全站儀檢定裝置的研究與實(shí)現(xiàn)

摘 要：全站儀是一種集角度測(cè)量和距離測(cè)量功能于一體的現(xiàn)代化高技術(shù)測(cè)量?jī)x器，根據(jù)JJG 100-2003 全站型電子速測(cè)儀檢定規(guī)程的要求，應(yīng)對(duì)全站儀進(jìn)行周期性檢定，本裝置根據(jù)光電轉(zhuǎn)換提取全站儀測(cè)距光中的調(diào)制電信號(hào)，經(jīng)外加調(diào)制器調(diào)制到外加激光上，并經(jīng)過(guò)光纖傳輸返回到全站儀接收管，從而實(shí)現(xiàn)全站儀對(duì)光纖的測(cè)距，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全站儀的檢定，對(duì)同類(lèi)應(yīng)用開(kāi)發(fā)具有普遍意義和一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：全站儀；檢定；裝置；研究

1 概述

全站儀，即電子全站型電子速測(cè)儀，它是以紅外激光或可見(jiàn)激光為介質(zhì)，通過(guò)測(cè)量激光出射到經(jīng)反射體返回的時(shí)間，借助速度、時(shí)間與距離的關(guān)系，計(jì)算并顯示儀器到反射體間的空間距離的一種新型長(zhǎng)度計(jì)量器具。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)。因其一次安置儀器就可完成該測(cè)站上全部測(cè)量工作，所以稱(chēng)之為全站儀。廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測(cè)量或變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。這類(lèi)儀器的研制開(kāi)發(fā)早期由國(guó)外完成，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)也有生產(chǎn)廠(chǎng)家。國(guó)外研究主要集中在瑞士、德國(guó)、美國(guó)和日本，國(guó)內(nèi)主要集中在北光、蘇光和廣州南方公司。

按我國(guó)的計(jì)量法規(guī)定，必須依法進(jìn)行型式批準(zhǔn)和周期檢定以保證其計(jì)量性能正確，量值傳遞可靠。JJG 703-2003 光電測(cè)距儀檢定規(guī)程和JJG 100-2003 全站型電子速測(cè)儀檢定規(guī)程。規(guī)程規(guī)定了對(duì)這類(lèi)儀器的檢定標(biāo)準(zhǔn)和檢定方法，需要在室外基線(xiàn)上逐點(diǎn)進(jìn)行檢定。然而室外的基線(xiàn)場(chǎng)檢定存在很多問(wèn)題，首先基線(xiàn)場(chǎng)的建立非常困難，城市中要選定大于1000米又平又直且既無(wú)自然障礙又無(wú)人畜干擾的地帶幾乎不可能；其次能找到滿(mǎn)足上述條件的場(chǎng)合一定是在遠(yuǎn)離城市的地方，這給檢定帶來(lái)極大的不便且費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)能源；再次，野外基線(xiàn)場(chǎng)在地面上或地樁上布點(diǎn)，儀器及反射體的架設(shè)和對(duì)線(xiàn)均非常吃力，不但須兩個(gè)以上人員操作，而且還往往因?qū)€(xiàn)不準(zhǔn)而得不到正確可靠的結(jié)果；還有野外自然氣候條件下作業(yè)受天氣影響相當(dāng)大，由于天氣變化經(jīng)常造成檢定效率低下，工作質(zhì)量也無(wú)法提高，因此迫切需要研制一種操作方便、準(zhǔn)確度高的全站儀檢定裝置。

2 全站儀檢定裝置的工作原理

通過(guò)光電轉(zhuǎn)換提取全站儀測(cè)距光中的調(diào)制電信號(hào)， 通過(guò)外加調(diào)制器調(diào)制到外加激光上， 并經(jīng)過(guò)光纖傳輸后返回到全站儀接收探測(cè)器的方式，從而避免了大孔徑測(cè)距光到光纖的耦合效率的難題， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)全站儀的室內(nèi)光纖檢定。全站儀測(cè)距光在光纖中傳輸所經(jīng)歷的光程與附加光程之和的一半即為全站儀的測(cè)距讀數(shù)，將全站儀的測(cè)量值與被測(cè)光纖的絕對(duì)長(zhǎng)度作比較， 即可實(shí)現(xiàn)全站儀測(cè)距的高精度檢測(cè)。

圖1為全站儀檢定裝置原理圖，此全站儀檢定裝置包括被檢全站儀1，被檢全站儀1發(fā)出的測(cè)距光經(jīng)聚焦透鏡2匯聚到光電轉(zhuǎn)換器3的探測(cè)端面，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器3處理后得到調(diào)制電信號(hào)，調(diào)制電信號(hào)通過(guò)電光調(diào)制器4調(diào)制到激光器5所發(fā)出的激光上，并經(jīng)過(guò)單模光纖7的傳輸后，經(jīng)準(zhǔn)直器8返回到被檢全站儀1的接收端面。還包括光電隔離器6，激光器5所發(fā)出的激光經(jīng)光電隔離器6與電光調(diào)制器4連接。增強(qiáng)了檢定裝置的抗干擾能力。還包括恒溫箱9，單模光纖7位于恒溫箱9內(nèi)，恒溫箱9的溫度控制穩(wěn)定性小于0.1℃，恒溫箱9的良好溫度控制穩(wěn)定性保證了單模光纖7的準(zhǔn)確性，提高了檢定精度。

為了保證檢定精度，聚焦透鏡2、光電轉(zhuǎn)換器3、電光調(diào)制器4、激光器5與準(zhǔn)直器8的波長(zhǎng)均與被檢全站儀1的波長(zhǎng)相同，是的波長(zhǎng)的適用范圍相同，提高了檢定裝置的精度。

3 檢定裝置實(shí)驗(yàn)分析

用基于光纖延遲線(xiàn)的大量程、高精度光纖絕對(duì)長(zhǎng)度測(cè)量方法測(cè)得0.25m、0.5m、1m、2m、3m、5m、6m、8m、10m待測(cè)光纖段的絕對(duì)長(zhǎng)度，并將其值作為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度。采用以上結(jié)構(gòu)使全站儀分別對(duì)參考光纖段、參考光纖段基礎(chǔ)上分別接入0.25m、0.5m、1m、2m、3m、5m、6m、8m、10m待測(cè)光纖段以及10m和2m、10m和3m、10m和5m、10m和6m、10m和8m、2根10m的組合測(cè)段各進(jìn)行兩次測(cè)距。由于全站儀測(cè)距顯示值是光程的一半，將全站儀對(duì)參考光纖段基礎(chǔ)上接入各待測(cè)光纖段的兩次測(cè)量值的平均值與參考光纖段兩次測(cè)量值的平均值作差值， 差值的2倍即為各待測(cè)光纖段的測(cè)量長(zhǎng)度，與標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度作比較，，其差值即為全站儀測(cè)距誤差。

通過(guò)分析和實(shí)驗(yàn)證明，利用標(biāo)準(zhǔn)光纖檢定全站儀測(cè)距讀數(shù)穩(wěn)定，測(cè)量值和全站儀標(biāo)稱(chēng)值基本一致。當(dāng)然，上述分析和實(shí)驗(yàn)還有許多需要深入和完善的地方，如采取溫控措施排除溫度的影響，光纖標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的準(zhǔn)確標(biāo)定等。此全站儀檢定裝置解決了全站儀的室內(nèi)檢定難題，使得全站儀的檢定工作變得簡(jiǎn)單，同時(shí)檢定裝置還具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

4 結(jié)論

全站儀作為計(jì)量器具，按我國(guó)的計(jì)量法規(guī)定，必須依法進(jìn)行型式批準(zhǔn)和周期檢定以保證其計(jì)量性能正確，量值傳遞可靠。使用本文的全站儀檢定裝置開(kāi)展計(jì)量檢定工作可直接提高檢定效率和檢定質(zhì)量，使標(biāo)準(zhǔn)器的標(biāo)定和維護(hù)變得非常方便，可大大節(jié)省工作成本；同時(shí)可有效節(jié)約城市用地、減少能源消耗及檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還將帶來(lái)可觀(guān)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王佩賢，龍學(xué)柱，楊忠.全站儀及其應(yīng)用研究[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002.

[2] 楊維芳，傅輝清.光電測(cè)距儀檢定方法研究進(jìn)展[J].光學(xué)儀器，2008.

[3] JJG 100-2003，全站型電子速測(cè)儀檢定規(guī)程[S].國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2003.

[4] 魏靖宇，胡曉暉.高校測(cè)量實(shí)驗(yàn)中全站儀的檢驗(yàn)與校正[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006.

[5] 楊俊志.全站儀檢定規(guī)存在的若干問(wèn)題及改正措施[J].礦山測(cè)量，2005.

作者簡(jiǎn)介：

冀紅，性別：女，出生年月：1968年11月20日，職稱(chēng)：工程師，工作單位：沈陽(yáng)計(jì)量測(cè)試院，研究方向：測(cè)繪儀器、光學(xué)儀器、驗(yàn)光設(shè)備。