全站儀檢定裝置的研究與實現

摘 要：全站儀是一種集角度測量和距離測量功能于一體的現代化高技術測量儀器，根據JJG 100-2003 全站型電子速測儀檢定規程的要求，應對全站儀進行周期性檢定，本裝置根據光電轉換提取全站儀測距光中的調制電信號，經外加調制器調制到外加激光上，并經過光纖傳輸返回到全站儀接收管，從而實現全站儀對光纖的測距，實現了對全站儀的檢定，對同類應用開發具有普遍意義和一定的參考價值。

關鍵詞：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儀，它是以紅外激光或可見激光為介質，通過測量激光出射到經反射體返回的時間，借助速度、時間與距離的關系，計算并顯示儀器到反射體間的空間距離的一種新型長度計量器具。是一種集光、機、電為一體的高技術測量儀器，是集水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差測量功能于一體的測繪儀器系統。因其一次安置儀器就可完成該測站上全部測量工作，所以稱之為全站儀。廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測量或變形監測領域。這類儀器的研制開發早期由國外完成，現在國內也有生產廠家。國外研究主要集中在瑞士、德國、美國和日本，國內主要集中在北光、蘇光和廣州南方公司。

按我國的計量法規定，必須依法進行型式批準和周期檢定以保證其計量性能正確，量值傳遞可靠。JJG 703-2003 光電測距儀檢定規程和JJG 100-2003 全站型電子速測儀檢定規程。規程規定了對這類儀器的檢定標準和檢定方法，需要在室外基線上逐點進行檢定。然而室外的基線場檢定存在很多問題，首先基線場的建立非常困難，城市中要選定大于1000米又平又直且既無自然障礙又無人畜干擾的地帶幾乎不可能；其次能找到滿足上述條件的場合一定是在遠離城市的地方，這給檢定帶來極大的不便且費時費力費能源；再次，野外基線場在地面上或地樁上布點，儀器及反射體的架設和對線均非常吃力，不但須兩個以上人員操作，而且還往往因對線不準而得不到正確可靠的結果；還有野外自然氣候條件下作業受天氣影響相當大，由于天氣變化經常造成檢定效率低下，工作質量也無法提高，因此迫切需要研制一種操作方便、準確度高的全站儀檢定裝置。

2 全站儀檢定裝置的工作原理

通過光電轉換提取全站儀測距光中的調制電信號， 通過外加調制器調制到外加激光上， 并經過光纖傳輸后返回到全站儀接收探測器的方式，從而避免了大孔徑測距光到光纖的耦合效率的難題， 實現了對全站儀的室內光纖檢定。全站儀測距光在光纖中傳輸所經歷的光程與附加光程之和的一半即為全站儀的測距讀數，將全站儀的測量值與被測光纖的絕對長度作比較， 即可實現全站儀測距的高精度檢測。

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發出的測距光經聚焦透鏡2匯聚到光電轉換器3的探測端面，經光電轉換器3處理后得到調制電信號，調制電信號通過電光調制器4調制到激光器5所發出的激光上，并經過單模光纖7的傳輸后，經準直器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所發出的激光經光電隔離器6與電光調制器4連接。增強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，恒溫箱9的溫度控制穩定性小于0.1℃，恒溫箱9的良好溫度控制穩定性保證了單模光纖7的準確性，提高了檢定精度。

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

3 檢定裝置實驗分析

用基于光纖延遲線的大量程、高精度光纖絕對長度測量方法測得0.25m、0.5m、1m、2m、3m、5m、6m、8m、10m待測光纖段的絕對長度，并將其值作為標準長度。采用以上結構使全站儀分別對參考光纖段、參考光纖段基礎上分別接入0.25m、0.5m、1m、2m、3m、5m、6m、8m、10m待測光纖段以及10m和2m、10m和3m、10m和5m、10m和6m、10m和8m、2根10m的組合測段各進行兩次測距。由于全站儀測距顯示值是光程的一半，將全站儀對參考光纖段基礎上接入各待測光纖段的兩次測量值的平均值與參考光纖段兩次測量值的平均值作差值， 差值的2倍即為各待測光纖段的測量長度，與標準長度作比較，，其差值即為全站儀測距誤差。

通過分析和實驗證明，利用標準光纖檢定全站儀測距讀數穩定，測量值和全站儀標稱值基本一致。當然，上述分析和實驗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，光纖標準長度的準確標定等。此全站儀檢定裝置解決了全站儀的室內檢定難題，使得全站儀的檢定工作變得簡單，同時檢定裝置還具有精度高、抗干擾能力強的特點。

4 結論

全站儀作為計量器具，按我國的計量法規定，必須依法進行型式批準和周期檢定以保證其計量性能正確，量值傳遞可靠。使用本文的全站儀檢定裝置開展計量檢定工作可直接提高檢定效率和檢定質量，使標準器的標定和維護變得非常方便，可大大節省工作成本；同時可有效節約城市用地、減少能源消耗及檢測人員的勞動強度，還將帶來可觀的社會和經濟效益。

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作者簡介：

冀紅，性別：女，出生年月：1968年11月20日，職稱：工程師，工作單位：沈陽計量測試院，研究方向：測繪儀器、光學儀器、驗光設備。