全站仪的结构及其及其测量原理

N1
N1
kkNN2的2的小整数数部份 部份
例：u1=10m, u2=1000m, k=100,
N1 0.698 N2 0.387
N1

kN
的整数部份
2

38
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。 测程 单棱镜 约4km
水平制动螺旋 水平微动螺旋
接口 整平脚螺旋
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
三、全站仪的基本结构
光电测量系统 双轴液体补偿装置
光电测角系统 光电测距系统
I/O 双轴液体补偿装置 总线
自动瞄准与跟踪
微处理器（测量计
算系统）。
微处理器
接口
显示器
键盘
数据程序 存储器
全站仪基本结构
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
• 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
主要有四部分组成： 光栅度盘 驱动系统 固定光栅 移动光栅
三棱镜 约8km 精度 ±（0.2mm+0.2×10-6）内分辨力为0.01mm 重量 11kg 光源 He-Ne激光器，波长0.632 8μm 调制频率 约500MHz 作业温度 -10～+40t
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；
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
D c
2
4f D c (N N) (N N) u
N 2
c
2f
2
2f 2
相位式测距仪是
D u(N N ) 单位长，“测尺”，“电子尺
用长度为u的
“测尺”去量测
距离，量了N个
整尺段加上不足
一个u的长度就
是所测距离。
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
经纬仪采用光电扫描度盘自动计数、自动数据处理、 自动显示及储存、输出数据。 电子经纬仪的测角系统主要有三类：即绝对式编码度盘 测角、增量式光栅度盘测角以及动态式（编码、光 栅度盘）测角。
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
1、编码度盘测角原理
15 0
14
1
10 11 12 13
2
34
5
7 6
8 9
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。
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。
液体补偿器
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
3.自动瞄准与跟踪系统 全站仪自动跟踪是以CCD摄像技术和自动寻找
瞄准技术为基础，自动进行图像判断，指挥自身 照准部和望远镜的转动、寻找、瞄准、测量的全 自动的跟踪测量过程。
器
计数显示
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
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。
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
• Wild DI 3000红外测距仪 • 一般大气条件下用单棱镜测距可达6km，
在特别好的大气条件下，使用11块棱镜测 距可测至14km。 • 标称精度为±(3mm+1ppm·D)。
§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！
1、度盘读数自动化！
2、目标照准自动化！
3、基座安平自动化！
4、仪器对中自动化？
5、仪高量取自动化？
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
五、全站仪的测角
测角是由仪器内集成的电子经纬仪完成的。 电子经纬仪的测角与光学经纬仪主要不同点：在于电子
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
编码度盘测角原理
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。
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
徕卡静态绝对读盘扫描系统 ——条码度盘测角 CCD传感器
二极管
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
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：
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。
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。
N值解算的一般原理： 在上式中u=λ/2是已知的，ΔN可测出（测相器只能测定
余长uΔN，而不能测出整周数N） 由于测相精度只能达到10-3 ，所以想要用单一频率的测
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，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， 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。
以表示一定的字符、数字及符号组成的信息。
§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：
d
W＝d/θ
θ＝20′，约可放大172 倍 W 主要特点：制作工艺相对简单。
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
目标的自动识别与照准
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
4.测量计算系统 • 全站仪微处理系统是全站仪的核心部件； • 控制和处理电子测角、测距的信号； • 控制各项固定参数，如温度、气压等信息的输入、
输出； • 还由它进行设置观测误差的改正、有关数据的实
时处理； • 自动记录数据或控制电子手簿等。
设调制波在距离D往返一次产生
的相位变化为
调制信号
一个周期相位变化为2π，则调
制波的传播时间t为：
1
2f t2D
D 2 ct2D
D c 4f
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
设调制信号为正弦信号， 包含2π的整倍数N2π，和不足2π的尾数部分
ψ，即：
N 2 2 (N ) 2 (N N)
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
功能： •测角 •测距 •数据处理 •数据存储
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
瞄准器 电池锁紧杆 电池
仪器中心标志
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”。
§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
固定光栅
n0 0
(1).粗测
(2).精测


T T0
0
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）就是电磁波作为载波和调制波进行距离 测量的一门技术。
D
A
D

பைடு நூலகம்
1 2
Ct2 D
B
入射光
出射光
§2.1 全站仪的结构及其测量原理
时间扩 大法
拓普康GPT-9001A测量机器人 ±1″,±(2mm+2ppm·D) 主机报价288,000元 采用最安全的1级激光，无棱镜 测距达2000m，
§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。
§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：
D u1(N1 N1)
D u2 (N2 N2 ) u2N2 （限制所测距离D小于u2）
k u2 u1
测尺放大系数
N1 N1 kN2
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
测定t方法有①直接测时：脉冲式测距仪 ②间接测时：相位式测距仪
D

1 2
Ct2 D
mD

1 2
cmt
c 3108 m s 要求mD 3mm
mt 2 1011 s 一般只能达到108
§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
脉冲发射
反
电子门
发
射
器
脉冲接收