全站仪棱镜加常数检测技术总结.docx

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1、(NEC中国核建中国核工业第五建设有限公司CHINANUCLEARINDUSTRYFIFTHCONSTRUCTIONCO,LTD全站仪棱镜加常数检测技术总结单位名称工程研究院作者姓名提交日期2011年02月11日本文对全站仪以及测距反射棱镜等基本知识进行了简要介绍，根据全站仪加常数产生的原理及其构成，提出了适合于施工单位现场检测全站仪加常数的方法：即三站法，并详细介绍了三站法的检测步骤，同时给出了调整棱镜常数的简易方法，将现场所有棱镜常数调整统一，从而避免全站仪加常数的重复设置，以方便现场的测量作业，缩短作业时间，提高测量作业效率。关键词：全站仪，棱镜加常数，六段法，三站法引言随着核电项目上游

2、单位管理要求的不断提高，测量仪器及其附件定期检测逐步得到规范。测量仪器至少每年检定一次，并定期做常规检测；测量附件，包括基座对点器、圆水准气泡、精密支架长气泡、照准占牌以及测距用棱镜，都需要定期进行检测，并上报检测资料。如果上述各检测项目的检测结果超出了限差而没有得到很好的校正，将会导致测量结果与实际真值偏差较大，从而使得土建安装的位置产生偏差，影响工程质量和美观，甚至会造成严重的质量事故，产生重大的经济损失。因此，定期对测量仪器及其附件进行检测尤为重要。测距反射棱镜是测量过程中使用频繁、易损且数量较多的测量附件之一，棱镜的好坏直接影响测距的精度。全站仪测得的距离与实际距离之间的常差称为加常数

3、。仪器常数和棱镜常数构成全站仪的加常数。仪器常数可从仪器检定单位出具的检定证书中查到。棱镜常数与使用的棱镜类型有关，但由于棱镜的制造误差的存在以及使用过程中的磨损，厂家给出的各类型棱镜固定常数与其实际值有一定的误差，这就要求使用单位在使用前应对棱镜进行检测，并根据检测结果设置全站仪加常数，使其接近于真值，从而减少全站仪的测距误差。1全站仪概述32反射棱镜基本知识42.1 反射棱镜的作用42.2 反射棱镜的原理42.3 棱镜常数52.4 反射棱镜的种类53棱镜加常数对距离测量的影响64全站仪棱镜常数的测定7结束语9参考文献101全站仪概述全站仪是种可以同时进行角度测量和距离测量的电子仪器，由机械

4、、光学、电子元件组合而成的测量仪器。由于只要一次安置，仪器便可以完成在该测站上的所有测量工作，故被称为“全站仪”。它不仅精度高、速度快、操作方便，而且带有丰富的应用程序，具有常规测量仪器不可比拟的优点，已广泛用于测绘、测试、监测、工程放样等诸多领域。全站仪分为分体式和整体式两类。分体式全站仪的照准头和电子经纬仪不是一个整体，进行作业时将照准头安装在电子经纬仪上，作业结束后卸下来分开装箱；整体式全站仪是分体式全站仪的进一步发展，照准头和电子经纬仪的望远镜结合在一起，形成一个整体，使用起来更为方便。对于基本性能相同的各种类型的全站仪，其外部可.视部件基本相同（如下图1,1）。图1.1各种型号全站仪

5、外观全站仪由机械、光学、电子元件组合而成，主要包括五个系统：控制系统、测角系统、测距系统、记录系统和通讯系统。全站仪各部分的组成框图如图1.2所示，其中的测距部分相当于光电测距仪，一般用红外光源或者激光光源，测定至目标点的斜距，并可通过自身的中央处理单元计算平距和高差。图1.2全站仪框图2反射棱镜基本知识2.1 反射棱镜的作用在利用反射棱镜（或者反射片）作为反射物进行测距时，棱镜接收全站仪发出的光信号，并将其反射回去。全站仪发出光信号，并接收从反射棱镜反射回来的光信号，计算光信号的相位移等，从而间接求得光通过的时间，最后测出全站仪到反射棱镜的距离。2.2 反射棱镜的原理反射棱镜的工作原理实际上

6、是光的反射定律和折射定律。光在相同介质中发生反射时，其反射角和入射角相等；光由一种介质垂直两介质平面入射到另一种介质时，不会发生折射图3反射棱镜工作原理2.1反射棱镜及原理图实际应用的棱镜如图1；棱镜尾部的结构为三面正交（图2所示A、B、C面）,其形状如图2；原理如图3。图3中直角三角形为反射棱镜尾部结构的一个断面，其中一角度为90度，A面和B面相互垂直。入射光R1入射到面B面上，其反射光再入射到面A上，最后有反射光R2返回，其方向与R1的方向互逆。根据光的反射定律可以知道以下关系：N+N夕+N优+/=180。即R1和R2是平行的。就是说反射棱镜能够将光按照原路发射回去。2. 3棱镜常数由于空

7、气的折射率近似等于1.0,而玻璃的折射率大约等于1.5；根据公式可知光通过玻璃时的速度比通过空气时的要小。用全站仪测量仪器到反射棱镜之间的距离时，仪器根据测量显示的距离比实际的距离要长。因此，棱镜常数取决于玻璃的折射率和棱镜的厚度（光通过的长度）。假设反射棱镜顶点在测点的铅直线上，那么棱镜（玻璃材料）折射率的改正值就是棱镜常数。但实际应用中由于安装固定的需要，棱镜的顶点位置不在测点的铅直线上。图2.2棱镜常数的计算实际应用的棱镜常数的计算（如图4）方法如下：P=_X司上式中：P为棱镜常数；H为棱镜的玻璃厚度；为棱镜玻璃的折射率；d为棱镜顶点到棱镜安装螺旋尾部的长度。例如某厂家制造的反射棱镜在应

8、用时会发现其说明书中标称的棱镜常数有两种即一40和一30；这是通过增加或减少一只外框来改变棱镜常数的。实际上就是改变了式中H的数值而已。2.4反射棱镜的种类从仪器发出的测距光束会随其通过的距离增大而出现扩大光束。在采用一个反射棱镜时.，仪器接收到的返回光量会减弱。实际应用中在进行长距离测量时使用多个反射棱镜。常用的棱镜有：单棱镜；3棱镜；9棱镜；简易棱镜；标杆单棱镜等。3棱镜加常数对距离测量的影响电子全站仪测距时.，棱镜反射镜是目标点上作为反射器的主要合作目标。棱镜反射镜简称棱镜，观测时采用一块棱镜，称为单棱镜，远距离的观测可采用三棱镜或多棱镜。构成反射棱镜的光学部分是直角光学玻璃锥体，它如同

9、在正方体玻璃上切下的一角，透射面呈正三角形，三个反射面呈等腰三角形。反射面镀银,面与面之间相互垂直。由于这种结构的棱镜，无论光线从哪个方向入射透射面，棱镜均会将入射光线反射回入射光的光射方向。因此测量时，只要棱镜的透射面大致垂直于测线方向，仪器便会得到回光信号。由于光在玻璃中的折射率为1.51.6,而光在空气中的折射率近似等于1,因此光在棱镜中传播所用的超量时间会使所测距离增大一固定数值，即仪器测得的距离与实际距离之间的常差，称为棱镜加常数。棱镜加常数未改正会直接引起测距误差，在导线测量中间接地形成测角误差，从而导致目标点的坐标偏移误差。试想如果在实际测量工作中所用点坐标有误，势必会造成整个测

10、量成果不同程度的坐标移位。虽然棱镜加常数的改正数往往只有几个厘米，但在多次支点测量的情况下，误差的传播会导致目标点坐标误差越来越大，其后果就是按照工程精度要求进行重测或者对成果进行误差改正。不管采取何种方式补救，工作量都很大。因此，必须确定棱镜加常数，并在事先设置时予以改正。4全站仪棱镜常数的测定全站仪的测距棱镜常数的确定其方法有六段法和三站法两种。4.1六段法如图2所示，将一条直线分为六段，它们的21个组合距离已用因瓦基线尺或用专门测量基线的测距仪精确测定，并以此作为标准长度,这条直线称为基线。用被检定的测距仪对该基线进行全组合观测，并与标准长度进行比较，按照最小二乘法原理，采用一元线性回归

11、的方法解出棱镜加常数。在检测过程中，应进行气象改正，在操作过程中尽可能减小对中误差的影响，始终使用同一棱镜。_d1d2_d304_d_d一0123456d一4.1六段法测定加常数可以按照下式计算:6d+C=di+nC6d-ydi移项得C=!H-1该方法能够同时测定加常数和乘常数，而且计算工作量小，检验结果精确可靠，但需要一个精密的基线场，适合于仪器检测鉴定单位。4.2三站法在较为平坦的地面上选200米左右长的线段AB,如图3所示，并定出AB的中点C。在A点设站测量AC间的水平距离两组，每一组读数5次，两组平均数为Dac；在C点设站测量CA间的水平距离两组，每一组读数5次，两组平均数为Dea；在

12、B点设站测量BC、BA间的水平距离各两组，每一组读数5次，其平均数分别为。儿和DhaoACB4.2三站法测定加常数计算棱镜常数=Dba+Dbc-(Dac+Dca)2)/2,棱镜加常数为C=-o该方法简便易行，不需要一个精密基线，适合于野外工地现场校准加常数。结束语棱镜加常数产生的原因是多方面的，主要因为电磁波测距仪及棱镜反光镜的对中点与仪器的发光面及反光镜的反射面之间不一致，及电路的延迟等的影响。在实际测量过程中，如果棱镜与全站仪不配套，又忽略了棱镜常数改正，就会引起测距的误差，而误差的传播便会影响整个测量成果的精确性。另一方面，由于加常数测定有误差，以及检定后在使用过程中仪器光电系统的变化等

13、，加常数会随着时间的推移发生变化。因此，为了更好地获取高精度测量数据，除了熟悉和理解全站仪及其配套设备构造和工作原理，做到能够熟练正确使用仪器，每次用全站仪进行测量工作之前，除了要检查包括棱镜加常数在内的各项系统参数设置之外，还必须对加常数进行定期的测定，如果是一项大型工程，在开始前和结束后，还应该根据要求对棱镜加常数进行检定。参考文献1杨俊志.全站仪的原理及其检定M.北京：测绘出版社，2004.2詹长根，等.全站仪棱镜常数未改正引起的测量误差分析J.北京测绘.2005(3)：3033.3国家技术监督局.工程测量基本术语标准s.(GB/T5022896)北京：中国计划出版社，1996.4国家技术监督局.光电测距仪检定规程ES.(JJG703-2003)北京：中国计划出版社，2003.5国家技术监督局.全站型电子速测仪检定规程Is(JJG1OO-2003)北京:中国计划出版社，2003.