全站儀第二章ppt課件

1、回顧上節(jié)課的主要內(nèi)容回顧上節(jié)課的主要內(nèi)容一、何謂全站儀一、何謂全站儀 全站儀是指能完成一個測站上的全部全站儀是指能完成一個測站上的全部測量工作的測量儀器。測量工作的測量儀器。二、全站儀的組成二、全站儀的組成 電子經(jīng)緯儀電子經(jīng)緯儀 光電測距儀光電測距儀 微型計算機(jī)微型計算機(jī)三、全站儀的發(fā)展三、全站儀的發(fā)展optical theodoliteelectronic theodoliteSteel tape EDM四、常見品牌全站儀簡介：四、常見品牌全站儀簡介：徠卡徠卡TPS700TPS700系系列卓越中文全列卓越中文全站儀站儀拓普康拓普康GTS 332W 全站儀全站儀索佳索佳10系列全站儀系列全站儀

2、尼康尼康DTM801 系列全站儀系列全站儀賓得全站儀賓得全站儀PTS V2南方南方NTS 202 205全站儀全站儀五、全站儀構(gòu)造簡介：五、全站儀構(gòu)造簡介：六、全站儀的常用功能六、全站儀的常用功能1.基本功能基本功能角度測量角度測量距離測量距離測量高差測量高差測量坐標(biāo)測量坐標(biāo)測量2.專用功能專用功能點位放樣點位放樣懸高測量懸高測量對邊測量對邊測量后方交會后方交會面積測量面積測量第二章第二章 全站儀的測量原理全站儀的測量原理 本章簡介本章簡介 由第一章的內(nèi)容我們已經(jīng)知道，全站儀由第一章的內(nèi)容我們已經(jīng)知道，全站儀的主要結(jié)構(gòu)包括電子經(jīng)緯儀測角、電子測距儀的主要結(jié)構(gòu)包括電子經(jīng)緯儀測角、電子測距儀測距、

3、電子補(bǔ)償器自動補(bǔ)償改正、電子計算機(jī)測距、電子補(bǔ)償器自動補(bǔ)償改正、電子計算機(jī)自動數(shù)據(jù)處理等。其中電子補(bǔ)償器為電子經(jīng)緯自動數(shù)據(jù)處理等。其中電子補(bǔ)償器為電子經(jīng)緯儀測角提供改正參數(shù)、電子計算機(jī)自動數(shù)據(jù)處儀測角提供改正參數(shù)、電子計算機(jī)自動數(shù)據(jù)處理是體現(xiàn)全站儀功能的核心。下面對其各部分理是體現(xiàn)全站儀功能的核心。下面對其各部分的原理分別進(jìn)行介紹。的原理分別進(jìn)行介紹。第一節(jié)第一節(jié) 全站儀的測角原理全站儀的測角原理1 編碼度盤的測角原理它是以二進(jìn)制為基礎(chǔ)，將光學(xué)度盤分成若干區(qū)域，每一區(qū)域用某一個二進(jìn)制編碼來表示。1.1純二進(jìn)制碼盤 將光學(xué)度盤刻上分劃，造成透光與不透光兩種狀態(tài)，分別看做是二進(jìn)制代碼的邏輯“1和“

4、0 ” 。純二進(jìn)制可以表示任何狀態(tài)并由計算機(jī)來識別，二進(jìn)制位數(shù)越多，所能表達(dá)的狀態(tài)數(shù)也越多。純二進(jìn)制碼是按二進(jìn)制數(shù)的大小依次構(gòu)成編碼度盤的各個不同狀態(tài)。如圖a所示，度盤一周為360，如果分成兩半，角度值的分辨率為180。如果角度值分辨率提到90，首先必須把度盤分成四等份，然后再加上一圈，并以二進(jìn)制規(guī)則刻制見圖b)。用純二進(jìn)制碼來代替這四種狀態(tài)為：00,01,10,11；對應(yīng)的角度分別為：0 90, 90 180 ，180270 。和270360 。這里一圈稱為一個編碼軌道，上圖度盤共有四個編碼道，并且其二進(jìn)制構(gòu)成的數(shù)值是依次相鄰安排的。為了提高角度值的分辨率，就必須增加度盤的等份數(shù)和相應(yīng)的編碼

5、道數(shù)。若編碼道數(shù)為n，則整個編碼度盤表示的狀態(tài)數(shù)為： S=2n分辨率為：no2360 從理論上說，為了達(dá)到足夠的分辨率，可以再增加編碼道數(shù)和相應(yīng)的刻線。但是從實際技術(shù)來看則很困難，主要有下列原因： (1)將編碼度盤的信息經(jīng)光電轉(zhuǎn)換化成方向值的接收器件不可能無限小，因為增加編碼道數(shù)，度盤的直徑就越大。即在光電接收管尺寸一定的情況下，編碼道數(shù)增多則要求度盤的半徑R就越大。 (2實際度盤的半徑不可能很大。作為一個實用的儀器，其體積是有一定限制的，一般度盤的直徑小于l00mm。由此可見，要提高編碼度盤的測角分辨率，就必須采用角度測微技術(shù)。 如圖(c)，度盤分成16等份，即所能表示的狀態(tài)數(shù)S=16，要求

6、的編碼道數(shù)為n4，分辨率為S22.51.2葛萊碼盤葛萊碼是由H. T. Gray于1953年發(fā)明的，它使整個編碼度盤的相鄰狀態(tài)只有一個編碼道發(fā)生變化，所以亦稱為循環(huán)碼。這樣，即使當(dāng)讀數(shù)位置處于兩個狀態(tài)的分界線上或光電接收管安置不很嚴(yán)格時，所得的讀數(shù)只能是兩相鄰狀態(tài)數(shù)中的一個，使得可能產(chǎn)生的誤差不超過十進(jìn)制的一個單位。1.3矩陣碼盤 由于經(jīng)緯儀度盤的實際尺寸受到一定的限制，也就是說，編碼道數(shù)是有限的，即分辨率有限。要提高分辨率，可以采用角度測微技術(shù)，也可以縮小光電接收管的尺寸，還可以改進(jìn)編碼度盤的設(shè)計方案。所謂矩陣碼是將編碼度盤分成若干個區(qū)域，每一個區(qū)域上刻有相當(dāng)于純二進(jìn)制編碼或葛萊碼的不同位數(shù)

7、的編碼軌道，利用若干個讀數(shù)頭取出按矩陣排列的電信號，經(jīng)過矩陣編碼器處理成純二進(jìn)制碼。 純二進(jìn)制碼和葛萊碼的一個編碼軌道只能輸出一位，而矩陣碼的一個編碼軌道可以輸出若干位。如第一碼道有n1位、第二碼道有n2位最后一個碼軌道有nk位，則其所能表示的總的狀態(tài)為：因此，k編碼道數(shù)的矩陣碼，相當(dāng)于n1+n2+nk編碼道數(shù)的純二進(jìn)制碼和葛萊碼，這樣大大地減少了編碼道數(shù)，從而有利于縮小度盤直徑和提高角度分辨率。)(21212222kknnnnnn2.1光柵度盤 光柵是指均勻刻有間隔很小、明暗相間的等寬度分劃線。若將分劃線刻在光學(xué)玻璃度盤上，就構(gòu)成了光柵度盤，如下圖。 光柵度盤的分劃線可以是直線，也可以是曲線

8、。在電子經(jīng)緯儀的光柵度盤上刻的都是輻射狀的直線，輻射中心通常與度盤的圓心重合，故也叫做中心輻射光柵度盤。2 光柵度盤的測角原理 在電子經(jīng)緯儀中要實現(xiàn)測角，通常由兩個光柵度盤構(gòu)成，其中一個為主光柵全圓光柵度盤），另一個為指標(biāo)光柵局部光柵度盤）。利用光柵度盤測量角度，就是要測定從起始方向到實際方向，指標(biāo)光柵相對光柵度盤移動的光柵數(shù)，這種測角方法也稱做增量式。2.2莫爾干涉條紋 兩個間隔相同的光柵疊放在一起并錯開很小的夾角，當(dāng)它們相對移動時，可看到明暗相間的干涉條紋，稱為莫爾干涉條紋，簡稱莫爾條紋。莫爾條紋有如下三個特點:(1)兩光柵之間的傾角越小,條紋越粗,即相鄰明條紋(或暗條紋)之間的間隔越大.

9、(2)在垂直于光柵構(gòu)成的平面的方向上,條紋亮度是按正弦周期變化.(3)當(dāng)光柵在水平方向移動時,莫爾條紋作上下移動.光柵水平方向相對移動一條刻線,莫爾條紋正好上下移動一周.在圖中，設(shè)x是光柵度盤相對于固定光柵的移動量,y是莫爾干涉條紋在徑向的移動量，兩光柵間的夾角為，則有關(guān)系式：xy cot xy 如果兩光柵的相對移動是沿x方向從一條分劃線移到相鄰的另一條分劃線，為一個格柵距離x；則干涉條紋在y方向上移動一周，即光線由暗到明、再由明到暗的變化是一個周期，為一個條紋寬度y；于是干涉條紋移動的周期總數(shù)就等于所通過的格線數(shù)。如果數(shù)出和記錄光電傳感器所接收的光強(qiáng)變化周期總數(shù)，便可測得移動量，再經(jīng)光電信號

10、轉(zhuǎn)換，最后得到角度值。編碼度盤與光柵度盤的比較3 動態(tài)測角的基本原理在前面介紹的電子測角原理中，無論是用編碼度盤還是光柵度盤，其度盤相對于經(jīng)緯儀的水平軸和垂直軸固定不變，測角時僅僅用到整個度盤的一部分，測角精度受到度盤上編碼或光柵位置分劃誤差的影響。為了提高測角精度，必須通過適當(dāng)?shù)慕嵌葴y微技術(shù)來提高測角分辨率。 另一種與之相反的測角技術(shù)，在測角時儀器的度盤分別繞垂直軸和橫軸恒速旋轉(zhuǎn)，稱之為動態(tài)式。目前，采用動態(tài)測角原理的儀器很多，如LEICA的T2000T2000的度盤直徑為52mm，在該度盤上刻有1024條分劃，則每一分劃區(qū)間包含一條透光和一條不透光部分所對應(yīng)的角度值0為：625.05211

11、02436000 這兩個光電傳感器之間的夾角就是我們要測定的角度值。顯然，值包括了 n。和不足一個的角度值即: = n。+ 這樣動態(tài)測角就包括了粗測n。、精測兩部分，只有在儀器完成角度的粗測、精測之后，由微處理器進(jìn)行銜接，才能得到完整的。 3.1粗測 粗測n。只能夠測定角度值中的大數(shù)。為此，在T2000的度盤上每隔90設(shè)有一個特殊的標(biāo)識符。每個標(biāo)識符通過改變原來分劃線的不透光部分寬度由儀器自動識別。變窄的不透光部分的數(shù)目和位置不同就形成了四個不同的標(biāo)識符A,B,C和D，其對應(yīng)的角度值分別為0,90,180和270 設(shè)標(biāo)識符A中僅有一個不透光的部分變窄，當(dāng)動態(tài)度盤轉(zhuǎn)動時，第一個光電傳感器接收到該

12、標(biāo)識符時就開始計數(shù)，直至另一個光電傳感器接收到該標(biāo)識符信息時停止計數(shù)，這樣就可獲得相位差大數(shù)n。其他幾個標(biāo)識符用于檢驗，以保證大數(shù)的正確性。3.2精測兩信號經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器得到相位差信號，并用1. 72MHz的脈沖填充，即可得到不足一個。的角度值式中T。為動態(tài)度盤旋轉(zhuǎn)過角度。 所用的時間； T為轉(zhuǎn)過所用的時間。00TT編碼度盤讀數(shù)系統(tǒng)4.1 編碼度盤讀數(shù)系統(tǒng)4 讀數(shù)系統(tǒng)4.2光柵度盤的讀數(shù)系統(tǒng) 光柵度盤的讀數(shù)系統(tǒng)當(dāng)兩光柵度盤相對移動時，就會出現(xiàn)莫爾條紋的移動，莫爾條紋正弦信號被光電二極管接收，并通過整形電路轉(zhuǎn)換成矩形信號，該信號變化的周期數(shù)可由計數(shù)器得到。光柵讀盤讀數(shù)系統(tǒng) 如果照準(zhǔn)部瞄準(zhǔn)一個目標(biāo)

13、，順時針方向旋轉(zhuǎn)時計數(shù)累加，轉(zhuǎn)過目標(biāo)后，還必須按逆時針方向旋轉(zhuǎn)回到這一目標(biāo)，這樣計數(shù)系統(tǒng)應(yīng)從總數(shù)中減去逆時針旋轉(zhuǎn)的計數(shù)。因此，該計數(shù)系統(tǒng)必須具備方向判別功能，才能得到正確的角度值。 留意:光柵度盤為了實現(xiàn)正確計數(shù)，必須進(jìn)行計數(shù)方向判別!5 角度的電子測微技術(shù) 無論是編碼度盤還是光柵度盤，直接測定角度值的精度很低。由于受到度盤直徑、度盤刻制技術(shù)和光電讀數(shù)系統(tǒng)的尺寸限制，如將一個度盤刻成8個編碼軌道，已經(jīng)是很不簡單了，而其分辨率僅為3600/28=1.40，這樣的分辨率遠(yuǎn)達(dá)不到角度測量的要求，光柵度盤也是如此。在測量角度時，無論采用什么格式的電子度盤，都必須采用適當(dāng)?shù)慕嵌入娮訙y微器技術(shù)，提高角度分

14、辨率，才能滿足角度測量的精度要求。 角度的電子測微器技術(shù)是運(yùn)用電子技術(shù)對交變的電信號進(jìn)行內(nèi)插，從而提高計數(shù)脈沖的頻率，以達(dá)到細(xì)分的效果。幾種常用的電子測微方法。1.四倍頻直接測微法2.正弦比內(nèi)插測微法3.光學(xué)測微電子重合讀數(shù)法4.分散細(xì)分小因子內(nèi)插法 第二節(jié) 全站儀的測距原理隨著各種新穎光源激光、紅外光等的相繼出現(xiàn)，物理測距技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展，并出現(xiàn)了以激光、紅外光和其他光源為載波的光波測距儀和以微波為載波的微波測距儀，通稱為電磁波測距儀光電測距儀），簡稱測距儀。測距儀的出現(xiàn)，是測距方法的革命，從而開創(chuàng)了距離測量的新紀(jì)元。光電測距與傳統(tǒng)的鋼尺或基線丈量距離相比，具有精度高、作業(yè)迅速、受氣候

15、及地形影響小等優(yōu)點。世界上第一臺測距儀，于1947年由瑞典AGA公司制成，儀器的最大測距一般為20 60km。南非1954年開始研制，1957年正式生產(chǎn)的微波測距儀，在良好的條件下，最大測距可達(dá)6080km。 第一代測距儀，測距精度雖然較高，但體積大、笨重且造價昂貴。第一代測距儀 第二代測距儀是一種小型、輕便的儀器，而且耗電少，操作簡便，但最大測距較短，一般為0.55km，測距精度為(210)mm+ (0.55)ppm。第二代測距儀第三代測距儀 第三代測距儀，這類儀器十分輕便，耗電少、讀數(shù)方便，最大測距可達(dá)560km，精度高達(dá)（5mm+1ppm) 。1 測距儀的測程和測距精度 測距儀是利用電磁

16、波作為載波和調(diào)制波進(jìn)行測量長度的一門技術(shù)。其主要技術(shù)指標(biāo)為測程和測距精度。1.1測距儀的測程 測距儀一次所測得的最遠(yuǎn)距離稱為測距儀的測程。一般認(rèn)為： (1)短程測距儀 測程在5km以內(nèi)； (2)中程測距儀 測程在530km; (3)遠(yuǎn)程測距儀 測程在30km以上。 1.2測距儀的測距精度 測距儀的測距精度是儀器的重要技術(shù)指標(biāo)之一。測距儀的測距精度為： mD(ab ppmD) 式中mD 測距中誤差，單位mm; a固定誤差，單位mm; b比例誤差； D間隔，單位km. ppm是parts per million 的首字母(百萬分之幾). RED mini短程紅外測距儀的測距精度為： mD （5mm

17、5ppmD ) 當(dāng)距離D為0.6km時，測距精度是 mD 8mm。 2測距的基本原理 測距儀是通過測量光波在待測距離D上往返傳播的時間t2D來計算待測距離D的，如下圖。DCtD221由上式可知，光電測距儀測距的關(guān)鍵是測定測距信號光波在兩點之間往返傳播的時間t2D。若時間有1s(10-6 s的誤差，距離就會有150m的誤差，所以光電測距儀對時間的要求非常高。只要能精確地測出電磁波往返傳播的時間t2D，就可以求出距離D。ffftD4C2C21D22所以f - 調(diào)制信號的頻率根據(jù)上式，取C=3 l08m/s, f =15MHz，當(dāng)要求測距誤差小于l cm時，通過計算可知：用脈沖法測距時，計時精度須達(dá)

18、到0. 667 10-10s；而用相位法測距時，測定相位角的精度達(dá)到0.36即可。目前，欲達(dá)到10-10s的計時精度，困難較大，而達(dá)到0.36 的測量相位精度則易于實現(xiàn)。所以，當(dāng)前電磁波測距儀中相位式測距儀居多。 3 脈沖法測距的基本原理 脈沖法測距就是直接測定儀器所發(fā)射的脈沖信號往返于被測距離的傳播時間，從而得到待測距離。下圖為其工作原理框圖。主脈沖波和回脈沖波之間的時間間隔是光脈沖在測線上往返傳播的時間t2D，而 t2D是通過計數(shù)器并由標(biāo)準(zhǔn)時間脈沖振蕩器不斷產(chǎn)生的具有時間間隔(t)的電脈沖數(shù)n來決定的。由于 t2D= n t那么上式中，n為標(biāo)準(zhǔn)時間脈沖的個數(shù)；d=Ct/2，即在時間t內(nèi)，光

19、脈沖往返所走的一個單位距離。所以，我們只要事先選定一個d值例如10m, 5m,1m等），記下送入計數(shù)系統(tǒng)的脈沖數(shù)目，就可以直接把所測距離（D = nd用數(shù)碼顯示器顯示出來。ndntCD24 相位法測距的基本原理所謂相位法測距就是通過測量連續(xù)的調(diào)制信號在待測距離上往返傳播產(chǎn)生的相位變化來間接測定傳播時間，從而求得被測距離。下圖表示其工作原理。由測距儀發(fā)射系統(tǒng)向反射棱鏡方向連續(xù)發(fā)射角頻率的調(diào)制光波，并由接收系統(tǒng)接收反射回來的光波，然后由檢相器對發(fā)射信號相位和接收信號相位進(jìn)行相位比較，并測出相位移，根據(jù)可間接推算時間t2D，從而計算距離。由物理學(xué)知：ftfttDDD22222則將返程的正弦波以棱鏡站

20、為中心對稱展開后的圖形。正弦光波振蕩一個周期的相位移是2，設(shè)發(fā)射的正弦光波經(jīng)過2D距離后的相位移為，則可以分解為N個2整數(shù)周期和不足一個整數(shù)周期的相位移 。即：N2所以fNtD222那么)(2)2(2NNNfCD為調(diào)制波波長。式中，, 10 ,2NN由此可知，相位式測距相當(dāng)于使用一把長度為/2的光電尺子去丈量距離，由N個整尺子長度加上不足1個整尺子的余長就是被測距離。取C=3108m/s，則不同的調(diào)制頻率f對應(yīng)的測尺長見下表。可見，調(diào)制頻率越大，測尺長度越短，測距精度越高。由于檢相器只能測出不足一個整周期的相位移，無法測定整周期數(shù)N整相位2的個數(shù))。為了求得完整距離，在測距儀上采用多把測尺多個

21、調(diào)制頻率的方法來解決，即相當(dāng)于設(shè)置n把長度不同、最小分劃讀數(shù)值也不同的尺子，將它們組合使用就能獲得單一的精確距離。每臺測距儀可根據(jù)儀器的最大測距與精度要求，設(shè)置調(diào)制頻率的個數(shù)，即選定測尺個數(shù)和測尺精度。對于短程測距儀，一般都采用兩個測尺頻率。5 全站儀無棱鏡測距原理無棱鏡測距又稱為無接觸測距，是指全站儀發(fā)射的光束經(jīng)過自然表面反射后直接測距。在特殊點或危險點的測量中有著廣泛的應(yīng)用，不僅使作業(yè)強(qiáng)度和危險性大大降低，而且對被測量目標(biāo)起到一定的保護(hù)作用。TCRA全站儀無棱鏡測距的基本原理是在全站儀測距頭中，安裝有兩個同軸的發(fā)射管，一種是IR(Infra Red)測距方式，可以發(fā)射利用棱鏡和反射片進(jìn)行測

22、距的紅外光束，波長為780mm，單棱鏡測距為3000m；另一種是RL(Red Laser)測距方式，可以發(fā)射可見的紅色激光束，波長為670mm，無棱鏡全站儀的測距可達(dá)到80m。兩種測量模式可以通過鍵盤操作控制內(nèi)部光路進(jìn)行切換，由此引起的不同常數(shù)改正會有系統(tǒng)自動修正后對測量結(jié)果進(jìn)行改正，兩種方法均為相位法測距原理。精測頻率為100MHz，精測尺長為1. 5m。由于相位法測距采用很細(xì)的激光束，就可以完成測量任務(wù)，使得相鄰非常近的兩個點位也能被準(zhǔn)確地測定出來，因此有棱鏡測距和無棱鏡測距具有幾乎相等的測距精度。TCRA采用激光作為發(fā)光源，提供了更強(qiáng)大的信號功率來進(jìn)行無棱鏡測距，其準(zhǔn)確度采用動態(tài)頻率校正

23、技術(shù)來保證，在loom范圍內(nèi)進(jìn)行無棱鏡測距，5000m以上的距離用單棱鏡測距，精度仍可達(dá)到 (3mm+310-6 D )。第三節(jié) 全站儀的補(bǔ)償器原理 全站儀補(bǔ)償器是測量儀器由光學(xué)型經(jīng)緯儀轉(zhuǎn)向光電型全站儀后出現(xiàn)的一種全新的誤差改正器件，用傳統(tǒng)的光學(xué)經(jīng)緯儀的思路來理解全站儀是不對的，只有對補(bǔ)償器的基本原理有了一定的認(rèn)識，才能在實踐中更好地使用全站儀，以便提高測量精度和減少勞動強(qiáng)度。在全站儀作業(yè)中，如果整平的水準(zhǔn)氣泡偏離精確設(shè)置的氣泡中心，此時傳感器對儀器的水平度進(jìn)行檢測，并對由此產(chǎn)生的小角度偏差進(jìn)行自動補(bǔ)償改正。眾所周知，按測量規(guī)范要求，整平氣泡允許偏離半格，對水準(zhǔn)器為每格20的儀器，如垂直軸傾斜

24、在視準(zhǔn)軸的方向上為10，在傾角較大的地區(qū)測量時，會造成較大的測角誤差。對于光學(xué)經(jīng)緯儀，在半測回中不能對此誤差進(jìn)行自動改正；而裝有傾斜傳感器的全站儀，可以通過補(bǔ)償功能，使此誤差減小到最低程度。在高差較大的地區(qū)，仍可以在補(bǔ)償軟件的修正之下，精確地測量水平角和豎直角。1 全站儀的三軸誤差 1.1視準(zhǔn)軸誤差 視準(zhǔn)軸誤差。是由于視準(zhǔn)軸和橫軸之間不垂直所引起的誤差，又稱照準(zhǔn)誤差。其主要原因是由于安裝和調(diào)整不當(dāng)，望遠(yuǎn)鏡的十字絲偏離了正確的位置，它是一個定值。此外，外界溫度的變化也會引起視準(zhǔn)軸的變化，而且這個變化是一個不定值。若令c為視準(zhǔn)軸誤差。對水平方向觀測讀數(shù)的影響，則有：coscc 顯然，c與視準(zhǔn)軸誤差

25、c成正比，且隨著目標(biāo)點的垂直角度的增大而增大。1.2水平軸誤差水平軸誤差i是由于水平軸和垂直軸之間不垂直所引起的傾斜誤差，又稱為水平軸傾斜誤差。其主要原因是由于安裝或調(diào)整不完善，支撐水平軸的二支架不等高和水平軸兩端的直徑不等而引起的。由于儀器存在著橫軸誤差，當(dāng)儀器整平后垂直軸垂直水平軸也不水平，這就會對水平方向引起觀測誤差。若令i為橫軸傾斜誤差i對水平方向觀測讀數(shù)的影響。則有： i= i tan 顯然，i的大小不僅與i角的大小成正比,而且與目標(biāo)點的垂直角有關(guān)。1.3垂直軸誤差 垂直軸誤差v是由于儀器的垂直軸偏離鉛垂位置所引起的誤差，又稱為垂直軸傾斜誤差。其主要原因是儀器整平不完善、垂直軸晃動、

26、土質(zhì)松軟引起腳架下沉或因振動、溫度和風(fēng)力等因素的影響而引起腳架移動等。若令v為垂直軸傾斜誤差。對水平方向觀測讀數(shù)的影響，則有： vv costan 顯然，垂直軸傾斜誤差對水平方向值的影響不僅與垂直軸傾斜角。有關(guān)，而且還隨照準(zhǔn)目標(biāo)的垂直角度和觀測目標(biāo)的方位不同而不同。 在測量工作中，以上三種誤差同時存在，前兩種誤差采用盤左、盤右讀數(shù)取平均的方法可以消除，而垂直軸的傾斜誤差對水平角和垂直角的影響不能消除。2 垂直軸傾斜誤差的影響垂直軸的傾斜實際上可分解為兩種形式，一種是在望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸方向x軸的傾斜，另一種則是在與x軸垂直的橫軸方向y軸的傾斜。若不是正對x軸和y軸傾斜，根據(jù)幾何關(guān)系可以將傾斜方向解

27、析到x軸和y軸上?？v向x軸傾斜誤差影響垂直角的測量，其傾斜量將引起1:1的垂直角誤差。橫向y軸的傾斜誤差影響水平角的測量。3 補(bǔ)償器的目的和作用 補(bǔ)償器的目的就是為了減少儀器的三軸誤差對觀測數(shù)據(jù)的影響。 補(bǔ)償器的作用就是通過檢測儀器垂直軸傾斜在x軸和y軸上的分量信息，自動地對測量值進(jìn)行改正，從而提高采集數(shù)據(jù)的精度。4 補(bǔ)償器的工作原理補(bǔ)償器又稱傾斜傳感器，是全站儀里的一個重要部分。按工作原理可劃分為擺式補(bǔ)償器和液體補(bǔ)償器；按補(bǔ)償范圍可劃分為單軸補(bǔ)償器、雙軸傾斜補(bǔ)償器和三軸補(bǔ)償器。4.1單軸補(bǔ)償器 在光學(xué)經(jīng)緯儀上采用單軸補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ荒苎a(bǔ)償由于垂直軸傾斜而引起的垂直度盤讀數(shù)誤差，一般采用簧片式補(bǔ)

28、償器、吊絲式補(bǔ)償器、液體補(bǔ)償器。 4.2雙軸傾斜補(bǔ)償器4.3三軸補(bǔ)償器5 補(bǔ)償器的零位誤差及調(diào)整 補(bǔ)償器的零位誤差是補(bǔ)償器與鉛垂方向不一致的誤差，也稱補(bǔ)償器指標(biāo)差。當(dāng)儀器的垂直軸絕對垂直時，補(bǔ)償器的零位也處于絕對垂直位，而當(dāng)垂直軸傾斜時，補(bǔ)償器的自動改正量才是完全正確的。 若補(bǔ)償器零位不正確，那么在進(jìn)行照準(zhǔn)誤差、橫軸誤差、度盤指標(biāo)差預(yù)置校正時，度盤指標(biāo)差、照準(zhǔn)誤差、橫軸誤差的余量值就包含了補(bǔ)償器的零位誤差量，也就是說，改正的結(jié)果包含了誤差。為了消除補(bǔ)償器零位誤差，廠商在用戶程序中均向用戶提供了“補(bǔ)償器零位改正功能。 雖然圓形氣泡因溫度的變化會產(chǎn)生對稱位移而抵消溫度的影響，但對支架的不對稱因素，

29、仍不可忽視。如果工作溫度變化超過7，需要重新調(diào)整零點值，甚至每星期至少要檢查一次零點值。零點值的軟件設(shè)置，是以儀器上的長水準(zhǔn)氣泡居中時所確定的，這與觀測人員對水準(zhǔn)器的視覺偏差、調(diào)整的精確度起著決定性的作用。6 補(bǔ)償器的應(yīng)用6.1補(bǔ)償器的使用 在使用全站儀補(bǔ)償器的補(bǔ)償功能時應(yīng)注意： (1)在使用全站儀時，當(dāng)水平方向制動螺旋制動，垂直方向轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡時，水平度盤讀數(shù)會不斷地變化，這正是全站儀自動補(bǔ)償改正的結(jié)果。單軸補(bǔ)償只能對垂直度盤讀數(shù)進(jìn)行改正，沒有改正水平度盤讀數(shù)的功能。當(dāng)照準(zhǔn)部水平方向固定，上下轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡時水平角度讀數(shù)不會變化。 (2)雙軸補(bǔ)償只能改正由于垂直軸傾斜誤差對垂直度盤和水平度盤讀數(shù)的

30、影響。當(dāng)照準(zhǔn)部水平方向固定，上下轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡時水平角度讀數(shù)仍然會發(fā)生變化；當(dāng)補(bǔ)償器關(guān)閉后水平度盤讀數(shù)也不會變化。(3)三軸補(bǔ)償?shù)娜緝x是在雙軸補(bǔ)償器的基礎(chǔ)上，用機(jī)內(nèi)計算軟件來改正因橫軸誤差和視準(zhǔn)軸誤差對水平度盤讀數(shù)的影響。即使當(dāng)照準(zhǔn)部水平方向固定，只要上下轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，水平度盤的讀數(shù)仍會有較大的變化，而且與垂直角的大小、正負(fù)有關(guān)。 (4)全站儀補(bǔ)償器的補(bǔ)償功能提供了3種選擇模式，即雙軸、單軸、關(guān)。選擇關(guān)即補(bǔ)償功能不起作用；選擇單軸只對垂直度盤讀數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償；選擇雙軸是對水平和垂直度盤讀數(shù)均進(jìn)行補(bǔ)償。 (5)當(dāng)測站點有振動、風(fēng)大、低精度觀測時，應(yīng)關(guān)閉儀器的補(bǔ)償功能。這樣既可以節(jié)電又可以避免誤補(bǔ)償。(6

31、)全站儀的補(bǔ)償范圍一般為+3，整平度超過此范圍時起不到補(bǔ)償作用。在天頂距接近天頂、天底2范圍內(nèi)，電子補(bǔ)償器的補(bǔ)償功能不起作用。 (7)由于顯示的度盤讀數(shù)中已包含了儀器三軸誤差的影響，因此在放樣時需要特別注意。例如：放樣一條直線時，不能采取與傳統(tǒng)光學(xué)經(jīng)緯儀相同的方法只縱向轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡），而應(yīng)采取旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部180的方法測設(shè)；當(dāng)放樣一條豎線時，應(yīng)使用水平微動螺旋，使其水平角度顯示的讀數(shù)完全一致，而不能只簡單地縱向轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡。(8)有些全站儀提供了電子整平的功能，當(dāng)X,Y方向的傾斜值為零時，從理論上講，此時轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡水平角讀數(shù)就不會發(fā)生變化，但有些儀器在進(jìn)行上述操作后，水平角還會發(fā)生變化，這是因為這些全

32、站儀的補(bǔ)償值與垂直角大小有關(guān)。(9)在水平角0時，用腳螺旋校正電子氣泡居中，儀器水平轉(zhuǎn)動180后，仍可能會偏移很多。即使X,Y分量值為零，如果不以照準(zhǔn)部的長氣泡檢驗為準(zhǔn)，就不能說明儀器垂直軸垂直，所以電子氣泡的居中必須以長氣泡的檢驗校正為準(zhǔn)。6.2補(bǔ)償功能的檢驗 補(bǔ)償功能的檢驗步驟如下。 (1)精確整平儀器。 (2)設(shè)置儀器的補(bǔ)償功能為“開形狀。 (3)使望遠(yuǎn)鏡水平并設(shè)置水平角顯示為零，然后按一定的間隔上、下轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，讀取水平方向值。水平方向值與零的差值即為自動補(bǔ)償器的改正值。第四節(jié)全站儀的數(shù)據(jù)處理原理全站儀的數(shù)據(jù)處理由儀器內(nèi)部的微處理器接受控制命令后按觀測數(shù)據(jù)及內(nèi)置程序自動完成。要解決數(shù)據(jù)的自動傳輸與處理，首先要解決數(shù)據(jù)的存儲方法。所以存儲器是關(guān)鍵，它是信息交流的中樞，各種控制指令、數(shù)據(jù)的存儲都離不開它。存儲的介質(zhì)有電子存儲介質(zhì)和磁存儲介質(zhì)，目前使用的大多是磁存儲介質(zhì)，因為它所構(gòu)成的存儲器在斷電后存儲的信息仍能保留。1 數(shù)據(jù)存儲器的基本結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)存儲器由控制器、緩沖器、運(yùn)算器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、字符庫、顯示器等部分組成，如下圖。 (1)控制器：用于產(chǎn)生各種指令及時序信號。 (2緩沖器：連接并驅(qū)動內(nèi)外數(shù)據(jù)及地址。 (3)運(yùn)算器：用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算及邏輯運(yùn)算。 (4)存儲器：用于存儲觀測數(shù)據(jù)、觀測