CN109631948B - 一种用于全站仪校准的光纤传递装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于全站仪校准的光纤传递装置及方法，属于光电测距校准的技术领域，包括机箱，机箱的内部放置有温度控制及显示系统、多模光纤、自聚焦准直透镜以及光纤跳线；多模光纤的起始端与自聚焦准直透镜的一端相连接，其尾端和光纤跳线相连接，自聚焦准直透镜的另一端与全站仪相连接。本发明利用温度可控且经过特殊处理的标准光纤替代了传统的基线场法，实现了全站仪校准检定不受外界环境影响的可便携工作方式；通过改变标准光纤的长度值，实现了全站仪在不同量程下的可变量值的校准检定；利用标准光纤法替代了通过平面镜之间光路的折返模拟光程的方法，既避免了光路准直调节的复杂步骤，也实现了传递标准的低成本设计。

Description

一种用于全站仪校准的光纤传递装置及方法

技术领域

本发明属于光电测距校准技术领域，具体涉及一种用于全站仪校准的光纤传递装置及方法。

背景技术

目前常用的全站仪校准方法主要是野外基线场法，由于这种方法一方面场地占地太大，操作费时费力；另一方面容易受到室外天气影响，校准检定效率较低，工作质量无法提高。而全站仪校准方法主要有基于“反射镜+分光镜”、基于“空间光路目标定位”、基于“GPS及自动跟踪测量”等方案。基于“反射镜+分光镜”方案由于反射镜安放位置是否偏移会直接影响光路光程的大小，甚至会影响全站仪接收信号的质量，进而影响全站仪的校准效果。此方案对光路垂直和水平方向的调平要求非常高，操作性较差，不易对外进行计量校准服务。基于“空间光路目标定位”方案，由于该方案是通过设置若干标准基准点来实现对全站仪全量程内的校准，该方案的缺点是占地面积大，对实验环境要求高。基于“GPS及自动跟踪测量”方案，该方案是利用GPS系统测量选定标准靶点，通过全站仪测量得到的标准靶点的经、纬度和海拔高度与GPS的测量值进行比对，从而实现对全站仪的校准和检定。该方案的缺点是测量精度不高、GPS测量算法比较复杂、网格靶标对加工精度要求较高，因此其加工难度较大。

全站仪是以红外激光或者可见激光为介质，通过测量激光出射到经反射体返回的时间，借助速度、时间与距离的关系计算并显示仪器到反射体间的空间距离的一种长度计量器具。它作为一种集成角度和距离测量功能于一体的高技术测量仪器，由于其操作方便快捷、自动化程度高等特点，被广泛应用在工程测量、地形测量、近海定位等领域，保证全站仪测量的准确性变的尤为重要，因此使用单位必须定时地对全站仪进行校准或检定。而目前常用的检定校准方法是野外基线场法，由于这种方法一方面场地占地太大，操作费时费力；另一方面容易受到室外天气影响，校准检定效率较低，工作质量无法提高。因此，研制用于全站仪校准检定的光纤传递标准对提高全站仪校准检定效率具有非常重要的意义。

与本发明最相近的技术方案是杜鑫提出的一种激光测距的校准方法及装置，该装置包含高频信号和本振信号，高频信号中的一路通过外光路与本振信号进行混频，另一路则直接与本振信号进行混频，再通过对混频信号进行处理，排除初始相位信息，得到包含外光路相移信息的信号，即得到外光路的相位差，最后将相位差换算成距离后得到输出测量结果。本方法虽然通过混频装置降低了系统在切换内外光路时激光发射器件对电路系统带来的冲击响应，有效的大幅度减少测量时间，但是该方法一方面必须对全站仪输出的光进行调制，同时必须要将传输后的调制信号进行解调，最后通过相位信息换算成距离信息必须要解决相位线性累加问题，也就是绝对相位提取问题，而这个绝对相位提取问题恰恰又是一个技术难点。

现有技术存在以下缺点：

(1)基于“反射镜+分光镜”技术存在反射镜和分光镜准直调节比较复杂，空间光路的光程不易控制等缺点同时可操作性较差，不易进行对外计量校准服务。

(2)基于“空间光路目标定位”技术存在占地面积大，同时对校准环境的要求比较苛刻，建设成本较高。

(3)基于“GPS及自动跟踪测量”技术存在GPS测量算法比较复杂，网格靶标加工精度很高，同时其测量精度不高，无法满足全站仪的校准要求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种用于全站仪校准的光纤传递装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于全站仪校准的光纤传递装置，包括机箱，机箱的内部放置有温度控制及显示系统、多模光纤、自聚焦准直透镜以及光纤跳线；多模光纤的起始端与自聚焦准直透镜的一端相连接，其尾端和光纤跳线相连接，且在连接部位镀有高反射膜，自聚焦准直透镜的另一端与全站仪相连接；

机箱，被配置为用于对机箱内的多模光纤、自聚焦准直透镜、光纤跳线和温度控制及显示系统进行保护和封装；

温度控制及显示系统，被配置为用于对机箱的温度进行控制并将控制的温度值实时显示在机箱的前面板上；

自聚焦准直透镜，包括第一自聚焦准直透镜、第二自聚焦准直透镜和第三自聚焦准直透镜，被配置为用于实现全站仪输出的空间光与多模光纤之间的耦合；

多模光纤，包括第一多模光纤、第二多模光纤和第三多模光纤；第一多模光纤的起始端与第一自聚焦准直透镜的一端相连接，第二多模光纤的起始端与第二自聚焦准直透镜的一端相连接，第三多模光纤的起始端与第三自聚焦准直透镜的一端相连接。

此外，本发明还提到一种用于全站仪校准的光纤传递方法，该方法采用如上所述的一种用于全站仪校准的光纤传递装置，具体包括如下步骤：

步骤1：打开全站仪并预热30分钟；

步骤2：将全站仪对准第一多模标准光纤对应的第一自聚焦准直透镜，待全站仪测量完成后记录第一多模标准光纤的测量值；

步骤3：将全站仪对准第二多模标准光纤对应的第二自聚焦准直透镜，待全站仪测量完成后记录第二多模标准光纤的测量值；

步骤4：将全站仪对准第三多模标准光纤对应的第三自聚焦准直透镜，待全站仪测量完成后记录第三多模标准光纤的测量值；

步骤5：通过光纤长度定标装置对第一多模光纤、第二多模光纤、第三多模光纤的标准光纤长度进行标定，通过比对步骤2-步骤4得到的测量值与定标装置标定的标准值，实现全站仪在不同量程下的校准。

本发明的基本原理如下：

全站仪输出光经过高透过率的自聚焦透镜进行准直，将全站仪输出的空间光进行耦合聚焦进入多模光纤的其中一端，多模光纤的另一端镀有高反射膜；然后再将这套装置放置在可精确控温的机箱内，这样可以保证多模光纤再使用过程中稳定可靠，并且方便携带，便于进行对外计量校准服务；通过该方法解决了全站仪便携式校准难题，通过对光纤耦合端面和反射端面进行加工处理，使得全站仪发出的信号能够以较低损耗的形式将信号反射回全站仪，并且随着多模光纤的长度不同而研制不同长度的标准光纤，从而实现全站仪全量程的校准和检定。

本发明所带来的有益技术效果：

(1)利用温度可控且经过特殊处理的标准光纤替代了传统的基线场法，实现了全站仪校准检定不受外界环境影响的可便携的工作方式；

(2)通过改变标准光纤的长度值，实现了全站仪在不同量程下的可变量值的校准检定；

(3)利用标准光纤法替代了通过平面镜之间光路的折返模拟光程的方法，既避免了光路准直调节的复杂步骤，也实现了传递标准的低成本设计。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

其中，1-第一多模标准光纤；2-第二多模标准光纤；3-第三多模标准光纤；4-第一自聚焦准直透镜；5-机箱；6-温度控制及显示系统；7-第二自聚焦准直透镜；8-第三自聚焦准直透镜。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

如图1所示，一种用于全站仪校准的光纤传递装置，包括机箱5，机箱5的内部放置有温度控制及显示系统6、多模光纤、自聚焦准直透镜以及光纤跳线；多模光纤的起始端与自聚焦准直透镜的一端相连接，其尾端和光纤跳线相连接，且在连接部位镀有高反射膜，自聚焦准直透镜的另一端与全站仪相连接。

机箱5，被配置为用于对机箱5内的多模光纤、自聚焦准直透镜、光纤跳线和温度控制及显示系统6进行保护和封装；

温度控制及显示系统6，被配置为用于对机箱5的温度进行控制并将控制的温度值实时显示在机箱5的前面板上；

自聚焦准直透镜，包括第一自聚焦准直透镜4、第二自聚焦准直透镜7和第三自聚焦准直透镜8，被配置为用于实现全站仪输出的空间光与多模光纤之间的耦合；

多模光纤，包括第一多模光纤1、第二多模光纤2和第三多模光纤3；第一多模光纤1的起始端与第一自聚焦准直透镜4的一端相连接，第二多模光纤2的起始端与第二自聚焦准直透镜7的一端相连接，第三多模光纤3的起始端与第三自聚焦准直透镜8的一端相连接。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，本发明还提到一种用于全站仪校准的光纤传递方法，具体包括如下步骤：

步骤1：打开全站仪并预热30分钟；

步骤2：将全站仪对准第一多模标准光纤对应的第一自聚焦准直透镜，待全站仪测量完成后记录第一多模标准光纤的测量值；

步骤3：将全站仪对准第二多模标准光纤对应的第二自聚焦准直透镜，待全站仪测量完成后记录第二多模标准光纤的测量值；

步骤4：将全站仪对准第三多模标准光纤对应的第三自聚焦准直透镜，待全站仪测量完成后记录第三多模标准光纤的测量值；

步骤5：通过光纤长度定标装置对第一多模光纤、第二多模光纤、第三多模光纤的标准光纤长度进行标定，通过比对步骤2-步骤4得到的测量值与定标装置标定的标准值，实现全站仪在不同量程下的校准。

本发明的全站仪输出光经过高透过率的自聚焦透镜进行准直，将全站仪输出的空间光进行耦合聚焦进入多模光纤的其中一端，多模光纤的另一端镀有高反射膜；然后再将这套装置放置在可精确控温的机箱内，这样可以保证多模光纤在使用过程中稳定可靠，并且方便携带，便于进行对外计量校准服务；通过该方法解决了全站仪便携式校准难题，通过对光纤耦合端面和反射端面进行加工处理，使得全站仪发出的信号能够以较低损耗的形式将信号反射回全站仪，并且随着多模光纤的长度不同而研制不同长度的标准光纤，从而实现全站仪全量程的校准和检定。

本发明带来有益效果的关键技术点如下：

(1)通过自聚焦透镜实现全站仪输出的空间光与多模光纤之间的耦合；

通过设计恰当的自聚焦透镜焦距，实现全孔径注入的空间光耦合，通过设计夹具及精密位移调节机构实现全站仪发出的光平行进入自聚焦透镜的孔径内。

(2)为避免光纤折弯及温度造成光纤长度的变化，需要对标准光纤进行特殊的封装；

通过设计温度可控且光纤保护封装结构，实现对光纤状态进行高稳定性控制，从而便于人员随身携带进行对外计量校准服务。

(3)通过标准光纤对全站仪进行自身校准；

在使用光纤传递标准之前，需要使用经过定标好的标准光纤进行全站仪自身的校准归零，只有这样才能实现对全站仪绝对长度的校准和检定。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于全站仪校准的光纤传递方法，其特征在于：采用一种用于全站仪校准的光纤传递装置，该装置包括机箱，机箱的内部放置有温度控制及显示系统、多模光纤、自聚焦准直透镜以及光纤跳线；多模光纤的起始端与自聚焦准直透镜的一端相连接，其尾端和光纤跳线相连接，且在连接部位镀有高反射膜，自聚焦准直透镜的另一端与全站仪相连接；

机箱，被配置为用于对机箱内的多模光纤、自聚焦准直透镜、光纤跳线和温度控制及显示系统进行保护和封装；

温度控制及显示系统，被配置为用于对机箱的温度进行控制并将控制的温度值实时显示在机箱的前面板上；

自聚焦准直透镜，包括第一自聚焦准直透镜、第二自聚焦准直透镜和第三自聚焦准直透镜，被配置为用于实现全站仪输出的空间光与多模光纤之间的耦合；

多模光纤，包括第一多模光纤、第二多模光纤和第三多模光纤；第一多模光纤的起始端与第一自聚焦准直透镜的一端相连接，第二多模光纤的起始端与第二自聚焦准直透镜的一端相连接，第三多模光纤的起始端与第三自聚焦准直透镜的一端相连接；具体包括如下步骤：

步骤1：打开全站仪并预热30分钟；

步骤2：将全站仪对准第一多模标准光纤对应的第一自聚焦准直透镜，待全站仪测量完成后记录第一多模标准光纤的测量值；

步骤3：将全站仪对准第二多模标准光纤对应的第二自聚焦准直透镜，待全站仪测量完成后记录第二多模标准光纤的测量值；

步骤4：将全站仪对准第三多模标准光纤对应的第三自聚焦准直透镜，待全站仪测量完成后记录第三多模标准光纤的测量值；

步骤5：通过光纤长度定标装置对第一多模光纤、第二多模光纤、第三多模光纤的标准光纤长度进行标定，通过比对步骤2-步骤4得到的测量值与定标装置标定的标准值，实现全站仪在不同量程下的校准。

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