測(cè)距的技術(shù)

如圖4-11所示，欲測(cè)定A、B兩點(diǎn)間的距離D，可在A點(diǎn)安置能發(fā)射和接收光波的光電測(cè)距儀，在B點(diǎn)設(shè)置反射棱鏡，光電測(cè)距儀發(fā)出的光束經(jīng)棱鏡反射后，又返回到測(cè)距儀。通過(guò)測(cè)定光波在AB之間傳播的時(shí)間t，根據(jù)光波在大氣中的傳播速度c，按下式計(jì)算距離D:



4-11



光電測(cè)距儀根據(jù)測(cè)定時(shí)間t的方式，分為直接測(cè)定時(shí)間的脈沖測(cè)距法和間接測(cè)定時(shí)間的相位測(cè)距法。高精度的測(cè)距儀，一般采用相位式。



相位式光電測(cè)距儀的測(cè)距原理是:由光源發(fā)出的光通過(guò)調(diào)制器后，成為光強(qiáng)隨高頻信號(hào)變化的調(diào)制光。通過(guò)測(cè)量調(diào)制光在待測(cè)距離上往返傳播的相位差φ來(lái)解算距離。



相位法測(cè)距相當(dāng)于用“光尺”代替鋼尺量距，而λ/2為光尺長(zhǎng)度。



相位式測(cè)距儀中，相位計(jì)只能測(cè)出相位差的尾數(shù)ΔN，測(cè)不出整周期數(shù)N，因此對(duì)大于光尺的距離無(wú)法測(cè)定。為了擴(kuò)大測(cè)程，應(yīng)選擇較長(zhǎng)的光尺。為了解決擴(kuò)大測(cè)程與保證精度的矛盾，短程測(cè)距儀上一般采用兩個(gè)調(diào)制頻率，即兩種光尺。例如:長(zhǎng)光尺稱為粗尺f1=150kHz，λ1/2=1 000m，用于擴(kuò)大測(cè)程，測(cè)定百米、十米和米；短光尺稱為精尺f2=15MHz，λ2/2=10m，用于保證精度，測(cè)定米、分米、厘米和毫米。







二、光電測(cè)距儀及其使用方法



1．儀器結(jié)構(gòu)



主機(jī)通過(guò)連接器安置在經(jīng)緯儀上部，經(jīng)緯儀可以是普通光學(xué)經(jīng)緯儀，也可以是電子經(jīng)緯儀。利用光軸調(diào)節(jié)螺旋，可使主機(jī)的發(fā)射——接受器光軸與經(jīng)緯儀視準(zhǔn)軸位于同一豎直面內(nèi)。另外，測(cè)距儀橫軸到經(jīng)緯儀橫軸的高度與覘牌中心到反射棱鏡高度一致，從而使經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)覘牌中心的視線與測(cè)距儀瞄準(zhǔn)反射棱鏡中心的視線保持平行，



配合主機(jī)測(cè)距的反射棱鏡，根據(jù)距離遠(yuǎn)近，可選用單棱鏡1500m內(nèi)或三棱鏡2 500m內(nèi)，棱鏡安置在三腳架上，根據(jù)光學(xué)對(duì)中器和長(zhǎng)水準(zhǔn)管進(jìn)行對(duì)中整平。



2．儀器主要技術(shù)指標(biāo)及功能



短程紅外光電測(cè)距儀的最大測(cè)程為2 500m，測(cè)距精度可達(dá)±3mm+2×10-6×D其中D為所測(cè)距離；最小讀數(shù)為1 mm；儀器設(shè)有自動(dòng)光強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置，在復(fù)雜環(huán)境下測(cè)量時(shí)也可人工調(diào)節(jié)光強(qiáng)；可輸入溫度、氣壓和棱鏡常數(shù)自動(dòng)對(duì)結(jié)果進(jìn)行改正；可輸入垂直角自動(dòng)計(jì)算出水平距離和高差；可通過(guò)距離預(yù)置進(jìn)行定線放樣；若輸入測(cè)站坐標(biāo)和高程，可自動(dòng)計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。測(cè)距方式有正常測(cè)量和跟蹤測(cè)量，其中正常測(cè)量所需時(shí)間為3s，還能顯示數(shù)次測(cè)量的平均值；跟蹤測(cè)量所需時(shí)間為0.8s，每隔一定時(shí)間間隔自動(dòng)重復(fù)測(cè)距。



3．儀器操作與使用



1安置儀器 先在測(cè)站上安置好經(jīng)緯儀，對(duì)中、整平后，將測(cè)距儀主機(jī)安裝在經(jīng)緯儀支架上，用連接器固定螺絲鎖緊，將電池插入主機(jī)底部、扣緊。在目標(biāo)點(diǎn)安置反射棱鏡，對(duì)中、整平，并使鏡面朝向主機(jī)。



2觀測(cè)垂直角、氣溫和氣壓 用經(jīng)緯儀十字橫絲照準(zhǔn)覘板中心，測(cè)出垂直角α。同時(shí)，觀測(cè)和記錄溫度和氣壓計(jì)上的讀數(shù)。觀測(cè)垂直角、氣溫和氣壓，目的是對(duì)測(cè)距儀測(cè)量出的斜距進(jìn)行傾斜改正、溫度改正和氣壓改正，以得到正確的水平距離。



3測(cè)距準(zhǔn)備 按電源開(kāi)關(guān)鍵“PWR”開(kāi)機(jī)，主機(jī)自檢并顯示原設(shè)定的溫度、氣壓和棱鏡常數(shù)值，自檢通過(guò)后將顯示“good”。



若修正原設(shè)定值，可按“TPC”鍵后輸入溫度、氣壓值或棱鏡常數(shù)一般通過(guò)“ENT”鍵和數(shù)字鍵逐個(gè)輸入。一般情況下，只要使用同一類的反光鏡，棱鏡常數(shù)不變，而溫度、氣壓每次觀測(cè)均可能不同，需要重新設(shè)定。



4距離測(cè)量 調(diào)節(jié)主機(jī)照準(zhǔn)軸水平調(diào)整手輪或經(jīng)緯儀水平微動(dòng)螺旋和主機(jī)俯仰微動(dòng)螺旋，使測(cè)距儀望遠(yuǎn)鏡精確瞄準(zhǔn)棱鏡中心。在顯示“good”狀態(tài)下，精確瞄準(zhǔn)也可根據(jù)蜂鳴器聲音來(lái)判斷，信號(hào)越強(qiáng)聲音越大，上下左右微動(dòng)測(cè)距儀，使蜂鳴器的聲音最大，便完成了精確瞄準(zhǔn)，出現(xiàn)“*”。



精確瞄準(zhǔn)后，按“MSR”鍵，主機(jī)將測(cè)定并顯示經(jīng)溫度、氣壓和棱鏡常數(shù)改正后的斜距。在測(cè)量中，若光速受擋或大氣抖動(dòng)等，測(cè)量將暫被中斷，此時(shí)“*”消失，待光強(qiáng)正常后繼續(xù)自動(dòng)測(cè)量；若光束中斷30秒，須光強(qiáng)恢復(fù)后，再按“MSR”鍵重測(cè)。



斜距到平距的改算，一般在現(xiàn)場(chǎng)用測(cè)距儀進(jìn)行，方法是:按“V／H”鍵后輸入垂直角值，再按“SHV”鍵顯示水平距離。連續(xù)按“SHV”鍵可依次顯示斜距、平距和高差。







三、光電測(cè)距的注意事項(xiàng)



1氣象條件對(duì)光電測(cè)距影響較大，微風(fēng)的陰天是觀測(cè)的良好時(shí)機(jī)。



2測(cè)線應(yīng)盡量離開(kāi)地面障礙物1.3m以上，避免通過(guò)發(fā)熱體和較寬水面的上空。



3測(cè)線應(yīng)避開(kāi)強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的地方，例如測(cè)線不宜接近變壓器、高壓線等。



4鏡站的后面不應(yīng)有反光鏡和其他強(qiáng)光源等背景的干擾。



5要嚴(yán)防陽(yáng)光及其他強(qiáng)光直射接收物鏡，避免光線經(jīng)鏡頭聚焦進(jìn)入機(jī)內(nèi)，將部分元件燒壞，陽(yáng)光下作業(yè)應(yīng)撐傘保護(hù)儀器。







四、全站儀簡(jiǎn)介



在電子經(jīng)緯儀支架上可以加裝紅外測(cè)距儀，與電子手簿相結(jié)合，可組成全站儀，能同時(shí)顯示和記錄水平角、垂直角、水平距離、斜距、高差、點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)值等。大致測(cè)量過(guò)程如下:



1在測(cè)站點(diǎn)安置電子經(jīng)緯儀；在電子經(jīng)緯儀上連接安裝光電測(cè)距儀；在目標(biāo)點(diǎn)安置反光棱鏡。



2用電子經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)反光棱鏡的覘牌中心，操作鍵盤(pán)，在顯示屏上顯示水平角和垂直角。



3用光電測(cè)距儀瞄準(zhǔn)反光棱鏡中心，操作鍵盤(pán)，測(cè)量并輸入測(cè)量時(shí)的溫度、氣壓和棱鏡常數(shù)，然后置入天頂距即電子經(jīng)緯儀所測(cè)垂直角，即可顯示斜距、高差和水平距離。



4再輸入測(cè)站點(diǎn)到照準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)方位角及測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，即可顯示照準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。



另外， 電子手簿中可儲(chǔ)存上述數(shù)據(jù)，最后輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)繪圖。近些年來(lái)，這種全站型電子速測(cè)儀已逐步被自動(dòng)化程度更高、功能更強(qiáng)大的全站儀所取代。