Островський А.Л. Геодезія. Частина перша. Топографія

Подождите немного. Документ загружается.

Розділ II

II. 1.10.

Встановлення зорової труби по оку

і по предмету. Паралакс сітки ниток

Зорову трубу теодоліта по оку встановлює кожний спостерігач особисто,

остерігач, який дивиться в окуляр, повинен бачити штрихи сітки ниток

кими, тонкими, чорними лініями. Щоб досягнути цього, наводять зорову

бу теодоліта на небо або на білий освітлений предмет і переміщають окуляр

,овж оптичної осі. Це можливо, оскільки оправа окулярної лінзи має різьбу і

іу рухається, коли її повертають. Щоб встановити зорову трубу теодоліта по

;дмету, наводять її на предмет і за допомогою кремальєрного (фокусу-

іьного) гвинта переміщають фокусувальну лінзу доти, доки зображення

:дмета в полі зору труби не стане чітким. Встановлення труби по предмету

кше називають фокусуванням зорової труби.

Після встановлення зорової труби теодоліта по оку і по предмету,

Іраження предмета повинно збігатися з площиною, у якій розміщена сітка

гок. Від цього залежить точність візування трубою.

Насправді, незважаючи на чіткість зображення сітки ниток і предмета,

іраження предмета не завжди потрапляє в площину сітки ниток. Воно може

іміщуватись попереду або позаду сітки ниток.

Єдиною ознакою точного збігання площини зображення предмета і сітки

гок є те, що точка перетину сітки ниток покриває ту саму точку предмета,

іважаючи на переміщення ока перед окуляром, тобто на те, з якої точки q , q'

q" будемо дивитися в окуляр (рис.

II.

1.13, а).

Якщо через неякісне фокусування зображення предмета буде побудоване в

мцині eq позаду площини сітки ниток dd (рис.

II. 1.13,

б) то, якщо дивитися з

іки q, перетин сітки ниток (точка k) покриватиме точку р предмета, при

юміщенні ока в точку q' точка к покриватиме точку р' предмета, а при

)еміщенні ока в точку

q",

точка к покриватиме точку р" предмета. Тобто під час

земіщення ока вверх точка р переміщається вниз і навпаки.

Якщо зображення предмета побудоване ближче до ока, ніж сітка ниток

іс.

II.

1.13, в), перетин сітки ниток зміщується в тому самому напрямку, що і

Горшонпюпмю знімання

око. Отже, якщо око переміщується вверх - в точку q', точка к здається

переміщеною в точку р' також вверх, і навпаки.

Отже, паралаксом сітки ниток називають непотрапляння зображення

предмета (візирної цілі), побудованого об'єктивом, в площину сітки ниток. Для

юго, щоб усунути паралакс, уточнюють чіткість зображення спостережуваного

предмета, змінюючи положення фокусувальної лінзи, і чіткість зображення

сітки ниток, змінюючи положення окуляра.

Тільки після усунення паралаксу можна говорити, що труба придатна для

візування на точку.

Саме з фокусуванням зорових труб пов'язані суттєві недоліки труб з

іониіпінім фокусуванням, під час якого змінюється довжина зорової труби.

Коли окулярне коліно висувається з об'єктивного, то повітря всередині труби

розріджується і в трубу всмоктується зовнішнє повітря разом з пилом

і а

волоі'ою. Під час зворотного руху окуляра із зорової труби виходить чистіше

повітря, тому що пилинки осідають на стінках зорової труби та на лінзах

об'єктива і окуляра. Тому час від часу необхідно чистити зорову трубу.

Потрапляння в зорову трубу вологи призводить до окиснення та роз'їдання

деталей. На поверхнях деталей, що труться під час фокусування, накопичується

ємна, масляниста маса. Через це центр сітки ниток при переміщенні

окулярного коліна змінює своє положення під час фокусування на

різновіддалені предмети. Крім того, спостерігач, повертаючи трубу, береться за

олижчу до нього окулярну частину труби і змінює положення візирної осі.

(е

призводить до похибок кутових вимірів. Тому в наш час виготовляють прилади

із зоровими трубами з внутрішнім фокусуванням.

11.1.11.

Труби з внутрішнім фокусуванням

Зорова труба з внутрішнім фокусуванням відрізняється від труби Кеплера

тим, що всередині труби розміщена розсіювальна лінза Ь

(рис.

II.

/. 14),

вст

ановлена між об'єктивом L

і його заднім фокусом F[. Лінза L

має з

об'єктивом спільну оптичну вісь 0

. Промінь SA паралельний до головної

оптичної осі. Після заломлення в об'єктиві L, він пройде у напрямку AF{ . Ллє.

зіт кнувшись з лінзою Ь

, промінь заломиться в точці В і досягне осі O

гочці F. В цій точці міститься сітка ниток, яка займає в трубі постійне

положення. Продовжимо промінь F'B до перетину з променем S в точці ('.

()мустимо з точки перпендикуляр на оптичну вісь в точці О.

Допустимо, що точка О є оптичним центром уявної лінзи L, задній фокус

якої розташований в точці F, а фокусна віддаль цієї лінзи / Тоді можна

міркувати так: промінь S, потрапивши на лінзу L в точці С, заломиться і

143

Розділ II

атиметься в напрямку CF. Отже, уявна лінза L за своєю дією на промінь S є

зозначною дії на цей промінь системи двох лінз L, та Ь

. Таку лінзу

ивають еквівалентною.

L і, ^

\л V7

Рис. II. 1.14.

Зорова

труба

внутрішнім фокусуванням

Фокусну віддаль еквівалентної лінзи обчислюють за відомою формулою

/,-Л

/і+Л-е'

(II.

1.17)

та /

- фокусні віддалі лінз L

; е - проміжок між цими лінзами. Слід

ахувати, що /

- від'ємна величина, оскільки лінза Ь

розсіювальна.

Для того щоб еквівалентна лінза L, що замінює дві лінзи, працювала як

ирна, фокусна віддаль / має бути додатною. Для цього повинна виконуватись

юва

|>(ТІ-є).

(II.

1.18)

Як видно з рис.

II.

1.14, еквівалентна лінза L розташована зовні труби

еред лінзою L,), а це означає, що /)/

. Але збільшення зорової труби

ірівнює відношенню фокусних віддалей об'єктива та окуляра, тобто

foK

Зважаючи на це, можна зробити важливий висновок: за однакової

>вжини двох зорових труб через наявність в одній з них внутрішньої лінзи Ь

і труба має більше збільшення порівняно з іншими трубами, наприклад, з

іубою Кеплера. Інакше кажучи, коротка труба з внутрішнім фокусуванням

зже мати велике збільшення, оскільки фокусна віддаль її телескопічного

і'єктива довша від самої труби.

Горизонтальнв знімання

Рис.

II.

1.14 відповідає випадку, коли точка S предмета розміщена у

нескінченності. Зі зміною віддалі від предмета до труби його зображення

переміщуватиметься. Оскільки сітка ниток у трубі займає постійне положення,

то для того, щоб зображення точки S збігалось з площиною сітки ниток,

необхідно, відповідно, переміщувати лінзу Ь

. Для цього лінза Ь

закріплена в

особливій трубочці із зубчаткою. За допомогою кремальєрного гвинта ця

трубочка може переміщатися всередині зорової труби. В цьому полягає суп.

внутрішнього фокусування за постійної довжини зорової труби.

Зауважимо, що такі труби мають складні лінзи , Ь

та Z,

, тобто

складні телеоб'єктиви та окуляри. Зрозуміло також, що такі труби не мають

вищеперелічених недоліків, які властиві трубам із зовнішнім фокусуванням та

простим об'єктивом і окуляром.

На рис.

II.

1.15 показано загальний вигляд такої труби.

Рис. II. 1.15. Розташування лінз у зоровій трубі з внутрішнім фокусуванням

II. 1.12.

Рівні, їх будова та призначення

Рівні використовують для встановлення осей та площин приладів у

горизонтальне та вертикальне положення, а також для вимірювання малих кутів

відхилення їхніх параметрів від правильного положення.

За принципом дії розрізняють рідинні, електронні, пружинні рівні.

За формою рідинні рівні поділяють на циліндричні та сферичні.

Циліндричні рівні використовують для точного, а сферичні для приблизного

встановлення приладів у задане положення.

Важливий показник рівнів - їхні характеристики точності, за якими рівні

класифікують на:

• встанівні

—

приводять осі приладів в задане положення з точністю

5-Ю';

• технічні - з ціною поділки приблизно 1';

• точні - з ціною поділки не більше за ЗО";

• високоточні

—

з ціною поділки не більше за 10".

14.')

Розділ II

Ампула Бульбашка

Виправний

гвинт

Рис.

11.1.16.

Циліндричний рівень

Циліндричний рівень - це скляна

трубка - ампула (рис.

II.

1.1 б), внутрішня

поверхня якої в поздовжньому перерізі

має вигляд дуги відповідного радіуса.

Циліндричні рівні бувають односторонні

та двосторонні, поворотні (реверсійні).

Внутрішня поверхня сферичних

рівнів має сферичну поверхню

(рис. 11.1.17).

Ампули рівнів встановлюють в металеву оправу і заповнюють сірчаним

ефіром або етиловим спиртом. Кінці ампули, після її заповнення гарячою

рідиною, запаюють. Бульбашка рівня утворюється з парів наповнювача.

Нормальна довжина бульбашки 0,3-0,4 довжини ампули за температури

+ 20°С. Щоб довжина бульбашки не змінювалась за різних температур,

ампули виготовляють із запасною камерою або з компенсаційною скляною

паличкою всередині ампули. Запасна камера відокремлена від робочої скляною

перегородкою з отвором внизу. Нахиляючи рівень, можна переміщувати

частину наповнювача з однієї камери в іншу, регулюючи довжину бульбашки.

Всередині ампули компенсаційного рівня розміщена скляна паличка, яка

має велику теплоємність. Зі зміною температури рівня паличка виділяє або

поглинає тепло, тому довжина бульбашки практично не змінюється. На

зовнішній стороні ампули наносять поділки через 2 мм і оцифровують через 5 або

10 поділок, в односторонніх рівнях з однієї

сторони, а в реверсійних - з обох сторін.

Ззовні, на поверхні ампули сферичного рів-

ня, поділки наносять у вигляді концентрич-

них кіл, радіуси яких відрізняються один від

одного на 2 мм (рис. II. 1.17). Бульбашка -

чутливий елемент рівня. Центр бульбашки є

найвищою точкою верхньої частини рівня.

Якщо рівень нахилити, то бульбашка зміс-

титься, щоб зайняти найвище положення.

Нуль-пунктом рівня називають точку,

яка розташована посередині шкали ампули,

відносно якої симетрично нанесені поділки.

Дотична до внутрішньої поверхні ампули в нуль-пункті називається віссю

циліндричного рівня UU' (рис. II. 1.16).

Віссю сферичного рівня КІС (див. рис.

II.

1.17) називають нормаль до

внутрішньої поверхні рівня в нуль-пункті.

Вісь

рівнії

-->

Поділка

\ рівня

Нуль-пункт

Рис.

11.1.17.

Сферичний рівень

146

Горизонтально знімання

Нехай середина бульбашки циліндричного рівня розміщена в нуль-пункт

(рис. II 1.18). Тоді вісь рівня UU

- горизонтальна, а радіус кривини ампулі

R - прямовисний. З лівого і правого боків від нуль-пункту S нанесеш

найближчі штрихи 5, і S

. Лінійна величина одної поділки шкали 1=2 мм.

—

Рис. II. 1.18. До визначення ціни поділки рівня

Нахилимо рівень так, щоб нуль-пункт S перемістився ліворуч і вниз, і

найвищою точкою став штрих S

. Тоді середина бульбашки переміститься і

очку S

, а дотична U

до дуги АВ в точці S

стане горизонтальною. Ку

між дотичною UU

(віссю рівня) і U

, а також кут між радіусами, щ<

проходять через точки дотику, рівні між собою. Позначимо їх г.

Як видно з рис.

II.

1.18

X"__]_

p"~R

(II. 1.19

—

/р"

R '

(II. 1.20

не г

—

ціна поділки рівня.

Отже, ціна поділки рівня - це кут, на який необхідно нахилити вісь рівня

щоб бульбашка рівня перемістилася на одну поділку його шкали (тобто 2 мм).

Оскільки / та р - постійні величини, то можна на підставі формулі

(II 1.20) зробити висновок, що ціна поділки рівня обернено пропорційна до йок

радіуса R. Отже, чим більший радіус, тим точніший рівень.

146

Розділ II

Ціпа поділки рівня також є мірою його чутливості. Чугливість рівня,

бго здатність його бульбашки точно і швидко займати найвище положення в

шулі, лежить у межах 1,150,04 т і залежить від довжини бульбашки рівня,

ості шліфування внутрішньої поверхні ампули рівня, властивості напов-

овача ампули, температури ампули рівня, діаметра внутрішньої поверхні

тули рівня - d (номінально d = 0,166667 0,111111 частин від довжини

шули рівня) та інших факторів.

Вищу точність встановлення бульбашки рівня в нуль-пункт та зручність у

)боті забезпечують контактні рівні (рис.

II.

1.19).

Зображення кінців бульбашки циліндричного рівня передаються в призму

ис. 11.1.19, а), розташовану над рівнем або в полі зору зорової труби. В

велірах за допомогою елеваційного гвинта зображення протилежних кінців

/льбашки циліндричного рівня суміщають, тобто вводять в контакт

те.

II.

1.19, б).

Для визначення з високою точністю малих кутів нахилу застосовують

ікож електронні (рис. II.1.20) і пружинні (рис. 11.1.21) рівні.

Існують певні принципи, на яких працюють електронні рівні. Але

айчастіше вони працюють на індуктивних давачах.

Основа рівня

Cgfcffl

Плоска

пружина

Маятник

Доданкові

тягфф

HTTTf+H-

I J 1

[ТГТТ

]

Рис. II. 1.19. Передавання

зображення кінців бульбашки

циліндричного (контактного)

рівня

Рис. II. 1.20. Конструктивна та електрична схеми

електронного рівня

Нехай до вертикальних стійок прямокутної основи прикріплено дві

сотушки з індуктивністю L

{

і Ь

(рис. II. 1.20). Між ними підвішений на плоскій

іружині маятник, додаткове навантаження якого - дві залізні пластинки

тягарці). Якщо основа АА нахиляється, то повітряні проміжки між котушками

га маятником змінюються, що веде до зміни індуктивності котушок. Котушки

148

Горизонтальнв знімання

{

і L

входять в мостову схему з опорами /?, і R

. До однієї діагоналі тесту

підведена змінна напруга, а до другої діагоналі через підсилювач підімкнеиии

мікроамперметр. Якщо рівні індуктивності котушок L

і L

струму в другій

діагоналі не буде, і стрілка мікроамперметра встановиться на нуль. Такий рівень

здатний зафіксувати нахили величиною до 0,1".

Пружинний рівень складається зі

стержня, довжина якого L

, і деякої маси,

закріпленої на нитці довжиною І і

натягнутій між опорами АА (рис.

II.

1.21).

Коли система нахилиться на кут v,

ст

ержень закрутить нитку і відхилить від

вертикалі на кут (й. Коли система в

рівновазі, то можна знайти передатний

коефіцієнт - К за формулою

бо

Рис.

11.1.21.

Пружинний рівень

К = (II. 1.21

Пружинні рівні використовують в нівелірах для компенсації кутів нахилу.

Зауважимо, що описані тут рівні дають змогу знайти нахили заданих

площин. Щоб знайти кут нахилу довільної площини, використовують на-

хиломіри.

і а*и'

II. 1.13.

Перевірки та юстування теодолітів

Взаємне розміщення частин теодоліта повинно відповідати певним

геометричним умовам, які випливають з принципу вимірювання горизон-

тального кута. Наявність цих умов встановлюють, виконуючи перевірки

приладу. Якщо виявиться, що та чи інша

геометрична умова не виконується, при-

лад юстують. Ще раз назвемо осі тео-

доліта (рис.

II.

1.22):

1. Вертикальна вісь обертання тео-

доліта - пряма, навколо якої обертається

алідада.

2. Вісь циліндричного рівня -

дотична до внутрішньої поверхні ампули

рівня у нуль-пункті, спрямована вздовж

ампули рівня.

3. Візирна вісь - це уявна пряма

лінія, яка проходить через центр сітки

ниток та задню головну точку об'єктива.

/і

!—і

"jfflTiro=fcR

" - 1

- - -

А.

Рис.

11.1.22.

Осі теодоліта

14!)

Розділ II

4. Горизонтальна вісь - це вісь, навколо якої обертається зорова труба.

5. Площина горизонтального круга - це площина, в якій розташований

жзонтальний круг (лімб).

6. Площина вертикального круга - площина, в якій розміщений

тгикальний круг.

Розглянемо перевірки теодоліта.

1. Вісь циліндричного рівня при алідаді горизонтального круга повинна

ти перпендикулярна до осі обертання теодоліта. Інакше кажучи,

обхідно, щоб виконувалася умова и

J_ о

(рис.

II. 1.23,

а).

Припустимо, що ці осі розташовані під певним кутом /3 , який не

рівнює 90° (рис.

II.

1.23, б). Встановимо вісь рівня за напрямком двох

їіймальних гвинтів і, обертаючи їх в протилежні боки, виведемо бульбашку

ЇНЯ на середину. Кут Р при цьому не зміниться, але вісь о

нахилиться, а

;ь рівня и

стане горизонтальною (рис.

II.

1.23, в). Повернемо

ризонтальний круг, а з ним і циліндричний рівень на 180°. Обертання

і і

збудеться навколо нахиленої осі о

і нове положення осі рівня м, и

ворить з попереднім (горизонтальним) положення и

кут т = и

. Це

де кут нахилу осі рівня до горизонту. Він вимірюється дугою відхилення

льбашки рівня від середини ампули. Очевидно, що ZM, О,О

= ZM,O,O

= Р,

іе т + Р + Р = 180°. Звідси -у = 90° - Р . Проведемо бісектрису г

кута т,

їді кут г

{

=~ + Р= 90°.

uj 0| и

"ІІ 9; U

а б

Рис. II. 1.23. До перевірки циліндричного рівня алідади

горизонтального круга теодоліта

і і

Отже, якщо вісь м, и

встановити в положення г

{

, то вісь рівня буде

ерпендикулярна до осі обертання теодоліта. Для юстування рівень має

иправні гвинти.

Горизонтально знімання

Практично перевірку виконують так:

- встановлюють вісь рівня паралельно до лінії, що з'єднує будь-які два

підіймальні гвинти, і, обертаючи їх в протилежні боки, переміщають бульбашку

рівня на середину шкали ампули (в нуль-пункт);

- повертають алідаду на 180°. Якщо бульбашка залишилася на середині

або відхилилася не більше ніж на одну поділку шкали рівня, то умова вико-

пується, якщо ні - здійснюють юстування. Для цього вертикальними виправ-

ними гвинтами рівня переміщують бульбашку в напрямку до середини шкали

на половину дуги відхилення. Перевірку повторюють до виконання умови.

2. Візирна вісь повинна бути перпендикулярна до горизонтальної осі

теодоліта (осі обертання зорової труби). Ця перевірка називається пере-

віркою на колімацію.

Нехай горизонтальна вісь (вісь обертання зорової труби) теодоліта

горизонтальна, а візирна вісь зорової труби перпендикулярна до неї. Тоді, якщо

зорову трубу обертати навколо горизонтальної осі, то візирна вісь описуватиме

площину, перпендикулярну до осі обертання труби. Цю площину називають

колімаційною.

Якщо ж названі осі взаємно не перпендикулярні, то під час повертання

зорової труби навколо осі обертання візирна вісь описуватиме конус з

вершиною у точці їх перетину.

Припустимо, що центр сітки ниток розташований в точці К

(рис.

II.

1.24),

тобто візирна вісь АК

не є перпендикулярною до осі обертання h

зорової

груби. Якщо би центр сітки ниток містився в точці К і візирна вісь була б

перпендикулярна до осі обертання h

зорової труби, тоді у разі наведення

зорової труби на віддалену точку А місцевості відлік горизонтального круга був

би М. Якщо ж центр сітки ниток містився в точні К

, то для наведення візирної

осі на точку А необхідно зорову трубу, а разом з нею і горизонтальний круг,

повернути праворуч (проти годинникової стрілки) на величину відхилення,

тобто на кут С, який називають колімаційною похибкою. Тоді відлік

горизонтального круга буде М

. Якщо поділки горизонтального круга

підписані за ходом годинникової стрілки, то М

-М -С, звідки

М = М

+С. (II. 1.22)

Переведемо зорову трубу через зеніт. Центр сітки ниток переміститься в

симетричну точку К

, а візирна вісь, як і до того, утворюватиме з площиною,

перпендикулярною до осі обертання зорової труби, такий самий кут С. Для

наведення візирної осі на точку А необхідно повернути зорову трубу, а з нею і

горизонтальний круг, за годинниковою стрілкою на кут С, тоді новий відлік

горизонтального круга М

=М + С. Звідси

М = М

-С. (II. 1.23)

151