全站仪，即全站型电子测距仪（Electronic Total Station），是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统
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全站仪的工作原理
全站仪是一种集光机电为一体的新型测角仪器与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数使测角操作简单化且可避免读数误差的产生电子经纬仪的自动记录储存计算功能以及数据通讯功能进一步提高了测量作业的自动化程度
全站仪与光学经纬仪区别在于度盘读数及显示系统电子经纬仪的水平度盘和竖直度盘及其读数装置是分别采用两个相同的光栅度盘（或编码盘）和读数传感器进行角度测量的根据测角精度可分为0.5″1″2″3″5″10″等几个等级
全站仪主要由测角系统测距系统数据处理系统及通讯接口键盘电源等部分构成其中测角系统用于完成测角功能测距系统用于完成测距功能数据处理系统用于完成对数据的自动记录功能通讯接口用于将内存与计算机连接起来实现双向信息传输键盘用于在测量过程中输入数据或操作指令电源用于给全站仪提供工作所需能量除此之外全站仪还可根据需要接入同轴望远镜双轴自动补偿系统等辅助设施以增加其可完成功能
全站仪同轴化的基本原理是在望远物镜与调焦透镜间设置分光棱镜系统通过该系统实现望远镜的多功能即既可瞄准目标使之成像于十字丝分划板进行角度测量同时其测距部分的外光路系统又能使测距部分的光敏二极管发射的调制红外光在经物镜射向反光棱镜后 经同一路径反射回来再经分光棱镜作用使回光被光电二极管接收为测距需要在仪器内部另设一内光路系统通过分光棱镜系统中的光导纤维将由光敏二极管发射的调制红外光传也送给光电二极管接收进行而由内外光路调制光的相位差间接计算光的传播时间计算实测距离
全站仪测量原理
它的基本测量原理是电子测距技术和电子测角技术
1电子测距技术
电子测距的基本原理是利用电磁波在空气中传播的速度为已知这一特性测定电磁波在被测距离上往返传播的时间来求得距离值但是这种直接测距的方法实现起来非常困难当我们要求较高的测量精度时对测量时间的要求很高这在实践过程中是非常困难的因此在实际的测距过程中可以根据此原理采取改进的方法进行测距在实际过程中主要用两种方法脉冲法和相位法
（1）脉冲法
测距使用的光源为激光器它发射一束极窄的光脉冲射向目标同时输出一电脉冲信号打开电子门让标准频率发生器产生的时标脉冲通过并对其进行计数光脉冲被目标反射后回到发射器同样产生一电脉冲关闭电子门终止时标脉冲通过实践表明其测量精度不低于相位法测距的精度
（2）相位法
相位法测距是测定由仪器连续发射的电磁波正弦信号在被测距离上往返传播所产生的相位差根据相位差来得到距离
在所有的全站仪测距部分标称精度指标的表达式中均使用±（A＋BD）的形式该精度表达式有A和BD组成A代表固定误差单位为mm固定误差主要由仪器加常数的测定误差对中误差测相误差等引起固定误差与测量的距离无关即不管实际测量的距离多长全站仪将存在不大于该值的固定误差全站仪的这一部分误差一般在1-5mm之间BD代表比例误差它主要由仪器频率误差大气折射误差引起B的单位为
ppm B和D的乘积形成比例误差一旦距离确定则比例误差部分就会确定固定误差与比例误差绝对值之和在冠以偶然误差±号即构成全站仪测距精度此外在全站仪进行测距的过程中还需要加上气象改正和乘常数通过在测量作业现场的温度T和气压PP以及湿度H按照一定的气象改正公式求出气象改正数ppm以及距离改正数ΔD
不同的厂家的全站仪其气象改正公式也不同气象改正ppm是一种比例改正因子它随测量现场的温度气压变化而变化不是一个固定值在进行此项改正之后全站仪尚存在另外一个相对固定的比例改正因子习惯上把它叫做乘常数其单位同样是ppm它的作用是用于改正与距离成比例的系统误差这种误差是由于频率偏移折射率的偏移发光管相位不均匀性等原因所引起的每台仪器均存在着乘常数只是大小不同而已一般大的由十几个ppm小的则有零点几个ppm甚至可以忽略不计用户可根据测量任务对精度的要求来决定加上这项改正
2电子测角技术
电子测角即角度测量的数字化也就是自动数字显示角度测量结果其实质是用一套角码转换系统来代替传统的光学读数系统目前这套转换系统有两类一类是采用光栅度盘的所谓增量法测角一类是采用编码度盘的所谓绝对法测角
（1）光栅度盘测角原理（增量法）
光栅就是具有刻制成许多宽度和间隔都相等的直线条纹的光学器件即它是由许多等间隔的透光的缝隙和不透光的刻画线所组成光通过光栅时会产生光的衍射效应用于透射衍射的光栅称为透射光栅用于反射光衍射的光栅称为反射光栅光栅有两个基本参数一是毫米长度范围内的条纹数称为条纹密度二是相邻条纹之间的距离称为间距
根据测量对象不同有长度测量用的光栅刻在一直尺上称为直线光栅另一种是用于角度测量的光栅是在度盘径向按等角距离刻制的辐射状的径向光栅
（2）编码度盘测角原理（绝对法）
编码度盘类似于普通光学度盘的玻璃码盘在此平面上分着若干宽度相同的同心圆环而每一圆环又被刻制成若干等长的透光和不透光区这种圆环称为编码度盘的码道每条码道代表一个二进制的数位有里到外位数由高到低在码道数目一定的条件下整个编码盘可以分成数目一定面积相等的扇形区称为编码盘码区处于同一码区内的各码道的透光区与不透光区的排列构成编码盘的一个编码这一码区所显示的角度范围称为编码度盘的角度分辨率
为了读取各码区的编码数需要编码度盘的码道一测设置光源而在对应的码盘另一侧设置光电探测器每一检测器对应一个光源码盘上的发光二极管和码盘下的光敏二极管组成测角的读定标志把码盘的透光和不透光由光电二极管转换成电信号以透光表示1不透光表示0这样码盘上每一格就对应一个二进制数经过译码即成十进制数从而能显示一个度盘上读出的方位或角度数值因此编码度盘的测角方式为绝对法测角
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