光电测距仪测距误差分析
武汉大学电子信息学院湖北武汉
摘要：本文指出了光电测距仪测距误差的主要来源，对测距误差及其影响进
行了分析，并给出精度评定的方法。
关键词：光电测距仪测距误差精度评定
一、引言
光电测距仪自问世以来,以其操作方便、快捷、高效、精密、自动化、智能化等特点,被广泛应用于工程测量、控制测量、地形测量、地籍与房产测量、施工放样、工业测量及近海定位等领域。数字地球的建设,也以其为基本的数字采集设备之一。作为一种被多种领域频繁使用的长度计量仪器,光电测距仪测距误差的分析与测距精度的定期评定始终是用户和承包方关心的问题。因为仪器能否在要求的精度下可靠地工作,是测量工作能否保质保量完成的前提条件。
国家技术监督局对光电仪器（全站仪、测距仪）测距系统的检定目的、项目和方法作了具的规范要求，本文就光电仪器的测距误差及精度评定进行分析。
测距精度是光电测距仪的重要技术指标之一，其测距精度不但与仪器的性能有关，同时也取决于使用方法和实测时外界因素的影响。分析测距误差的来源和影响程度，找出消除或减弱误差的措施和方法，对于正确、合理地使用仪器和维护仪器，以便测出精度较好的距离成果和分析测距成果质量等都是很有必要的。按照规范要求，对仪器进行检定，客观地评定仪器测距的实际综合精度，对了解仪器性能指标，验收新购和修理后的仪器以及合理使用仪器尤为重要。
欲达到系统客观地评定一台光电测距仪的测距精度这一目的，一方面应严格地按照规范要求对仪器进行检定，另一方面还需具备有关测距原理及相关的误差理论知识，以便找出测距误差的主要来源，再进行测距误差分析，作为综合评定仪器精度的依据。
二、光电测距原理
1.光电测距仪按仪器测程分类：
短程光电测距仪：测程在3Km以内，测距精度一般在1cm左右。
中程光电测距仪：测程在3~15Km左右，适用于二、三、四等控制网的边长控制，
精度一般可达±（10mm+6-
?）。
10
远程激光测距仪：测程在15Km以上的测距仪，精度一般可达±（5mm+16-
?），
10
满足国家一、二等控制网的边长控制。
2.测尺频率的选择：
直接测尺频率方式：直接使用各测尺频率的测量结果组合成待测距离的方式。
间接测尺频率方式：用差频作为测尺频率进行测距的方式。
测尺频率的确定：一般将用于决定仪器测距精度的测尺频率称精测尺频率；而将用于扩展测程的测尺频率称为粗测尺频率。
对于采用直接测尺频率方式的测距仪，精测尺频率的确定，依据测向精度，主要考虑仪器的测程和测量结果的准确衔接，还要是确定的测尺长度便于计算。
3.测尺频率可依据下式计算：
i i i nL c L c f 220
1== (1)
式中，i f ------------光波在大气中的传播速度；
c ------------大气折射率；
n ------------光波在真空中的传播速度；
0c ------------调制频率（测尺频率）。
4.光电测距仪的工作原理：
电磁波测距是通过测定电磁波束在待测距离上往返传播的时间D 2t 来计算待测距
离D 的，如下图所示，电磁波测距的基本公式为 D=D 2ct 2
1 (2)
式中 c ——电磁波在大气中的传播速度。
电磁波在测线上的往返传播时间D 2t ，可以直接测定，也可以间接测定。直接测定电磁波传播时间是用一种脉冲波，它是由仪器的发送设备发射出去，被目标反射回来，再由仪器接收器接收，最后由仪器的显示系统显示出脉冲在测线上往返传播的时间D 2t 或直接显示出测线的斜距，这种测距仪称为脉冲式测距仪。间接测定电磁波传播时间是采用一种连续调制波，它由仪器发射出去，被反射回来后进入仪器接收器，通过发射信号与返回信号的相位比较，即可测定调制波往返于测线的迟后相位差中小于2π的尾数。用n 个不同调制波的测相结果，便可
间接推算出传播时间D 2t ，并计算（或直接显示）出测线的倾斜距离。这种测距仪器称为相位式测距仪。
三、光电测距仪测距误差的主要来源
光电测距仪的测距误差分为两部分：
（1）比例误差：与被测距离长度成比例的误差，主要有频率误差、大气折射率误差及真空光速测距误差。其中真空测距误差对测距值得影响可忽略不计。
（2）固定误差：仪器固有的误差，与被测距离长度无关，包括零点误差的检定误差、仪器与反射镜的对中误差、测相误差、发光管相位不均匀性误差和周期误差。周期误差主要来源于内部光电信号的同频窜扰，误差的大小是以精测尺的长度为周期重复出现的。
其中，比例误差、周期误差、零点误差为光电测距仪的主要系统误差。
由于现如今广泛应用于精密测距的测距仪器是相位式测距仪，本文以相位式测距仪为例，分析其测距误差。测距误差的大小与仪器本身的质量，观测时的外界环境以及操作方法有着密切的关系。为了提高测距精度，必须正确地分析测距误差的来源、性质及大小，从而找到消除或削弱其影响的办法，使测距达到最高精度，同时对正确使用、检定和维护仪器具有重要的作用。
分析仪器的测距误差也和分析测量成果的误差一样，可由测距公式和仪器使用情况来寻找误差的主要来源。目前光电仪器所采用的相位法测距来自于公式：
K N nf
c D +?Φ+=)2(20π (3) 式中，π
2?Φ=?N ------------测尺长度； N ------------整周数；
0c ------------光在真空中的传播速度，;*0n c c =
n ------------大气折射率；
f ------------光波的调制频率；
?Φ------------往返传播相位差；
K ------------仪器常数。
将（3）式线性化并根据误差传播定律的测距误差：
22222002
2)4()()()(φπλm n m f m c m D M n f c D +??????++= （4）
式（4）表明，测距误差D M 是有以上各项误差综合影响的结果。实际上，观测边长S 的中误差S M 还应包括仪器加常数的测定误差k m 和测站及镜站的对中误差l m ，即
2222222002
2)4()()()(l k n f c D m m m n m f m c m D M +++??????++=φπλ （5） 式中0c m 、n m 、f m 、、
Φm k m 及l m 分别代表各因素的测定中误差。 由（5）式得知：大括号内的真空光速值的误差0c m 、大气折射率误差n m 、主控晶体振荡的频率误差f m ，此三项是与距离成比例变化的误差；后三项测相误差Φm 、仪器加常数误差k m 、测站及镜站的对中误差l m 的影响则与距离无关。虽然就测相误差而言，严密地说应与距离有关，因为从理论上讲随着距离的增大，信噪比下降，测相精度相应降低；但是目前的仪器在设计有效测程时，已对此项误差规定了上限，并且设有专门的装置（自动增益控制），可以使信号自动控制在一定范围内，使得不同距离上有相近的信噪比。因此，可以认为此项误差与距离无关。此外，还有仪器对中误差g m 和反射棱镜对中误差及周期误差2m 在式中并没有反映出来。就仪器误差影响的性质而言，可将上述误差分为两大类：（1） 系统误差，它们构成了仪器精度指标中的比例误差。（2）偶然误差，即仪器精度指标中的固定误差部分。
对于偶然误差的影响，我们可以采取在不同条件下多次测量来削弱其对测距精度的影响；而对于系统误差，根据大量实测数据表明：由于仪器发光管相位不均匀性以及幅相误差等因素，仪器还存在除频率误差和大气折射率误差外，与距离长短相关的改正项，习惯上将与距离长短有关的改正数统称为乘常数。零点误差的改正系数称为加常数。系统误差可通过检定中获得的系统误差值而施改正的方法，即修正值法，来达到消除或控制其对测距精度影响的目的。
比例误差主要体现在：与距离成比例变化的误差。如：真空光速值的误差0c m 、大气光的折射率误差n m ，主控晶体振荡器的频率误差f m 。
固定误差则体现在：与距离远近无关，且随机变化的测相误差Φm 和常数误差k m 、周期误差A m ,以及在实际测量中的对中误差g m 和R m （ 仪器反射棱镜）、偏心改正的误差、照准误差等。
四、测距误差分析
1.比例误差分析
由（4）式可知，光速值0c 、调制频率f 和大气折射率n 的相对误差值随D 而增加，它们都属于比例误差。从误差性质上，这类误差属于系统误差。这类误差对于短程测距来说，影响并不大，但对于远程精密测距，影响却十分显著。 （1）真空光速值的误差0c m ：
目前国际上通用的真空光速值0c =299792458±1.2 m/s ，其相对误差即精度为0
0c m c =4×910-，则光速值0c 对于测距误差的影响微乎其微，故而可以忽略不计。 （2）主控晶体振荡器的频率误差f m ：
我们知道，测距仪的调制频率决定了光尺长度，调制频率的变化将引起光尺长度的变化，因而使测距结果产生误差。此项误差包括两方面：频率的校准误差（反映了频率的精确度）和频率的漂移误差（反映了频率的稳定度）。调制频率是由主控振荡器产生的，因此主控振荡器的频率稳定性是影响频率误差大小的根源。频率的漂移误差与主控振荡器的石英晶体的质量、老化过程以及是否采用恒温措施密切相关，当晶体在不加恒温措施的情况下，其频率稳定度为±1×5-10，而精密测距的要求为f m /f 在6-6-100.1~105.0??之间，则这个数值不能满足这个要求。因此，精密测距仪上的振荡器采用恒温措施并采取了稳压电源的供电方式，来确保频率的稳定，以减小频率的漂移误差。
频率误差的影响在精密远程测距中是不能忽视的，测距前后都必须及时进行频率校验，必要时还要确定晶体的温度偏频曲线，以便给以频率改正。
（3）大气光的折射率误差n m ：
大气折射率的变化将使光在大气中的传播速度发生变化，从而影响仪器的测尺长度，引起测距误差。此项误差是目前电磁波测距的一项主要误差，也是远距离测距精度提高的主要障碍。其误差主要体现在三个方面：气象参数的测定误差、气象参数的代表性误差、大气折射率计算公式本身的误差。
气象参数（P ：气压；t ：温度；e ：水汽压）的测定误差指的是：（气象仪表、干、湿温度计与气压计）的刻度误差、读数误差。为了减小此类误差，气象仪表必须经过检验，保证仪表本身的正确性。读定气象元素前，应使气象仪表反映的气象状态与实地大气的气象状态充分一致。温度读至0.2℃，其误差应小于0.5℃，气压读至0.0667kPa ，其误差应小于0.1333kPa ，这样就有可能吧由于气象参数的读数误差引起的测距误差降至6-101?。
气象参数的代表性误差：就是在计算折射率时所用的气象参数（p 、 t 、 e ）值应当是光速所经过的沿测线气象参数平均值，但实际上是以测线两端点所测定的气象平均值代替，由此而引起的求定折射率误差即为气象参数的代表性误差。它包含有温度代表性误差、气压代表性误差。其影响较为复杂，它受到测线周围
的地形、地物和地表情况以及气象条件诸多因素的影响。为了削弱这方面的影响，选择测距地点时，应该注意地形条件，尽量避免测线两端高差过大的情况，避免视线擦过水域。观测时，应该选择在空气能充分调和的有微风的天气或温度比较稳定的阴天。必要时，可以增加测量测线中间的温度。气象代表性误差的影响，在不同的时间、天气具有一定的偶然性，有互相抵消的作用。因此采取不同气象条件下的多次测量取平均值，能进一步削弱气象代表性的误差影响。
大气折射率计算公式本身的误差：据有关资料介绍，当计算公式的精度不低于 7-101?时，此项误差影响可忽略不计。
一般在中、远程测距时都要进行气象改正，根据测得的气象数据，按气
象改正图表查出距离改正值，对距离进行改正。在有些自动数字测距仪中，可以进行自动气象改正，它是根据实测气象条件拨动相应电路开关，对主控振荡器回路中的变容二极管加一定偏压，从而使光尺频率发生变化，所以仪器所测得的距离值就是经过气象改正后的距离值。
对于短程测距仪的气象改正，可近似认为温度每升高10℃，则一公里距
离加一厘米，如果气压每升高25Hg ，则一公里距离减一厘米。
2.固定误差分析
测相误差Φm 、仪器加常数误差k m 和对中误差l m 都是固定误差。从误差性质上，这类误差属于偶然误差。它们都与距离的长短无关，在精密短程测距时，这类误差对测量精度的影响尤为突出。
（1）测相误差Φm ：
在测相原理中，相位差的测量过程是调节移相器使指零表指零，然后在与移相器联动的计数器上读数。因此，测相误差包括移相器或数字相位计所引起的误差即测相系统误差、信噪比误差、幅相误差和照准误差。这些误差都与所测距离长度无关，并且一般都具有误差的偶然性。
测相系统误差与相位计灵敏度、检相电路的时间分辨率、噪声干扰、时标脉冲的频率及一次测相的平均次数等因素有关，提高仪器结构、元件的质量和电路的调整，以及采用多次测量求平均值的办法，可以减弱此项误差。
噪声误差是由于大气湍流和杂散光等的干扰使测距的回光信号附加随机相移而产生误差。噪声不能完全避免，但要求有较高的信噪比，因为信噪比越低，测距误差就越大。因此，在高温条件下测距时，需要注意通风散热并避免长时间的连续测距，高精度测距时，应该选择在阴天及大气清晰的气象条件操作。
幅相误差：由信号幅度变化而引起的测距误差。由于放大电路有畸变或检相电路有缺陷，当信号强弱不同时，使移相量发生变化而影响测距结果。要达到减小幅相误差的目的，有些测距仪电路中增加了自动增益控制电路，以控制电路的输出幅度保持在一定的范围内。此外，可以控制孔径光栏或减光板的大小将接收信号强度控制在固定的幅值。在进行精密测量时，应保证每次测量都在控制在同一信号强度上。
照准误差：当发射光束的不同部位照射反射镜时，测量结果将有所不同，这种测量结果的不一致而存在的偏差称为照准误差。由于发射光束的空间不均匀性，相位漂移以及大气的光束漂移而产生了此项误差。照准误差是影响测相精度
的主要来源，为减弱其影响，观测前，需要进行光电瞄准，使反射器处于光斑中央，同时采用多次测量取平均值的方法对数据进行进行处理。
（2）周期误差A m ：
此误差主要来源于仪器内部固定信号（电信号和光信号）的串扰。它随所测距离的不同而做周期性变化，并以精测尺的尺长为周期，变化周期为半个波长，误差曲线为正弦曲线。因而，只有在通过对仪器进行检测后，才能发现它们。对此误差所采取相应措施有：加强屏蔽、合理隔离、减小发射和接收通道的耦合、加强电源滤波退偶，以减小仪器内部的点窜扰。此外，移相网络如果保证RC =1并使信号频率稳定等，就可消除由此而引起的周期误差。
（3）仪器加常数误差k m ：
由于测距仪电路延滞、光波的几何回路所引起的光程和实际距离有差别，以及测距仪和反射棱镜的偏心等形成了仪器常数。一般在每台一起制成后和测量前都需要测定出仪器常数，使得仪器常数在测距结果中表现为零，但是由于在测定仪器常数时存在误差，即为仪器加常数误差。此项误差会对测量结果产生影响，这就要求我们对施测前仪器的加常数必须进行严格检测，求出其常数的精确值。在测量中，将其常数值参加计算，以对所测中、长距离的边长进行修正；在短、中程测距时，则在仪器上用预置仪器加常数的办法予以消除。
（4）仪器和反射镜的对中误差g m 和R m ：
在测站安置测距仪和镜站安置反射镜时，由于测距仪和反射镜的中心不可能与地面的标志对准，这就产生了仪器的对中误差。对中误差主要取决于仪器和反射镜在安置时的细心操作，严格的平整、对准，为了削弱对中误差，测量人员必须精心整平、对中，并要注意由于松软的地面使一起下沉而造成的仪器倾斜。
五、光电测距仪的检验
近年来，光电测距仪大多具有自动化程度高，操作简易，精度高等优点，但是由于使用不当或者缺乏定期维修保护等措施，再加上电子元器件性能的老化，都有可能造成仪器性能的变化，技术指标下降，测距精度下降，甚至不能正常工作。为了更充分地掌握仪器性能，更合理的利用仪器，测量出更高质量的结果，必须对一起进行定期检验。检验项目有：
（1） 功能检视：查看仪器各组成部分的功能是否正常；
（2） 三轴关系校验：对于同轴系统，则检验其一致性；对于异轴系统，则
检验其平行性；
（3） 发光管相应均匀性（照准误差）的测定；
（4） 幅相误差的测定；
（5） 周期误差的测定；
（6） 加常数的测定；
（7） 乘常数和晶体振荡频率的测定；
（8） 内、外部符合精度的检验；
（9） 适合性能的检测；主要检定温度变化、工作电压变化对测距结果的影
响；
（10）测程的检定。
六、仪器精度的评定
对一台测距仪器要衡量其测距精度，就要考虑其内部符合精度和外部符合精度。
内部符合精度是表明一起在测距时各测回之间自我符合的程度，它主要是反映了仪器的测相精度和外界气象条件的影响。内部符合精度使用每一次测距中误差m 、平均值中误差M 和相对中误差D M 来表示，即
一次测距中误差 []1
-±=n VV m （6） 平均值中误差 [])1(-±=±
=n n VV n m M （7） 相对中误差 D M =i
D M （8） 式中 ),,2,1(n i D D V i i i ???=-=；
i D ———距离观测值的平均值；
i D ———每一次距离观测值；
n ———观测次数。
外部符合精度，是指测距仪在基线上比测，所得的距离观测值与基线长度相比的符合程度，它是测距中各项测距误差的综合影响。外部符合精度用相对中误差d m 来表示，即
0D D D m i d -=
（9）
式中 i D ———测距仪的距离观测值；
0D ———基线长度。
光电测距仪的测距误差，一部分由仪器本身产生，一部分由使用者的操作技术和测距的环境引起，而光电测距仪的测距精度取决于这些误差，在正规操作和正常环境下进行光电测距时，光电测距仪本身的误差是占主导地位的。
光电测距仪的标称精度是指仪器本身引起的测距误差（用于厂商标明仪器本
身的精度）。将测距长度D 无关的误差称为固定误差，用“a ”表示；将与测距长度成正比的误差称为比例误差，其比例系数用“b ”表示。因此测距仪的标称精度如下式所示：
22)(b D a m D ?+±=
在仪器说明书中，比例系数b 一般用百万分率（ppm ）表示。如a =5 mm ，b =5 mm/km/,距离D 的单位为千米（km ）。例如各种测距仪的测距标称精度有：mm D ）（??+±6-1055，mm D ）（??+±6-1023，mm D ）（??+±6-1022和mm D ）（??+±6-1011等。a 、b 的数值越小，则测距仪的精度级别越高。
六、参考文献
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光电测距仪 光电测距仪的概况 我国已研制成功红外自动数字显示测距仪，近年来国内已有批量红外测距仪的产品，也从国外进口了数量不少的光电测距仪，如D135、D11000、EDT2000、DM501、DM103、ELD12、AGA120、AGA112、AGA14A、MiNi、SET2c、SEF3c、SET4c等，从建筑施工测量来说，AGA120、DM103、MiNi等光电测距仪最为实用，使用光电测距仪之前必须熟悉说明书或到有关单位进行短期培训，以便正确使用光电测距仪。 光电测距仪的构造 光电测距仪构造如图4-243所示。 图4-243 光电测距仪构造 光电测距仪是在经纬仪上加装光电测距头子，一般是配套的，什么型号测距头子配什么样型号的经纬仪，另外配一套反光棱镜。 光电测距仪的用途 为了测量A、B两点之间的距离，在A点安置光电测距仪主机，在B点安置反光棱镜，如图4-244所示。
图4-244 光电测距仪使用示意 对中、整平后，开启光电测距仪。发射望远镜发出一水平激光束射向B点反光棱镜，经过反射的激光束仍以水平方向折回A点，接收望远镜能够把折回的激光束调制、放大并精确地测出A、B两点的距离，可直接由数字计数器上显示出来。它的测距精度视仪器不同而各异，一般的光电测距仪精度可达±5mm ＋10ppm。 光电测距仪的检验与校正 1．送有关部门检验与校正 2．自检 自检，必须具有一定的检定设备，对光电测距仪相当熟悉，目前国内使用的光电测距仪品种相当多，在此不能详细介绍，建议送有关部门检定。 3．用六段法测定常数 简易六段法公式： C＝0.02857［5（D06－D01－D12－D23－D34－D45－D56）＋3（D05＋D16－D02－D13－D24－D35－D46）＋（D04＋D15＋D26－D03－D14－D25－D36）］举例：原有控制点：
实验题目：光电效应法测普朗克常量 实验目的：1.了解光电效应的基本规律； 2.用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。 实验原理：当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。在光电效应中，光显示出它的粒子性质，所以这种现象对认识光的本性，具有极其重要的意义。 光电效应实验原理如图8.2.1-1所示。 1． 光电流与入射光强度的关系 光电流随加速电位差U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值和值I H ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U= U A -U K 变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U a 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。 2． 光电子的初动能与入射频率之间的关系 光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子逆着电场力方向由K 极向A 极运动。当U=U a 时，光电子不再能达到A 极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力作用的功。即 a eU mv =2 2 1 （1） 根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光是一粒一粒运动着的粒子流，这些光粒子称为光子。每一光子的能量为hv =ε，其中h 为普朗克常量，ν为光波的频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量h ν之后，一部分消耗于克服电子的逸
出功A ，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知 A mv hv += 2 2 1 （2） 式（2）称为爱因斯坦光电效应方程。 由此可见，光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关。 3． 光电效应有光电存在 实验指出，当光的频率0v v <时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据式（2），h A v = 0，ν0称为红限。 爱因斯坦光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：由式（1）和（2）可得： A U e hv +=0，当用不同频率（ν1，ν2，ν3，…，νn ）的单色光分别做光源时，就有 A U e hv +=11 A U e hv +=22 ………… A U e hv n n += 任意联立其中两个方程就可得到 j i j i v v U U e h --= )( （3） 由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的遏止电位差即可算出普朗克常量h ，也可由ν-U 直线的斜率求出h 。 因此，用光电效应方法测量普朗克常量的关键在于获得单色光、测得光电管的伏安特性曲线和确定遏止电位差值。 实验中，单色光可由水银灯光源经过单色仪选择谱线产生。 表8.2.1-1 可见光区汞灯强谱线
光电效应测普朗克常量 姓名：梁智健 学院：材料成型及控制工程166班 学号：5901216163 台号：22 时间：2017-10-16 实验教室：309 【实验目的】 1、验证爱因斯坦光电效应方程，并测定普朗克常量h。 2、了解光电效应规律，加深对光的量子性的理解。 3、学会用作图法处理数据。 4、研究光电管的伏安特性及光电特性。 【实验仪器】 1.光电效应测定仪 2.光电管暗箱 3.汞灯灯箱以及汞灯电源箱。 【实验原理】 1、当光照射在物体上时，光的能量只有部分以热的形式被 物体所吸收，而另一部分则转换 为物体中某些电子的能量，使这 些电子逸出物体表面，这种现象 称为光电效应。在光电效应这一 现象中，光显示出它的粒子性， 所以深入观察光电效应现象，对 认识光的本性具有极其重要的意 义。普朗克常数h是1900年普朗克 为了解决黑体辐射能量分布时提 出的“能量子”假设中的一个普
适常数，是基本作用量子，也是粗略地判断一个物理体系是否需要用量子力学来描述的依据。 1905年爱因斯坦为了解释光电效应现象，提出了“光量子”假设，即频率为v 的光子其能量为h v ?。当电子吸收了光子能量h v ?之后，一部分消耗与电子的逸出功W ，另一部分转换为电子的动能212 m v ?，即爱因斯坦光电效应方程 212m hv mv W =+(1) 2、光电效应的实验示意图如图1所示，图中GD 是光电管， K 是光电管阴极，A 为光电管阳 极，G 为微电流计，V 为电压表， E 为电源，R 为滑线变阻器，调 节R 可以得到实验所需要的加 速电位差AK U 。不同的电压AK U ，回路中有不同的电流I 与之对 应，则可以描绘出如图2所示的 AK U -I 伏安特性曲线。 （1）饱和电流的强度与光强成 正比 加速电压AK U 越大，电流I 越大，当AK U 增加到一定值后，电流达到最大值H I ，H I 称为饱和电流，而且H I 的大小只与光强成正比。 （2）遏制电压的大小与照射光的频率成正比 如图3所示，电源E 反向连接，即当加速电压AK U 变为负值时，电流I 会迅速较少，当加速电压AK U 负到一定值Ua 时，电流0I =，这个电压Ua 叫做遏制电压，4所示。 212 a mv e U =?(2)
光电测距仪知识介绍 一、光电测距仪精度 1、测距仪精度表达式：M D=±（A+B·D） A--固定误差mm， B--比例误差系数mm/km， D—被测距离km； 每公里的比例误差为U mm，则M0=±（A mm+U mm·D） 2、测距仪的测距误差分为两部分：固定误差：与距离无关的误差，有测相误差、加常树误差、对中误差。比例误差：与距离成比例的误差，有光速误差、大气折射率误差、频率误差。周期误差有特殊性，与距离有关当不成比例。 3、测距仪的三轴有：仪器的发射光轴、仪器的接收光轴（二者统称测距光轴）和望远镜视准轴。有的仪器三轴平行，有的三轴同轴。 4、测距的精度评定：测距仪有标称精度和测距精度之区别。 标称精度：指一批仪器出厂时的合格精度，仪器的标称精度比较宽。M D=±（A+B·D） 测距精度：指一台仪器经过检测之后而得到的实际精度，可表明每台仪器在测距中的精度潜力大小。 M D=±√（M2d+M2a+M2b） M d–观测中误差，
M a–加常数的检测中误差， M b—乘常数的检测中误差， 二、光电测距仪测量方法 1、斜距测量：置仪于BM1点上，瞄准BM2点，观测一个往测回（照准一次读数若干次为一个测回，每一个测回中的若干次读数互差≯6mm时，取平均值作为此往测的平均斜距），然后置仪于BM2点上，瞄准BM1点，观测一个返测回。每测站观测前必须精确量出仪高i和棱镜高v。 2、竖直角（天顶距）测量：BM1和BM2两点往返分别测竖直角两个测回，要求半测回间较差≯12″。测回间较差≯8″时，取两测回的平均值作为往返测的竖直角。 往测高差：?H往=L往平均值·sinα往平均值+i往－v往 返测高差：?H返=L返平均值·sinα返平均值+i返－v返 精度计算：f h= ?H往－?H返 光学测距原理 1.利用红外线测距或激光测距的原理是什么？ 测距原理基本可以归结为测量光往返目标所需要时间，然后通过光速c = 299792458m/s 和大气折射系数n 计算出距离D。由于直接测量时间比较困难，通常是测定连续波的相位，称为测相式测距仪。当然，也有脉冲式测距仪，典型的是WILD的DI-3000 需要注意，测相并不是测量红外或者激光的相位，而是测量调制在红外或者激光上面的信号相位。 建筑行业有一种手持式的测距仪，用于房屋测量，其工作原理与此相同。 2.被测物体平面必须与光线垂直么？ 通常精密测距需要全反射棱镜配合，而房屋量测用的测距仪，直接以光滑的墙面反射测量，主要是因为距离比较近，光反射回来的信号强度够大。与此可以知道，一定要垂直，否则返回信号过于微弱将无法得到精确距离。 3.若被测物体平面为漫反射是否可以？ 通常也是可以的，实际工程中会采用薄塑料板作为反射面以解决漫反射严重的问题。 4.若以超声波测距代替是否可以让物体延一墙壁运动并测出与对面墙的距离？ 此问题搞不懂你的意图，超声波测距精度比较低，现在很少使用。 激光测距（即电磁波，其速度为30万公里/秒），是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，来确定被测物体与测试点的距离。 激光测距仪一般采用两种方式来测量距离:脉冲法和相位法。相位测距技术的测距精度高,但作用距离有限,主要用于高精度大地测量。众所周知，光在给定介质的传播速度是一定的，因此，通过测量光在参考点和被测点之间的往返传播时间，即可给出目标和参考点之间的距离。 相位测距法是通过强度调制的连续光波在往返传播过程中的相位变化来测量光束的往返传播时间，其计算公式如下： t=Φ/2πf 式中，t为光波往返传播时间（s）；Φ为调制光波的相位变化量（rad）; f为调制频率（Hz）。 光的往返传播时间得到后，目标至参考点的距离可由下式求得 R=(c/2)×(Φ/2πf)=(λ/2)×(Φ/2π) 式中，R为目标至参考点距离（m）；c为光波传播速度（m/s）；λ为调制光波波长（m）。 相位位移是以2π为周期变化的，因此有 Φ=（N+△n）.2π 式中，N为相位变化整周期数；△n为相位变化非整周期数。 国家光电测距仪检测中心 国家光电测距仪检测中心是我国测绘行业惟一获得国家质量监督检验检疫总局授权的进行测绘仪器检定的国家级质检机构和新仪器定型鉴定机构。通过了国家认证认可监督评审委员会的计量认证考核。其主要职责是根据国家质量监督检验检疫总局的要求，对国家基础测绘工程和国民经济建设中使用的各种测量仪器进行强制性和非强制性检定。 中心汇集了测绘、仪器和电子等专业的中高级技术人员，拥有经国家质量监督检验检疫总局考核通过的高精度标准比长基线场和基于全球ITRF框架的高精度GPS接收机检定场、HP5529B高精度双频激光干涉仪、自动温控高低温湿热实验室、世界一流的数字水准仪实验室、磁致误差和INDEX振动仪等检测设施。具有检定各种精度等级测量仪器的先进设备和技术水平。自中心成立以来已检测了各种型号测量仪器达2万余台套，积累了大量检测数据，为全面了解仪器性能，进行测量仪器检测理论、手段和方法的研究提供了丰富的信息源，主持和参与了多项测量仪器检定规范的编写和修订工作，在质检行业处于领先水平。同时，承担了绝大部分进口测量仪器的型式鉴定工作，追踪新仪器发展趋势，保证进口仪器的质量。 随着检测技术的进步和业务范围的拓展，中心实现了内外业检测数据采集和处理的自动化，大大提高了工作效率和技术管理水平。这一技术的推广，必将提高测量仪器检定的整体技术水平，对常规测量数据的外业采集也具有一定的参考价值。在此基础上，我们将建立基于网络化管理的检测数据采集、处理与服务系统，增强技术实力，引导行业发展方向。 多年来社会各界用户对国家光电测距仪检测中心给予了极大的支持与爱护，我们将一如既往地为您提供全方位服务。“科学、公正、准确、高效”是我们的宗旨，服务于客户并让客户满意是我们一贯的追求。 光电测距仪知识介绍 光电测距仪知识介绍 一、光电测距仪精度 1、测距仪精度表达式：M D=±（A+B·D） A--固定误差mm， B--比例误差系数mm/km， D—被测距离km； 每公里的比例误差为U mm，则M0=±（A mm+U mm·D） 2、测距仪的测距误差分为两部分：固定误差：与距离无关的误 差， 有测相误差、加常树误差、对中误差。比例误差：与距离成比例的误差，有光速误差、大气折射率误差、频率误差。周期误差有特殊性，与距离有关当不成比例。 3、测距仪的三轴有：仪器的发射光轴、仪器的接收光轴（二者统称测距光轴）和望远镜视准轴。有的仪器三轴平行，有的三轴同轴。 4、测距的精度评定：测距仪有标称精度和测距精度之区别。 标称精度：指一批仪器出厂时的合格精度，仪器的标称精度比较宽。M D=±（A+B·D） 测距精度：指一台仪器经过检测之后而得到的实际精度，可表明每台仪器在测距中的精度潜力大小。 M D=±√（M2d+M2a+M2b） M d–观测中误差， M a–加常数的检测中误差， M b—乘常数的检测中误差， 二、光电测距仪测量方法 1、斜距测量：置仪于BM1点上，瞄准BM2点，观测一个往测回（照准一次读数若干次为一个测回，每一个测回中的若干次读数互差≯6mm时，取平均值作为此往测的平均斜距），然后置仪于BM2点上，瞄准BM1点，观测一个返测回。每测站观测前必须精确量出仪高i和棱镜高v。 2、竖直角（天顶距）测量：BM1和BM2两点往返分别测竖直角两个测回，要求半测回间较差≯12″。测回间较差≯8″时，取两测回的平均值作为往返测的竖直角。 往测高差：?H往=L往平均值·sinα往平均值+i往－v往 返测高差：?H返=L返平均值·sinα返平均值+i返－v返 精度计算： f h= ?H往－?H返 激光测距仪操作规 程 1.使用方法触按电源开关，接通电源，“电源、测试指示灯”为绿色。触按档位选择开关，选择适合的档位。 2.将仪表测量端子的两个电流输出端子用两根测试线接到被测导体的两个端子，两个电压输入端子也接到被测导体的两个端子。 3. 如图所示，电压端子应位于电流端子的内侧，并尽量靠近被测试品，以减少引线电阻引入的误差。 4.接线完毕后，触按一下 TESTE 键，“电源、测试指示灯”为红色，显示屏显示的值即为测得的电阻值。 5.当被测导体开路或阻值大于选定量程时, 显示屏首位显示“1”，后三位数字熄灭。 6.注意事项 a）本仪表使用6 节1.5V（LR6，AA）电池供电。当显示屏出现欠压符号“”时,请更换电池，以保障得到正确的试值。换下的旧电池请勿乱扔,以免造成污染。B)仪器应避免受潮、雨淋、跌落、暴晒等。 1.目的： 建立超声波测厚仪标准操作规程。 2.适用范围： 试验室所有检验人员执行本规程，部门领导监督，检查本规程的执行。 一、操作规程 1、机器校准 仪器壳下方有一个厚度为4mm的试块，按“菜单”键进入菜单，经过“上下”箭头选择“声速”，在选择“声速设置”，把声速设置为5920m/s，并在试块上涂抹耦合剂，把探头放在试块中央轻轻压紧，按一下“下箭头”，能够看到仪器显示试块厚度为4.000mm，如果试块厚度测试值不为4.000mm请在进行校准，直到试块测量厚度为 4.000mm。仪器校准完成后即能够正常测量了。 2、测试块准备 准备50mm的测试医用消毒超声耦合剂样品三份，以备测试。 3、声速测试 将探头与已准备好的测试样品耦合，确保探头不晃动并耦合良好，此时能够看到显示屏上耦合标志。选择声速测试界面，输 红外线测距仪测量原理 测距仪是一种航迹推算仪器，用于测量目标距离，进行航迹推算。测距仪的形式很多，通常是一个长形圆筒，由物镜、目镜、测距转钮组成，用来测定目标距离。测距仪是根据光学、声学和电磁波学原理设计的，用于距离测量的仪器。 红外测距仪的分类有激光红外，红外和超声波三种，目前测距仪主要是指的激光红外测距仪，红外测距仪和超声波测距仪由于测量距离有限，测量精度很低目前已经被淘汰。激光红外测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光红外测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 测距仪有测量距离和测量精度，同时又是电子设备，所以品牌的选择非常重要，国际知名品牌的测距仪，在性能上会远优于杂牌的激光红外测距仪。 一．测距仪分类 测距仪从测距基本原理，可以分为以下三类： 1. 激光测距仪 激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪，激光测距仪又可以分类为手持式激光测距仪（测量距离0-300米），望远镜激光测距仪（测量距离500-20000米）。 目前市面上主流的都是激光测距仪，手持式激光测距仪全球前两大品牌是徕卡和博世，右图就是一款主流的手持式激光测距仪。 望远镜激光测距仪，为远距离激光测距仪，目前在户外使用相当广泛，望远镜激光测距仪全球前四大品牌是图雅得、博士能、奥尔法和尼康。四个品牌在产品上各有特点，2013年，美国激光技术杂志公布的数据，2013年全球单品销售冠军是图雅得SP1500，这款测距仪测量精准，反应速度快捷。 2. 超声波测距仪 南昌大学物理实验报告 学生姓名：黄晨学号：专业班级：应用物理学111班班级编号：S008实验时间：13时 00 分第3周星期三座位号： 07 教师编号：T003成绩： 光电效应 一、实验目的 1、研究光电管的伏安特性及光电特性；验证光电效应第一定律； 2、了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解； 3、验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常量。 二、实验仪器 普朗克常量测定仪 三、实验原理 当一定频率的光照射到某些金属表面上时，有电子从金属表面逸出，这种现 象称为光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。实验示意图如下 图中A,K组成抽成真空的光电管，A为阳极，K为阴极。当一定频率v的光射到金属材料做成的阴极K上，就有光电 子逸出金属。若在A、K两端加上电压后光电子将由K定向的运动到A，在回 路中形成电流I。 当金属中的电子吸收一个频率为v的光子时，便会获得这个光子的全部能量， 如果这些能量大于电子摆脱金属表面的溢出功W，电子就会从金属中溢出。 按照能量守恒原理有 南昌大学物理实验报告 学生姓名：黄晨学号：专业班级：应用物理111 班级编号：S008实验时间：13 时00分第03周星期三座位号： 07 教师编号：T003成绩： 此式称为爱因斯坦方程，式中h为普朗克常数，v为入射光频。v存在截止频率，是的吸收的光子的能量恰好用于抵消电子逸出功而没有多余的动能，只有当入射光的频 率大于截止频率时，才能产生光电流。不同金属有不同逸出功，就有不同的截止频率。 1、光电效应的基本实验规律 （1）伏安特性曲线 当光强一定时，光电流随着极间电压的增大而增大，并趋于一个饱和值。 （2）遏制电压及普朗克常数的测量 当极间电压为零时，光电流并不等于零，这是因为电子从阴极溢出时还具有初动能，只有加上适当的反电压时，光电流才等于零。 南昌大学物理实验报告 学生姓名：黄晨学号：59 专业班级：应用物理学111班班级编号：S008实验时间：13时 00 分第3周星期三座位号： 07 教师编号：T003成绩： 四、实验步骤 1．调整仪器，接好电源，按下光源按钮，调节透镜位置，让光汇聚到单色 仪的入射光窗口，用单色仪出光处的挡光片2挡住光电管窗口，调节单色仪 的螺旋测微器，即可在挡光片上观察到不同颜色的光。 2、用单色仪入口光窗口处的挡光片1挡住单色仪的入口，移开挡光片2，将 单色仪与光电管部分的黑色的链接套筒连接起来形成暗盒，将测量的放大器 “倍率”旋钮置于（10^-5），对检流计进行调零。 3、按下测量按钮借给光电管接上电压，电压表会有读数，此式检流计会有 相应的电流读数，此时所读得得即为光电管的暗电流。 4、旋转电压调节的旋钮，仔细记录从不同电压下的相应的暗电流。让出射 文章简介测距仪是一种航迹推算仪器，用于测量目标距离，进行航迹推算。测距仪的形式很多，通常是一个长形圆筒，由物镜、目镜、测距转钮组成，用来 测定目标距离。测距仪是根据光学、声学和电磁波学原理设计的，用于距离测 量的仪器文章详细内容 那什么是测距仪呢？原理是什么？市面上有哪些测距仪，下文将详细进行介绍。一．测距仪分类 测距仪从测距基本原理，可以分为以下三类： 1. 激光测距仪 激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在 工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时 器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪，激光测距仪又可以分类为手持 式激光测距仪（测量距离0-300米），望远镜激光测距仪（测量距离500-20000米）。目前市面上主流的都是激光测距仪，手持式激光测距仪全球 前两大品牌是徕卡和博世，右图就是一款主流的手持式激光测距仪。望远 镜激光测距仪，为远距离激光测距仪，目前在户外使用相当广泛，望远镜激光 测距仪全球前四大品牌是图雅得、博士能、奥尔法和尼康。四个品牌在产品上 各有特点，2011年，美国激光技术杂志公布的数据，2011年全球单品销售冠军是图雅得YP900，这款测距仪测量精准，反应速度快捷。 2. 超声波测距仪 超声波测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声 波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和 接收到回波的时间差T，然后求出距离。超声波测距仪，由于超声波受 周围环境影响较大，所以一般测量距离比较短，测量精度比较低。目前使用范 围不是很广阔，但价格比较低，一般几百元左右。 3. 红外测距仪用调制的红外光进行精密测距的仪器，测程一般为1-5公里。利用的是红 外线传播时的不扩散原理：因为红外线在穿越其它物质时折射率很小，所以长 距离的测距仪都会考虑红外线，而红外线的传播是需要时间的，当红外线从测 距仪发出碰到反射物被反射回来被测距仪接受到再根据红外线从发出到被接受 到的时间及红外线的传播速度就可以算出距离 美国LaserCraft高精度激光测距仪－Contour XLRic型，这款激光测距仪是高精度和远量程的结合体，是目前市场性能最好的一款手持激光测量系统。它能成功地在保持良好精度的前提下测量以下目标到前所未有的距离：175米到电力线，400米到电线杆，800米到建筑物。同时，它是一款坚固防水的仪器，遇到下雨，下雪，大雾或沙尘暴天气时，您只把工作模式选择到“坏天气”模式，您的工作就不会受到任何影响。在坏天气下使用它，就如同在好天气下使用一样方便，好用。如果装配了三脚架，它就可以用来进行更远距离的精确测量和进行精密的倾斜测量。 Contour XLR采用最新激光技术，小巧、轻便、使用方便，可准确测量目标距离。有恶劣天气工作模式保证仪器在仪器在雨、雪、雾、沙尘暴天气条件下仍可可靠工作。仪器配备HUD显示器，可边瞄准边测量。是建筑结构规划等通用距离测量的得力仪器。最大测量距离1850米，精度0.1米。 Contour XLRi具有XLR系列的全部特点，同时增加360度倾角传感器。有六种工作模式，分别是距离、角度、水平距离、垂直距离、二点高度、三点高度。有串行口，可通过计算机或数据记录器记录数据。典型应用：矿山地形测量、森林资源调查、倾斜测量、高度测量、水平杆测量、塔高测量。 Contour XLRic将XLRi和GPS以及数据采集器结合起来，可测量不易达到目标的参数。内置软件可计算树高、倾斜、面积、周长、不见线的长度、水平距离等。XLRic内部有数字罗盘和倾角传感器，是测绘的得力仪器。 ContourMAX最大测量距离达到3000米，重仅1.6公斤，首/末目标可选，门控能力、恶劣天气模式、手持/平台安装可选。典型应用：火灾控制系统、遥测、GPS偏移测、航空测量等。和Contour 系列手持激光测量系统中的Contour XLRi比较起来，Contour XLR ic在内部又集成了一个高精度磁通量数字罗盘。配合高精度磁通量数字罗盘，XLR ic在功能就比XLR和XLRi多了不少。有了Contour XLRic，您就可以把它和您的GPS系统连接起来，去测量那些无法到达或不容易到达的地方的坐标信息，省时又省钱。或者您也可以使用它内置的软件计算：树高，倾斜度，面积，周长，空间线段的长度，水平距离，高差等等数据。由于Contour XLRic配置了数字罗盘和倾斜角度测量仪，所以它完全可以被看作是一个手持式全站仪，可以协助您进行测绘和测量工作。一级人眼安全的激光测距仪精确地向您报告以下测量数据：距离，方位，倾斜角。技术特点－测量距离到： 1850米；－测量精度达到：10厘米；－倾斜角度测量；－方位角测量；－周长测量；－面积测量；－电力线高度和垂度测量；－ 3D空间尺寸测量；－连接GPS工作；－高度测量功能；－“点到点”斜距测量；－水平距离测量和垂直距离测量；－独特的坏天气模式：一般的测距仪在天气不好的情况下，测量的距离往往会大大缩短，甚至无法工作。Contour系列激光测距仪的“坏天气模式”消除了这种现象。当天气情况不好的时候，比如：多云，大雾，扬尘，潮湿等，启动该模式，测量起来就和好天气时测量一样轻松快速！工作模式（详细功能）模式一标准测量模式：该模式测量仪 光电测距仪测距误差分析 武汉大学电子信息学院湖北武汉 摘要：本文指出了光电测距仪测距误差的主要来源，对测距误差及其影响进 行了分析，并给出精度评定的方法。 关键词：光电测距仪测距误差精度评定 一、引言 光电测距仪自问世以来,以其操作方便、快捷、高效、精密、自动化、智能化等特点,被广泛应用于工程测量、控制测量、地形测量、地籍与房产测量、施工放样、工业测量及近海定位等领域。数字地球的建设,也以其为基本的数字采集设备之一。作为一种被多种领域频繁使用的长度计量仪器,光电测距仪测距误差的分析与测距精度的定期评定始终是用户和承包方关心的问题。因为仪器能否在要求的精度下可靠地工作,是测量工作能否保质保量完成的前提条件。 国家技术监督局对光电仪器（全站仪、测距仪）测距系统的检定目的、项目和方法作了具的规范要求，本文就光电仪器的测距误差及精度评定进行分析。 测距精度是光电测距仪的重要技术指标之一，其测距精度不但与仪器的性能有关，同时也取决于使用方法和实测时外界因素的影响。分析测距误差的来源和影响程度，找出消除或减弱误差的措施和方法，对于正确、合理地使用仪器和维护仪器，以便测出精度较好的距离成果和分析测距成果质量等都是很有必要的。按照规范要求，对仪器进行检定，客观地评定仪器测距的实际综合精度，对了解仪器性能指标，验收新购和修理后的仪器以及合理使用仪器尤为重要。 欲达到系统客观地评定一台光电测距仪的测距精度这一目的，一方面应严格地按照规范要求对仪器进行检定，另一方面还需具备有关测距原理及相关的误差理论知识，以便找出测距误差的主要来源，再进行测距误差分析，作为综合评定仪器精度的依据。 二、光电测距原理 1.光电测距仪按仪器测程分类： 短程光电测距仪：测程在3Km以内，测距精度一般在1cm左右。 中程光电测距仪：测程在3~15Km左右，适用于二、三、四等控制网的边长控制， 精度一般可达±（10mm+6- ?）。 10 远程激光测距仪：测程在15Km以上的测距仪，精度一般可达±（5mm+16- ?）， 10 满足国家一、二等控制网的边长控制。 2.测尺频率的选择： 直接测尺频率方式：直接使用各测尺频率的测量结果组合成待测距离的方式。 光电效应 【实验目的】 （1）了解光电效应的规律，加深对光的量子性的认识。 （2）测量普朗克常量h。 【实验仪器】 ZKY-GD-4光电效应实验仪，其组成为：微电流放大器，光电管工作电源，光电管，滤色片，汞灯。如下图所示。 【实验原理】 光电效应的实验原理如图1所示。入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电场 的作用下向阳极A迁移构成光电流，改变外加电压，测量出光电流I的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。 光电效应的基本实验事实如下： （1）对应于某一频率,光电效应的I-关系如图2所示。从图中可见，对一定的频率， 有一电压U0,当≦时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压U0，被称为截止电压。 (2)当≧后，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度P成 正比。 (3)对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图3所示。 (4)截止电压U0与频率的关系如图4所示，与成正比。当入射光频率低于某极限值 （随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。 (5)光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为秒的数量级。 按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为的光子具有能量E = h，h为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次被金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程： （1） 式中，A为金属的逸出功，为光电子获得的初始动能。 由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低时也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零，此时有关系： （2） 阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加时I不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流的大小与入射光的强度P成正比。 第一节工程测量基础概念及工程测量的重要性 在工程建设的设计、施工和管理各阶段中进行测量工作的理论、方法和技术，称为“工程测量”。工程测量是测绘科学与技术在国民经济和国防建设中的直接应用，是综合性的应用测绘科学与技术。 按工程建设的进行程序，工程测量可分为规划设计阶段的测量，施工兴建阶段的测量和竣工后的运营管理阶段的测量。 规划设计阶段的测量主要是提供地形资料。取得地形资料的方法是，在所建立的控制测量的基础上进行地面测图或航空摄影测量。 施工兴建阶段的测量的主要任务是，按照设计要求在实地准确地标定建筑物各部分的平面位置和高程，作为施工与安装的依据。一般也要求先建立施工控制网，然后根据工程的要求进行各种测量工作。 竣工后的营运管理阶段的测量，包括竣工测量以及为监视工程安全状况的变形观测与维修养护等测量工作。 按工程测量所服务的工程种类，也可分为建筑工程测量、线路测量、桥梁与隧道测量、矿山测量、城市测量和水利工程测量等。此外，还将用于大型设备的高精度定位和变形观测称为高精度工程测量；将摄影测量技术应用于工程建设称为工程摄影测量。 工程测量是直接为工程建设服务的，它的服务和应用范围包括城建、地质、铁路、交通、房地产管理、水利电力、能源、航天和国防等各种工程建设部门。 无论是工程进程各阶段的测量工作，还是不同工程的测量工作，都需要根据误差分析和测量平差理论选择适当的测量手段，并对测量成果进行处理和分析，也就是说，测量数据处理也是工程测量的重要内容。 在当代国民经济建设中，测量技术的应用十分广泛。在很多工程建设中，从规划、勘测、设计、施工及管理和运营阶段等的决策和实施都需要有力的测绘技术保障。在研究地球自然和人文现象，解决人口、资源、环境和灾害等社会可持续发展中的重大问题以及国民经济和国防建设的重大抉择同样需要测绘技术提供技术支撑和数据保障。 第二节常用仪器及其操作方法 1.水准仪及其操作 常用的水准仪为DS3型微倾式水准仪（见图1）。水准仪可以提供一条水平视线，通过观测水准尺读 佛山科学技术学院 实 验 报 告 课程名称 实验项目 专业班级 姓名 学 号 指导教师 成绩 日 期 年 月 日 一、实验目的 1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解； 2．测量光电管的伏安特性曲线； 3．学习验证爱因斯坦光电效应方程的实验方法，测量普朗克常数。 二、实验仪器 光电效应（普朗克常数）实验仪（详见本实验附录A ），数据记录仪。 三、实验原理 1．光电效应及其基本实验规律 当一定频率的光照射到某些金属表面时，会有电子从金属表面即刻逸出，这种现象称为光电效应。从金属表面逸出的电子叫光电子，由光子形成的电流叫光电流，使电子逸出某种金属表面所需的功称为该金属的逸出功。 研究光电效应的实验装置示意图如图1所示。GD 为光电管，它是一个抽成真空的玻璃管，管内有两个金属电极，K 为光电管阴极，A 为光电管阳极；G 为微电流计；V 为电压表；R 为滑线变阻器。单色光通过石英窗口照射到阴极上时，有光电子从阴极K 逸出，阴极释放出的光电子在电场的加速作用下向阳极A 迁移形成光电流，由微电流计G 可以检测光电流的大小。调节R 可使A 、K 之间获得连续变化的电压AK U ，改变AK U ，测量出光电流I 的大小，即可测出光电管的伏安特性曲线，如图2(a)、(b)所示。 图2 光电效应的基本实验规律 光电效应的基本实验规律如下： （1）对应于某一频率，光电效应的AK -I U 关系如图2(a)所示。从图中可见，对一定的频率，有一电压0U ，当AK 0U U ≤时，光电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压0U ，称为截止电压。 （2）当AK 0U U ≥后，I 迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流M I 的大小与入射光的强度P 成正比，如图2(b)所示。 （3）对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图2(a)所示。 （4）截止电压0U 与频率v 的关系如图2(c)所示。0U 与ν成正比。当入射光频率低于某极限值0v （随不同金属而异）时，无论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。 （5）光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于0v ，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为910-秒的数量级。 2．爱因斯坦光电效应方程 上述光电效应的实验规律无法用电磁波的经典理论解释。为了解释光电效应现象，爱因斯坦根据普朗克的量子假设，提出了光子假说。他认为对于频率为ν的光波，每个光子的能量为E h ν=，h 为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次性为金属中的电子全部吸收，而无须积累能量的时间。电子把该能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，另一部分就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程 201 2 h m W νυ=+ （1） 式中，W 为被光线照射的金属材料的逸出功，2 012m υ为从金属逸出的光电子的最大初动能。 由式（1）可知，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低（即加反向电压）时，也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电 产品介绍： 超声波测距仪在国外被称之为“电子卷尺”，适用于建筑、装修、工程等场所，能够做到传统卷尺力所不及的测量。本店销售的超声波测距仪根据厂家提供的数据显示已经是目前国际上性能比较好的产品，而且在欧美市场的占有率相当高，比起其他品牌的测距仪在超声波发射角、抗干扰处理等方面上有了明显地差别。 型号:CP-3007 出口产品,英文说明书!如果需要中文说明书的以电子文档方式提供. 红外测距仪超声波测距仪工程测距无线测距真方便！ 测量时注意事项： 1.超声波测距仪测试的是障碍物离机器底部的距离，而不是顶部距离，如果以顶部为准，你会发现显示距离与实际距离永远有那么10几cm的误差，呵呵。 2.测量时机身与墙壁尽量保持垂直，尤其是所测距离较远时，越垂直，测量数据精度越高，反之斜度越大，误差越大。长距离测量时建议开一下激光定位以尽量保持垂直 最新款CP3007激光测距仪超声波测距仪 详细中文使用说明书： CP-3007超声波测距仪使用指南 准备 安装电池 你的测距仪需要9V的电池。为了更好的使用和延长寿命，我们建议你使用碱性的电池。 请根据以下步骤安装电池： 1. 按照电池室箭头的方向去放； 2. 盖是推滑开的，电池室里有正负（+和-）两极， 3. 打开盖子 4. 当显示电量低时或者是测距仪不能运行时，请更换电池。 警示：如果是一个月或者是一个月以上不用，请把电池取出，以免电池长时间不用漏液损坏仪器。 测距仪的稳定化处理： 此仪器对温度和湿度很敏感，在使用之前，等15—30分钟直到测距仪稳定到室温。 使用 测距仪的开关： 要打开此仪器，请按“MEASURER”即使在黯淡的光线下也能很容易显示屏幕，等电压稳定了，就可以 光电效应 实验目的： (1)了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解 (2)测量普朗克常量h。 实验仪器： ZKY-GD-4 光电效应实验仪 1 微电流放大器 2 光电管工作电源 3 光电管 4 滤色片 5 汞灯 实验原理： 原理图如右图所示：入射光照射到光电管阴极K上，产生 的光电子在电场的作用下向阳极A迁移形成光电流。改变外加 电压V AK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管得伏安特性曲线。 1）对于某一频率，光电效应I-V AK关系如图所示。从图中 可见，对于一定频率，有一电压V0，当V AK≤V0时，电流为0， 这个电压V0叫做截止电压。 2)当V AK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度成正比。 3）对于不同频率的光来说，其截止频率的数值不同，如右图： 4) 对于截止频率V0与频率的关系图如下所示。V0与成正比关系。当入射光的频率低于某极限值时，不论发光强度如何大、照射时间如何长，都没有光电流产生。 5）光电流效应是瞬时效应。即使光电流的发光强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即就要光电子产生，所经过的时间之多为10-9s的数量级。 实验内容及测量： 1 将4mm的光阑及365nm的滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的V AK值，以其绝对值作为该波长对应的值，测量数据如下： 波长/nm365577 频率 / 截止电压/V 频率和截止电压的变化关系如图所示： 由图可知：直线的方程是:y= 所以: h/e=× , 当y=0，即时，，即该金属的 截止频率为。也就是说，如果入射光如果频率低于上值时，不管光强多大 也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。 根据线性回归理论： 可得：k=，与EXCEL给出的直线斜率相同。 我们知道普朗克常量, 所以，相对误差： 2 测量光电管的伏安特性曲线 1）用的滤色片和4mm的光阑 实验数据如下表所示： 4mm光阑 I-V AK的关系 V AK I V AK I V AK I V AK I V AK I V AK I 1.先要给激光测距仪装上电池，对于那些可以直接充电的激光测距仪，我们在使用前要先把电充满。 2.每一个激光测距仪上都会有一个开关电源，有的是通过轻按“发射键”，测距仪内部电源就可以打开，通过目镜可看见测距仪处于待机状态。 3.打开电源后，在测量前，我们还要选择好单位，操作方法是长按“模式键”，就可以直接选择你要选择的单位了。 4.一切准备工作都做好之后，我们可以通过测距仪目镜中的“内部液晶显示屏”瞄准被测物体，注意手不要抖动，这样可以减小误差，测量结果会更准确。 5.确定描准之后，轻按“发射键”，这时测量的距离就会显示在“内部液晶显示屏”上，我们可以记下这个数值，如果担心测量不准确，可以多测几次。 6.在瞄准被测物体时，如果感觉被测物体不是很清晰，我们可以通过“+/-2屈光度调节器”来调节被测物体远近的清晰度，可以通过顺转或逆转来调节远近，以达到最理想的清晰度。 注：各种品牌各种型号可能会有所差异，但基本使用方法都是大同小异，看看说明书应该操作都不会有问题。 扩展资料： 手持式测距仪，是根据利用电磁波学、光学、声学等原理且具有 小巧机身，用于距离测量的仪器。 原理：手持式测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程是这样的：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。脉冲法测量距离的精度是一般是在+/- 1米左右。另外，此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。 §4.2 相位式光电测距仪的工作原理 相位式光电测距仪的种类较多，但其基本的工作原理是相同的。本节将讨论相位式光电测距仪的工作原理，并着重介绍它的几个主要部件的工作原理。 4.2.1 相位式光电测距仪的工作原理 相位式光电测距仪的工作原理可按图4-4所示的方框图来说明。 图4-4 由光源所发出的光波（红外光或激光），进入调制器后，被来自主控振荡器（简称主振）的高频测距信号1f 所调制，成为调幅波。这种调幅波经外光路进入接收器，会 聚在光电器件上，光信号立即转化为电信号。这个电信号就是调幅波往返于测线后经过解调的高颇测距信号，它的相位已延迟了Φ。 ?Φ+?=ΦN π2 这个高频测距信号与来自本机振荡器（简称本振）的高频信号1f '经测距信号混频器进行光电混频，经过选频放大后得到一个低频（11f f f '-=?）测距信号，用D e 表示。D e 仍保留了高频测距信号原有的相位延迟?Φ+?=ΦN π2。为了进行比相，主振高频测距信号1f 的一部分称为参考信号与本振高频信号1f '同时送入参考信号混频器，经过选频放大后，得到可作为比相基准的低频（11f f f '-=?）参考信号，0e 表示，由于0e 没有经过往返测线的路程，所以0e 不存在象D e 中产生的那一相位延迟Φ。因此，D e 和0e 同时送人相位器采用数字测相技术进行相位比较，在显示器上将显示出测距信号往返于测线的相位延迟结果。 当采用一个测尺频率1f 时，显示器上就只有不足一周的相位差?Φ所相应的测距尾数，超过一周的整周数N 所相应的测距整尺数就无法知道，为此，相位式测距仪的主振和本振二个部件中还包含一组粗测尺的振荡频率，即主振频率 32,f f 和本振频率 32,f f ''。如前所述，若用粗测尺频率进行同样的测量，把精测尺与一组粗测尺的结果组合起来，就能得到整个待测距离的数值了。 4.2.2 相位式光电测距仪各主要部件的工作原理 1.光源 相位式测距仪的光源，主要有砷化镓（GaAs ）二极管和氦-氖（He-Ne ）气体激光器。前者一般用于短程测距仪中，后者用于中远程测距仪中。下面对这二种光源作一介绍。 （1）砷化镓（GaAs ）二极管 砷化镓（GaAs ）二极管是一种晶体二极管，与普通二极管一样，内部也有一个PN 结，如图4-5所示。它的正向电阻很小，反向电阻较大。当正向注入强电流时，在PN 结里就会有波长为0.72～0.94μm 之间红外光出射，而且出射的光强会随着注入电流的大小而变化，因此可以简单地通过改变馈电电流对光强的输出进行调制，即所谓“电流直接调制”。这对测距仪用作光源十分有意义，因为能直接调制光强，无需再配备结构复杂、功耗较大的调制器。此外，砷化镓二极管光源与其他光源比较，还有体积小重量轻，结构牢固和不怕震动等优点，有利于使测距仪小型化，轻便化。 图4-5 图4-6 GaAs 二极管有两种工作状态，一种是发射激光，称为GaAs 激光器；另一种是发射红外荧光，称为发光二极管。两者的区别，主要是注入电流强度的不同。由于GaAs 发光管，发射连续的红外光频带较宽（100～500o A ），波长不够稳定，功率较小（约3mW ）和发散角大（达50o ），故采用这种光源的测距仪的测程都不远，一般在3km 以内。红外光的波长，因GaAs 掺杂的差异和馈电电流等不同而异。如国产HGC-1红外测距仪的=λ0.93μm ；瑞士DI3和DI3S 的λ分别为0.875μm 和0.885μm ；瑞典AGA-116的光学测距原理
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