Инженерная геодезия 4 страница

0º

в

β

О с Р

А В

С

лимб (Л)

В'

Н

β

А' С'

Рис. 23. Схема угломерного прибора

Рассмотрим его устройство на примере теодолита 2Т30. Его основными составными частями являются: 1 – кремальера, для получения четкого изображения визирной цели; 2 – закрепительный винт зрительной трубы; 3 – визир, для приближенного наведения на цель; 4 – колонка; 5 - закрепительный винт лимба горизонтального круга; 6 – гильза; 7 – юстировочный винт цилиндрического уровня, для исправления положения пузырька уровня; 8 - закрепительный винт алидады; 9 – цилиндрический уровень при алидаде для горизонтирования прибора (рис. 24, б), то есть для приведения его оси вращения в отвесное положение; 10 - горизонтальный круг, для измерения горизонтальных углов; 11 – вертикальный круг для измерения вертикальных углов; 12 - зрительная труба. Закрепительные винты служат для закрепления соответственных частей, наводящие – для точного наведения на цель, то есть для их малых, но точных перемещений. На рисунке 24, в:

1 – наводящий винт лимба горизонтального круга; 2 – окуляр микроскопа, для взятия отсчетов по лимбам; 3 – зеркало подсветки, для освещения поля зрения микроскопа; 4 – боковая крышка; 5 – посадочный паз для буссоли; 6 – уровень при трубе; 7 – юстировочная гайка; 8 – колпачок; 9 - диоптрийное кольцо окуляра; 10 – наводящий винт трубы; 11 – наводящий винт алидады; 12 – подставка – основание прибора; 13 – подъемные винты (3 штуки), для горизонтирования прибора при помощи цилиндрического уровня; 14 – втулка; 15 – основание; 16 – крышка.

Кроме того, в приборе имеются исправительные (юстировочные винты) для исправления положения пузырька цилиндрического уровня, сетки нитей.

Лимб горизонтального круга представляет собой стеклянный круг, проградуированный по часовой стрелке от 0°до 360°. Цена деления (величина наименьшего деления) равна 1°. Алидада представляет собой стеклянную пластинку, расположенную соосно с лимбом. Эта «линия нулей» фиксирует на лимбе отдельные положения зрительной трубы и выполняет функцию отсчетного устройства.

Зрительная труба состоит из объектива, служащего для формирования изображения цели на плоскости сетки нитей; окуляра – для увеличения изображения; двояковогнутой фокусирующей линзы, перемещаемой внутри трубы при помощи винта кремальеры для получения четкого изображения цели; сетки нитей на плоскопараллельной пластинке (рис. 25, а). На трубе имеется оптический визир для приближенного наведения на цель. Сетка нитей представляет собой среднюю горизонтальную и вертикальную нити, которые в пересечении образуют точку, называемую перекрестие сетки нитей (рис. 25, в). Двойная часть вертикальной нити называется биссектором. Кроме того, имеются две короткие горизонтальные нити, которые называются соответственно верхняя и нижняя дальномерная нить.

На рис. 24, а представлен теодолит 4Т30П. Это теодолит 4-ой модификации. Основное отличие от теодолита 2Т30 в том, что он простой, т.е. лимб не имеет закрепительного и наводящего винта. Лимб не жестко закреплен, его можно перемещать поворотом рукоятки перевода лимба 1, поэтому теодолит может быть переконструирован в повторительный. Теодолит 4Т30П имеет зрительную трубу прямого изображения.

Рассмотрим такие характеристики зрительной трубы как поле зрения трубы и увеличение. Поле зрения трубы – это пространство, видимое в трубу при неподвижном ее положении. В геодезических приборах оно составляет 1,5° - 3°. Увеличение зрительной трубы – это отношение угла, под которым видно изображение предмета в трубу к углу, под которым видно изображение этого же предмета невооруженным глазом Г= (15^х÷42^х-крат).

а)

б)

в) 15

16 14

г) ориентир - буссоль

Рис. 24. Внешний вид теодолита: а) 4Т30П и б), в) 2Т30

а)

V V

сетка нитей

окуляр фокусирующая объектив

линза

б) 180 в)

90

0 0

30

20

10

0 270

алидада

Сетка нитей

лимб

Рис. 25. Части теодолита: а) оптическая схема зрительной трубы;

б) лимб горизонтального круга; в) сетка нитей

u' ось

а)

пузырек

u'

б)

пузырек

u u – ось

спирт

Рис. 26. Уровни: а) – круглый уровень; б) – цилиндрический уровень

О

V

S S

m

m

V

u u

О Рис. 27. Схема осей теодолита

Основными осями теодолита являются (см. рис. 27):

ОО – основная ось вращения прибора, проходит через точку пересечения визирной оси и горизонтальной оси вращения трубы и через центр лимба горизонтального круга;

SS - горизонтальная ось вращения зрительной трубы;

UU – ось цилиндрического уровня, мнимая прямая, касательная к внутренней поверхности ампулы в средней ее точке;

VV – визирная ось зрительной трубы, мнимая прямая, проходящая через перекрестье сетки нитей и центр объектива.

7.2. Классификация теодолитов

Теодолиты подразделяются по различным признакам.

По конструкции осевой системы они могут быть повторительными (лимб и алидада могут вращаться независимо друг от друга) и простыми (лимб жестко соединен и не вращается).

По точности теодолиты классифицируются на:

высокоточные – Т05, Т1; ошибка измерения угла ≤ 1˝

точные – Т2, Т5, Т5К;……………………………...≤ 5˝

технические – Т15, Т20, Т30………………………≤ 30 - 60˝.

В зависимости от конструктивных особенностей следует различать теодолиты следующих исполнений: с уровнем при вертикальном круге (традиционные, обозначение не применяется); К - с компенсатором углов наклона; А - с автоколлимационным окуляром (автоколлимационные); М - маркшейдерские; Э - электронные. Допускается сочетание указанных исполнений в одном приборе (ГОСТ 10529-96).

Рис. 28. Электронный теодолит VEGA TEO-20

Увеличение 30 крат. Точность измерения углов (СКО измерения угла одним приемом) 20".

Электронные теодолиты предназначены для измерения вертикальных и горизонтальных углов. При использовании электронных теодолитов исключаются ошибки снятия отсчета - значения углов выводятся автоматически на дисплей, расположенный на каждой стороне прибора (рис.28). Предусмотрена установка нулевого значения на исходное направление и фиксирование отсчета по горизонтальному кругу.

7.3. Отсчетные приспособления теодолитов

Отсчитывание по лимбам оптических теодолитов производится с помощью микроскопов, увеличение которых 10 - 70^× и более. При этом изображение обоих лимбов сводится в одно поле зрения. Применяемые в теодолитах микроскопы подразделяются на три вида: штриховые, шкаловые и микрометры (рис. 29). В первом типе цена деления делается по возможности меньшей, оценка десятых долей деления производится на глаз по штриху на пластинке в поле зрения микроскопа. В шкаловых микроскопах в поле зрения имеется шкала, длина которой равна длине наименьшего деления на лимбе, переданного в поле зрения микроскопа. Отсчет складывается из отсчета целых интервалов на лимбе (относительно нуля шкалы) и отсчета по шкале, отсекаемого штрихом лимба, находящимся на шкале. Микроскопы - микрометры используются в точных и высокоточных теодолитах. В их поле зрения имеется либо биссектор, либо противоположное изображение того же лимба. Отсчет складывается из отсчета по лимбу целых интервалов и отсчета по барабанчику микрометра после совмещения биссектора с определенным штрихом или бинарным делением лимба.

Таким образом, при любом способе отсчитывания по лимбам отсчет можно выразить формулой:

а=Νλ+Δλ, где

Νλ – отсчет по лимбу целых делений до нулевого штриха, λ – цена деления лимба, то есть количество угловых единиц, содержащихся в одном его делении, Δλ – отсчет дробной части деления.

Штриховой (Т30) Шкаловый (2Т30)

В: 358˚49′

Г: 69˚58′ (69˚50′+8′) (164˚+43′)

Микрометр (3Т2КП)

(355˚30′+4′15″)

Рис. 29. Виды микроскопов

Одно из отличий электронного теодолита от оптического – наличие цифрового дисплея, на котором отображаются результаты измерений во время наблюдений (рис. 28). Кроме того, электронный теодолит позволяет полностью автоматизировать процесс угловых измерений. Вся совокупность средств и методов автоматизации угловых измерений по принципу считывания направлений и углов подразделяется на две группы: позиционные и накопительные (импульсные). В первой группе горизонтальный угол получается как разность отсчетов (позиций) двух направлений визирования по аналогии с классическим методом приемов. Во второй группе угол получается как разность числа импульсов от произвольно расположенного нуля до правого направления угла и числа импульсов до левого направления.

В отличие от оптических теодолитов, где измерения происходят по минутам, градусам, секундам электронные теодолиты используют двоичную систему исчислений. Проще говоря, измеренный угол отображается в двоичном коде, при этом лимб делится на белые и черные полосы (рис. 30). Когда эти полосы просвечиваются, возникают сигналы (0 и 1), которые обрабатываются и записываются в память прибора. Эта система исчислений позволяет существенно уменьшить объем информации и произвести автоматическую запись в память электронного теодолита.

Считывание закодированной информации проводится с помощью механических, индуктивных, магнитных, фотоэлектрических преобразователей и электроннолучевой трубки. В геодезическом приборостроении более рациональными оказались фотоэлектрические преобразователи.

Рис. 30. Способы кодирования информации: а, б – кодирование угломерной шкалы; в – импульсные диски

7.4.Поверки и юстировка теодолитов

Поверка средств измерений (далее также – поверка) – совокупность операций, выполняемых аккредитованной метрологической службой с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений (СИ) метрологическим требованиям (ГКИНП 17-195-99 – инструкция поверки).

Технологическая поверка геодезического СИ – совокупность операций, выполняемых исполнителем до начала и (или) в процессе геодезических работ с целью определения технических характеристик СИ, необходимых для подтверждения готовности СИ к измерениям.

Юстировка – есть совокупность действий с геодезическим прибором, направленных на устранение геометрических нарушений в приборе (СИ).

В теодолитах правильность их геометрии определяется в основном правильным расположением основных осей.

Перед поверкой предварительно приводят основную ось вращения теодолита в вертикальное положение, то есть горизонтируют прибор. Устанавливают уровень параллельно двум подъемным винтам. Вращая их одновременно в разные стороны, приводят пузырек цилиндрического уровня на середину. Затем поворачивают алидаду на 90°, то есть устанавливают уровень по направлению третьего винта и его вращением опять приводят пузырек в нульпункт (рис. 31).

Рис. 31. Горизонтирование теодолита

После этого выполняют следующие поверки.

1. Ось цилиндрического уровня должна быть перпендикулярна основной оси вращения инструмента – uu OО. Устанавливают уровень по направлению двух подъемных винтов и их вращением в противоположные стороны приводят пузырек в нульпункт, поворачивают алидаду на 180°: если пузырек остался в нульпункте, то условие выполнено, если сместился – необходимо исправление. Юстировка осуществляется исправительными винтами уровня: пузырек смещается ими к середине на половину схода и окончательно возвращается в нульпункт при помощи подъемных винтов. После исправления поверку повторяют (см. рис. 32).

а) Условие выполнено

О О 180°

u u u u

А В В А

О О

б) Условие не выполнено

О О О

u

В О

u δ u u δ

А В u u

δ u δ

u

А

О О О

Рис. 32. Первая поверка теодолита

Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна оси вращения зрительной трубы – VV SS. Иначе: зрительная труба не должна иметь коллимационной ошибки (см. рис. 33). Плоскость, проходящая через визирную ось отвесно, называется коллимационной. Поверка выполняется следующим образом. После установки теодолита в рабочее положение, визируют на одну и ту же удаленную точку (100 – 200 м) при двух положениях вертикального круга и получают по горизонтальному кругу разность отсчетов КЛ₁ - КП₁.