角；另一类是在度盘表面上一个圆环内刻有许多均匀分布的透明和不透明等宽度间隔的辐射状栅线的光栅度盘进行测角。也有将上述二者结合起来，采用“编码与光栅相结合”的度盘进行测角。

1、编码度盘测角原理

在玻璃圆盘上刻划几个同心圆带，每一个环带表示一位二进制编码，称为码道(如下图所示）。如果再将全圆划成若干扇区，则每个扇形区有几个梯形，如果每个梯形分别以“亮”和“黑”表示“0”和“1”的信号，则该扇形可用几个二进数表示其角值。例如，用四位二进制表示角值，则全圆只能刻成24＝16个扇形，则度盘刻划值为360o/16=22.5o，如图所示，这显然是没有什么实际意义的。如果最小值为20”，则需刻成(360×60×60)/20=64800个扇形区，而64800≈216个码道。因为度盘直径有限，码道愈多，靠近度盘中心的扇形间隔愈小，又缺乏使用意义，故一般将度盘刻成适当的码道，再利用测微装置来达到细分角值的目的。

2、增量式光栅度盘测角原理

均匀地刻有许多一定间隔细线的直尺或圆盘称为光栅尺或光栅盘。刻在直尺上用于直线测量的为直线光栅（如图2-2-31(a) ），刻在圆盘上的等角距的光栅称为径向光栅（如图2-2-31 (b) ）。设光栅的栅线（不透光区）宽度为 a ，缝隙宽度为 b ，栅距d ＝ a ＋b ，通常 a ＝b ，它们都对应一角度值。在光栅度盘的上下对应位置上装上光源、计数器等，使其随照准部相对于光栅度盘转动，可由计数器累计所转

动的栅距数，从而求得所转动的角度值。因为光栅度盘上没有绝对度数，只是累计移动光栅的条数计数，故称为增量式光栅度盘，其读数系统为增量式读数系统。

2-2-31(a) 2-2-31(b) 增量式光栅度盘测角原理

如图2-2-32所示。指示光栅、接收管、发光管位置固定在照准部上。当度盘随照准部移动时，莫尔条纹落在接收管上。度盘每转动一条光栅，莫尔条纹在接收管上移动一周，流过接收管的电流变化一周。当仪器照准零方向时，让仪器的计数器处于零位，而当度盘随照准部转动照准某目标时，流过接收管电流的周期数就是两方向之间所夹的光栅数。由于光栅之间的夹角是已知，计数器所计的电流周期数经过处理就刻有显示处角度值。如果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，所得的脉冲数就等于两个方向所夹光栅数的n倍，就相当于把光栅刻划线增加了n倍，角度分辨率也就提高了n 倍。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。

增量式光栅度盘测角原理

3、动态光栅度盘测角原理

动态光栅度盘测角原理如图2-2-33所示。度盘光栅可以旋转，另有两个与度盘光栅交角为β的指标光栅S和R，S为固定光栅，位于度盘外侧；R为可动光栅，位于度盘内侧。同时，度盘上还有两个标志点

a和b，S只接收a的信号，R只接收b的信号，测角时，S代表任一原方向，R随着照准部旋转，当照准目标后，R位置已定，此时启动测角系统，使度盘在马达的带动下，始终以一定的速度逆时针旋转，b点先通过R，开始计数。接着a通过S，计数停止，此时计下了RS之间的栅距（φ0）的整倍n和不是一个分划的小数Δφ0，则水平角为β=nφ0+Δφ0。事实上，每个栅格为一脉冲信号，由R、S的粗测功能可计数得n；利用R、S的精测功能可测得不足一个分划的相位差Δφ0，其精度取决于将φ0划分成多少相位差脉冲。

动态光栅度盘测角原理

动态测角除具有前两种测角方式的优点外，最大的特点在于消除了度盘刻划误差等，因此在高精度（0.5"级）的仪器上采用。但动态测角需要马达带动度盘，因此在结构上比较复杂，耗电量也大一些。

1）水平角测量

（1）按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A。

（2）设置A方向的水平度盘读数为0°00′00〃。

（3）照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。

2）距离测量

（1）设置棱镜常数测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。（2）设置大气改正值或气温、气压值光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15℃和

760mmHg是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为0ppm。实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。

（3）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。

（4）距离测量照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。精测模式是最常用的测距模式，测量时间约2.5S，最小显示单位1mm；跟踪模式，常用于跟踪移动目标或放样时连续测距，最小显示一般为1cm，每次测距时间约0.3S；粗测模式，测量时间约0.7S，最小显示单位1cm或1mm。在距离测量或坐标测量时，可按

测距模式（MODE）键选择不同的测距模式。

应注意，有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。

3）坐标测量

（1）设定测站点的三维坐标。

（2）设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。

（3）设置棱镜常数。

（4）设置大气改正值或气温、气压值。

（5）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。

（6）照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标

GTS-300全站仪的使用方法

ANG——进入角度测量模式键。

MENU——进入主菜单测量模式键。

ESC——用于中断正在进行的操作，退回到上一级菜单。

POWER——电源开关键

►◄——光标左右移动键

▲ ▼——光标上下移动、翻屏键