全站仪的检定.docx
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全站仪的检定
全站仪的检定
全站仪由于经常在野外使用及在运输途中的振动和缺乏保养举措,导致仪器的结构发生
变化、电子元器件的自然老化等,会导致仪器性能发生变化,造成技术指标的降低.为了全面掌握仪器的性能,合理使用仪器观测到合格的测量成果.仪器在使用过程中必须定期进行
检定.由于全站仪是精密电子仪器,在使用过程中如出现问题或故障不要随意拆卸和调整,应到具有仪器鉴定资质的部门进行鉴定和维修.国家计量检定规程规定,全站仪的检定周期
不能超过1年.
全站仪的检定工程可分为三局部,即光电测距系统的检定,电子测角系统的检定,数据
采集系统的检定.全站仪的三局部是一个整体,为便于讲解,把公用局部放在一起作为全站仪的综合检定.
第一节全站仪的综合检定
全站仪的综合检定的工程有:
(1)水准器的正确性;
(2)光学对中的正确性;
(3)望远镜十字丝的正确性;
(4)望远镜调焦的正确性;
(5)外观和键盘功能的检验;
(6)工作电压显示的正确性;
(7)照准部旋转的正确性;
(8)测距轴与视准轴的重合性;
以上各项检定工作须在常温下进行,检定时气象条件相对稳定,仪器安置稳定可靠.
可以在室内设置的检验校正台上或室外进行,其中1-4项的检验与校正与光学经纬仪相同,
并注意水准器的检验与校正应先管水准器后圆水准器.其它检验工程介绍如下:
一、外观和键盘功能的检验
外观和键盘功能的检验工程如下:
(1)仪器外表不得有碰伤、划痕、脱漆和锈蚀;盖板及部件接合整洁、密封性好.
(2)光学部件外表清洁、无擦痕、霉斑、麻点、脱膜等现象;望远镜十字丝成像清楚、粗细均匀、视场明亮、亮度均匀;目镜调焦及物镜调焦转动平稳、不得有分划影像晃动或自行滑动的现象.
(3)长水准器和圆水准器不应有松动;脚螺旋转动松紧适度无晃动;水平和竖直制动及微动机构运转平稳可靠、无跳动现象;组合式全站仪中,电子经纬仪与测距仪的连接机构可靠.仪器和基座的连接锁紧机构可靠.
(4)操作键盘上各按键反响灵敏,每个键的功能正常;通过键的组合读取显示数据及存贮或传送数据功能正常.
(5)液晶显示屏显示提示符号,字母及数字清楚、完整、比照度适当.
(6)数据输出接口、外接电源接口完好,内接电池接触良好,内(外)接电池容量充足,充电机完好.
(7)记录存贮卡完好无损,外表清洁,在仪器上能顺当地装入或取下,存贮卡内装钮扣电池容量充足,磁卡阅读器完好.
(8)使用中和修理后的仪器,其外表或某些部件不得有影响仪器准确度和技术功能的一些缺陷.
二、工作电压显示的正确性检验
工作电压显示的正确性检验工程如下:
(1)仪器开机后如有电压指示,可读记仪器显示的电压指示数据,其电压应与说明书提供的额定电压数据一致.
(2)假设仪器显示的电压指示数据与说明书上不一致,应测试仪器正常工作状态下的工作电压,可读记稳压电源的电压或用万能表测试仪器电源电池的电压,其电压应为该仪器的工
作电压.
(3)仪器开机后,显示的工作电压和测试的工作电压均与说明书上的要求不一致时,那么该仪器工作状态不正常,应进行维修.
三、全站仪照准部旋转正确性的检验
机内没有测试垂直轴稳定性的专门指令程序的全站仪,其检验方法和技术要求与光学经
纬仪相同.机内配有测试垂直轴倾斜专门指令的全站仪,可从显示的垂直轴倾斜量的变化幅
度检验其照准部旋转的正确性.检验步骤如下:
(1)仪器安置于稳定的仪器观测墩上并精确整平,顺时针和逆时针转动照准部几周,设置水平方向读数为零.
(2)输入测试指令,顺时针转动照准部,从显示屏记下00位置和每隔45°各位置上垂直轴倾斜量(带符号),连续顺时针转两周.
(3)再逆转照准部并每隔45.读记一次,连续逆转两周.
(4)计算照准部对应180°位置的两读数之和,测回内的互差值应小于4";整个过程中各
次读数的最大差值应小于15".
四、测距轴和视准轴重合性的检定
全站仪的测距轴和视准轴重合条件为发射出的调制光束应以视准轴为轴心上下左右对称,其不对称偏差应W1.5'.
在相距50〜100m勺水平距离两端分别安置仪器与棱镜,检定方法步骤为:
(1)照准棱镜中央,读取水平方向读数H及垂直角a.
(2)分别向左、右(水平方向)偏移望远镜,直到接收信号减少到临界值(不能正常测
距)为止,分别读取水平读数H1和H2.
(3)分别向上、下(竖直方向)偏移望远镜,直到接收信号减少到临界值,分别读取垂
直角al和a2.
(4)计算水平角及垂直角的张角绝对值:
Hi|HiH|i|i
H2H2H22
假设(H1出)及([2)均w1.5'.那么合格.
以上检定操作,也可以与偏移法进行光电测距单元相位均匀性的检定结合起来进行.对于组合式全站仪检定,还需要检定测距光轴与经纬仪视准轴的平行性.
第二节光电测距系统的检定
光电测距系统检定的工程有:
(1)棱镜杆的垂直度;
(2)棱镜常数的一致性;
(3)调制光相位均匀性;
(4)幅相误差;
(5)电压变化对测距的影响;
(6)周期误差;
(7)测尺频率;
(8)加常数和乘常数;
(9)内部符合精度标称精度的综合评定;
(10)最大测距(测程);
以上各项检定工作须在常温下进行,检定时气象条件相对稳定,气压与温度变化对测距
的影响应小于lmm/km.检定过程中仪器不应受强磁场、电场、障碍物及反光物等的干扰.
与测距仪配套使用的其他计量仪,应按相应检定规程的要求进行检定.检定中使用的长度基
线全长精度应优于1106.
其中仪器的周期误差、加常数和乘常数是仪器的三项主要系统误差.下面仅对仪器检验的
主要工程加以介绍.
一、调制光相位不均匀性的检定
1.调制光相位不均匀性误差
使用神化钱(GaAs)半导体光源所发出的光是一种面光源,发光面直径一般①
=50叩,当向发光管注入调制电流时,发光面上各点由于电子和空穴复合速度不同导致光的调制相位
不同,这种现象称为发光管相位不均匀性.一般GaAs发光管的边缘光比中央光相位延迟,
造成测量相位的不均匀性误差对测距成果产生影响.
其次,由于仪器发射调制光的发散角为2'—4',随着被测距离的增加,反光镜所截取光
斑面积迅速变小,反光镜只能将调制光束的局部光返回主机.假设照准正确,仪器接收到光斑
中央部位的调制光,由于发光管相位的不均匀性,就使得因截取光斑面积的不同而接收到的平均相位产生变异,并反映出一种系统性误差.这种情况发生在测距仪瞄准有偏差时特别严重.
2.检定方法
发射光束相位均匀性的检定,一般可采用偏移照准法和反光镜二维移动法.
偏移照准法是固定棱镜偏移仪器照准部的测试方法.而反光棱镜二维移动法,那么是将仪
器对准反光镜中央后,用仪器照准视线不动而将反光镜左右和上下移动.
3.偏移照准法的方法与步骤
选择长为50-100m的检定场地,两端分别安置全站仪与反射棱镜.
(1)翻开电源开关,将仪器正确照准棱镜中央,读一组数(一般5次读数为一组)取平均
值D0O
(2)依次分别转动仪器的水平(或垂直)微动螺旋,使仪器分别在其瞄准十字丝的水平和竖直方向左右和上下偏移直到光强不能正常读数为止,每偏移1'读一组数,取其平均值
Di.
(3)将偏移点上的测距平均值Di与照准反光镜中央测距平均值D0相比拟,求出差值
ADi=D0-Di.
(4)绘制等相位曲线图,将ADi在方格纸上标出,描绘等值曲线;取仪器出厂标称精度的固定误差局部的二分之一值,用虚线描绘等值曲线,那么虚线所围的区域为允许照准偏差范围.
等相位曲线图如图6-1所示.
4.反射棱镜二维移动法的方法与步骤
(1)将反光棱镜安置在一个左右和上下可作20mmx20mm范围内任意移动的平台上.
〔2〕仪器照准棱镜中央后读取一组读数并取平均数得Do,并固定仪器照准部.
〔3〕棱镜在竖直面内作上下左右移动并分别读取相应的读数Di〔每组5次读数取平均〕
〔4〕根据相应的差值ADi=Do—Di,画等相位曲线.
、周期误差的检定
所谓周期误差是指按一定的距离为周期重复出现的误差.周期误差主要来源于仪器内部
固定的串扰信号.如发射信号通过电子开关、电源线等通道串到接收局部,此时相位计测得
的相位值就不单是测距信号的相位值,而且包含有串扰信号的相位值,这就使测距产生误差.
由于测量相位的方式不同,其误差来源也有所不同,一般的说,周期误差的周期取决于精测尺长.
为了保证仪器的精度,仪器在出厂时都已将电子线路调整好,是周期误差的振幅压低到
仪器测距中误差的50%以内.但由于外界条件、电子元件参数的变化等原因,周期误差也随之变化,所以必须测定周期误差.当其振幅大于测距中误差的50%,并且数值较为稳定
时,那么在测距中必须参加周期误差的改正数.
1.周期误差的检定方法
周期误差的检定一般采用平台法.
平台全长应大于测距的精测尺长度,常见仪器的精测尺长有10m、20m及30m.假设建造
永久性的通用平台,一般取35m;平台的平直度应优于5105;平台与仪器墩〔或脚架〕的高差不大于2mm且在同一方向线上.
平台全长上分段数可取n=20〔每段长d可取仪器精测尺长入/21/40或1/20〕,这已保证算出周期误差振幅精度mA1/3mD〔mD为仪器检测时测试的中误差,即单位权中误差〕.假设n=10,那么mA1/2mD,只能刚好到达检测要求.
平台上分段长d的精度要求到达±0.1~±0.2mm.o
2.观测方法与步骤
如图6-2所示,被检测主机安置在距平台20n&的平台中央轴线的延长线上,高度安置与
平台上棱镜相同.首先,将反光镜整平对中在平台的第1点上测得距离D,再由近及远依次
观测〔往测〕,取5次读数为1组,依次观测完21个点,然后,由远及近依次观测〔返测〕,取往返观测平均值作为相应各点距离值.
图6-2周期误差检定平台
3.周期误差元素的计算及精度的评定
根据n组观测值,求周期误差振幅A初相角0及精度的评定按间接平差进行.改正数
计算公式如下:
MAsin(oi)(6—1)
…Di
式中i一二360一待测距离相应的相位角;/2
vi一周期误差的改正数;
A—周期误差的振幅;o—初始相位角.
0
设Di为0〜1的近似距离,为其改正值,%为距离观测值Di的改正数,K为加常数改正值,那么对第1段距离可以列出以下公式:
DiKAsin(i0)5D:
(6-2)
整理后得到观测值方程式:
vi(K)Asin(i0)(Di0Di)(6—3)
同理可得到第i段的观测值方程式:
Vi(K)Asin(i0)[Di0(ii)dDi)(6-4)
式中:
d—相邻两点间的距离.
令cK,xAcos°,yAsin0,liD;(ii)dDi,那么得误差方程为:
法方程式为:
未知参数解为:
ncI,0
i1
根据x、y求得周期误差的振幅A与初始相角0为:
改正数的平方和按下式计算:
距离观测值与振幅及初始相角测定的精度为:
乘常数是由于测距棱镜加常数由厂家按不同
三、仪器加常数和乘常数的检定
仪器的加常数使由于仪器的电子中央与其机械中央不重合而形成的;频率偏移产生的.仪器加常数实际包括仪器加常数和棱镜加常数,
型号标出,一般为PC=(^PC=-30mm
仪器加常数一般在测距仪调试中使其为零,但不可能完全为零,即存在剩余值,所以又
称剩余加常数,它与被测距离的大小无关,检定后可以在测距成果中参加加常数改正.仪器
的乘常数与被测距离的大小成正比,又称为比例因子,通过一定的检定方法可以求得,必要
时在测距成果中参加乘常数改正.
检测测距仪的加常数和乘常数的方法有多种,最常用的基线比拟法,它同时可以测定仪
器加常数堂口乘常数C
1.基线比拟法的根本原理
基线比拟法是在野外标准长度的基线场上进行,将仪器观测距离值与长度相比
较,用间接平差求得仪器的加常数K和乘常数Q
设置一条基线,其长度在几百米至2公里左右,将其分为di,d2…,dn段,如图6—3
所示.
经观测可得D及各分段di的观测值,设仪器的加常数为K,那么
DK(diK)(d2K)(dnK)
由此得:
n
Ddi
K—(6—10)
n1
将上式微分,根据误差传播定律,那么得加常数K的精度估算值:
mK
(6—11)
式中:
md—等精度观测值的测距中误差.
一般要求加常数测定中误差m<应小于仪器测距中误差md的1/2,即使mK0.5md,
将mK0.5md代人式(6-11),求得n=6.5,取n=6.所以,一般基线场将基线分为六段,故又称六段比拟法.为了提升测距精度,需增加多余观测,所以采用全组合观测法可得21
个距离观测值.
2.基线场的要求
具有测绘仪器检定资格的单位,必须备有检定测距仪的基线场.
基线场应选择在环境安静、不受外界干扰的地方,稳固地埋设观测墩(六段法可埋设
个观测墩);观测墩的顶部,预埋安置仪器和棱镜的连接螺丝,并使其位于同一直线和同一水平面上.
基线场上各观测墩间的距离应用锢钢尺精确测定,其准确度应优于2105,并定期进
行检测.
3.基线场上的作业步骤
(1)基线场上各观测墩,依次按0,1,2,…,6顺序编号.
(2)将仪器安置于0号墩,棱镜依次安置于1,2,…,6号墩,各基线段上的观测均为一次照准取5次读数求平均值,分别测得各基线段的距离观测值为d01,d02,d03,d04,d05,d06°
(3)将仪器分别安置于1、2、3、4、5测定的距离观测值如下,为了全面考查仪器的性能,最好将21个被测距离长度大致均匀分布于仪器的最正确测程之内.
d02
d03
d04
d05
d06
d12
d13
d14
d15
d16
d23
d24
d25
d26
d34
d35
d36
d45
d46
d56
d01
4.仪器加常数和乘常数的计算
设:
第i段基线长度值为D;,用全站仪观测的距离经气象改正后的平面距离为di,
仪器加常数为K,乘常数为C,那么观测值误差方程为:
diKdiCViD°(6-⑵
令liD0di,那么误差方程式为
viKdiCli
设为等精度观测,那么由n(21)个误差方程组成的法方程式为:
n[d]K[l]
=u
[d][dd]C[dl]
(6—13)
(6—14)
仪器加常数和乘常数的解为:
KQ11Q12[l]
CQ21Q22[dl]
(6—15)
上式中,Q11,Q22,Q12,Q21为未知数的协因数阵(法方程系数阵的逆阵),即:
[dd]
n[dd][d]2
Q12Q21'-'2
n[dd][d]2
Q22——n-2(6-16)
n[dd][d]
K[l]Qn[dl]Qi2
C[l]Qi2[dl]Q22
[vv][ll][l]K[dl]C
加常数和乘常数测定的中误差计算公式为:
(6—17)
为了检验所测定的距离,加常数、乘常数用以下关系式的离散程度进行相关性检验:
D0diKdiC(6-18)
其计算式为
(6—19)
(dd)(lT)
r-2-2
[(dd)][(ll)]
相关系数法检验时如果显著水平取a=0.05,由自由度n-2(六段法n-2=19)查表6—1,可
得相关系数临界值r00.433.当rr00.433时线性回归成立.
表6-1相关系数临界值表
自由度
显著水平
自由度
显著水平
0.05
0.01
0.05
0.01
1
0.997
1.000
16
0.468
0.590
2
0.950
0.990
17
0.456
0.575
3
0.878
0.959
18
0.444
0.561
4
0.811
0.917
19
0.433
0.549
5
0.754
0.874
20
0.423
0.537
6
0.707
0.834
21
0.413
0.526
7
0.616
0.798
22
0.404
0.515
8
0.632
0.765
23
0.396
0.505
9
0.602
0.735
24
0.388
0.496
10
0.576
0.708
25
0.381
0.487
11
0.553
0.684
26
0.374
0.478
12
0.532
0.661
27
0.367
0.470
13
0.514
0.641
28
0.361
0.463
14
0.497
0.623
29
0.355
0.456
15
0.482
0.606
30
0.349
0.449
四、仪器的内、外部符合精度和标称精度的综合评定
1.仪器内部符合精度的检定
内部符合精度是仪器对某段距离进行屡次重复测量的观测值之间的符合精度,应小于
仪器标称精度的1/4.检定方法是:
在室内走廊约30m距离两端分别安置仪器与棱镜,在仪器一次照准棱镜后连续测距30次,按下式计算一次测定的中误差:
式中:
Vi-第i次观测值与平均值之差;
Q—第i次观测值;
D—n次观测的平均值;n—连续观测的次数.
内部符合精度主要反映仪器的测量相位误差及外界观测条件的影响,而仪器的加常数、乘常数、周期误差、对中误差的影响不能反映出来,所以计算出的精度一般偏高.
2.仪器外部符合精度的检定
外部符合精度是在标准基线两端(基线长1-2km)分别安置仪器与棱镜,连续测10次,
D-Do
DT
经过各项改正后取其平均值与基线标准距离比拟,并求出相对误差,计算式为
(6—23)
式中:
D-n次观测经过各项改正后的平均值;
Do—基线的标准长度.
外部符合精度能够比拟客观的评价测距精度.
3.标称精度的综合评定
根据基线场上基线段的标准长度D0及相应的观测值d(须进行频率、气象、倾斜及常数
等改正),用公式mD(abD)表示仪器的测距标称精度,其中:
式中n—基线段数,lid0dj;
a—测距精度的固定误差局部(mm);
b—测距精度的比例误差系数(mm.km)
计算得出的标称精度应小于仪器出厂的标称精度.
五、棱镜杆的垂直度和棱镜常数一致性检验
棱镜杆的倾斜误差对测距和测角都会产生影响,在使用多棱镜进行测量作业时,必须使
用同型号的棱镜.由于全站仪的棱镜常数设置只有一个,所以各棱镜常数必须一致.
1.仪器法
(1)在棱镜杆90方向设置两台经纬仪,并精确整平仪器;〞彳W
(2)指挥棱镜杆操作者,使其在两个方向都处于铅垂位置;
(3)调整棱镜杆的圆水准器螺丝使气泡居中.重复2-3次即可.
2.垂线法[O
11)选择适宜高度位置悬挂垂线固定点O,放下垂线等稳定后,u
在其正下方的地面作一个清楚的点位标记P,使两点在同一铅垂线上;
(2)棱镜杆安置于P点,对中、整平;/\
(3)调整棱镜杆支架,使悬挂垂线与棱镜杆顶部中央重合,棱镜士p'
杆的圆水准器将不居中;
(4)调整棱镜杆的圆水准器螺丝使气泡居中.重复2-3次即可.图6-4垂线法
3.棱镜常数一致性检验
选才i50-100m的距离,分别固定安置仪器和棱镜杆.更换棱镜所测量的距离应相同.
第二节电子测角系统的检定
电子测角系统的检定工程有:
(1)倾斜补偿器的零位误差、补偿范围和补偿准确度;
(2)照准误差c、横轴误差i、垂直度盘指标差x;
(3)水平方向的标准偏差(一测回);
(4)垂直角度的标准偏差(一测回).
电子测角系统的检定工作必须在仪器检定室内常温下进行.仪器检定室内,应保持干燥、清洁,不受强电场、磁场干扰和震动;安置仪器的升降台应能平稳升降,平行光管十字丝清楚,并按设置要求正确调整光轴,使其与被检测仪器的视准轴尽量重合.
下面对电子测角系统的主要检定工程加以介绍.
一、倾斜补偿器的检定
1.补偿器的零位误差的检定
补偿器的零位差是补偿器与铅垂方向不一致的误差,称补偿器指标差,预置此项误差,以保证补偿器在自动补偿时参加零位差改正.当仪器的垂直轴绝对垂直时补偿器应处于绝对
的0位,而垂直轴倾斜时,补偿器的自动改正量才能是完全正确的.为了消除补偿器0位误差,
各类全站仪校正零位误差指令大同小异,在操作说明书中均有操作步骤.
如SOKKIA全站仪(使用“双轴补偿器〞)在用户应用程序中也向用户提供了“补偿器
0位改正〞功能,即“Tiltoffset〞功能.其调整步骤如下:
(1)精确整平仪器,将水平方向读数显示设置为零;
(2)进入
Instrconst
Tilt.X400Y400
Collimation
Tiltoffset
X-0o01'23"
Y-0o00'04"
HAR184o14’50"Take-F^
图6-4当前改正值图6—5倾角值
(3)选取“TiltXY〞后,按[/]键,显示X和Y方向上的倾角值.如图6-5;
(4)稍等片刻,等待显示数据稳定后读取自动补偿倾角值X1和Y1,松开水平制动将照
准部转动180o,水平制动后等显示稳定后读取自动补偿倾角X2和Y2;
(5)用下面公式计算倾斜传感器零点偏差值:
X方向偏差=(X1+X2)/2
Y方向偏差=(Y2+Y2)/2
计算所得偏差均在土20"以内,那么不需校正.否那么按以下步骤进行校正;
(6)在步骤(3)中的按[OK键,存储X2和Y2值并将水平方向值设置为零,屏幕显
示TakeF2.
(7)转动照准部1800,稍候片刻等显示稳定后按[YES]键存储X1和Y1的值,屏幕
显示出X和Y方向上的原改正值和新改正值.如图6—6.
Tiltoffset
Current
X400Y400
New
X408Y396
NOYES
图6—6新改正值
(8)确认所显示的改正数值是否在校正范围内,
假设X和丫均在400±20范围内,按]NQ键,对原来改正值进行更新后返回
(9)然后重复第4步,按第5步的公式重新进行计算.
假设计算所得偏差均在20"以内,说明倾斜传感器零点
偏差已校正好.
、照准误差C、横轴误差i、垂直度盘指标差X的检定
全站仪电子测角系统的主要轴线包括:
视准轴C、水平轴(横轴)H垂直轴(竖直
轴)V,安置仪器后的三轴正确关系应为C±H、H±V,V处于铅垂方向.由于仪器本身的
误差及在使用过程中的变化,从而产生照准误差c、横轴误差i、垂直度盘指标差X.
1.限差要求
各等级仪器照准误差c、横轴误差i、垂直度盘指标差x值的限差值见表6-2.
表6-2各等级仪器c、i、x值的限差
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