全站仪2C误差产生的原理、检校及应用控制
时间：2013-10-21浏览： 次责任编辑：四川拓图测绘仪器
关键词：全站仪 2C误差 原理 检校
前言：全站仪是基于光学经纬仪、单板 机及激光测距仪基础上研发的测量仪器，由于它具备方便、准确、快捷的功能，因而在20世纪九十年代一经推出就得到了广 泛的应用与推广，而对全站仪在测量误差理论的分析研究依然沿用早期的光学经纬仪误差分析原理，从纯机械光学理论分析来指导全站仪的现场应用，必然造成理论 上的偏差与不足，本文试从光学经纬仪及全站仪成因，内处理方式及2C误差的来源，对施工应用的影响进行分析，阐述对全站仪误差的应用控制的正确方法。
一、2C误差产生的原因及常用处理方式
1、经纬仪的2C误差成因：由于经纬仪是纯机械及光学结构，因此，经纬仪产生2C误差的成因在于望远镜横轴与竖轴不垂直的机械加工几何误差以及由于水平度盘未 严密置平而引起的视准轴在一斜面上的投影误差，由目前机械加工制造精度能力的提高，该几何轴线关系的误差的影响已经被控制在一个可接受的范围。因此，当在 仪器操作过程中，在人工整平的精确度受限及外界微小外力作用的因素（风力，土壤的回弹，阳光照射的不均匀。。。）影响下，望远镜视准轴围绕横轴在竖直方向 上作一规则斜面运动时，视准轴在水平度盘上的投读数与正确值的差值，是2C误差的主要来源。（见图1）
由附图1可以看到，当视准轴处于水平位置 观测目标时，横轴与竖轴不垂直底不影响视准轴照准目标的方向。因此，照准与仪器同高的目标，进行视准轴垂直于横轴 的检验与校正，是最为有利的条件，同时采用正倒观测并取（A1+A2）/2的方式来消除影响。说明经纬仪2C误差有着规律性可以进行推算。
二、全站仪2C误差来源
全站仪是经纬仪，单板机及测距仪一体机，因此，在内部不仅存在机械及光学结构，同时还有电子线路组成，比较经纬仪而言，同样存在 由于望远镜横轴与竖轴不垂直的几何加工误差，整平误差，外环境影响造成的视准轴在一斜面上的投影误差，因此在全站仪的左度盘下方及水平度盘上方，设计者采 用增设水平及竖直度盘电子补偿器的方式，感知仪器在水平、竖直方向的轴向偏差，并将偏差大小转换为电子数字信号，对水平及竖直数码度盘上初始读数进行修正 后输出，形成改正后的读数。早期型号的全站仪均采用填充了一定电解溶液的水准管作为补偿线路中的感应器（图2），当仪器不平时，气泡在水准管中偏移，造成 管中两端导电溶液长度不等，引起线路两端电阻变化，从而在两输出端中获得变化的电流强度与标准状态下电流比较，并经信号放大后换算成补偿系数进行补偿，因 此，补偿的范围及灵敏度较低，且体积较大，一个补偿器仅能就单方向进行补偿感应及计算。
而现代的全站仪则采用圆型的液态油箱补偿器（见 图3），在油箱气泡的四个方向 安装发射及接收光纤各2个，组成2个方向上的光路，在光纤导入端口引导激光进入气泡内的液体。由于补偿器安放在度盘附近，并经过6个螺丝固定校正以模拟度 盘的位置，仪器水平度盘设置不平时，气泡盒也同样产生偏斜，从而造成盒内的油性液体流动。引起气泡内液体的厚度及液面角度发生变化，，盒内液体表面倾斜， 与补偿器底面形成一个夹角§，整个液体可以视为一个光楔结构，当光信号接触到液体表面时，由于液面角度变化从而造成光信号的液面透射率发生变化，接收端收 到改变后的信号与标准状态下的信号进行光强度及相位差比较，从而求得补偿系数，自动进行2C改正，已消除度盘倾斜后对读数的影响。
三、综上所述，可以明确，当经纬仪存在2C差时，采用正倒镜观测读数并取平均时，可以减少2C差影响。
而全站仪则采用补偿器的方式，通过仪器补偿器对度盘倾斜率的感应且比较标准值之差，计算修正值并对初始读数修正而消除2C差值。（见流程图4）
四、全站仪2C差的影响因素
在对全站仪的补偿器工作原理分析中不难发现，补偿器是模拟度盘所在工作状态时的倾斜状态并与标准状态进行比较后，得出修正值并对初始读数进行修正，在补偿 器整个工作过程中，设液体折射率为N，当夹角§很小时，由折射定律可以推算出光线在切线方向上的位移量等于夹角与半径之乘积。半径为水平度盘之半径。补偿 器的液体折射率及度盘半径为固定值，在震动拆装过程中不会出现变化，但补偿器到仪器度盘的光程距离将随外界环境而发生变化，造成不正确的补偿。因此，在该 过程中可以得出
（1）标准状态值的确定精度（即补偿器校正后的精度）直接影响到补偿值大小及读数精度。
（2）补偿器对度盘工作状态的模拟准确性（补偿器与 度盘固定关系）也决定了读数精度。由于作业环境的恶劣，仪器在运输、使用、保管过程中不可避免地会受到冲击等外力影响，从而改变补偿器的位置，引发对初始 读数的错误补偿，从而导致2C误差对读数的影响，在光学经纬仪上，由于其单纯的光学及机械结构特点，2C的误差可以采用正倒镜观测以消除，且有一定规律 性，而全站仪由于不仅存在机械、光学方面的因素，同时存在电子线路补偿方面的影响，从而造成该项影响不具有规律性，而且较难以被发现，如现场测量人员缺乏 一定的专业仪器维修知识，现场问题就难以判断处理。
因此，在实际工作中，针对以上原因及分析，应注重以下工作原则：
（1）注意日常工作中仪器运 输、保管与使用，避免仪器磕碰。
（2）在仪器日常使用中，应定 期对全站仪做补偿器的校正，以确定补偿器对工作中度盘标准状态模拟的准确性。
（3）每次仪器使用前，应进行2C差的检查，如发现仪器2C差值突然增大或超 限的现象，不能采取正倒镜取平均的方式，而应该关闭电子补偿器，重新检查全站仪的光学，机械结构的准确可靠性，如果在关闭补偿器状态下2C差满足规范，可 以继续使用，并在事后及时送有关部门进行补偿器的校正。
（4）在导线测量中，应严格遵照规范采用正倒镜测回法进行测角量距工作，严禁采用直接求取坐标并取 平均值的方式进行导线测量。
（5）精密三角高程测量中，如前视点与测站之间存在仰俯角过大情况下，应严格做到多测回正倒镜观测。
本文所阐述的观 点意在证明：随着平常技术的发展，测量仪器手段的改变，早期的经纬仪误差理论应该有所提高，与实践相适应，否则是无法指导实践生产活动。诸 如以上的例子在全站仪应用中还有许多，如全站仪三角高程测量误差影响来源，全站仪内设的比例因子系数的应用，全站仪测距加常数、乘常数及内置固定改正数等 的来源 等。只有充分了解全站仪内部构造、工作原理，才能在实践应用中针对不同情况，进行推算处理分析，保证工作质量。
作为一个测量工作者，不仅应具备良好的专业知识，同时也应学习相关的机械、光学、电子知识，而不能盲目追求过度依赖于高度自动化的仪器，只有做到对仪器内部的性能了如指掌，善于从实践中学习掌握并总结全面的知识理论，才能更好地指导施工。
信息标题：全站仪2C误差产生的原理、检校及应用控制
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