全站仪电子测角原理

1、1讲题：电子测角原理讲题：电子测角原理2内容回顾&角度测量的基本概念角度测量的基本概念&光学经纬仪的基本构造光学经纬仪的基本构造BAOO1A1B1(左左)(右右)O0270ba水 平 面水 平 面(H)铅垂铅垂线线HV0 1 2 3 4 5 63本讲内容提要本讲内容提要一、电子测角概述一、电子测角概述二、编码度盘测角原理二、编码度盘测角原理三、光栅三、光栅度盘测角原理度盘测角原理4一、电子测角概述一、电子测角概述 5电子测角分类电子测角分类v编码度盘测角编码度盘测角v光栅度盘测角光栅度盘测角一、电子测角概述一、电子测角概述 6二、编码度盘测角原理二、编码度盘测角原理1 1、编码

2、度盘、编码度盘 码道码道 区间区间012345678910111213141570123456789101112131415结论结论：识别识别望远镜照准方向落在望远镜照准方向落在哪一个区间哪一个区间是编码是编码度盘测角的度盘测角的关键关键。二、编码度盘测角原理二、编码度盘测角原理区间区间编码编码刻度值刻度值区间区间编码编码刻度值刻度值0 00000000000 0000 008 810001000180 00180 001 10001000122 3022 309 91001100130302 20010001045 0045 0010101010101000003 30011001167 3

3、067 30111110111011247 30247 304 40100010090 0090 00121211001100270 00270 005 5010101013030131311011101292 30292 306 601100110135 00135 00141411101110315 00315 007 701110111157 30157 30151511111111337 30337 304 4码道编码度盘角度对照表码道编码度盘角度对照表如何识别区间？如何识别区间？1 1、编码度盘、编码度盘81001-E-E旋转轴旋转轴发光二极管发光二极管接收二极管接收二极管R二、编码

4、度盘测角原理二、编码度盘测角原理2、编码度盘光电读数识别原理、编码度盘光电读数识别原理度盘度盘90123456789101112131415二、编码度盘测角原理二、编码度盘测角原理3 3、角度分辨率、角度分辨率 设设-角度分辨率角度分辨率 S-S-区间数，区间数， 则则 设设n-n-码道数，则码道数，则2 ns360s若提高角度分辨率若提高角度分辨率，必须，必须增加码道数增加码道数n。结论结论：10示例示例：右图角度分辨率为右图角度分辨率为22.522.5度度，若提高至若提高至2020，由，由 则需刻成则需刻成360360/20/20= =6480064800个区间，个区间，而而6480026

5、480021616 ，即需即需16码道码道。3 3、角度分辨率、角度分辨率二、编码度盘测角原理二、编码度盘测角原理01234567891011121314152 ns360s困难困难：受光电器件尺寸限制，靠增加码：受光电器件尺寸限制，靠增加码道提高角度分辨率很不现实。故直接利道提高角度分辨率很不现实。故直接利用该法用该法精度较低精度较低。11三、光栅度盘测角原理三、光栅度盘测角原理1 1、光栅、光栅直线光栅直线光栅扇形光栅扇形光栅具有密集具有密集等宽等距线条等宽等距线条的光学的光学元件。元件。圆形光栅圆形光栅12特点特点：栅距越小，则角度分划值栅距越小，则角度分划值越小，即测角精度越高。越小，

6、即测角精度越高。示例示例：当角度分划值为当角度分划值为144,144,在在80mm80mm直径的光栅度盘上，将直径的光栅度盘上，将刻划刻划1250012500条条细线细线( (刻线密度为刻线密度为5050条条mmmm) )。结论结论：要想再提高测角精度，必要想再提高测角精度，必须对其作进一步的细分。然而，须对其作进一步的细分。然而，这样小的栅距，再细分实属不这样小的栅距，再细分实属不易。易。 如何提高测角精度呢？如何提高测角精度呢？三、光栅度盘测角原理三、光栅度盘测角原理1 1、光栅、光栅13三、光栅度盘测角原理三、光栅度盘测角原理2 2、莫尔条纹、莫尔条纹143. 3. 莫尔条纹的特点莫尔条

7、纹的特点 三、光栅度盘测角原理三、光栅度盘测角原理（1）两光栅之间）两光栅之间夹角越小夹角越小，条纹条纹越粗越粗，即相邻明条即相邻明条纹或暗条纹之间的纹或暗条纹之间的距离越大距离越大。（2）在垂直于光栅构成的平面方向上，条纹亮度在垂直于光栅构成的平面方向上，条纹亮度 按按正弦规律正弦规律周期性变化周期性变化。15 B三、光栅度盘测角原理三、光栅度盘测角原理3. 3. 莫尔条纹的特点莫尔条纹的特点 16 B（3 3）光栅移动）光栅移动一个光栅距一个光栅距 莫尔条纹移动莫尔条纹移动一个条一个条纹宽度纹宽度B B ( (莫尔条纹明暗变化莫尔条纹明暗变化一周期一周期) ) 三、光栅度盘测角原理三、光栅

8、度盘测角原理3. 3. 莫尔条纹的特点莫尔条纹的特点17 （4 4）莫尔条纹对光栅具有）莫尔条纹对光栅具有位移放大位移放大作用作用 如图如图 2tan2 光栅光栅2 2光栅光栅1 1 B由于由于角很小，则：角很小，则： B /2/2 2三、光栅度盘测角原理三、光栅度盘测角原理 /2莫尔条纹宽度莫尔条纹宽度B对光栅距对光栅距 的放大关系为：的放大关系为：13. 3. 莫尔条纹的特点莫尔条纹的特点22181u放大倍数随光栅夹角放大倍数随光栅夹角 的减小而增大。的减小而增大。u若光栅距若光栅距 固定固定，条纹宽度，条纹宽度B B随随 的减小而增大。的减小而增大。3. 3. 莫尔条纹的特点莫尔条纹的特

9、点 （4 4）莫尔条纹对光栅具有）莫尔条纹对光栅具有位移放大位移放大作用作用三、光栅度盘测角原理三、光栅度盘测角原理结论结论：19示例：示例：当当 = = 1010 ， = = 0.01mm0.01mm时时: : 根据根据B B/ /=1/=1/ 得出得出B/344344，B=B=344344 = =3.44mm3.44mm三、光栅度盘测角原理三、光栅度盘测角原理结论：结论：光栅距为光栅距为1 1个个单位，莫尔条纹的宽度就为单位，莫尔条纹的宽度就为 344344个个单位，这就有利于我们进行测量。单位，这就有利于我们进行测量。3. 3. 莫尔条纹的特点莫尔条纹的特点 （4 4）莫尔条纹对光栅具有

10、）莫尔条纹对光栅具有位移放大位移放大作用作用 204. 4. 莫尔条纹测角装置与原理莫尔条纹测角装置与原理莫尔条纹测角装置莫尔条纹测角装置 发射光学系统发光管光电接收管接收光学系统指示光栅光栅度盘三、光栅度盘测角原理三、光栅度盘测角原理21 莫尔条纹测角原理莫尔条纹测角原理 三、光栅度盘测角原理三、光栅度盘测角原理光电接收管接收光学系统指示光栅光栅度盘发射光学系统发光管4. 4. 莫尔条纹测角装置与原理莫尔条纹测角装置与原理22光栅度盘转动方向光栅度盘转动方向光电流光电流转动一条光栅转动一条光栅 指示光栅转动指示光栅转动一个光栅距一个光栅距 莫尔条纹莫尔条纹明暗变化一个周期明暗变化一个周期 莫

11、尔条纹莫尔条纹光信号强度变化一个周期光信号强度变化一个周期 光电接收管中的光电接收管中的电流电流变化一周期变化一周期。三、光栅度盘测角原理三、光栅度盘测角原理 莫尔条纹测角原理莫尔条纹测角原理23a b 在测角装置中，在测角装置中，增加一个光电接收管增加一个光电接收管b b，它与原来，它与原来的光电接收管的光电接收管a a的间隔为的间隔为B B/4/4。如下图：。如下图：B/4ab5 5、光栅度盘转动方向判别光栅度盘转动方向判别三、光栅度盘测角原理三、光栅度盘测角原理24光栅度盘光栅度盘q 顺时针转动，莫尔条纹从左向右移动，顺时针转动，莫尔条纹从左向右移动，a a管电流信号管电流信号超前超前

12、b b管电流信号管电流信号9090指示光栅指示光栅光电流光电流转动方向转动方向ba三、光栅度盘测角原理三、光栅度盘测角原理ab5 5、光栅度盘转动方向判别光栅度盘转动方向判别25光电流光电流转动方向转动方向baq 逆时针转动，莫尔条纹从右向左移动，逆时针转动，莫尔条纹从右向左移动，a a 管电流信号管电流信号滞后滞后 b b 管电流信号管电流信号9090结论：结论：根据根据 a a、b b中电流中电流相位差相位差的不同，可识别度盘的顺时针或的不同，可识别度盘的顺时针或逆时针转动，使电路控制逆时针转动，使电路控制脉冲可逆计数器脉冲可逆计数器，顺时针加法计数，顺时针加法计数，逆时针减法计数逆时针减法计数。 三、光栅度盘测角原理三、光栅度盘测角原理ab26增量式测角角度误差累积关机角度信息不保留开机需要初始化莫尔条纹测微测角精度高光栅度盘光栅度盘测角精度低绝对式测角角