一种快速校准激光隧道断面检测仪误差的方法探讨

刘彤+倪颖倩

【摘 要】激光隧道断面检测仪广泛应用于建筑领域内，封闭空间断面、限界的三维轮廓曲线精确测量，本文就一种快速校准其误差的方法进行探讨。

【关键词】断面仪；快速；误差

0 引言

激光隧道断面检测仪（以下简称“断面仪”），是一种采用无合作目标激光测距技术和精密测角技术，将极坐标系测量法与计算机技术紧密结合，配合专业图形处理软件，可快速获得隧道等封闭空间内部的工程测量仪器。可实时显示超欠挖值（距离、面积），又可对收敛情况、开挖土石方量进行测量，具有指示炮眼功能，无需后处理可快速给出检测结果及报告，是一款实用性很强的测量仪器。

主要用于公路、铁路的隧道，水利工程涵洞的断面和限界测量，也可用于大跨度桥梁的桥形测量及静挠度的测量。早期隧道施工检测主要采用皮尺人工测量，精度低，效率低且劳动强度大，断面仪的问世使施工监测、竣工验收、质量控制等工作环节中，能快速便捷的获得测量数据，在隧道设计建设和施工安全监控方面具有划时代的意义

1 概述

以激光隧道断面检测仪作为被测对象，以合格的Ⅱ级及以上全站型电子速测仪（或DJ2级光学经纬仪）、标准基线场作为标准器进行校准，断面仪的误差校准指标分为角度误差和测距误差两部分。怎样才能对断面仪进行快速误差校准，可采用下面这一种简单可行的方法：

2 角度误差校准

角度误差校准中一般按照测绘仪器检测的行业习惯将水平角度盘面称为横盘，竖直角度盘面称为竖盘。断面仪的角度测量范围为竖盘（30～330）°（仪器测头铅垂向下为0°），横盘（0～360）°。角度误差校准可以在环境条件相对稳定，具有一定防尘、防震条件的室内进行，最好能将温度控制在（20±5）℃，湿度控制在40%～80%范围以内。具体校准项目及方法如下：

2.1 垂直归零点校准

首先将断面仪整平，仪器水平回转中心下方安装一个分度值为0.5mm的网格状标靶。然后，操作使得断面仪垂直归零，水平方向沿顺时针或逆时针转动断面仪一周，从旋转起始至结束位置，每隔90度读取激光点中心位置变化量，其中心变化量应小于0.5mm。

2.2 横盘与竖盘的角度误差校准

主要依靠经检定合格且在检定周期范围内的Ⅱ级及以上全站型电子速测仪（以下简称“全站仪”）来完成。因为断面仪的角度分辨力为0.1°，极少数高精度的断面仪分辨力能达到0.01°，而Ⅱ级全站仪的角度分辨力为1″，Ⅱ级全站仪标准差范围为1.0″

首先将断面仪对中整平，准确记录其对中位置、竖盘回转中心到对中位置的垂直高度。在其角度测量范围内均匀选择8～12个校准点，（横盘推荐选择10～12个校准点，竖盘推荐选择8～10个校准点），操作断面仪将各点位置准确的标记于试验区域墙上，同时记录下断面仪竖盘或横盘角度示值（注意：校准竖盘时需将横盘锁定，校准横盘时竖盘也需锁定）。

竖盘、横盘角度误差校准选点示意图

然后，移开断面仪，在其对中位置架设全站仪，同时使其竖盘回转中心高度与之前记录的断面仪竖盘回转中心高度保持一致，使用全站仪分别将断面仪标记的点一一测量。各点的角度示值误差按Δ=α-Α公式计算，

各点计算结果中，Δ取最大的示值误差作为被测断面仪的示值误差。

另外，如果没有全站仪时，可使用合格的DJ2级及以上光学经纬仪代替。

3 测距误差校准

断面仪的距离测量半径一般为60m，标称的检测精度为±1mm。所以可使用标准基线进行测量，其主要校准项目及方法如下：

3.1 测量重复性

使用面积不小于150mm×110mm，反光率≤18%，平面度≤0.2mm的反射板。相隔10m～20m距离两端分别安置好断面仪，固定好反射板。断面仪照准反射板以单次测量方式测距10次，并读取读数Di，测量重复性按以下公式计算：

3.2 示值误差

可选取距离在80m～100m的标准基线，标准基线任一标志点相对于基线首尾标致点连线的横向偏离小于60mm。任一标致点间的水平距离其不确定度UD≤0.4mm+1.0×10-6D（式中D为基线的长度，单位为“m”）。

首先在标准基线两端以强制对中方式分别安置断面仪和标准反射板，安置误差应小于0.2mm。然后调整基座使断面仪激光光轴正对标准反射板，并与基线轴线大致平行，接着以单次测量模式进行测量。可选取5m～10m 、40m～50m、80m～100m距离内的3个点作为标准点，各校准点的观测值均为一次照准后单次测量取5个读数，求其平均值为测量值，测量值与基线值之差为校准点的示值误差。

4 结语

激光隧道断面检测仪的误差校准问题一直困扰着业界人员，以上是笔者结合自身的工作经验就断面仪的主要技术指标快速校准的方法提出一些浅见，与大家一起讨论，希望能够起到抛砖引玉的效果，让更多的人参与进来推动该类仪器检测校准的发展。

【参考文献】

[1]JJF 1214-2008《长度基线场》.

[2]JJG 966-2010《手持式激光测距儀》.