广东工业大学：《工程测量》课程电子教案（PPT课件讲稿）第三章 距离测量

第三章距离测量 学习目标:学习光电测距、尺子量距和光学测距三种 距离测量原理与方法,在掌握现代光电测距技术原理 与方法基础上,掌握钢尺量距、光学视距基本方法

第三章 距离测量 • 学习目标：学习光电测距、尺子量距和光学测距三种 距离测量原理与方法，在掌握现代光电测距技术原理 与方法基础上，掌握钢尺量距、光学视距基本方法

第一节光电测距原理 一、基本原理 光电测距,即是以光和电子技术测量距离。或者说, 以光和电子测量距离的技术 光束速度c经过了二倍的距离,即2D;同时,测距仪测出光束从 发射到接收期间的时间tυ。根据速度乘以时间得路程的原理,便 可知,2D=c×t2D, 实现式(3-1)的基本条件:t2D的测定,相位法、脉冲法 测距仪 反射器 ct 3 2 A B

第一节 光电测距原理 • 一、基本原理 • 光电测距，即是以光和电子技术测量距离。或者说， 以光和电子测量距离的技术。 • 光束速度c经过了二倍的距离，即2D；同时，测距仪测出光束从 发射到接收期间的时间t2D。根据速度乘以时间得路程的原理，便 可知，2D=c×t2D， • 实现式(3-1)的基本条件：t2D的测定，相位法、脉冲法 (3 1) 2 1 D = ct2D −

二、相位法测距原理 测距仪 反射器 N|△N AAVVVVBVU A 2D 实质:利用测定光波的相位移代替测定t2实现距离的测量 1.光的调制: 使发射的光束成为一种光强度有规律明暗变化的调制光波。A-B-A 2.距离D与相位移的关系: D 明 2兀f D=-CL2D 暗 D=-×c 2 2T f

二、相位法测距原理 • 实质:利用测定光波的相位移代替测定t2D实现距离的测量。 • 1．光的调制： • 使发射的光束成为一种光强度有规律明暗变化的调制光波。A-B-A • 2．距离D与相位移的关系： (3 4) 2 2 = − f t D   (3 5) 2 2 1 =   − f D c   (3 1) 2 1 D = ct2D −

N|△N 3测尺和尺段: A D=lcx 9 (3-5) q=2(N+△N)(3-6) D=u×(N+△N) (3-8) u称为测尺,N称为整尺段,AN称为尾尺段。 4组合测距过程:D=u×△N 1)设测尺。相位法按上式采用多测尺组合测距过程。如采用u1、u 一般地设f~5MHZ,精测尺u1=10m, 2f2 f2≈150kHZ,粗测尺u2=1000m。 (3-10) 2f1

3.测尺和尺段： • =2π(N+ΔN) (3-6) • D=u×(N+ΔN) • u称为测尺，N称为整尺段，ΔN称为尾尺段。 • 4.组合测距过程：D=u×ΔN • 1)设测尺。相位法按上式采用多测尺组合测距过程。如采用u1、u2， • 一般地设f1≈15MHZ，精测尺u1=10m， • f2≈150kHZ，粗测尺u2=1000m。 (3 8) 2 = − f c u (3 10) 2 1 1 = − f c u (3 11) 2 2 2 = − f c u (3 5) 2 2 1 =   − f D c  

u测量值8.654 2)组合测距过程 u测量值9875 组合显示值988.654 ·D=u×△N (1)以u测量距离得△N1。例如△N1=0.8654,把△N1及u1 代入式(3-9)得D1=8654m。 (2)以u2测量距离得△N2。例如△N2=0.9875,把△N2及 u2代入式(3-9)得D2=9875m。 (3)组合完整的距离值。将u、u2测量距离值组合为完 整的距离值,如图,其中的7.5不显示,则组合的距离 值是988654m

2 )组合测距过程 • D=u×ΔN • (1)以u1测量距离得ΔN1。例如ΔN1=0.8654，把ΔN1及u1 代入式(3-9)得D1=8.654m。 • (2)以u2测量距离得ΔN2。例如ΔN2 =0.9875，把ΔN2及 u2代入式(3-9)得D2 =987.5m。 • (3)组合完整的距离值。将u1、u2测量距离值组合为完 整的距离值，如图，其中的7.5不显示，则组合的距离 值是988.654m

、相位法测距仪的基本结构 电发生器GaAa光源 e 源「测相装置一接收装置 反射器 接口 1调制信号发生器:发出调制信号对光源进行调制;同时发出参 考信号e给测相装置 2.光源:一般采用砷化镓发光二极管(GaAs,红外光),直接受调 制信号控制发射调制光波(频率为f。 3接收装置:接收反射回测距仪的调制光波,把接收的光转换为 电信号en,该信号提供给测相装置。 4测相装置:在测相装置通过对电信号em、参考信号e进行相位 比较测定N和AN,在处理方法上利用自动数字测相电子电路技 术把相位移q转换成距离D直接显示出来。 5反射器:精密测距的合作目标。6电源

三、相位法测距仪的基本结构 • 1.调制信号发生器：发出调制信号对光源进行调制；同时发出参 考信号er给测相装置。 • 2.光源：一般采用砷化镓发光二极管(GaAs，红外光) ，直接受调 制信号控制发射调制光波(频率为f) 。 • 3.接收装置：接收反射回测距仪的调制光波，把接收的光转换为 电信号em，该信号提供给测相装置。 • 4.测相装置：在测相装置通过对电信号em、参考信号er进行相位 比较测定N和ΔN，在处理方法上利用自动数字测相电子电路技 术把相位移转换成距离D直接显示出来。 • 5.反射器：精密测距的合作目标。 6.电源

第二节红外测距仪及其使用 、红外测距仪的类型 红外测距仪,是以发射红外光的光 源装备的光电测距仪。 ·1.类型:按测程:短程测距仪,中 程测距仪,远程测距仪,超远程测 距仪。按基本功能的类型有: 1)专用型:只用于测量距离。 田光电测距仪 2)半站型:测距仪与光学经纬仪组 合在一起,称为半站型仪器。 3)全站型:测距仪与光电经纬仪组 合的仪器,或者测距仪与光电经纬a 仪结合为一体化仪器,称为全站型 光学经纬仪 仪器,简称全站器 )

第二节 红外测距仪及其使用 • 一、红外测距仪的类型 • 红外测距仪，是以发射红外光的光 源装备的光电测距仪。 • 1.类型：按测程：短程测距仪，中 程测距仪，远程测距仪，超远程测 距仪。按基本功能的类型有： • 1)专用型：只用于测量距离。 • 2)半站型：测距仪与光学经纬仪组 合在一起，称为半站型仪器。 • 3)全站型：测距仪与光电经纬仪组 合的仪器，或者测距仪与光电经纬 仪结合为一体化仪器，称为全站型 仪器，简称全站器

D3000红外测距仪的技术指标 1测距精度:m=±(a+bD)m=±(5mm+5 ppm. Dkm) 2测程:在满足测距精度的条件下测距仪可能测得的最大距离 12km~3.2km。与大气状况及反射器棱镜数有关。 、D3000红外测距仪主要设备 1测距仪主机:外貌:前面板,操作面板。 显示 物镜 健盘 接口 瞄目镜 蓄电池 支架 垂直微动 制动旋钮

二、D3000红外测距仪的技术指标 • 1.测距精度： m=±(a+bD) m=±(5mm+5ppm.Dkm ) • 2.测程：在满足测距精度的条件下测距仪可能测得的最大距离。 • 1.2km～3.2km。与大气状况及反射器棱镜数有关。 • 三、D3000红外测距仪主要设备 • 1.测距仪主机：外貌：前面板，操作面板

2.反射器 ·单棱镜、三棱镜反射器 e③

2.反射器 • 单棱镜、三棱镜反射器

直角棱镜反射器有三个特点: 1)反射器的入射光线和反射光线的方向相反,且线径互相平行 利于瞄准目标 ·2)可以根据测程的长短增减棱镜的个数。 ·3)反射器有本身的规格参数。反射器与测距仪配合使用,不要随意 更换。 测程短1k 测程长3km 入 射 出射

直角棱镜反射器有三个特点： • 1)反射器的入射光线和反射光线的方向相反，且线径互相平行。 • 利于瞄准目标 • 2)可以根据测程的长短增减棱镜的个数。 • 3)反射器有本身的规格参数。反射器与测距仪配合使用，不要随意 更换。 • 测程短 1km 测程长3km