Шевченко Т.Г., Мороз О.І., Тревого І.С. Геодезичні прилади

Подождите немного. Документ загружается.

160

Рівні. Компенсатори нахилу 160

приймача 10 одночасно. Цьому слугує світлорозподільна куб-

призма 6. Під час юстування приладу за допомогою коліматора

досягають однакової чіткості зображень сітки ниток і приймача

випромінювання.

Рис. 4.18. Оптично-механічна схема електронного нівеліра йМіЮ;

1 - об'єктив, 2 - фокусувальний компонент; 3, 4- призми; 5 - нитки

підвішування; 6 - світлорозподільна куб-призма; 7 - сітка ниток;

8 - окуляр; 9 - дзеркало-компенсатор; 10 - сенсорний приймач

випромінювання; 11 - повітряний демпфер; 12 - корпус зорової труби

Щоб розмістити компенсатор якомога ближче до площини

зображення, вдаються до механічного збільшення коефіцієнта

компенсації п за допомогою шарнірного чотирикутника, сторо-

нами якого є нитки підвішування рухомого елемента компенсатора

(рис. 4.19). Схему, зображену на рис. 4.19, а, називають прямим, а

на рис. 4.19, в - зворотним шарнірним чотирикутником.

Якщо ребро АВ прямого чотирикутника нахилити на кут у

ребро СО із закріпленою на ньому оптичною деталлю - призмою

або дзеркалом, нахиляється на кут /3=пу Значення кутового

збільшення компенсатора залежить від розмірів сторін

чотирикутника. Можна записати АВ

•

зіп у+ ВИ- со8 а=

= АС

•

со§ 3+ СО -кіп Д Оскільки АС = ВБ, а а~ д, АВ-$ту=

= СО -8Іп Д Зважаючи на те, що кути у та Д малі за величиною,

АВ : СО = Р

. у. Отже, якщо АВ : СО = 3 : 1, Д = Зу, а якщо

АВ : СО = 1 : 2, Д = 0,5/(див. рис. 4.16).

Рівні. Компенсатори нахилу

161

а б

Рис. 4.19. Схеми шарнірних чотирикутників підвішування рухомого

елемента компенсаторів: а - прямий шарнірний чотирикутник; б -

нахилена грань прямого чотирикутника; в - зворотний шарнірний

чотирикутник; г - нахилена грань зворотного чотирикутника

Величина кутового відхилення підвішеного елемента у зво-

ротному шарнірному чотирикутнику (рис. 4.19 в, г), тобто коли нит-

ки підвісу перехрещуються, така сама, як і у прямому (рис. 4.19, а,

б), з тією лише відмінністю, що кутове відхилення підвішеного

елемента зворотного чотирикутника (рис. 4.19, г) має протилежний

напрямок порівняно із прямим чотирикутником (рис. 4.19, б).

Звичайно нитки підвішування виготовляють із тонких стрічок

з берилію або легованої сталі прямокутного перерізу, наприклад,

завширшки 0,5 мм, а завтовшки 0,03 мм. До матеріалу стрічок

ставляться жорсткі вимоги збереження механічних сталих тривалий

час і за будь-яких умов. Наприклад, вплив гістерезису та незворот-

них деформацій має становити не більше за 0,05...0,2% точності

приведення лінії візування у горизонтальне положення.

162 Рівні. Компенсатори нахилу 162

Доволі часто у самовстанівних нівелірах застосовують

оптично-механічні компенсатори, в яких підвішеними елементами

є призма або призми відбиття. На рис. 4.20 подано схему

проходження променів у нівелірі N1-025 (Сагі Теізз Іепа),

компенсатором якого є дві розміщені у спільній оправі призми,

підвішені на нитках, що перехрещуються. Дві прямокутні призми З

і 5 встановлені на маятнику 8, коливання якого гальмує повітряний

демпфер 9. Дві пари ниток підвішування перехрещуються у точці

Е. Промінь від рейки проходить через об'єктив 1 і фокусувальний

компонент 2, відбивається призмою 3 компенсатора. У дах-приз-

мі 4 промінь відбивається тричі, потрапляє на призму 5 компен-

сатора, а далі до сітки ниток 6 та окуляр 7. Якщо нівелір нахилити

на кут у горизонтальний промінь, що йде від рейки, відхилиться

призмою 3 компенсатора на кут

у Призми 4 та 5 відхилять

промінь ще на кут

у У результаті, відхилившись на кут 4 у

промінь пройде через зміщену горизонтальну нитку сітки ниток.

Рис. 4.20. Оптично-механічна схема нівеліра N'1-025: 1 - об'єктив;

2 - фокусувальний компонент; 3,5 - призми компенсатора; 4 - дах-

призма; 6 - сітка ниток; 7 - окуляр; 8 - маятник; 9 - демпфер

повітряного способу дії

Рівні. Компенсатори нахилу

163

На нитках, що перехрещуються, підвішена призма у ніве-

лірі Н-ЗК (СРСР). Оптичну схему його зорової труби подано на

рис. 4.21.

Рис. 4.21. Оптично-механічна схема нівеліра Н-ЗК

з призмовим компенсатором:

- об'єктив, 2 - фокусувальний

компонент; 3 - призма компенсатор; 4 - берилійові нитки підвішування;

5 - призма; 6 - сітка ниток; 7 - окуляр;

8 - демпфер повітряного способу дії

В точках А і В нитки підвішування закріплені у корпусі

труби. Іншими кінцями у точках С і И вони прикріплені до три-

мача рухомої прямокутної призми. Кутове збільшення компен-

сатора п = 3. Повної компенсації досягають, підбираючи віддалі І

і враховуючи еквівалентну фокусну віддаль /. Коливання

підвішеної призми гальмує демпфер повітряного способу дії.

У нівелірі ЗН-ЗКЛ (УОМЗ, РФ) коливання призми-

компенсатора гальмуються магніто-індуктивним демпфером

(рис. 4.22). Принцип роботи компенсатора такий самий, як в

нівелірі Н-ЗК.

Рухома призма може висіти й на жорсткому маятнику, як в

нівелірі N1-007 (Сагі 2еІ88 Іепа). Оптичну схему зорової труби і

компенсатора цього нівеліра подано на рис. 4.23.

164 Рівні. Компенсатори нахилу 164

1 2 Т 9 Т

Рис. 4.22. Оптично-механічна схема нівеліра ЗН-ЗКГІ (РФ, УОМЗ):

1 - об'єктив; 2 - фокусувальний компонент; 3 - призма-компенсатор;

4 - призма БкУ-60°; 5 - сітка ниток; 6 - окуляр; 7-рухомі опори;

8 - берилійові нитки підвішування; 9 - магнітоіндуктивний демпфер;

10- вантажі; 11 - маятник; 12 - гвинт

Власне компенсатором є прямокутна призма 3, підвішена

як маятник у точці Е, довжина якого //2. Під час нахилів

нівеліра призма 3 під дією сили тяжіння зміщується відносно

горизонтальних променів, що приходять від рейки, та променів,

які повернула пентапризма 1 у прямовисне положення (рис. 4.23,

б). Коли призма 3 переміститься на відрізок а/2 = //2 у, де у-

кут нахилу приладу, відбитий нею промінь на виході

переміститься на відрізок а (рис. 4.23, а). Якщо вертикальна вісь

приладу прямовисна, промінь від рейки проходить через

горизонтальну нитку сітки ниток (рис. 4.23, б). Якщо прилад

нахилиться, наприклад, ліворуч (рис. 4.23, в), горизонтальний

промінь, пройшовши пентапризму 1 (проходження променів

через нахилену пентапризму наведено на рис. 4.23, г), дійде

прямовисно до призми 3, двічі відіб'ється нею, потрапить на

відбивну грань призми 4 вище ніж у попередньому випадку і

пройде через горизонтальну нитку сітки ниток С]. Компенсатор

має демпфер повітряного способу дії.

Рівні. Компенсатори нахилу

165

Рис. 4.23. Оптична схема зорової труби і компенсатора нівеліра

Л//

007: а - зміщення променя призмою-компенсатором; б - хід променів

у приладі, коли його вертикальна вісь прямовисна; в - хід променів у

приладі, коли його вертикальна вісь нахилена на кут у,г- хід променя

через пентапризму нахиленого приладу: 1 - пентапризма, 2 - теле-

об'єктив; 3 - призма-компенсатор; 4 - призма; 5 - підвіс жорсткого

маятника

166

Рівні. Компенсатори нахилу 166

У нівелірі 2Н10КЛ (СРСР) призмовий компенсатор виконує

одночасно функції фокусувального компонента (рис. 4.24). Ком-

пенсатор цього нівеліра містить дві склеєні між собою і закріп-

лені нерухомо у корпусі приладу пентапризми 2 і 4 і рухому

прямокутну призму 3, яка встановлена у рамці, підвішеній на

двох шарикопідшипниках. Місце підвішування вибирають так,

щоб оптична віддаль від головної задньої площини об'єктива 1 до

призми компенсатора 3 дорівнювала оптичній віддалі від призми

З до сітки ниток 5, яку розглядають через окуляр 6. Рухомий

елемент компенсатора розташовується на віддалі //2 від задньої

головної площини об'єктива. Коефіцієнт кутового збільшення

призмою 3 може переміщуватися вертикально у напрямних 7. Під

час перефокусування віддалі від об'єктива та від сітки ниток до

фокусувального компонента залишаються однаковими і умова

компенсації не порушується.

компенсатора п =

Рис. 4.24. Оптична схема нівеліра 2Н10КЛ: 1 - об'єктив; 2, 4-

пентапризми компенсатора; 3 - рухома прямокутна призма

компенсатора; 5 - сітка ниток; 6 - окуляр; 7 - напрямні

Рівні. Компенсатори нахилу

167

Рис. 4.25. Схема астатичного маятника:1

—

пружна платівка;

2 - трима"; - призма

Основою деяких призмових компенсаторів слугує

астатичний маятник (рис. 4.25), який являє собою встановлену

вертикально пружну платівку (плоску пружину). Її нижній кінець

закріплено у корпусі нівеліра, а на верхньому кінці встановлена

призма, що слугує тягарцем. Якщо нівелір нахилиться на кут а,

верхній кінець маятника під вагою призми нахилиться на кут

/?= а+ у Значення п залежить від пружних властивостей платів-

ки. Параметри маятника підбирають такими, щоб була справед-

ливою умова компенсації /я'п а = 5

•

зіп Д Компенсатор на

основі астатичного маятника використано, наприклад, в нівелірі

КА-2 (\¥ІМ) та у приладах інших фірм.

Призми та дзеркала як рухомі та нерухомі оптичні деталі

найчастіше використовують у компенсаторах сучасних геодезич-

них приладів. Проте такі самі функції виконують і інші деталі,

наприклад, лінзи і оптичні клини. Зокрема, нівелір НСМ-2

(СРСР) обладнаний лінзовим компенсатором. У нахиленому

нівелірі горизонтальний промінь заломлюється двома лінзами -

рухомою та нерухомою, і потрапляє на зміщену у результаті

нахилу горизонтальну нитку сітки ниток.

168

Рівні. Компенсатори нахилу 168

Перший рідинний компенсатор оригінальної конструкції

було запропоновано у 1946 році Г.Ю. Стодолкевичем. Нівелірів

такої конструкції було випущено поодинокі екземпляри і надалі

років, напевно, на тридцять від них відмовились. Нині рідинні

компенсатори, щоправда, іншого вигляду (рис. 4.26), застосо-

вують у приладах вертикального проектування, електронних та

геодезичних лазерних приладах. Рідина у посудині 2 залежно від

кута нахилу приладу у утворює оптичний клин із змінним кутом

заломлення у Промінь, відбитий прямокутними призмами 1 і З,

пройшовши клин рідини, потрапляє в окуляр 4 зорової труби.

Рис. 4.26. Схема рідинного компенсатора: 1,3- прямокутні призми,

2 - посудина з рідиною; 4 - окуляр зорової труби

4.4.3. Дослідження компенсаторів нахилу

Компенсатори самовстанівних нівелірів є чи не найвідпо-

відальнішими вузлами приладів, тому, щоб встановити їхню

працездатність та визначити технічні характеристики, необхідні

спеціальні дослідження. Детальне описання досліджень нівелірів,

обладнаних компенсаторами нахилу, подано у підрозділі 7.5.2. У

цьому підрозділі подамо описання деяких польових досліджень

компенсаторів нахилу самовстанівних нівелірів. Вони мають на

Рівні. Компенсатори нахилу

169

меті встановити: діапазон дії компенсатора; його чутливість та

похибку компенсації кутів нахилу.

Діапазон дії компенсатора - це максимальний номінальний

кут нахилу вертикальної осі приладу, який не збільшує нормо-

вану для цього типу компенсатора похибку самовстановлення

лінії візування.

Характеристику деяких оптичних технічних, точних та ви-

сокоточних нівелірів з компенсаторами (СРСР, УМОЗ, РФ)

подано у табл. 4.2.

Таблиця 4.2

Технічні дані нівелірів з компенсаторами

Характеристика

компенсатора

Норма для типів нівелірів

Характеристика

компенсатора

Н-05К

ЗН-ЗКЛ Н-10КЛ

Діапазон дії компенсатора,

кутові мінути, не менше ніж

±8 ±15

±20

Похибка самовстановлення

лінії візування, кутові

секунди, не більше за

0,2 0,5 1,0

Систематична похибка дії

компенсатора на 1 мінуту

нахилу осі нівеліра, кутові

секунди, не більше ніж

0,05

0,3 0,5

Час згасання коливань

системи підвішування,

секунди часу, не більше ніж

2 2 2

У лабораторних умовах технічні характеристики компен-

сатора визначають на екзаменаторі, що має ціну поділки шкали

не більше за 5", застосовуючи автоколіматор або коліматор, що

має фокусну віддаль не менше ніж 500 мм та окулярний мікро-

метр з можливістю відрахування до 0,1". Нівелір встановлюють

на екзаменаторі так, щоб візирна вісь його зорової труби була

паралельна до поздовжньої осі екзаменатора, коли досліджують

поздовжній нахил нівеліра або перпендикулярно до тієї самої осі,

коли досліджують поперечні нахили, і приводять прилад у

робочий стан. Мікрометричним гвинтом екзаменатора нахиляють