光電測距儀

光電測距儀又稱光速測距儀，是利用調製的光波進行精密測距的儀器，測程可達2.5公里左右，也能用於夜間作業。光電測距儀種類較多，其中以紅外測距儀發展最為迅速。光電測距的原理是：測量兩點距離時，在待測的一點安置測距儀，另一點放置反光鏡。當測距儀發出光至反光鏡時，經反光鏡反射後又返回儀器。

基本介紹

• 中文名：光電測距儀
• 外文名：Photoelectric distance measuring instrument
• 測程可達：25公里
• 特點：夜間作業
• 別名：光速測距儀
• 原理：利用調製的光波進行精密測距

基本概念

採用新興的雷射或電子技術生產的光電測距儀進行測量距離的方法。光電測距儀種類較多，其中以紅外測距儀發展最為迅速。光電測距的原理是：測量兩點距離時，在待測的一點安置測距儀，另一點放置反光鏡。當測距儀發出光至反光鏡時，經反光鏡反射後又返回儀器。設光速c為已知，若光束在待測距離上往返傳播的時間t也已知，則距離D可由公式D=ct/2求出。

測距原理

光電測距儀根據測定時間t的方式，分為直接測定時間的脈衝測距法和間接測定時間的相位測距法。高精度的測距儀，一般採用相位式。

光電測距儀原理

相位式光電測距儀的測距原理是：由光源發出的光通過調製器後，成為光強隨高頻信號變化的調製光。通過測量調製光在待測距離上往返傳播的相位差φ來解算距離。

相位法測距相當於用“光尺”代替鋼尺量距，而λ/2為光尺長度。

相位式測距儀中，相位計只能測出相位差的尾數ΔN，測不出整周期數N，因此對大於光尺的距離無法測定。為了擴大測程，應選擇較長的光尺。為了解決擴大測程與保證精度的矛盾，短程測距儀上一般採用兩個調製頻率，即兩種光尺。例如：長光尺（稱為粗尺）f1=150kHz，λ1/2=1 000m，用於擴大測程，測定百米、十米和米；短光尺（稱為精尺）f2=15MHz，λ2/2=10m，用於保證精度，測定米、分米、厘米和毫米。

結構性能

儀器結構

主機通過連線器安置在經緯儀上部，經緯儀可以是普通光學經緯儀，也可以是電子經緯儀。利用光軸調節螺旋，可使主機的發射——接受器光軸與經緯儀視準軸位於同一豎直面內。另外，測距儀橫軸到經緯儀橫軸的高度與覘牌中心到反射稜鏡高度一致，從而使經緯儀瞄準覘牌中心的視線與測距儀瞄準反射稜鏡中心的視線保持平行，

配合主機測距的反射稜鏡，根據距離遠近，可選用單稜鏡（1500m內）或三稜鏡（2 500m內），稜鏡安置在三腳架上，根據光學對中器和長水準管進行對中整平。

儀器主要技術指標及功能

短程紅外光電測距儀的最大測程為2 500m，測距精度可達±（3mm+2×10-6×D）（其中D為所測距離）；最小讀數為1 mm；儀器設有自動光強調節裝置，在複雜環境下測量時也可人工調節光強；可輸入溫度、氣壓和稜鏡常數自動對結果進行改正；可輸入垂直角自動計算出水平距離和高差；可通過距離預置進行定線放樣；若輸入測站坐標和高程，可自動計算觀測點的坐標和高程。測距方式有正常測量和跟蹤測量，其中正常測量所需時間為3s，還能顯示數次測量的平均值；跟蹤測量所需時間為0.8s，每隔一定時間間隔自動重複測距。

操作與使用

安置儀器

先在測站上安置好經緯儀，對中、整平後，將測距儀主機安裝在經緯儀支架上，用連線器固定螺絲鎖緊，將電池插入主機底部、扣緊。在目標點安置反射稜鏡，對中、整平，並使鏡面朝向主機。

觀測垂直角、氣溫和氣壓

用經緯儀十字橫絲照準覘板中心，測出垂直角α。同時，觀測和記錄溫度和氣壓計上的讀數。觀測垂直角、氣溫和氣壓，目的是對測距儀測量出的斜距進行傾斜改正、溫度改正和氣壓改正，以得到正確的水平距離。

測距準備

按電源開關鍵“PWR”開機，主機自檢並顯示原設定的溫度、氣壓和稜鏡常數值，自檢通過後將顯示“good”。

若修正原設定值，可按“TPC”鍵後輸入溫度、氣壓值或稜鏡常數（一般通過“ENT”鍵和數字鍵逐個輸入）。一般情況下，只要使用同一類的反光鏡，稜鏡常數不變，而溫度、氣壓每次觀測均可能不同，需要重新設定。

距離測量

調節主機照準軸水平調整手輪（或經緯儀水平微動螺旋）和主機俯仰微動螺旋，使測距儀望遠鏡精確瞄準稜鏡中心。在顯示“good”狀態下，精確瞄準也可根據蜂鳴器聲音來判斷，信號越強聲音越大，上下左右微動測距儀，使蜂鳴器的聲音最大，便完成了精確瞄準，出現“*”。

精確瞄準後，按“MSR”鍵，主機將測定並顯示經溫度、氣壓和稜鏡常數改正後的斜距。在測量中，若光束受擋或大氣抖動等，測量將暫被中斷，此時“*”消失，待光強正常後繼續自動測量；若光束中斷30秒，須光強恢復後，再按“MSR”鍵重測。

斜距到平距的改算，一般在現場用測距儀進行，方法是：按“V/H”鍵後輸入垂直角值，再按“SHV”鍵顯示水平距離。連續按“SHV”鍵可依次顯示斜距、平距和高差。

注意事項

（1）氣象條件對光電測距影響較大，微風的陰天是觀測的良好時機。

（2）測線應儘量離開地面障礙物1.3m以上，避免通過發熱體和較寬水面的上空。

（3）測線應避開強電磁場干擾的地方，例如測線不宜接近變壓器、高壓線、信號發射塔等。

（4）鏡站的後面不應有反光鏡和其他強光源等背景的干擾。

（5）要嚴防陽光及其他強光直射接收物鏡，避免光線經鏡頭聚焦進入機內，將部分元件燒壞，陽光下作業應撐傘保護儀器。

誤差來源

光電測距儀的測距誤差分為兩部分:
(1)比例誤差:與被測距離長度成比例的誤差，主要是由頻率誤差，大氣折射率誤差及真空光速測定誤差給測距結果帶來誤差。其中光速測定誤差對測距值的影響可忽略不計。
(2)固定誤差:儀器固有的誤差，與被測距離長度無關，包括零點誤差的檢定誤差，儀器與反光鏡的對中誤差，測相誤差，幅相誤差，發光管相位不均勻性誤差和周期誤差。周期誤差主要來源於儀器內部光電信號的同頻竄擾，誤差的大小是以精測尺的長度為周期重複出現的。
其中比例誤差、周期誤差、零點誤差為光電測距儀的主要系統誤差。
根據大量實測數據表明:由於儀器發光管和接收管相位不均勻性以及幅相誤差等因素，儀器還存在除頻率誤差和大氣折射率誤差外，與距離長短相關的改正項，習慣上將與距離長短有關的改正數統稱為乘常數!。零點誤差的改正數稱為加常數。系統誤差可通過檢定中獲得系統誤差值而施加改正的方法來消除。因此光電測距儀系統誤差的檢定主要包括以下三項:

(1)周期誤差的檢定;
(2)加常數的檢定;
(3)乘常數的檢定。