全站仪的原理
全站仪同轴化的基本原理是；在望远物镜与调焦透镜间设置分光棱镜系统，通过该系统实现望远镜的多功能，即既可瞄准目标，使之成像于十字丝分划板，进行角度测量，同时其测距部分的外光路系统又能使测距部分的光敏二极管发射的调制红外光在经物镜射向反光棱镜后。
经同一路径反射回来，再经分光棱镜作用使回光被光电二极管接收，为测距需要在仪器内部另设一内光路系统，通过分光棱镜系统中的光导纤维将由光敏二极管发射的调制红外光传也送给光电二极管接收 ，进行而由内、外光路调制光的相位差间接计算光的传播时间，计算实测距离。
电子全站仪由电源部分、测角系统、测距系统、数据处理部分、通讯接口、及显示屏、键盘等组成。它本身就是一个带有特殊功能的计算机控制系统，其微机处理装置由微处理器、存储器、输入部分和输出部分组成。
由微处理器对获取的倾斜距离、水平角、竖直角、垂直轴倾斜误差、视准轴误差、垂直度盘指标差、棱镜常数、气温、气压等信息加以处理，从而获得各项改正后的观测数据和计算数据。在仪器的只读存储器中固化了测量程序，测量过程由程序完成。
扩展资料；
全站仪按其结构可分为组合式（积木式）与整体式两种。
(1)组合式全站仪
组合式全站仪由测距头、光学经纬仪及电子计算部分拼装组合而成。这种全站仪的出现较早，经不断地改进可将光学角度读数通过键盘输入到测距仪并对倾斜距离进行计算处理，最后得出平面距离、高差、方位角和坐标差，这些结果可自动地传输到外部存储器中。
后来发展为把测距头、电子经纬仪及电子计算部分拼装组合在一起。其优点是能通过不同的构件进行多样组合，当个别构件损坏时，可以用其他构件代替，具有很强的灵活性。
(2)整体式全站仪
整体式全站仪是在一个机器外壳内含有电子测距、测角、补偿、记录、计算、存储等部分。将发射、接收、瞄准光学系统设计成同轴，共用一个望远镜，角度和距离测量只需一次瞄准，测量结果能自动显示并能与外围设备双向通讯。
其优点是体积小、结构紧凑、操作方便、精度高，近期的全站仪都采用整体式结构。整体式全站仪配套使用棱镜对中杆与支架，如果仪器有水平方向和竖直方向同轴双速制动及微动手轮，瞄准操作只需单手进行。
参考资料 百度百科--全站仪&结构
苏州阿森河
2025-08-14 广告
全站仪同轴化的基本原理是；在望远物镜与调焦透镜间设置分光棱镜系统，通过该系统实现望远镜的多功能，即既可瞄准目标，使之成像于十字丝分划板，进行角度测量，同时其测距部分的外光路系统又能使测距部分的光敏二极管发射的调制红外光在经物镜射向反光棱镜后。
经同一路径反射回来，再经分光棱镜作用使回光被光电二极管接收，为测距需要在仪器内部另设一内光路系统，通过分光棱镜系统中的光导纤维将由光敏二极管发射的调制红外光传也送给光电二极管接收 ，进行而由内、外光路调制光的相位差间接计算光的传播时间，计算实测距离。
全站仪按测量功能分类，可分成四类：
（1）经典型全站仪（Classical total station）
经典型全站仪也称为常规全站仪，它具备全站仪电子测角、电子测距和数据自动记录等基本功能，有的还可以运行厂家或用户自主开发的机载测量程序。其经典代表为徕卡公司的TC系列全站仪。
（2）机动型全站仪（Motorized total station）
在经典全站仪的基础上安装轴系步进电机，可自动驱动全站仪照准部和望远镜的旋转。在计算机的在线控制下，机动型系列全站仪可按计算机给定的方向值自动照准目标，并可实现自动正、倒镜测量。徕卡TCM系列全站仪就是典型的机动型全站仪。
（3）无合作目标性全站仪（Reflectorless total station）
无合作目标型全站仪是指在无反射棱镜的条件下，可对一般的目标直接测距的全站仪。因此，对不便安置反射棱镜的目标进行测量，无合作目标型全站仪具有明显优势。如徕卡TCR系列全站仪，无合作目标距离测程可达1000m，可广泛用于地籍测量，房产测量和施工测量等。
（4）智能型全站仪（Robotic total station）
在自动化全站仪的基础上，仪器安装自动目标识别与照准的新功能，因此在自动化的进程中，全站仪进一步克服了需要人工照准目标的重大缺陷，实现了全站仪的智能化。
在相关软件的控制下，智能型全站仪在无人干预的条件下可自动完成多个目标的识别、照准与测量。因此，智能型全站仪又称为“测量机器人”，典型的代表有徕卡的TCA型全站仪等。
全站仪上半部分包含有测量的四大光电系统，即水平角测量系统、竖直角测量系统、水平补偿系统和测距系统。通过键盘可以输入操作指令、数据和设置参数。以上各系统通过 I/O接口接入总线与微处理机联系起来。
微处理机（ CPU）是全站仪的核心部件，主要有寄存器系列（缓冲寄存器、数据寄存器、指令寄存器）、运算器和控制器组成。微处理机的主要功能是根据键盘指令启动仪器进行测量工作，执行测量过程中的检核和数据传输、处理、显示、储存等工作，保证整个光电测量工作有条不紊地进行。输入输出设备是与外部设备连接的装置（接口），输入输出设备使全站仪能与磁卡和微机等设备交互通讯、传输数据。目前，世界上许多著名的测绘仪器生产厂商均生产有各种型号的全站仪。
（一）概况
电磁波测距按测程来分，有短程 (＜ 3km )、中程 (3— 15km)和远程 (＞ 15km )之分。按测距精度来分，有Ⅰ级 ( 5mm)、Ⅱ级 ( 5mm— 10mm)和Ⅲ级 (＞ 10mm )。按载波来分，采用微波段的电磁波作为载波的称为微波测距仪；采用光波作为裁波的称为光电测距仪。光电测距仪所使用的光源有激光光源和红外光源 (普通光源已淘汰 )，采用红外线波段作为载波的称为红外测距仪。由于红外测距仪是以砷化稼 (GaAs)发光二极管所发的荧光作为载波源，发出的红外线的强度能随注入电信号的强度而变化，因此它兼有载波源和调制器的双重功能。 GaAs发光二极管体积小，亮度高，功耗小，寿命长，且能连续发光，所以红外测距仪获得了更为迅速的发展。本节讨论的就是红外光电测距仪。
（二）测距原理
欲测定 A、 B两点间的距离 D，安置仪器于 A点，安置反射镜于 B点。仪器发射的光束由 A至 B，经反射镜反射后又返回到仪器。设光速 c为已知，如果光束在待测距离 D上往返传播的时间 ? 。已知，则距离 D可由下式求出式中 c＝ c。／ n， c。为真空中的光速值，其值为 299792458m／ s, n为大气折射率，它与测距仪所用光源的波长，测线上的气温 t, 气压 P和湿度 e有关。
测定距离的精度，主要取决于测定时间 ? 的精度，例如要求保证 ±lcm的测距精度，时间测定要求准确到 6． 7×10—lls，这是难以做到的。因此，大多采用间接测定法来测定 ? 。间接测定 ? 的方法有下列两种：
1 ．脉冲式测距
由测距仪的发射系统发出光脉冲，经被测目标反射后，再由测距仪的接收系统接收，测出这一光脉冲往返所需时间间隔 ( )的钟脉冲的个数以求得距离 D。由于计数器的频率一殷为 300MHz(300×106Hz)，测距精度为 O .5m，精度较低。
2 ．相位式测距
由测距仪的发射系统发出一种连续的调制光波，测出该调制光波在测线上往返传播所产生的相依移，以测定距离 D。红外光电测距仪一般都采用相位测距法。
在砷化镕 (GaAs)发光二极管上加了频率为 f的交变电压 (即注入交变电流 )后，它发出的光强就随注入的交变电流呈正弦变化，这种光称为调制光。测距仪在 A点发出的调制光在待测距离上传播，经反射镜反射后被接收器所接收，然后用相位计将发射信号与接受信号进行相位比较，由显示器显出调制光在待测距离往、返传播所引起的相位移 φ。 <BR< p>
（三）全站仪的操作与使用
不同型号的全站仪，其具体操作方法会有较大的差异。下面简要介绍全站仪的基本操作与使用方法。
全站仪的基本操作与使用方法如下：
1 ）水平角测量
（ 1）按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标 A。
（ 2）设置 A方向的水平度盘读数为 0°00′00″。
（ 3）照准第二个目标 B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。
2 ）距离测量
（ 1）设置棱镜常数，测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。
（ 2）设置大气改正值或气温、气压值光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化， 15℃和 760mmHg是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为 0ppm。实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。
（ 3）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。
（ 4）距离测量
照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。精测模式是最常用的测距模式，测量时间约 2.5S，最小显示单位 1mm；跟踪模式，常用于跟踪移动目标或放样时连续测距，最小显示一般为 1cm，每次测距时间约 0.3S；粗测模式，测量时间约 0.7S，最小显示单位 1cm或 1mm。在距离测量或坐标测量时，可按测距模式（ MODE）键选择不同的测距模式。 应注意，有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。
3 ）坐标测量
（ 1）设定测站点的三维坐标。
（ 2）设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。
（ 3）设置棱镜常数。
（ 4）设置大气改正值或气温、气压值。
（ 5）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。
（ 6）照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。 (审稿：郭兰洲 )
器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测
量功能于一体的测绘仪器系统。它的基本测量原理是电
子测距技术和电子测角技术。
1.1 电子测距技术
电子测距的基本原理是利用电磁波在空气中传播
的速度为已知这一特性,测定电磁波在被测距离上往返
传播的时间来求得距离值。但是,这种直接测距的方法
实现起来非常困难,当我们要求较高的测量精度时,对
测量时间的要求很高,这在实践过程中是非常困难的。
因此，在实际的测距过程中可以根据此原理采取改进
的方法进行测距。在实际过程中主要用两种方法,脉冲
法和相位法。
1) 脉冲法
测距使用的光源为激光器,它发射一束极窄的光脉
冲射向目标,同时输出一电脉冲信号,打开电子门让标
准频率发生器产生的时标脉冲通过并对其进行计数。
光脉冲被目标反射后回到发射器,同样产生一电脉冲,
关闭电子门终止时标脉冲通过。
实践表明,其测量精度不低于相位法测距的精度。
基本测距原理如（图1）所示。
2) 相位法
相位法测距是测定由仪器连续发射的电磁波正弦
信号在被测距离上往返传播所产生的相位差,根据相位
差来得到距离。
在所有的全站仪测距部分标称精度指标的表达式
中，均使用±(A+BD)的形式。该精度表达式有A和BD
组成，A代表固定误差，单位为mm。固定误差主要由
仪器加常数的测定误差、对中误差、测相误差等引起。
固定误差与测量的距离无关，即不管实际测量的距离多
长,全站仪将存在不大于该值的固定误差。全站仪的这
一部分误差一般在1-5mm之间。BD代表比例误差，它
主要由仪器频率误差，大气折射误差引起。B的单位为
ppm。B和D的乘积形成比例误差。一旦距离确定，则
比例误差部分就会确定。固定误差与比例误差绝对值之
和，在冠以偶然误差±号，即构成全站仪测距精度。此
外，在全站仪进行测距的过程中还需要加上气象改正和
乘常数。通过在测量作业现场的温度T和气压P以及湿
度H，按照一定的气象改正公式，求出气象改正数ppm
以及距离改正数ΔD。
不同的厂家的全站仪，其气象改正公式也不同。气
象改正ppm 是一种比例改正因子，它随测量现场的温
度、气压变化而变化，不是一个固定值。在进行此项改
正之后，全站仪尚存在另外一个相对固定的比例改正因
子,习惯上把它叫做乘常数，其单位同样是ppm。它的
作用是用于改正与距离成比例的系统误差，这种误差是
由于频率偏移，折射率的偏移，发光管相位不均匀性等
原因所引起的。每台仪器均存在着乘常数，只是大小不
同而已。一般大的由十几个ppm，小的则有零点几个
ppm，甚至可以忽略不计。用户可根据测量任务对精度
的要求，来决定加上这项改正。
1.2 电子测角技术
电子测角,即角度测量的数字化，也就是自动数字
显示角度测量结果，其实质是用一套角码转换系统来代
替传统的光学读数系统。目前，这套转换系统有两类：
一类是采用光栅度盘的所谓“增量法”测角；一类是采
用编码度盘的所谓“绝对法”测角。
1) 光栅度盘测角原理(增量法)
光栅就是具有刻制成许多宽度和间隔都相等的直
线条纹的光学器件，即它是由许多等间隔的透光的缝隙
和不透光的刻画线所组成。光通过光栅时会产生光的衍
射效应。用于透射衍射的光栅称为透射光栅，用于反射
光衍射的光栅称为反射光栅。光栅有两个基本参数，一
是毫米长度范围内的条纹数，称为条纹密度:二是相邻
条纹之间的距离，称为间距。根据测量对象不同，有长
度测量用的光栅刻在一直尺上称为直线光栅。另一种是
用于角度测量的光栅，是在度盘径向按等角距离刻制的
辐射状的径向光栅。
2) 编码度盘测角原理(绝对法)
编码度盘类似于普通光学度盘的玻璃码盘，在此平
面上分着若干宽度相同的同心圆环，而每一圆环又被刻
制成若干等长的透光和不透光区，这种圆环称为编码度
盘的“码道”。每条码道代表一个二进制的数位，有里到
外，位数由高到低。在码道数目一定的条件下，整个编
码盘可以分成数目一定，面积相等的扇形区，称为编码
盘码区。处于同一码区内的各码道的透光区与不透光区
的排列，构成编码盘的一个编码,这一码区所显示的角
度范围，称为编码度盘的角度分辨率。为了读取各码区
的编码数，需要编码度盘的码道一测设置光源，而在对
应的码盘另一侧设置光电探测器，每一检测器对应一个
光源。码盘上的发光二极管和码盘下的光敏二极管组成
测角的读定标志，把码盘的透光和不透光，由光电二极
管转换成电信号，以透光表示“1”，不透光表示“0”，这
样码盘上每一格就对应一个二进制数，经过译码即成十
进制数，从而能显示一个度盘上读出的方位或角度数值。
因此，编码度盘的测角方式为绝对法测角。
