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        全站儀測量誤差分析

        2011-08-15 00:52:53
        科技傳播 2011年17期
        關(guān)鍵詞:影響

        劉 海

        保定長城汽車股份有限公司,河北保定 071000

        測距誤差是由光速、測相、頻率、大氣折射率和儀器常數(shù)等誤差引起的。測距誤差可為兩類:一類是與距離遠近無關(guān)的誤差,即測相誤差和儀器加常數(shù)誤差,稱為固定誤差;另一類是與距離遠近成比例的誤差,即光速誤差、頻率誤差和大氣折射率誤差,稱為比例誤差。

        1 測量時的注意事項

        1)開工前應(yīng)檢查儀器箱背帶及提手是否牢固;

        2)開箱后提取儀器前,要看準儀器在箱內(nèi)放置的方式和位置,裝卸儀器時,必須握住提手,切不可拿儀器的鏡筒,否則會影響內(nèi)部固定部件,降低儀器的精度。儀器用畢,先蓋上物鏡罩,并擦去表面的灰塵。裝箱時各部位要放置妥帖;

        3)在陽光照射下觀測,應(yīng)給儀器打傘,并帶上遮陽罩。在陰雨天氣進行作業(yè)時,也應(yīng)打傘遮雨,以免影響觀測精度;

        4)架設(shè)儀器盡可能用木制三腳架,因金屬三腳架會產(chǎn)生振動,影響測量精度。用連接螺旋將儀器固定在三腳架上之后才能放開儀器。在整個操作過程中,觀測者不能離開儀器,以避免發(fā)生意外事故;

        5)當測站之間距離較遠,搬站時應(yīng)將儀器電源關(guān)閉后卸下,再裝箱背著走。當測站之間距離較近,搬站時可將儀器連同三腳架一起靠在肩上,儀器要盡量保持直立;

        6)儀器任何部分發(fā)生故障不能勉強使用,應(yīng)立即檢修,否則會加劇儀器的損壞程度;

        7)禁止用手撫摸儀器的光學(xué)元件表面。清潔儀器透鏡表面時,請先用干凈的毛刷掃去灰塵,再用干凈的無線棉布蘸酒精由透鏡中心向外一圈圈地輕輕擦拭;

        8)儀器應(yīng)保持干燥,遇雨后應(yīng)將儀器擦干,放在通風處,待儀器完全晾干后才能裝箱。儀器箱應(yīng)保持清潔、干燥;

        9)冬天室內(nèi)室外溫差較大,儀器搬出室外或搬人室內(nèi),應(yīng)隔一段時間后才能開箱;

        10)電池充電時間不能超過規(guī)定的時間。電池長期不用,要每月充電一次。存放溫度以0℃~40℃為宜。

        2 固定誤差分析

        2.1 測相誤差

        測相誤差就是測定相位差的誤差。測相精度是影響測距精度的主要因素之一,因而提高測相精度對測距十分有利。但測相誤差的來源很多,有儀器本身的原因,也有外界條件變化的影響。

        1)測相系統(tǒng)本身的誤差

        目前紅外測距均采用脈沖數(shù)字式自動測相裝置。它主要受時鐘脈沖頻率穩(wěn)定性、檢相電路的時間分辨率以及平均檢相次數(shù)的影響。要減弱測相系統(tǒng)本身誤差的影響,主要是提高電路和測相裝置的質(zhì)量。

        2)照準誤差

        照準誤差是由發(fā)光管發(fā)射的光束相位不均勻產(chǎn)生的。砷化鎵發(fā)光管發(fā)射的光束,在與發(fā)光管等距離的圓弧面上的相位應(yīng)該相同,光束不同位置測出的距離也應(yīng)相同。實際上,相位相同的點并不在同一圓弧上,導(dǎo)致相位相同的點,距離都不一樣。這樣,在測距時用了光束的不同位置,結(jié)果也會不同。這就是相位不均勻所造成的誤差。這項誤差主要取決于發(fā)光管的質(zhì)量,可采用一些光學(xué)措施,如混相透鏡等減小誤差。

        3)幅相誤差

        幅相誤差是由于接收信號的強弱變化,對測量相位差所造成的影響。為了減小幅相誤差,可改善電路系統(tǒng),加設(shè)自動增益控制電路,以控制電流的輸出幅度。也叮設(shè)置控制孑L徑光欄或減光板,以調(diào)節(jié)信號強度。

        全站儀一般均設(shè)有幅度自動控制系統(tǒng),雖然測量的距離遠近不同-但接收信號的幅度能保持在一定范圍內(nèi),這就避免了幅相誤差的產(chǎn)生。

        4)噪聲引起的誤差

        由于大氣溫度變化而產(chǎn)生的抖動及一些光、電信號的干擾而產(chǎn)生的噪聲,降低了儀器對測距信號的分辨能力,給測距帶來誤差。影響測距信號分辨能力的是信噪比,即信號功率與噪聲功率的比值。因此,可采取增大信號強度的方法來減少噪聲的影響。另外,這項誤差是隨機的,儀器采用增多檢相次數(shù)取平均值,可以減弱其影響。

        2.2 儀器加常數(shù)誤差

        儀器的加常數(shù)是儀器常數(shù)和棱鏡常數(shù)之和。儀器常數(shù)是儀器的豎軸中心線至機內(nèi)距離起算參考面的距離。棱鏡常數(shù)是棱鏡基座中心軸線至等效反射面的距離。加常數(shù)是與所測距離大小無關(guān)的一個常數(shù),通常將它測定出來,預(yù)置在儀器中,自動進行改正。

        由于儀器經(jīng)過長途運輸和使用,加常數(shù)值會發(fā)生變化。因此,要求定期測定加常數(shù),然后將測得的新值預(yù)置在儀器中,以取代原先設(shè)置的加常數(shù)。

        2.3 儀器和棱鏡的對中誤差

        用光學(xué)對中,對中誤差一般小于1mm;用對中桿對中,一般可小于2mm。對于精密測距,要求測前對光學(xué)對中進行嚴格校正,觀測時應(yīng)仔細對中,不要使用對中桿。

        2.4 周期誤差

        周期誤差是以一定距離(一般是精測光尺長度)為周期重復(fù)出現(xiàn)的誤差。周期誤差是由儀器內(nèi)部電信號的申擾產(chǎn)牛的。測相信號同頻率的干涉信號,會使接收信號的相位發(fā)生變化,

        相位計測出的相位已不是測距信號的相位,而是測距信號與串擾信號的合成信號的相位,使洲距產(chǎn)生誤差。為了減少儀器的周期誤差,主要是采取加強屏蔽、合理隔離。日前的全站儀都采用了大規(guī)模集成電路,并有良好的屏蔽能力-因此周期誤差很小。

        3 比例誤差分析

        3.1 真空光速值的測定誤差

        目前真空光速值的測定精度已相當高,所以此項誤差對測距的影響可以忽略不計。

        3.2 頻率誤差

        調(diào)制頻率足由石英晶體振蕩器產(chǎn)生的。調(diào)制頻率決定光測尺的長度。它的誤差直接影響測距精度。與鋼尺量距中尺長誤差對測距的影響一樣,頻率誤差屬于系統(tǒng)誤差,它與所測距離的長度成正比。頻率誤差產(chǎn)生的原因,一是振蕩器設(shè)鼢的訓(xùn)制頻率有誤差,即頻率的準確度問題;二是在使用過程中。由于晶體老化、溫度變化、電源及電子電路的影響,振蕩器的頻率發(fā)生漂移,即頻率的穩(wěn)定度問題。前者產(chǎn)生的頻率誤差可用高精度的頻率計(相對精度一般應(yīng)高于10-8)校準,后者可選擇高質(zhì)量的石英晶體,采用恒溫裝置及穩(wěn)定的電源,以減小頻率誤差。

        3.3 大氣折射率的誤差

        大氣中的光速與大氣折射率有關(guān),大氣折射率的誤差會:畝接影響到光速,也會影響光測尺的長度。大氣折射率與空氣的密度和濕度有關(guān),空氣的密度又與氣溫和氣壓有關(guān)。據(jù)測定·溫度誤差對折射率的影響最大,溫度誤差為1℃,對折射率的影響為0,93×10-6。由于折射率誤差與測距誤差成正比,因此對測距的影響亦為0,93×10-6D。當氣壓誤差為1mbar時對測距的影響為0,27×10-6D。濕度的影響最小,一般情況下可不考慮。觀測時,一是在測線兩端分別量取溫度和氣壓取平均值;二是選擇有利的觀測時間。

        4 棱鏡參數(shù)及其改正

        由于光在玻璃中的傳播速度比空氣中慢,因此光在反射棱鏡中傳播所用的超量時間會使所測距離增大某一數(shù)值,通常我們稱作棱鏡常數(shù)。棱鏡常數(shù)的大小與棱鏡直角玻璃錐體的尺寸和玻璃的類型有關(guān)。實際上,棱鏡常數(shù)已在廠家所附的說明書或在棱鏡上標出(通常為“0mm”或“-30mm”),供測距時使用。在精密測量中,為減少誤差,應(yīng)使用儀器檢定時使用的棱鏡類型。

        [1]李秀芬.提高全站儀測高差精度的方法[J].交通科技,2002(5).

        [2]裴志,賀鵬,韓彥偉.應(yīng)用全站儀進行三角高程測量的新方法.會議論文,2006.

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