建筑工程測(cè)量高等教育出版社72課件講解

高等教育出版社建筑工程測(cè)量（第三版）

李仲

4.4全站儀

第三章角度測(cè)量第九節(jié)電子經(jīng)緯儀（一）

3.9電子經(jīng)緯儀

隨著光電技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和精密機(jī)械的發(fā)展，電子經(jīng)緯儀的出現(xiàn)，標(biāo)志著測(cè)角工作向自動(dòng)化邁出了新的一步。它由精密器等組成，采用光電測(cè)角代替光學(xué)測(cè)角。它的外形和結(jié)構(gòu)與光學(xué)經(jīng)緯儀基本相似，但測(cè)角和讀數(shù)系統(tǒng)有很大的區(qū)別。它利用光電轉(zhuǎn)換原理，微處理器自動(dòng)對(duì)度盤進(jìn)行讀數(shù)并顯示于讀數(shù)屏幕，使觀測(cè)時(shí)操作簡單，避免產(chǎn)生讀數(shù)誤差。電子經(jīng)緯儀能自光學(xué)器件、機(jī)械器件、電子掃描度盤、電子傳感器和微處理

3.9電子經(jīng)緯儀

動(dòng)記錄、儲(chǔ)存測(cè)量數(shù)據(jù)和完成某些計(jì)算，還可以通過數(shù)據(jù)通訊接口直接將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。電子經(jīng)緯儀是采用光電掃描度盤一、電子經(jīng)緯儀的測(cè)角原理1、編碼度盤測(cè)角

編碼度盤測(cè)角是電子經(jīng)緯儀所采用得最早、也較為普遍的和自動(dòng)顯示系統(tǒng)，主要有編碼度盤測(cè)角、光柵度盤測(cè)角和格區(qū)式動(dòng)態(tài)法測(cè)角三種。

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一種電子測(cè)角方法。它是在光學(xué)度盤上刻劃若干條環(huán)形碼道，圖3.27所示的是將整個(gè)度盤均分為16個(gè)區(qū)間，從里到外有四道碼環(huán)。黑色部分為透光區(qū)，白色部分為不透光區(qū)，可用二進(jìn)制中的“1”和“0”來表示。因?yàn)楦鲄^(qū)間的各個(gè)碼道透光與否的不同，所以各區(qū)間由碼道組成

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的狀態(tài)（即編碼）就不相同，圖3.27中區(qū)間編號(hào)8的編碼為1000。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)后，方向的投影落在度盤的某一區(qū)域上，通過發(fā)光二極管和接收光電器件，將度盤上該區(qū)間的二進(jìn)制碼信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過解碼可得到相對(duì)應(yīng)的方向值，即讀數(shù)。

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這樣，就可根據(jù)不同方向的方向值計(jì)算出它們之間的夾角。編碼度盤測(cè)角又稱為絕對(duì)式測(cè)角。多碼道編碼度盤的角度分辨率δ與區(qū)間數(shù)m有關(guān)，而區(qū)間數(shù)又取決于碼道數(shù)n。其關(guān)系式為

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如10碼道度盤的角度分辨率為21.09′。為了提高角度分辨率，就必須增加碼道數(shù)，而碼道數(shù)受到度盤直徑的限制。

現(xiàn)代儀器幾乎都采用單碼道編碼，這種編碼是在度盤的圓周邊刻劃明暗相間的二進(jìn)制代碼，這些二進(jìn)制代碼有著約定的編碼規(guī)則也沒有重復(fù)的碼段。因此，利用多碼道編碼度盤測(cè)角達(dá)不到較高的精度。

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工作過程就是通過發(fā)光二極管和光電接收器件獲取特定度盤位置的編碼信息，并由微處理器譯碼，最后換算成實(shí)際角度值，如圖3.28所示。和光學(xué)經(jīng)緯儀一樣，編碼度盤同樣存在測(cè)微（細(xì)分）的問題。因?yàn)榇a元的寬度仍然不可能刻劃到秒級(jí)。

3.9電子經(jīng)緯儀

與光學(xué)經(jīng)緯儀顯微鏡讀數(shù)原理類似，編碼度盤測(cè)微依靠的2、光柵度盤測(cè)角

在電子經(jīng)緯儀中，另一種廣泛使用的測(cè)角方法是用光柵是光學(xué)放大系統(tǒng)、光電器件固有的高分辨力，通過像素個(gè)數(shù)和像素光脈沖信號(hào)強(qiáng)度比例關(guān)系實(shí)現(xiàn)秒級(jí)測(cè)微。度盤測(cè)角。由于這種方法比較容易實(shí)現(xiàn)，目前在世界許多生產(chǎn)廠家中已廣泛使用。

3.9電子經(jīng)緯儀

（1）光柵與莫爾條紋在光學(xué)玻璃上均勻地刻劃出許多條紋構(gòu)成光柵，在玻璃圓盤的徑向上刻線，形成光柵度盤，如圖3.29a所示。

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將兩塊密度相同的光柵重疊，并使它們的刻劃線相互傾斜一個(gè)很小的角度θ這樣便會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋，如圖3.29b所示，該條紋稱為莫爾條紋。莫爾條紋有如下特點(diǎn)：

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1）兩光柵之間的傾角越小，明條紋或暗條紋之間的間距越大。2）在垂直于光柵構(gòu)成平面的方向上，條紋亮度按正弦規(guī)律周期性變化。

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3）光柵在水平方向相對(duì)移動(dòng)一條刻線，即一個(gè)柵距d，莫爾條紋則上下移動(dòng)一個(gè)周期，即一個(gè)紋距L，其關(guān)系式為由此可見，微小的光柵移動(dòng)量就會(huì)產(chǎn)生很大的條紋移動(dòng)量。

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（2）光柵度盤測(cè)角如圖3.29c所示，光柵度盤的下面放置發(fā)光二極管，上面是一個(gè)與光柵度盤形成莫爾條紋的指示光柵，指示光柵的上面為光電接收器。

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發(fā)光二極管、指示光柵和光電接收器的位置固定不動(dòng)，光柵度盤隨照準(zhǔn)部一起轉(zhuǎn)動(dòng)。

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根據(jù)莫爾條紋的特性，度盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)光柵，莫爾條紋就移動(dòng)一個(gè)周期，光電接收器輸出的電流也變化一個(gè)周期。

因此，可用光電接收器輸出的電流周期來表示度盤所轉(zhuǎn)動(dòng)的光柵數(shù)。由于光柵之間的夾角已知，所以通過電子計(jì)數(shù)器跟蹤累計(jì)測(cè)量實(shí)現(xiàn)角度測(cè)量。這種測(cè)角方法稱為增量式測(cè)角方法。

3.9電子經(jīng)緯儀

則相當(dāng)于在相鄰兩光柵刻線之間放置了一個(gè)“測(cè)微尺”，通過電子計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)算，可將角度分辨率提高n倍。采用增量式光柵度測(cè)角方法的電子經(jīng)緯儀，在電子線路中必須有判別旋轉(zhuǎn)方向的電路和可逆計(jì)數(shù)器，以保證計(jì)數(shù)的正確性。另外，還有相位光柵測(cè)角、動(dòng)態(tài)測(cè)角和電磁度盤測(cè)角等方法。其基本原理都是從度盤上取得角度的電信號(hào)，然后根據(jù)其電信號(hào)轉(zhuǎn)換為角度。