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閱讀：4096發(fā)布時(shí)間：2021-9-23
關(guān)鍵詞：全站儀 2C誤差 原理 檢校
前言：全站儀是基于光學(xué)經(jīng)緯儀、單板 機(jī)及激光測(cè)距儀基礎(chǔ)上研發(fā)的測(cè)量?jī)x器，由于它具備方便、準(zhǔn)確、快捷的功能，因而在20世紀(jì)九十年代一經(jīng)推出就得到了廣 泛的應(yīng)用與推廣，而對(duì)全站儀在測(cè)量誤差理論的分析研究依然沿用早期的光學(xué)經(jīng)緯儀誤差分析原理，從純機(jī)械光學(xué)理論分析來指導(dǎo)全站儀的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，必然造成理論 上的偏差與不足，本文試從光學(xué)經(jīng)緯儀及全站儀成因，內(nèi)處理方式及2C誤差的來源，對(duì)施工應(yīng)用的影響進(jìn)行分析，闡述對(duì)全站儀誤差的應(yīng)用控制的正確方法。
一、2C誤差產(chǎn)生的原因及常用處理方式
1、經(jīng)緯儀的2C誤差成因：由于經(jīng)緯儀是純機(jī)械及光學(xué)結(jié)構(gòu)，因此，經(jīng)緯儀產(chǎn)生2C誤差的成因在于望遠(yuǎn)鏡橫軸與豎軸不垂直的機(jī)械加工幾何誤差以及由于水平度盤未 嚴(yán)密置平而引起的視準(zhǔn)軸在一斜面上的投影誤差，由目前機(jī)械加工制造精度能力的提高，該幾何軸線關(guān)系的誤差的影響已經(jīng)被控制在一個(gè)可接受的范圍。因此，當(dāng)在 儀器操作過程中，在人工整平的精確度受限及外界微小外力作用的因素（風(fēng)力，土壤的回彈，陽光照射的不均勻。。。）影響下，望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸圍繞橫軸在豎直方向 上作一規(guī)則斜面運(yùn)動(dòng)時(shí)，視準(zhǔn)軸在水平度盤上的投讀數(shù)與正確值的差值，是2C誤差的主要來源。（見圖1）
由附圖1可以看到，當(dāng)視準(zhǔn)軸處于水平位置 觀測(cè)目標(biāo)時(shí)，橫軸與豎軸不垂直底不影響視準(zhǔn)軸照準(zhǔn)目標(biāo)的方向。因此，照準(zhǔn)與儀器同高的目標(biāo)，進(jìn)行視準(zhǔn)軸垂直于橫軸 的檢驗(yàn)與校正，是有利的條件，同時(shí)采用正倒觀測(cè)并?。ˋ1+A2）/2的方式來消除影響。說明經(jīng)緯儀2C誤差有著規(guī)律性可以進(jìn)行推算。
二、全站儀2C誤差來源
全站儀是經(jīng)緯儀，單板機(jī)及測(cè)距儀一體機(jī)，因此，在內(nèi)部不僅存在機(jī)械及光學(xué)結(jié)構(gòu)，同時(shí)還有電子線路組成，比較經(jīng)緯儀而言，同樣存在 由于望遠(yuǎn)鏡橫軸與豎軸不垂直的幾何加工誤差，整平誤差，外環(huán)境影響造成的視準(zhǔn)軸在一斜面上的投影誤差，因此在全站儀的左度盤下方及水平度盤上方，設(shè)計(jì)者采 用增設(shè)水平及豎直度盤電子補(bǔ)償器的方式，感知儀器在水平、豎直方向的軸向偏差，并將偏差大小轉(zhuǎn)換為電子數(shù)字信號(hào)，對(duì)水平及豎直數(shù)碼度盤上初始讀數(shù)進(jìn)行修正 后輸出，形成改正后的讀數(shù)。早期型號(hào)的全站儀均采用填充了一定電解溶液的水準(zhǔn)管作為補(bǔ)償線路中的感應(yīng)器（圖2），當(dāng)儀器不平時(shí)，氣泡在水準(zhǔn)管中偏移，造成 管中兩端導(dǎo)電溶液長(zhǎng)度不等，引起線路兩端電阻變化，從而在兩輸出端中獲得變化的電流強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下電流比較，并經(jīng)信號(hào)放大后換算成補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，因 此，補(bǔ)償?shù)姆秶办`敏度較低，且體積較大，一個(gè)補(bǔ)償器僅能就單方向進(jìn)行補(bǔ)償感應(yīng)及計(jì)算。
而現(xiàn)代的全站儀則采用圓型的液態(tài)油箱補(bǔ)償器（見 圖3），在油箱氣泡的四個(gè)方向 安裝發(fā)射及接收光纖各2個(gè)，組成2個(gè)方向上的光路，在光纖導(dǎo)入端口引導(dǎo)激光進(jìn)入氣泡內(nèi)的液體。由于補(bǔ)償器安放在度盤附近，并經(jīng)過6個(gè)螺絲固定校正以模擬度 盤的位置，儀器水平度盤設(shè)置不平時(shí)，氣泡盒也同樣產(chǎn)生偏斜，從而造成盒內(nèi)的油性液體流動(dòng)。引起氣泡內(nèi)液體的厚度及液面角度發(fā)生變化，，盒內(nèi)液體表面傾斜， 與補(bǔ)償器底面形成一個(gè)夾角§，整個(gè)液體可以視為一個(gè)光楔結(jié)構(gòu)，當(dāng)光信號(hào)接觸到液體表面時(shí)，由于液面角度變化從而造成光信號(hào)的液面透射率發(fā)生變化，接收端收 到改變后的信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的信號(hào)進(jìn)行光強(qiáng)度及相位差比較，從而求得補(bǔ)償系數(shù)，自動(dòng)進(jìn)行2C改正，已消除度盤傾斜后對(duì)讀數(shù)的影響。
三、綜上所述，可以明確，當(dāng)經(jīng)緯儀存在2C差時(shí)，采用正倒鏡觀測(cè)讀數(shù)并取平均時(shí)，可以減少2C差影響。
而全站儀則采用補(bǔ)償器的方式，通過儀器補(bǔ)償器對(duì)度盤傾斜率的感應(yīng)且比較標(biāo)準(zhǔn)值之差，計(jì)算修正值并對(duì)初始讀數(shù)修正而消除2C差值。（見流程圖4）
四、全站儀2C差的影響因素
在對(duì)全站儀的補(bǔ)償器工作原理分析中不難發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)償器是模擬度盤所在工作狀態(tài)時(shí)的傾斜狀態(tài)并與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行比較后，得出修正值并對(duì)初始讀數(shù)進(jìn)行修正，在補(bǔ)償 器整個(gè)工作過程中，設(shè)液體折射率為N，當(dāng)夾角§很小時(shí)，由折射定律可以推算出光線在切線方向上的位移量等于夾角與半徑之乘積。半徑為水平度盤之半徑。補(bǔ)償 器的液體折射率及度盤半徑為固定值，在震動(dòng)拆裝過程中不會(huì)出現(xiàn)變化，但補(bǔ)償器到儀器度盤的光程距離將隨外界環(huán)境而發(fā)生變化，造成不正確的補(bǔ)償。因此，在該 過程中可以得出
（1）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值的確定精度（即補(bǔ)償器校正后的精度）直接影響到補(bǔ)償值大小及讀數(shù)精度。
（2）補(bǔ)償器對(duì)度盤工作狀態(tài)的模擬準(zhǔn)確性（補(bǔ)償器與 度盤固定關(guān)系）也決定了讀數(shù)精度。由于作業(yè)環(huán)境的惡劣，儀器在運(yùn)輸、使用、保管過程中不可避免地會(huì)受到?jīng)_擊等外力影響，從而改變補(bǔ)償器的位置，引發(fā)對(duì)初始 讀數(shù)的錯(cuò)誤補(bǔ)償，從而導(dǎo)致2C誤差對(duì)讀數(shù)的影響，在光學(xué)經(jīng)緯儀上，由于其單純的光學(xué)及機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，2C的誤差可以采用正倒鏡觀測(cè)以消除，且有一定規(guī)律 性，而全站儀由于不僅存在機(jī)械、光學(xué)方面的因素，同時(shí)存在電子線路補(bǔ)償方面的影響，從而造成該項(xiàng)影響不具有規(guī)律性，而且較難以被發(fā)現(xiàn)，如現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員缺乏 一定的專業(yè)儀器維修知識(shí)，現(xiàn)場(chǎng)問題就難以判斷處理。
因此，在實(shí)際工作中，針對(duì)以上原因及分析，應(yīng)注重以下工作原則：
（1）注意日常工作中儀器運(yùn) 輸、保管與使用，避免儀器磕碰。
（2）在儀器日常使用中，應(yīng)定 期對(duì)全站儀做補(bǔ)償器的校正，以確定補(bǔ)償器對(duì)工作中度盤標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)模擬的準(zhǔn)確性。
（3）每次儀器使用前，應(yīng)進(jìn)行2C差的檢查，如發(fā)現(xiàn)儀器2C差值突然增大或超 限的現(xiàn)象，不能采取正倒鏡取平均的方式，而應(yīng)該關(guān)閉電子補(bǔ)償器，重新檢查全站儀的光學(xué)，機(jī)械結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確可靠性，如果在關(guān)閉補(bǔ)償器狀態(tài)下2C差滿足規(guī)范，可 以繼續(xù)使用，并在事后及時(shí)送有關(guān)部門進(jìn)行補(bǔ)償器的校正。
（4）在導(dǎo)線測(cè)量中，應(yīng)嚴(yán)格遵照規(guī)范采用正倒鏡測(cè)回法進(jìn)行測(cè)角量距工作，嚴(yán)禁采用直接求取坐標(biāo)并取 平均值的方式進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量。
（5）精密三角高程測(cè)量中，如前視點(diǎn)與測(cè)站之間存在仰俯角過大情況下，應(yīng)嚴(yán)格做到多測(cè)回正倒鏡觀測(cè)。
本文所闡述的觀 點(diǎn)意在證明：隨著平常技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量?jī)x器手段的改變，早期的經(jīng)緯儀誤差理論應(yīng)該有所提高，與實(shí)踐相適應(yīng)，否則是無法指導(dǎo)實(shí)踐生產(chǎn)活動(dòng)。諸 如以上的例子在全站儀應(yīng)用中還有許多，如全站儀三角高程測(cè)量誤差影響來源，全站儀內(nèi)設(shè)的比例因子系數(shù)的應(yīng)用，全站儀測(cè)距加常數(shù)、乘常數(shù)及內(nèi)置固定改正數(shù)等 的來源 等。只有充分了解全站儀內(nèi)部構(gòu)造、工作原理，才能在實(shí)踐應(yīng)用中針對(duì)不同情況，進(jìn)行推算處理分析，保證工作質(zhì)量。
作為一個(gè)測(cè)量工作者，不僅應(yīng)具備良好的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也應(yīng)學(xué)習(xí)相關(guān)的機(jī)械、光學(xué)、電子知識(shí)，而不能盲目追求過度依賴于高度自動(dòng)化的儀器，只有做到對(duì)儀器內(nèi)部的性能了如指掌，善于從實(shí)踐中學(xué)習(xí)掌握并總結(jié)全面的知識(shí)理論，才能更好地指導(dǎo)施工。
信息標(biāo)題：全站儀2C誤差產(chǎn)生的原理、檢校及應(yīng)用控制
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