Лекции. Система геотехнологий
Подождите немного. Документ загружается.
41
Если сторона выше проекции, то угол считают положительным, если
ниже — отрицательным. На рисунке вертикальный угол ВОВ' отрицателен.
Вертикальные углы могут принимать значения в пределах от –90° до +90°.
Для измерения горизонтального угла над его вершиноЙ располагают
градуированный круг (лимб). Центр круга совмещают с отвесной линией,
проходящей через вершину угла О, а сам круг размещают в горизонтальной
плоскости. Тогда угол β между радиусами оа и оb — сечениями круга
вертикальными плоскостями N и Р — даст горизонтальный угол между
направлениями местности; ОА и ОB. Если деления на круге подписаны по
ходу часовой стрелки, а отсчеты по градуированной окружности обозначить
через a и b, то β = b — а.
Описанный принцип измерения углов на местности реализуется в
угломерном приборе, называемом теодолитом.
Теодолит (рис. 4.2) имеет металлический или
стеклянный круг, называемый лимбом 1, по
скошенному краю, которого нанесены деления от 0 до;
360°. Счет делений идет по ходу часовой стрелки.
Центр лимба устанавливается на отвесной линии,
проходящей через вершину О (см. рис. 4.1)
измеряемого угла. На плоскость лимба проектируются
стороны ОA и ОB измеряемого угла. При измерении
угла лимб неподвижен и горизонтален.
Над лимбом помещена вращающаяся вокруг
отвесной линии верхняя часть теодолита, содержащая
алидаду 2 и зрительную трубу 3. При вращении
зрительной трубы вокруг горизонтально
Рис.4.2. Схема устройства теодолита
устанавливаемой на колонках 4 оси НН
1
воспроизводится вертикальная
плоскость, называемая коллимационной. Оси лимба и алидады
совпадают, причем ось ZZ
1
вращения алидады называется
42
вертикальной осью прибора. На алидаде имеется индекс,
позволяющий фиксировать ее положение на шкале лимба. Для повышения
точности отсчета имеется специальное отсчетное устройство. Лимб и алидада
закрыты прикрепленным к алидаде металлическим кожухом.
Вертикальная ось теодолита устанавливается в отвесное положение, (а
плоскость лимба — в горизонтальное) по цилиндрическому; уровню 5 при
помощи подъемных винтов 7. Зрительная труба может быть повернута на
180° вокруг горизонтальной оси или, как говорят, переведена через
зенит. На одном из концов оси вращения трубы укреплен вертикальный
круг 6, который наглухо соединен с осью и вращается вместе с ней.
Вертикальный круг принципиально устроен так же, как и горизонтальный;
он служит для измерения вертикальных углов (углов наклона).
Вертикальный круг может располагаться справа или слева от зрительной
трубы, если смотреть со стороны окуляра. Первое положение называется
"круг право" (КП), второе—"круг лево" (КЛ).
В комплект теодолита входят буссоль, штатив и отвес. Буссоль служит
для измерения магнитных азимутов и румбов. Штатив представляет собой
треногу с металлической головкой. Теодолит крепится к головке штатива с
помощью станового винта 8. Отвес служит для центрирования прибора над
точкой, т, е. для установки центра лимба над вершиной измеряемого угла.
Вращающиеся части теодолита снабжены закрепительными винтами
для фиксирования их в неподвижном состоянии и наводящими для
медленного и планового наведения на визирную цель.
Для измерения горизонтального угла при неподвижном лимбе
вращением алидады последовательно наводят зрительную трубу на точки А и
В
местности (см. рис. 4.1); при этом коллимационная плоскость
последовательно проходит через стороны ОА и ОВ измеряемого угла, т. е.
совмещается с плоскостями N и Р. В обоих случаях с помощью отсчетного
приспособления делаются отсчеты по лимбу. Разность отсчетов дает значение
измеряемого угла β.
43
4.1.2 Зрительная труба
В современных геодезических приборах применяются зрительные
трубы с внутренней фокусировкой (рис. 4.3).
При производстве работ обычно визируют на предметы, значительно
удаленные от прибора.
1 — объектив; 2 — окуляр; 3 — фокусирующая линза; 4 — сетка нитей; 5 — кремальера
Рис.4.3 Устройство зрительной трубы
Чтобы увеличить это изображение, в трубу вводят окуляр.
Между объективом и окуляром ставится плосковогнутая линза,
перемещаемая внутри трубы с помощью кремальеры. Изменение
положения этой линзы меняет положение фокуса объектива, поэтому она
называется фокусирующей линзой.
В окулярной части зрительной трубы, в том месте, где получается
действительное изображение предмета, помещается диафрагма, в отверстие
которой вставлена стеклянная пластинка с нанесенной на ней сеткой нитей.
Зрительная труба имеет две оси: визирную и оптическую.
Прямая, соединяющая оптический центр объектива с центром сетки нитей,
называется визирной осью трубы.
Прямая, соединяющая оптические центры объектива и окуляра, называется
оптической осью трубы.
УСТАНОВКА ЗРИТЕЛЬНОЙ ТРУБЫ ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ.
Перед наведением трубы на предмет окуляр должен быть установлен по
глазу, а изображение предмета совмещено с плоскостью сетки нитей. Для
установки окуляра по глазу трубу наводят на светлый фон и передвигают
окулярную трубочку до тех пор, пока нити сетки не будут четко видны.
44
Совмещение изображения предмета с плоскостью сетки нитей; т. е.
фокусировка, производится перемещением фокусирующей линзы в трубе при
помощи кремальеры; при этом добиваются такого положения, чтобы
изображение предмета получилось резким. Если
;
изображение предмета не
совпадает с плоскостью сетки нитей, то; при перемещении глаза
относительно окуляра точка пересечения нитей сетки будет проектироваться
на разные точки изображения предмета. Такое явление называется
параллаксом. Параллакс сетки нитей устраняется небольшим
поворотом кремальеры.
УВЕЛИЧЕНИЕ ТРУБЫ. Увеличением трубы V называется отношение угла,
под которым изображение предмета видно в трубу, к углу, под которым
предмет виден невооруженным глазом.
Трубы геодезических приборов имеют увеличение от 15 до 50
х
и более.
4.1.3 Уровни
В геодезических приборах применяются уровни двух типов:
цилиндрические и круглые.
Цилиндрический уровень (рис. 4.4, а) представляет собой
стеклянную трубку, верхняя внутренняя поверхность которой отшлифована
по дуге определенного радиуса. Радиус кривизны в зависимости от
назначения уровня бывает от 3,5 до 200 м. Стеклянная трубка заполняется
нагретым до +60 °С спиртом или эфиром и запаивается.
в
Рис.4.4 Уровни: а – цилиндрический, в – контактный
После охлаждения жидкость сжимается, и в трубке образуется
небольшое пространство, заполненное парами спирта или эфира, которое
45
называют пузырьком уровня. Трубка помещается в металлическую
оправу. Для регулирования, уровень снабжен исправительным винтом М. На
наружной поверхности трубки нанесены штрихи. Согласно ГОСТ 2386—73
расстояние между соседними штрихами равно 2 мм. Точка О в средней части
ампулы называется нуль- пунктом уровня.
Прямая ии
1
касательная к внутренней поверхности уровня в его нуль -
пункте, называется осью уровня.
Пузырек уровня всегда стремится занять наивысшее положение,
поэтому, когда концы пузырька расположены симметрично относительно
нуль – пункта, ось уровня занимает горизонтальное положение. Этим
свойством пользуются для приведения отдельных частей прибора в
горизонтальное положение. Уровни различаются в зависимости от цены
деления, чувствительности и конструкции.
Для более точной установки пузырька в нуль-пункт, а также для
большего удобства в работе применяются контактные уровни
(см. рис. 4.4, в). В них над уровнем устанавливается система призм, через
которую изображение концов пузырька передается в поле зрения глаза
наблюдателя. При перемещении пузырька к нуль - пункту изображения его
концов движутся навстречу друг другу (см. рис. 4.4, в). Когда пузырек уровня
будет находиться в нуль - пункте, изображения его концов совместятся.
Точность установки пузырька в нуль - пункт в контактном уровне в 5 -6 -раз
выше, чем у обычных уровней.
Для регулирования длины пузырька на одном из концов уровня
имеется запасная камера, в которую можно перегонять часть жидкости из
ампулы, и наоборот.
Круглый уровень (рис. 4.5, а) представляет собой стеклянную
ампулу, помещенную в оправу, отшлифованную по внутренней сферической
поверхности определенного радиуса. За нуль - пункт О круглого уровня
принимается центр окружности, выгравированной в середине ампулы. Осью
круглого уровня (рис. 4.5, б) является нормаль ии
1
проходящая через нуль-
46
пункт О, перпендикулярно к плоскости, касательной внутренней поверхности
уровня в его нуль - пункте. Круглый уровень имеет, как правило, небольшую
чувствительность (цена деления порядка 3—5') и применяется там, где не
требуется большой точности, а также для предварительной установки
прибора.
Рис.4.5 Круглый уровень: а – общий вид, б – разрез
4.1.4 Отсчетные устройства
Отсчетные устройства служат для оценки долей делений лимба, В
качестве отсчетных устройств используются верньеры, штриховые и
шкаловые микроскопы, микроскопы-микрометры и оптические микрометры.
Верньер используется как и в штангенциркуле. Отсчетные устройства в виде
верньеров применялись в теодолитах с металлическими лимбами и
приведены здесь только с методической точки зрения. В современных
оптических теодолитах применяются штриховые и шкаловые микроскопы, а
также оптические микрометры. На рис. 4.6, а показано поле зрения
штрихового микроскопа с изображением штриха и лимба с ценой
деления в 10'. Оценивая десятые доли деления лимба на глаз, можно сделать
отсчет по штриху микроскопа с точностью до 1'.
Большую точность отсчета дают шкаловые микроскопы. На
рис. 4.6, б представлено поле зрения шкалового микроскопа с ценой деления
лимба в 1°. Длина шкалы, нарезанной на стекле, равна одному делению
лимба. Шкала разделена на 60 делений, следовательно, цена одного деления
равна 1'; оценивая десятые доли деления шкалы на глаз, можно взять отсчет
47
по шкале с точностью 0.1'. В современных оптических теодолитах с
шкаловыми микроскопами в поле зрения одновременно видны изображения
горизонтального и вертикального кругов.
В высокоточных теодолитах в качестве отечетных устройств
применяются оптические микрометры с подвижными клиньями
(рис. 4.6, в).
Рис.4.6 Отсчетные приспособления: а – штриховой микроскоп, б – шкаловой микроскоп,
в – оптический микроскоп
В левой части поля зрения видно изображение диаметрально
противоположных штрихов лимба с ценой деления 20', в правой части —
отсчетный диск с ценой деления 1". Оценивая десятые доли шкалы диска на
глаз, можно взять отсчет с точностью 0,1". Деления шкалы диска подписаны
через 10', что соответствует половине цены одного деления лимба.
Правило отсчитывания. Совмещают изображения видимых в поле
зрения нижних и верхних штрихов лимба. Находят одноименные
отличающиеся на 180° диаметрально противоположные штрихи градусов,
например (см. рис. 4.6, в) 95° и 275°. Число делений между этими штрихами (в
нашем случае 5), умноженное на 10', дает количество десятков минут (50').
Дальнейший отсчет
минут, секунд и их десятых долей производят по
отсчетному диску (2'43,5"). Полный отсчет будет 95°52'43,5".
48
4.1.5 Приспособления для центрирования
Установку центра лимба теодолита над вершиной измеряемого угла
(центрирование) осуществляют при помощи отвесов или оптических
центриров.
Простейшим приспособлением для центрирования является
нитяный отвес. Он состоит из гибкой нити (шнура), на конце которой
закреплен груз (рис. 4.7, а). При центрировании нить отвеса прикрепляют к
дужке станового винта и перемещением подставки теодолита по головке
штатива добиваются того, чтобы заостренный конец груза установился над
вершиной угла О. Под влиянием ветра нить отвеса отклоняется от
вертикального положения. Иногда это вызывает погрешности, которые
превышают 1—2 см. В безветренную погоду теодолит центрируется при
помощи нитяного отвеса с погрешностью порядка 0,5 см.
Для повышения точности и исключения влияний ветра используют так
называемый механический центрир (рис. 4.7, б). Он представляет
собой раздвижную (телескопическую) трубку 1 с круглым уровнем 2.
Нижний конец трубки заострен, а верхний соединяется со становым винтом 3
теодолита. При центрированиии заостренный конец трубки совмещают с
вершиной
угла О, а подставку теодолита вместе со становым винтом
перемещают на головке штатива до тех пор, пока пузырек круглого уровня на
центрире не установится в нуль-пункт.
Рис.4.7 Устройства для центрирования: а – нитяный отвес; б – механический центрир
49
Средняя квадратическая погрешность центрирования составляет величину
порядка 1—2 мм.
Оптический центрир изготавливается как часть теодолита,
встроенная в алидаду горизонтального круга. Центрир (рис. 4.8) имеет
окуляр 1, прозрачную пластинку 2 с нанесенной на нее сеткой нитей,
фокусирующую линзу 3 с кремальерой 4, объектив 5 и призму 6,
поворачивающую луч на 90° и направляющую его вниз. При центрировании
алидаду теодолита при помощи цилиндрического уровня приводят в
горизонтальное положение; При этом визирная ось центрира О'О" занимает
горизонтальное положение, а луч О'О располагается строго отвесно. В поле
зрения центрира видны изображения вершины угла точки О и креста нитей.
Передвигая подставку теодолита по головке штатива, добиваются совмещения
креста сетки с изображением точки О. Средняя квадратическая погрешность
центрирования оптическими центрирами оценивается величиной порядка
0,5 мм.
Рис.4.8 Оптический центрир
4.1.6 Типы теодолитов
Теодолиты различаются по точности измерения углов, материалу
изготовления кругов лимбов и конструктивным особенностям прибора.
Согласно ГОСТ 10529—79, теодолиты подразделяются по точности в
соответствии со средней квадратической погрешностью измерения угла
одним приемом в лабораторных условиях (табл. 4.1). Шифр теодолита
50
содержит заглавную букву Т и цифры, соответствующие величине средней
квадратической погрешности измерения угла. Например, шифр теодолита,
позволяющего измерить угол одним приемом с инструментальной
погрешностью 30", записывается как Т3О. ГОСТом предусмотрено
изготовление оптических теодолитов со следующими шифрами:
высокоточного — Т1, точных — Т2, Т5, технических — Т15, Т3О.
Таблица 4.1
Наменование основных параметров
Нормы по типам
Т1 Т2 Т5 Т15 Т30
Средняя квадратическая погрешность
измерения угла одним приемом,
секунды:
горизонтального
вертикального
Увеличение зрительной трубы
Угол поля зрения, градусы
Наименьшее расстояние визирования,м
Коэффициент дальномера
Масса, кг
теодолита
комплекта в упаковке
Цена деления уровня, "/2 мм
при алидаде горизонтального круга
при алидаде вертикального круга
1
1.5
30-40
1
5
–
11
16
10
10
2
3
25
1.5
2
100
5
9
10
15
5
12
25
1.5
2
100
4.5
8.5
30
15
15
25
25
1.5
1.5
100
3.5
6.5
45
–
30
45
18
2
1.2
100
2.5
3.5
45
–
По назначению различают теодолиты маркшейдерские,
проектировочные, кодовые, специальные и универсальные.
По материалам изготовления кругов и по устройству отсчетных
приспособлений теодолиты подразделяют на две группы: 1) с металлическими
лимбами и верньерными отсчетными устройствами; 2) со стеклянными
лимбами и оптическими отсчетными устройствами (оптические теодолиты).
По конструкции теодолиты делятся на повторительные и простые. У
повторительных теодолитов лимб и алидада имеют независимое и
совместное вращение. У простых теодолитов лимб может поворачиваться, но
совместного с алидадой вращения не имеет.