摘 要：文章主要探討傳感器作為一門新興的、蓬勃發(fā)展的新技術(shù)，在常規(guī)測(cè)繪領(lǐng)域可供應(yīng)用的價(jià)值方向。希望通過(guò)文章的分析與探討，為測(cè)繪作業(yè)提供更大的支持和便利。

關(guān)鍵詞：傳感器；常規(guī)測(cè)繪；應(yīng)用

1 傳感器

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量件并按照一定的規(guī)律（數(shù)學(xué)函數(shù)法則）轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。

1.1 傳感器的組成

傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源四部分組成。

敏感元件直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的物理量信號(hào)；轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；變換電路負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)制；轉(zhuǎn)換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電。

1.2 傳感器的類型

傳感器的分類方法很多。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。

其實(shí)傳感器就相當(dāng)于用儀器代替人的各種感覺(jué)，視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，嗅覺(jué)，味覺(jué)，觸覺(jué)。

1.3 傳感器的主要應(yīng)用

（1）在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用：在工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。

（2）在基礎(chǔ)學(xué)科研究中的應(yīng)用：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到飛米的粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到秒的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開(kāi)拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁場(chǎng)等等。顯然，要獲取大量人類感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開(kāi)發(fā)的先驅(qū)。

（3）其他領(lǐng)域：傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。可以毫不夸張地說(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。

2 傳感器在常規(guī)測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用方向

目前傳感器在測(cè)繪行業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在遙感（RS）圖像的獲取方面，以及大型大壩，橋梁等建筑物的變形監(jiān)測(cè)方面，在常規(guī)測(cè)繪領(lǐng)域，新興的傳感器技術(shù)應(yīng)用較少，我卻認(rèn)為，在這個(gè)大的基礎(chǔ)領(lǐng)域，傳感器技術(shù)大有可為，而且很有可能大大提高常規(guī)測(cè)繪效率和精度。下面我從三個(gè)應(yīng)用方向探討。

2.1 全站儀大氣改正值PPM輸入的智能化

全站儀，即全站型電子測(cè)距儀（Electronic Total Station），是一種集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)測(cè)量?jī)x器，是集水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差測(cè)量功能于一體的測(cè)繪儀器系統(tǒng)。全站儀的距離測(cè)量采用的是光電測(cè)距原理。光電測(cè)距的的測(cè)尺長(zhǎng)度是在一定的氣象條件下推算出來(lái)的，但是儀器在野外測(cè)量時(shí)的氣象條件與標(biāo)準(zhǔn)氣象不一致，使測(cè)距值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。光在大氣中的傳播速度會(huì)隨大氣的溫度和氣壓而變化，15℃和760mmHg是儀器設(shè)置的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，此時(shí)的大氣改正為0ppm。實(shí)測(cè)時(shí)，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行改正。所以在測(cè)距時(shí)應(yīng)該同時(shí)測(cè)定環(huán)境溫度和氣壓，然后利用廠家提供的氣象改正公式計(jì)算改正值。全站儀作為電子儀器雖然無(wú)需通過(guò)對(duì)照表查找對(duì)應(yīng)的改值，但是通常依然需要通過(guò)氣壓計(jì)和溫度計(jì)量出工作時(shí)的氣壓和溫度輸入到儀器中，由儀器自動(dòng)改正。因?yàn)樾枰斯ぽ斎?，而且通常外業(yè)工作人員的理論水平參差不齊，忘記更新PPM的情況常有發(fā)生。在這樣的情況下，PPM要是能夠智能改正就好了，此時(shí)傳感器也就應(yīng)該大展身手了。

在全站儀的機(jī)身集成一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)氣壓傳感器，便可以實(shí)現(xiàn)PPM的智能化改正了。溫度傳感器技術(shù)比較成熟，可供選擇的方案很多，而且體積也不大。高精度氣壓傳感器一般是利用MEMS技術(shù)在單晶硅片上加工出真空腔體和惠斯登電橋，惠斯登電橋橋臂兩端的輸出電壓與施加的壓力成正比，經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和校準(zhǔn)后具有體積小，精度高，響應(yīng)速度快，不受溫度變化影響的特點(diǎn)。這樣兩個(gè)傳感器互不干擾，還能協(xié)同校正。

另外，為了全站儀能夠正常工作，都會(huì)界定全站儀工作的環(huán)境溫度范圍，有了溫度傳感器之后，還可以加入低溫和高溫報(bào)警功能，保護(hù)數(shù)據(jù)免于在極限溫度下發(fā)生丟失和損壞。

2.2 墻角置鏡

在很多工程情境下，尤其是建筑工程的情境下，我們通常需要在墻角等不方便架設(shè)棱鏡的地方置鏡。置鏡于墻角，不可避免的會(huì)帶來(lái)對(duì)中誤差；通過(guò)距離交會(huì)等方法能夠避免在墻角置鏡，但是測(cè)量精度不高。這種情況下，如果在棱鏡桿的水準(zhǔn)上面安置一個(gè)傾角傳感器，置鏡的煩惱就可以解決了。通過(guò)傳感器測(cè)得的傾角，利用正弦函數(shù)就可以求得水平對(duì)中偏移量，加入改正，就“相當(dāng)于”墻角置鏡了。

高精度單軸傾角傳感器基于電容式3D-MEMS技術(shù)，在全溫區(qū)都能表現(xiàn)出它卓越的可靠性，穩(wěn)定性和高精度。通過(guò)雙軸的配合，用歐拉角的形式表示一個(gè)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)360度傾角的測(cè)量。產(chǎn)品已經(jīng)非常穩(wěn)定。這正合墻角對(duì)中偏差傾角測(cè)量改正的需求。

2.3 儀器整平

儀器整平牽涉的范圍很廣，基本上所有的測(cè)量?jī)x器都牽涉到整平。把傳感器技術(shù)應(yīng)用到儀器整平，將會(huì)使整平往自動(dòng)化和智能化前進(jìn)一大步，它也會(huì)像全站儀的出現(xiàn)一樣對(duì)整個(gè)測(cè)繪行業(yè)的作業(yè)效率帶來(lái)一個(gè)很大的提升。

目前的儀器整平，主要通過(guò)三腳架腳架和儀器基座的腳螺旋來(lái)人工調(diào)節(jié)，不同作業(yè)水平的人員整平的精度不一。如果把三腳架或腳螺旋設(shè)置成可伸縮的彈性設(shè)計(jì)，并且安置力傳感器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，然后在基座平臺(tái)上安置雙軸水平傳感器進(jìn)行整體控制，那么整平的速度和精度將會(huì)大大提高。水平傳感器是通過(guò)測(cè)量靜態(tài)重力加速度變化，轉(zhuǎn)換成傾角變化，為了達(dá)到較高的精度，通常產(chǎn)品內(nèi)置有溫度補(bǔ)償，消除由于溫度造成的零位角度漂移。

在實(shí)際的測(cè)量作業(yè)中，整平并不是一個(gè)孤立的操作行為，它通常和對(duì)中是聯(lián)系在一起的，這就需要更多傳感器協(xié)同發(fā)揮作用。

隨著傳感器技術(shù)的日新月異，一定會(huì)有更多更新的傳感器可以為測(cè)繪作業(yè)提供更大的支持和便利。

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