電子測角原理，帶你瞭解全站儀！

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全站儀電子測角是利用光電轉換原理和微處理器自動測量照準方向在度盤上的讀數，並將測量結果顯示在儀器的顯示屏上，也可以自動儲存測量結果。

全站儀電子測角系統有三種：光柵度盤測角系統、編碼度盤測角系統和動態測角系統。光柵度盤測角系統屬於增量式電子測角系統，早期的全站儀，大多采用光柵度盤測角系統。主光柵與指示光柵的線條寬度和柵距d相同。

1、光柵度盤測角系統

在徑向均勻地刻有許多等間隔線條的玻璃圓盤稱為光柵度盤。光柵度盤測角系統通常要由兩個光柵度盤組成，其中一個稱為主光柵，另一個稱為指示光柵。但兩度盤的光柵方向形成一個很小的角度θ，如圖1。3所示。當兩個間隔相同的光柵成很小的交角相重疊，在它們相對移動時可以看到明暗相間的干涉條紋，稱為莫爾干涉條紋，簡稱莫爾條紋。

設ω為條紋寬度，d為柵距，θ為兩光柵的交角，則近似可得

由於θ很小，因此K值很大，也就是說，莫爾條紋起著放大作用，這樣大大提高了解析度。而且θ越小，K值越大。由此可見，要知道光柵相對移動的數目，只須測出莫爾條紋的移動數目。當光柵相對移動一個柵距d時，莫爾條紋就沿垂直於光柵相對移動的方向移動一個條紋寬度ω。

光柵度盤的讀數系統採用發光二極體和光電二極體進行光電探測，如圖1。4所示。在光柵度盤的一側安置發光二極體，另一端正對位置安裝光電接收二極體。指示光柵、發光二極體、光電二極體固定，而主光棚度盤隨照準部一起旋轉。當望遠鏡從一個方向轉到另一個方向時，兩光柵度盤相對移動，就會出現莫爾條紋的移動。莫爾條紋的光訊號被光電二極體接收，經整形電路轉換成矩形訊號，經計數器記錄訊號週期數，透過匯流排系統輸入到儲存器，再經計算由顯示屏以度、分、秒的格式顯示出來。

利用光柵度盤測角就是要測定從起始方向兩個光柵度盤相對移動的光柵數，因此這種測角方式稱為增量式測角。增量式測角易於製造，早期的全站儀大多采用這種方式測角，其缺點是每次開機需要進行角度初始化、且關機後不能保持關機時的測角狀態。

2、編碼度盤測角系統

光學編碼度盤是在度盤上刻數道同心圓，構成若干碼道，同時將度盤等間隔地劃分為若干扇區，在各扇區內不同的碼道上按規律設定導電區和絕緣區，用導電和不導電分別代表二進位制中的“1”和“0”。圖1。5為四碼道16扇區四位編碼度盤，在碼盤下方安置電訊號輸出電路。測角時度盤隨照準部旋轉到某目標不動後，由該扇區的導電區與不導電區得到其組合電訊號。

圖1。6的編碼度盤訊號輸出為1001。輸出的組合電訊號透過譯碼器將其轉換為角度值，並在顯示屏上顯示。

圖1。5的四位編碼度盤，有16個扇區，即可以讀取16個讀數，解析度為360°/16=22。5°。顯然，這個解析度是不能滿足測角要求的。提高編碼度盤的測角解析度，除了適當增加扇區數和碼道數外，主要是採用電子測微技術，角度電子測微技術是利用電子技術對交變的電訊號進行內插，從而提高計數脈衝的頻率，達到細分效果，提高測角解析度。

由於編碼度盤可以在任意位置上直接讀取度、分、秒值，故編碼測角又稱為絕對式測角。絕對式測角系統，不僅具有開機無需角度初始化、關機後保留角度資訊的特點，而且可以使儀器獲得更穩定、更精確的測量值。現在生產的普通全站儀，無論進口的或國產的，基本都是採用絕對式電子測角系統。

3、動態測角原理

動態測角系統的度盤為環狀度盤，如圖1。7所示，度盤上刻劃等間隔的明暗分劃線，明的透光，暗的不透光，相當於柵線和縫隙，一對明暗分劃線為一個柵格，其柵距（間隔角）為Φ。度盤內外邊緣裝有兩個光欄（光電感測器）S和R。S為固定光欄，位於度盤外側；R為可動光欄，隨照準部一起轉動，位於度盤內側。同時，度盤上還有兩個標誌點a和b，S只接收α的訊號，R只接收b的訊號。測角時S代表任一原方向，R隨著照準部旋轉，當照準目標後，R位置已定，此時啟動測角系統，使度盤在馬達的驅動下，始終以一定的速度逆時針旋轉，b點先透過R，然後開始計數。接著ɑ透過S，計數停止，此時記下了R、S之間的柵距（Ф0）的整倍數n和不足一個刪距的小數部分△Ф，則水平角為：β=nФ0+△Ф

實際上，一個柵格為一個脈衝訊號，水平角的柵距（Ф0）整倍數n由R、S的粗測功能計數測得；不足一個柵格的小數部分△Ф由R、S的精測功能測得。粗測和精測的訊號經計算送到中央處理器，然後由顯示屏顯示或記錄於資料終端。

由於測角時，儀器的度盤分別繞垂直軸和水平軸恆速旋轉，故這種測角技術稱為動態式測角。

動態測角的精度取決於△Ф的測量精度，而△Ф的測量精度取決於將Ф0劃分成多少個相位差脈衝，劃分的相位差脈衝數越多，測角精度就越高。