楊維芳

(中國地震局地球物理研究所,北京 100081)

光電測距儀室內(nèi)長基線建立方法研究

楊維芳

(中國地震局地球物理研究所,北京 100081)

光電測距儀器(包括全站儀,以下只簡稱光電測距儀)既是測量儀器,又是計(jì)量儀器,肩負(fù)著長度量值傳遞的任務(wù)。量值的準(zhǔn)確與否直接影響著測量工作的質(zhì)量。尤其在目前儀器“黑盒”操作時(shí)代,儀器的性能更是整個(gè)測量過程的關(guān)鍵,因此要有科學(xué)的方法對(duì)光電測距儀進(jìn)行周期性的檢定。目前光電測距儀的加常數(shù)、乘常數(shù)檢定采用野外基線。

野外基線法的缺點(diǎn)是:①需要的場地面積大,建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用高;②因其一般建在郊外,每次檢定儀器時(shí)所需的人力和財(cái)力相應(yīng)增大;③檢定花費(fèi)時(shí)間長;④檢定還易受氣候條件的制約和影響。

與野外基線法相比,在室內(nèi)建立基線的優(yōu)勢(shì)是明顯的:室內(nèi)環(huán)境條件穩(wěn)定,標(biāo)準(zhǔn)儀器準(zhǔn)確度高,更能客觀真實(shí)地反映儀器本身內(nèi)在的質(zhì)量問題,為獨(dú)立分離光電測距儀各項(xiàng)誤差因素提供了保障,而且檢定能夠隨時(shí)進(jìn)行。

隨著光電測距儀的用量逐年增加,儀器檢定、校準(zhǔn)和檢測人員的工作量也在增大,因此,研究高效的、方便的室內(nèi)檢定方法用以確定或了解儀器的準(zhǔn)確度成為業(yè)內(nèi)的共識(shí),也是當(dāng)前測距儀檢定課題的研究熱點(diǎn)。但是,這是一項(xiàng)國際性的難題,國內(nèi)外尚處于探索階段。目前雖然實(shí)現(xiàn)了測距儀加常數(shù)和周期誤差的室內(nèi)檢定,但乘常數(shù)的檢定依然應(yīng)用野外基線法。因?yàn)楦鶕?jù)理論分析和實(shí)踐證明,基線越長,乘常數(shù)的檢定結(jié)果越可靠。在建立室內(nèi)長基線方面,目前可以查閱到的方法有光纖法和平面鏡法,但是這兩種方法對(duì)長基線的研究淺嘗輒止,基本處于停滯狀態(tài)。由此可見,對(duì)于光電測距儀室內(nèi)檢定而言,長基線的建立是問題的關(guān)鍵,其理論意義和實(shí)用價(jià)值不言而喻。

為此,論文提出了利用角錐棱鏡陣列來建立虛擬長基線的思想,這是本文的主要?jiǎng)?chuàng)新。該創(chuàng)新思想建立在作者如下工作的基礎(chǔ)上:①對(duì)利用角錐棱鏡建立室內(nèi)基線的方案進(jìn)行了可行性論證。因?yàn)榻清F棱鏡具有后反射特性、免調(diào)試特性、光線在角錐棱鏡內(nèi)的光程是一常量的特性等,通過對(duì)角錐棱鏡在室內(nèi)基線中的能量損失、氣象條件對(duì)測距的影響、波長對(duì)測距的影響、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和基線的標(biāo)定問題等的分析,指出用25個(gè)角錐棱鏡在室內(nèi)40m的距離上建立1km長的基線是可行的。②給出了室內(nèi)基線系統(tǒng)不確定度的分析方法。經(jīng)分析得到,本方案設(shè)計(jì)的基線在1km長度上的不確定度為0.67mm,能夠滿足檢定基線的要求。③在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案,并進(jìn)行了理論性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。在作者現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下,建立了200m內(nèi)的基線。實(shí)驗(yàn)表明,系統(tǒng)具有距離重復(fù)性、相對(duì)穩(wěn)定性和易操作性。

本文的主要研究內(nèi)容如下:

(1)分析了光電測距儀室內(nèi)檢定的現(xiàn)狀及存在的瓶頸問題;

(2)提出利用角錐棱鏡陣列建立室內(nèi)長基線的思想;

(3)對(duì)利用角錐棱鏡建立室內(nèi)基線的方案進(jìn)行了可行性論證及系統(tǒng)不確定度分析;

(4)確立了實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析;

(5)對(duì)鮮見報(bào)道的光電測距儀野外基線設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了系統(tǒng)地歸納、整理;

(6)建議檢定規(guī)程中應(yīng)對(duì)光電測距儀的加常數(shù)和乘常數(shù)給出定義,并對(duì)加常數(shù)、乘常數(shù)的計(jì)算進(jìn)行加權(quán)處理。

P225.2;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.02.015

光電測距儀;室內(nèi)基線;角錐棱鏡

(作者電子信箱,楊維芳:ywf0208@163.com)