光电测距仪

精密测距的仪器

光电测距仪又称光速测距仪，是利用调制的光波进行精密测距的仪器，测程可达2.5公里左右，也能用于夜间作业。光电测距仪种类较多，其中以红外测距仪发展最为迅速。光电测距的原理是：测量两点距离时，在待测的一点安置测距仪，另一点放置反光镜。当测距仪发出光至反光镜时，经反光镜反射后又返回仪器。

基本概念

采用新兴的激光或电子技术生产的光电测距仪进行测量距离的方法。光电测距仪种类较多，其中以红外测距仪发展最为迅速。光电测距的原理是：测量两点距离时，在待测的一点安置测距仪，另一点放置反光镜。当测距仪发出光至反光镜时，经反光镜反射后又返回仪器。设光速c为已知，若光束在待测距离上往返传播的时间t也已知，则距离D可由公式D=ct/2求出。

测距原理

光电测距仪根据测定时间t的方式，分为直接测定时间的脉冲测距法和间接测定时间的相位测距法。高精度的测距仪，一般采用相位式。

相位式光电测距仪的测距原理是：由光源发出的光通过调制器后，成为光强随高频信号变化的调制光。通过测量调制光在待测距离上往返传播的相位差φ来解算距离。

相位法测距相当于用“光尺”代替钢尺量距，而λ/2为光尺长度。

相位式测距仪中，相位计只能测出相位差的尾数ΔN，测不出整周期数N，因此对大于光尺的距离无法测定。为了扩大测程，应选择较长的光尺。为了解决扩大测程与保证精度的矛盾，短程测距仪上一般采用两个调制频率，即两种光尺。例如：长光尺（称为粗尺）f1=150kHz，λ1/2=1 000m，用于扩大测程，测定百米、十米和米；短光尺（称为精尺）f2=15MHz，λ2/2=10m，用于保证精度，测定米、分米、厘米和毫米。

结构性能

仪器结构

主机通过连接器安置在经纬仪上部，经纬仪可以是普通光学经纬仪，也可以是电子经纬仪。利用光轴调节螺旋，可使主机的发射——接受器光轴与经纬仪视准轴位于同一竖直面内。另外，测距仪横轴到经纬仪横轴的高度与觇牌中心到反射棱镜高度一致，从而使经纬仪瞄准觇牌中心的视线与测距仪瞄准反射棱镜中心的视线保持平行，

配合主机测距的反射棱镜，根据距离远近，可选用单棱镜（1500m内）或三棱镜（2 500m内），棱镜安置在三脚架上，根据光学对中器和长水准管进行对中整平。

仪器主要技术指标及功能

短程红外光电测距仪的最大测程为2 500m，测距精度可达±（3mm+2×10-6×D）（其中D为所测距离）；最小读数为1 mm；仪器设有自动光强调节装置，在复杂环境下测量时也可人工调节光强；可输入温度、气压和棱镜常数自动对结果进行改正；可输入垂直角自动计算出水平距离和高差；可通过距离预置进行定线放样；若输入测站坐标和高程，可自动计算观测点的坐标和高程。测距方式有正常测量和跟踪测量，其中正常测量所需时间为3s，还能显示数次测量的平均值；跟踪测量所需时间为0.8s，每隔一定时间间隔自动重复测距。

操作与使用

安置仪器

先在测站上安置好经纬仪，对中、整平后，将测距仪主机安装在经纬仪支架上，用连接器固定螺丝锁紧，将电池插入主机底部、扣紧。在目标点安置反射棱镜，对中、整平，并使镜面朝向主机。

观测垂直角、气温和气压

用经纬仪十字横丝照准觇板中心，测出垂直角α。同时，观测和记录温度和气压计上的读数。观测垂直角、气温和气压，目的是对测距仪测量出的斜距进行倾斜改正、温度改正和气压改正，以得到正确的水平距离。

测距准备

按电源开关键“PWR”开机，主机自检并显示原设定的温度、气压和棱镜常数值，自检通过后将显示“good”。

若修正原设定值，可按“TPC”键后输入温度、气压值或棱镜常数（一般通过“ENT”键和数字键逐个输入）。一般情况下，只要使用同一类的反光镜，棱镜常数不变，而温度、气压每次观测均可能不同，需要重新设定。

距离测量

调节主机照准轴水平调整手轮（或经纬仪水平微动螺旋）和主机俯仰微动螺旋，使测距仪望远镜精确瞄准棱镜中心。在显示“good”状态下，精确瞄准也可根据蜂鸣器声音来判断，信号越强声音越大，上下左右微动测距仪，使蜂鸣器的声音最大，便完成了精确瞄准，出现“*”。

精确瞄准后，按“MSR”键，主机将测定并显示经温度、气压和棱镜常数改正后的斜距。在测量中，若光束受挡或大气抖动等，测量将暂被中断，此时“*”消失，待光强正常后继续自动测量；若光束中断30秒，须光强恢复后，再按“MSR”键重测。

斜距到平距的改算，一般在现场用测距仪进行，方法是：按“V/H”键后输入垂直角值，再按“SHV”键显示水平距离。连续按“SHV”键可依次显示斜距、平距和高差。

注意事项

（1）气象条件对光电测距影响较大，微风的阴天是观测的良好时机。

（2）测线应尽量离开地面障碍物1.3m以上，避免通过发热体和较宽水面的上空。

（3）测线应避开强电磁场干扰的地方，例如测线不宜接近变压器、高压线、信号发射塔等。

（4）镜站的后面不应有反光镜和其他强光源等背景的干扰。

（5）要严防阳光及其他强光直射接收物镜，避免光线经镜头聚焦进入机内，将部分元件烧坏，阳光下作业应撑伞保护仪器。

误差来源

光电测距仪的测距误差分为两部分:

(1)比例误差:与被测距离长度成比例的误差，主要是由频率误差，大气折射率误差及真空光速测定误差给测距结果带来误差。其中光速测定误差对测距值的影响可忽略不计。

(2)固定误差:仪器固有的误差，与被测距离长度无关，包括零点误差的检定误差，仪器与反光镜的对中误差，测相误差，幅相误差，发光管相位不均匀性误差和周期误差。周期误差主要来源于仪器内部光电信号的同频窜扰，误差的大小是以精测尺的长度为周期重复出现的。

其中比例误差、周期误差、零点误差为光电测距仪的主要系统误差。

根据大量实测数据表明:由于仪器发光管和接收管相位不均匀性以及幅相误差等因素，仪器还存在除频率误差和大气折射率误差外，与距离长短相关的改正项，习惯上将与距离长短有关的改正数统称为乘常数!。零点误差的改正数称为加常数。系统误差可通过检定中获得系统误差值而施加改正的方法来消除。因此光电测距仪系统误差的检定主要包括以下三项:

(1)周期误差的检定;

(2)加常数的检定;

(3)乘常数的检定。

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