全站仪棱镜加常数检测技术总结.docx

NEC 中国核工业第五建设有限公司中国核建CHINA NUCLEAR INDUSTRY FIFTH CONSTRUCTION CO.,LTD.全站仪棱镜加常数检测技术总结单位名称作者姓名工程研究院提交日期2011年02月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，缩短作业吋间，提高测量作业效率关键词：全站仪，棱镜加常数，六段法，三站法随着核电项H上游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H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，从血使得土建安 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一种可以同吋进行角度测量和距离测量的电子仪器，由机械、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，己广泛用于测绘、 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，进行作业吋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. l）o图各种型号全站仪外观全站仪由机械、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，其中的测距部分相肖于光电测距仪，一般用红外光源或者激光光源，测定 至H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吋，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，从血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B面图3反射棱镜T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而，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：Z.a —厶&、Z-P — Z0'.Zg + Z0 + Zq' + Z0 = 18O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吋，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 = _[//xS_l）_d]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用吋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jfljQo 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i个 反射棱镜吋，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吋使 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H标点上作为反射器的主要合作H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吋，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. 5〜1. 6,而光在空气中的折射率近似等于1,因此光在棱镜小传播所用的超 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H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H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 设置吋予以改正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•元线性冋归的方法解出棱镜加常数在检测过程中，应进行 气象改止，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4.1六段法测定加常数可以按照下式计算:6d + C = ^di + nCi6移项得d-^diC= 1n-\该方法能够同吋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而上选200米左右长的线段AB,如图3所示，并定出AB的 中点C在八点设站测量AC间的水平距离两组，每一组读数5次，两组平均数 为Dae；在(：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 均数分别为和Dba oA C B4.2三站法测定加常数计算棱镜常数△ = (Dba + Dbc- (Dae + Dea)/2)/2 ,棱镜加常数为C = -Ao该方法简便易行，不需耍一个精密基线，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 对小点与仪器的发光而及反光镜的反射而Z问不一致，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，加常数会 随着吋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[【]•北京测 绘.2005(3)： 30 — 33.[3] 国家技术监督局.工程测量基本术语标准[s]・(GB / T50228—96)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Ts]. (JJG100-2003)北京: 中国计划出版社，2003.。