Лекции. Система геотехнологий
Подождите немного. Документ загружается.
51
Теодолит, имеющий вертикальный круг, устройство для измерения
расстояний (дальномер), совместное вращение лимба с алидадой и гнездо для
закрепления буссоли, называется теодолитом – тахеометром.
Выпускаемые в настоящее время технические теодолиты являются
тахеометрами.
Некоторые типы теодолитов имеют накладной уровень,
устанавливаемый на ось вращения трубы для более точного приведения ее
оси в горизонтальное положение.
ТЕОДОЛИТЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ЛИМБАМИ. Теодолиты с
металлическими лимбами в настоящее время не выпускаются (ТТ-5, ТТП,
ОТ-02).
ОПТИЧЕСКИЕ ТЕОДОЛИТЫ. В оптических теодолитах применяются
стеклянные лимбы и оптические системы, позволяющие производить отсчеты
по горизонтальному и вертикальному кругам при помощи одного
микроскопа, расположенного рядом с окуляром зрительной трубы.
Оптические теодолиты удобны в эксплуатации, обеспечивают более
высокую производительность работ, меньше утомляют наблюдателя в
процессе измерений.
Остановимся на некоторых типах оптических теодолитов отечественной
конструкции, выпускаемых в соответствии с ГОСТ 10529—79. Технические
характеристики их приведены в табл. 4.1.
Высокоточный теодолит Т1 предназначается для развития
государственных геодезических сетей, построения специальных
геодезических сетей как основы для точных разбивочных работ и изучения
деформаций сооружений, а также при установке и монтаже оборудования
угловыми методами.
В этом теодолите применяется астрономическая зрительная труба с
внутренней фокусировкой. Для повышения точности визирования имеется
оптический окулярный микрометр. Отсчетное устройство — оптический
микрометр. Изображения диаметрально противоположных штрихов
52
горизонтального и вертикального лимбов передаются независимыми
оптическими системами в отсчетный микроскоп, окуляр которого расположен
рядом с окуляром зрительной трубы. Вертикальная ось полая, снабжена
разгрузочным устройством с целью предохранения системы при
транспортировке прибора. В подставку вмонтирован механический центрир.
Теодолит имеет специальную каретку для установки поверительной трубы.
Точные теодолиты Т2, Т5 предназначаются для измерения
горизонтальных и вертикальных углов в триангуляции и полигонометрии 3 и
4 классов, а также аналитических сетях 1 и 2 разрядов; они могут быть
использованы также при строительстве сооружений, изучении их
деформаций, монтаже машин и заводского оборудования. Теодолит Т2 имеет
апохроматическую зрительную трубу, контактный уровень при алидаде
вертикального круга, оптический центрир. Отсчетным устройством является
двусторонний оптический микрометр.
Теодолит Т5 снабжен накладным уровнем с ценой деления 10", что
позволяет применять его для технического нивелирования и нивелирования
IV класса. В качестве отсчетного устройства применяется шкаловой
микроскоп. ГОСТом предусматривается выпуск теодолита модели Т5К с
компенсатором (компенсатор представляет собой линзу, подвешенную на четырех
тонких проволоках; при наклоне вертикальной оси прибора линза занимает отвесное
положение, тем самым сохраняя отсчет места нуля, установленный на вертикальном
круге), позволяющим автоматически сохранять установленную величину
места нуля, независимо от наклона основной оси прибора. Компенсатор
заменяет собой уровень при алидаде вертикального круга, который в данном
теодолите отсутствует. Наличие компенсатора ускоряет процесс измерения
вертикальных углов, так как отпадает необходимость приведения пузырька
уровня на середину перед каждым отсчетом. Компенсатор работает при
наклоне прибора в пределах не менее чем на 2'. Длительность затухания
колебаний компенсатора после наведения трубы на предмет не превышает
2 с, что практически не вызывает задержек при выполнении измерений.
53
Технические теодолиты Т15 и Т3О применяются для
проложения теодолитных и тахеометрических ходов, плановых и высотных
съемок, при рекогносцировочных и изыскательских работах. В теодолите Т15
в качестве отсчетного устройства применяется шкаловой, а в Т3О —
штриховой микроскопы.
Теодолит Т3О имеет зрительную трубу с двумя визирами,
повторительную систему вертикальных осей с полой осью алидады,
позволяющей использовать зрительную трубу для центрирования
инструмента над точкой. Цилиндрический уровень на алидаде
горизонтального круга установлен параллельно коллимационной плоскости
зрительной трубы. Подставка прикреплена к днищу футляра, что позволяет
закрывать теодолит футляром, не снимая его со штатива.
В строительном производстве находят применение теодолиты,
изготовляемые предприятиями УОМЗ (Россия), «Карл Цейсс, Иена»
(Германия) и др.
4.1.7 Инструментальные погрешности
Под инструментальными погрешностями подразумевают отклонения,
существующие в реальном приборе или его частях, от идеальной
(теоретической) их схемы.
Инструментальные погрешности по своему происхождению могут быть
разделены на две группы: 1) погрешности, вызванные неточностью
изготовления и сборки приборов и их частей; 2) погрешности как результат
веточного взаимного, расположения отдельных частей и осей прибора,
вызывающие несоблюдение геометрической схемы теодолита.
К первой группе относятся: погрешности нанесения штрихов на лимбе,
отклонение формы внутренней поверхности ампулы уровня от сферической,
недостаточное качество изготовления оптики зрительной трубы,
несовпадение центров лимба и алидады (эксцентриситет алидады), отклонение
действительной точности отсчетных приспособлений от точности, заданной
54
конструктивно, плохая работа зажимных и наводящих винтов и т. п.
Инструментальные погрешности этого рода, как правило, не могут быть
устранены в теодолите в процессе его эксплуатации. Они должны быть
определены, и в зависимости от степени их влияния должен решаться вопрос
о пригодности прибора в целом. Исправление их производится, как правило,
на заводах или в специальных мастерских. Определение величины
инструментальных погрешностей указанного характера и постоянных
прибора называется исследованием прибора. Влияние некоторых
источников таких погрешностей может быть в значительной степени
ослаблено или исключено применением соответствующих методов работы с
приборами (например, влияние эксцентриситета алидады исключается средним
из отсчетов по двум диаметрально расположенным отсчетным
приспособлениям).
В приборах малой точности при современном уровне их изготовления
влияние этих погрешностей обычно пренебрегаемо мало.
Вторая группа инструментальных погрешностей выявляется в
результате специально производимых поверок теодолита и устраняется
путем его последующей юстировки, или регулировки. Остаточное
влияние этих погрешностей исключается надлежаще, установленным методом
работы с прибором. Производство измерений без предварительного
выполнения поверок и, если это необходимо, юстировки недопустимо.
В отдельных случаях, преимущественно в точных измерениях
определяются величины, характеризующие погрешности прибора, по
которым вводятся поправки в результат измерений.
4.1.8 Поверки и юстировка теодолита
Основные геометрические условия, которые должны быть соблюдены в
теодолите, вытекают из принципиальной схемы измерения горизонтального
угла и заключаются в следующем: 1) вертикальная ось инструмента должна
55
быть отвесна; 2) плоскость лимба должна быть горизонтальна; 3) визирная
плоскость должна быть вертикальна.
Для соблюдения этих условий выполняются следующие поверки теодолита.
1. Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна
быть перпендикулярна к вертикальной оси прибора
Положим, что ось цилиндрического уровня ии' неперпендикулярна к
вертикальной оси инструмента zz
1
(рис. 4.9, а).
Повернем алидаду на 180° вокруг оси zz
1
; тогда ось уровня займет
положение и
1
и
1
'
, т. е. отклонится от правильного положения и
2
и
2
'
на тот же
угол, но в противоположную сторону. Изменение наклона оси уровня,
которое может быть выражено разностью отсчетов по уровню при двух его
положениях, даст удвоенное значение угла между правильным положением
уровня и
2
и'
2
и неправильным ии
'
(или и
1
и
1
'
). Следовательно, для устранения
рассматриваемой неперпендикулярности ось уровня относительно оси zz
1
следует изменить (наклонить) на половину угла, соответствующего
упомянутой разности отсчетов по уровню.
Рис.4.9 Поверки теодолита: а – поверка уровня; б – поверка визирной оси трубы,
в – поверка горизонтальной оси трубы
Практически поступают так: ставят уровень параллельно двум
подъемным винтам и посредством их пузырек приводят на середину ампулы.
Вращают алидаду (при закрепленном лимбе), а вместе с ней и
поверяемый уровень на 180°; пузырек уровня должен оставаться в центре
56
ампулы. Если он отойдет от середины, то положение оси уровня следует
исправить. Для этого исправительными винтами уровня перемещают
пузырек на половину дуги отклонения его от середины ампулы. На вторую
половину дуги отклонения пузырек уровня перемещают при помощи
подъемных винтов, по направлению которых он стоит. Эти действия
повторяют до тех пор, пока не будет выполнено поверяемое условие.
В отвесное положение вертикальную ось теодолита приводят
следующим образом. Устанавливают уровень по направлению двух
подъемных винтов, и пузырек приводят на середину трубки. Алидаду
поворачивают на 90°, и пузырек снова приводят на середину третьим
подъемным винтом. Такие действия повторяют до тех пор, пока пузырек
будет уходить от середины не более чем на одно деление.
2. Визирная ось трубы должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси
теодолита.
Угол отклонения визирной оси трубы от перпендикуляра к
горизонтальной оси прибора называется коллимационной
погрешностью с трубы (рис. 4.9, б).
Для проверки данного условия выбирают удаленную, находящуюся на
горизонте ясно видимую точку М, визируют на нее, например при положении
КП, и делают отсчет по лимбу R. Затем переводят трубу через зенит,
визируют на точку М при положении КЛ и снова берут отсчет по лимбу L.
При отсутствии коллимационной погрешности
L – R ± 180° = 0 (4.1)
Если коллимационная погрешность имеет место, то при первом
наведении трубы (КП) визирная ось займет положение vv', а правильный N
отсчет по лимбу будет
N = R + c (4.2)
При втором наведении (КЛ) визирная ось займет положение v
1
v
1
', а
правильный отсчет по лимбу составит
57
N = L – c ± 180° (4.3)
Сравнивая две последние формулы, видим, что коллимационная
погрешность влияет на отсчеты по лимбу с разными знаками, следовательно,
N = (R + L ± 180°)/2, (4.4)
т. е. среднее из отсчетов свободно от влияния коллимационной погрешности.
Для определения коллимационной погрешности вычтем (4.2) из (4.3)
L — R ± 180° — 2с = 0
или
L – R ± 180° =2c,
отсюда
с= (L — R ± 180°)/2. (4.5)
Для исключения влияния коллимационной погрешности устанавливают на
лимбе средний отсчет N. Центр сетки нитей при этом сойдет с точки М.
Действуя исправительными винтами сетки, передвигают ее до совмещения
центра сетки нитей с изображением точки М. Эта поверка повторяется
несколько раз, до тех пор пока коллимационная погрешность не будет
превышать двойной точности отсчетного устройства теодолита.
3. Горизонтальная ось трубы должна быть перпендикулярна к вертикальной
оси инструмента (равенство колонок трубы).
Установив теодолит в 30—40 м от стены какого-либо здания и приведя
лимб в горизонтальное положение, центр сетки нитей наводят на некоторую
высоко расположенную точку А стены (ряс. 4.9, в). При закрепленной
алидаде наклоняют трубу до примерно горизонтального положения ее
визирной оси и отмечают карандашом на стене точку а
1
, в которую
проектируется центр сетки нитей. Переводят трубу через зенит, открепляют
алидаду и при втором положении трубы снова наводят центр сетки нитей на
точку А и далее аналогично намечают точку а
2
. При совпадении точек а
1
и а
2
условие выполнено. В противном случае ось вращения трубы
неперпендикулярна к основной оси прибора. Эта погрешность вызывается
58
неравенством колонок, на которых располагается труба. Среднее из отсчетов
по лимбу, взятых после наведения на точку А при двух положениях трубы
(КП и КЛ), свободно от влияния данной погрешности. В современных
конструкциях приборов подставки трубы не имеют исправительных винтов,
поэтому погрешность может быть устранена только в заводских условиях
или в мастерской. При наличии исправительных винтов при подставках
погрешность устраняется с помощью этих винтов.
4. Одна из нитей сетки должна быть горизонтальна, другая вертикальна.
После выполнения описанных выше поверок и юстировки наводят центр
сетки нитей на какую-нибудь точку и медленно поворачивают алидаду вокруг
вертикальной оси, наблюдая за положением точки. Если при перемещении
алидады изображение точки не будет сходить с горизонтальной нити, то
условие выполнено. В противном случае производится исправление
положения сетки нитей путем ее поворота. После выполнения этой поверки
необходимо повторить поверку перпендикулярности визирной оси к
горизонтальной оси теодолита.
4.1.9 Измерение горизонтальных углов
После выполнения поверок и юстировок теодолита приступают к
измерению горизонтальных углов. Работы по измерению углов выполняют в
следующем порядке: 1) установка теодолита в рабочее положение
(центрирование, приведение вертикальной оси в отвесное положение,
установка трубы для визирования); 2) измерение горизонтальных углов
(направлений); 3) обработка журнала наблюдений и контроль измерений на
станции.
Для измерения горизонтальных углов наиболее часто применяют
способы приемов и круговых приемов. При высокоточных угловых измерениях
используют способ комбинаций.
59
Способ приемов. Для измерения угла ВОА (рис. 4.10, а) теодолит
устанавливают над вершиной угла О и, закрепив лимб, вращением алидады
наводят трубу на первую точку А. Закрепив алидаду, производят отсчет а
1
по
горизонтальному кругу. Далее открепляют алидаду, визируют на вторую
точку В и делают отсчет а
2
. Величина измеряемого угла равна β = а
2
— а
1
.
Такое измерение называют полуприемом. Для контроля и
ослабления влияний систематических погрешностей угол измеряют при
втором положении вертикального круга. Для теодолитов с металлическими
кругами и двумя отсчетными устройствами лимб между полуприемами
смещают на 90°, а для оптических теодолитов с односторонним
отсчитыванием — на 1—2°. Два таких измерения составляют прием.
Из полученных результатов измерений в полуприемах вычисляют
среднее значение измеряемого угла. В зависимости от требований к точности
угол измеряют различным числом приемов с перестановкой лимба между
приемами на величину 180°/n, где п—число приемов.
Рис.4.10 Способы измерения горизонтальных углов:
а – приемов; б – круговых приемов, в – комбинаций
Способ приемов применяется при приложении теодолитных и
полигонометрических ходов, выносе проектов планировки и застройки в
натуру, построении плановых сетей на строительных объектах и т. п.
Способ круговых приемов. Установив теодолит над точкой О
(рис. 4.10, б) и закрепив лимб, визируют последовательно на все направления
по ходу часовой стрелки и берут отсчеты а
1
, а
2
, а
3
и а
4
. Последнее наведение
делают на начальное направление, чтобы убедиться в неподвижности лимба.
Далее со средним значением отсчета на начальное направление а
1
вычисляют
величины основных углов
60
β
1
= а
2
– а
1
;
β
2
= а
3
– а
1
; β
3
= а
4
– а
1
….
Во втором полуприеме переводят трубу через зенит и последовательно
визируют на все направления, но в обратном порядке — против хода часовой
стрелки. Два таких полуприема составляют прием, В зависимости от
требуемой точности углы измеряют различным числом приемов. Все
промежуточные углы вычисляются как функции основных углов. Так, угол
между направлениями 2 и 3 равен β
2-3
= β
2
– β
1
Способ круговых приемов применяется в сетях триангуляции и
полигонометрии 2 класса, а также при развитии специальных сетей со
значительным числом направлений.
Понятие о способе комбинаций. Он заключается в
равноточном и независимом измерении всех углов, которые можно образовать
между направлениями на данной станции (рис, 4.10, в). Если на станции n
направлений, то число углов равно n(п — 1)/2; например, для пяти
направлений число углов равно 10. Число приемов и система перестановки
лимба рассчитываются
таким образом, чтобы отсчеты располагались
симметрично по окружности лимба и измеренные углы были независимы.
4.1.10 Измерение вертикальных углов
Измерение вертикальных углов производится при помощи
вертикального круга теодолита. Лимб вертикального круга 1 (рис. 4.11)
жестко скреплен с осью трубы и вращается вместе с ней. Алидада 2
расположена на оси вращения трубы, но не
скреплена с ней и при вращении
трубы остается неподвижной. Алидада имеет два верньера 3 и 4 и снабжена
Рис.4.11 Устройство вертикального круга