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

Подождите немного. Документ загружается.

240 Теодоліти

встановлено дисплейну панель керування, до якої під'єднують

реєстратор. На екран дисплея можна вивести значення виміряних

горизонтальних кутів та зенітних віддалей. У пам'ять реєстратора

можна ввести результати вимірювань, час спостережень, номер

пункту, який спостерігають, його координати та позначку, віддалі

до пунктів. Опрацювання результатів та врівноваження вимі-

рювань виконує комп'ютер, до якого під'єднують реєстратор.

Теодоліт має індивідуальне живлення від батарей. Без підза-

ряджання батарей теодоліта можна виконати 1500 кутових

вимірювань. Із джерелом живлення прилад важить 10,5 кг.

Подальшим вдосконаленням високоточних електронних

теодолітів стало обладнання їх двома однаковими пультами керу-

вання, розташованими на діаметрально протилежних ділянках

горизонтального круга. В один із пультів керування вставляють

замінну електронну дискету для записування результатів

вимірювань. Останні моделі високоточних теодолітів фірм Ьеіса,

ТгітЬ1е-2еІ88, Торсоп, 8оккіа устатковані рідинними компенса-

торами нахилу вертикальної осі теодоліта здебільшого у межах

±3'. Вертикальну вісь приладу встановлюють приблизно пря-

мовисно за допомогою сферичного та циліндричного рівнів, а

точно (0,1...0,3"), користуючись показами рідинного компен-

сатора. У сучасних електронних теодолітах зазвичай застосо-

вують двосторонню динамічну систему визначення (відлічу-

вання) напрямків.

У теодоліті Т3000 фірми Ьеіса використана панфокальна

зорова труба. Із зменшенням віддалі до цілі у зоровій трубі

збільшується поле зору, зокрема із зменшенням віддалі до цілі від

нескінченності до мінімальної віддалі візування - 0,6 м, кут поля

зору збільшується від 1°10' (1,3

) до 3°47' (4,29

). У програмному

забезпеченні приладу передбачена можливість багаторазового

вимірювання кута (до дев'яти прийомів), усереднення результатів

вимірювання, обчислення середньої квадратичної похибки вимі-

рювання кута, занесення результатів вимірювань та обчислень до

пам'яті носія інформації. У разі необхідності інформація від-

творюється на екрані дисплея. Теодоліт обладнаний пристроєм

для примусового центрування.

Теодоліти

241

Високоточний електронний теодоліт ЕТЬ 2 (ТгітЬ1е-2еІ88)

(рис. 6.20) призначений для вимірювання кутів у тріангуляції,

виконання геодезичних вимірювань деформацій промислових спо-

руд та обладнання. Деякі технічні дані приладу подано у табл. 6.8.

Фірма-виробник підкреслює якості теодоліта ЕТЬ 2, які є

загалом характерними для приладів такого класу. Діаметрально

протилежне, двостороннє розташування системи відлічування

кругів. Устаткування теодоліта двоосьовим компенсатором вста-

новлення вертикальної осі. Автоматичне компенсування похибок

нахилу осі обертання зорової зруби, колімаційної похибки та

приведення місця зеніта. Наявність вбудованого інтерфейсу для

зберігання результатів вимірювань та опрацювання їх.

Комбінація теодоліта ЕТЬ 2 з віддалеміром ЕШі 10 (ТгішЬІе-

2еІ88) дає змогу виконувати кутові та лінійні вимірювання, вико-

ристовуючи програми для електронних тахеометрів. Комбінація

двох електронних теодолітів ЕТЬ 2, об'єднаних в одну систему

спільним комп'ютером, монітором та іншим устаткуванням, дає

змогу здійснювати високоточні інженерно-геодезичні вимірюван-

ня під час встановлення, монтажу та складання великогабаритного

обладнання та машин, як, наприклад, у літако- та суднобудуванні,

ракетобудуванні, монтажі обладнання пришвидчувачів елект-

ронних частинок та антен радіотелескопів тощо.

Рис. 6.20. Високоточний електронний теодоліт ЕТЬ 2

242

Теодоліти

Таблиця 6.8

Технічна характеристика теодоліта ЕТЬ 2

Середня квадратична похибка вимірювання

горизонтального та вертикального круга одним

прийомом

0,2мгон/0,5"

Збільшення зорової труби, крат

Світловий діаметр об'єктива, мм

Довжина зорової труби, мм 170

Найменша віддаль візування, м

1,0

Межі дії двоосьового рідинного компенсатора

вертикальної осі

±3'

Панель дисплея

Двостороння

Рівні, точність:

рівень алідади горизонтального круга

30"

сферичний рівень

10'

Джерело живлення:

тип N10(1 батарея

ємність 1,8 А год.

напруга

4,8 В

Час безперервної роботи, год

8,0

Маса (з джерелом живлення), кг 4,7

Необхідно зауважити, що дві останні з перерахованих

якостей теодоліта ЕТЬ 2 притаманні сучасним високоточним

електронним теодолітам, які випускають також фірми Ьеіса,

Зоккіа та інші. Для виконання високоточних інженерно-геоде-

зичних вимірювань теодоліти встановлюють на невеликій віддалі

між собою на жорстко закріплених пунктах, планові координати

та висоти яких відомі. Необхідне примусове центрування

теодолітів на пунктах, точність вимірювання кутів має бути не

гіршою від 0,6".

Деякі сучасні моделі високоточних теодолітів, наприклад,

ТМ 3000 фірми Ьеіса устатковані автоматизованою системою

наведення зорової труби на ціль, причому технічні характерис-

тики названої моделі лишилися такими самими, що й базової

Теодоліти

243

Т 3000. Зорова труба теодоліта ТМ 3000 за допомогою серво-

двигунів автоматично орієнтується за заданим напрямком. У

пам'ять теодоліта вводять значення потрібного горизонтального і

вертикального кутів. Вони слугують вихідними даними для об-

числення кута нахилу зорової труби та кута, на який потрібно

повернути алідаду. Серводвигуни з швидкістю 50° на секунду

обертають на обчислені кути одночасно алідаду і зорову трубу.

Під час винесення проекту в натуру після встановлення приладу

над вихідним пунктом і приведення його у робоче положення

наводять зорову трубу на початковий напрямок, вводять у

пам'ять заданий напрямок і натискають відповідну клавішу

пульта керування. Під час вимірювання кутів способом кругових

прийомів у першому півприйомі наводять трубу на всі пункти,

які спостерігають, і вводять у пам'ять значення виміряних кутів.

Після переведення зорової труби через зеніт, у другому

півприйомі серводвигуни почергово грубо наводять теодоліт на

відповідні цілі. Точне наведення виконує спостерігач. Відлічу-

вання, введення у пам'ять результатів вимірювань, а також їхнє

виведення на дисплей виконується автоматично.

Необхідно зауважити, що ТМ 3000 не є поодиноким тео-

долітом, що устаткований автоматизованою системою наведення.

Фірма Ьеіса виготовляє також теодоліти ТМ 1100, ТМ 1800, що

обладнані такими системами. Загалом літера М у назві теодоліта

означає, що він "моторизований", тобто обладнаний автома-

тизованою системою наведення.

Деякі останні моделі високоточних електронних теодолітів

фірми Ьеіса із самонаведенням є відеотеодолітами, наприклад,

ТМ 3000 V. У трубі теодоліта розміщена малогабаритна відео-

камера і оптична система, що проектує зображення предметів, які

є у полі зору, на матрицю світлочутливих елементів відеокамери

розмірами 8,8 х 6,6 мм. Зображення предметів, що є у полі зору

оптичної системи, скануються і після перетворень створюється

цифрова модель зображення поля зору оптичної системи. ЕОМ

теодоліта аналізує цю модель, виділяє ціль, на яку має бути на-

ведена зорова труба, і визначає її координати відносно центра

244

Теодоліти

матриці. За цими координатами визначають кути, на які треба по-

вернути алідаду і трубу, і серводвигуни наводять теодоліт на ціль.

У табл. 6.9 наведено деякі технічні дані теодоліта

ТМ 3000 V.

Таблиця 6.9

Технічна характеристика теодоліта ТМ 3000 V

Середня квадратична похибка вимірювання

горизонтального та вертикального кута одним

прийомом (звичайним наведенням)

0,15 ш§оп; 0,5"

автоматизованим наведенням

0,15 т§оп; 0,5"

Швидкість автоматичного наведення 50° за секунду

Межі дії двоосьового рідинного компенсатора

нахилу вертикальної осі

0,055 т§оп; 3'

Похибки встановлення осі обертання теодоліта

прямовисно

0,1"

Збільшення зорової труби, крат

Світловий діаметр об'єктива, мм

Найменша віддаль візування, м

1,5

Розміри матриці світлочутливих елементів

відеокамери:

мм

6,6x8,8

піксели

500 х 582

Маса, кг

12,5

Треба зауважити, що більшість технічних даних теодоліта

ТМ 3000 V притаманна теодолітам серії Т 3000.

6.4. Лазерні теодоліти

Лазери дають змогу замінити візирну вісь зорової труби

геодезичних приладів видимим пучком світлових променів, які

мають певні просторово-часові та енергетичні параметри. Лазерні

геодезичні прилади дають можливість спростити деякі геодезичні

роботи, автоматизувати процес вимірювань, знімати інформацію

безпосередньо на об'єкті вимірювань. Остання особливість

лазерних геодезичних приладів дає змогу спростити деякі види

інженерно-геодезичних робіт, підвищити їхню продуктивність

Теодоліти

245

під час будівництва споруд, монтажу та встановлення про-

мислового обладнання, особливо великогабаритного. Лазерні

геодезичні прилади не заміняють електронні або оптичні,

швидше доповнюють їх, розширюючи коло завдань, що роз-

в'язують під час геодезичних вимірювань. У лазерних геоде-

зичних приладах використовують такі важливі особливості лазер-

ного випромінювання, як гостра (вузька) спрямованість, моно-

хроматичність, просторова і часова когерентність, поляризова-

ність. Застосовують звичайно лазерні випромінювачі безперерв-

ної дії, наприклад, газові, що мають потужність від 0,5 до

декількох десятків мВт (зазвичай не більше ніж 30 мВт). Від

інших лазерних випромінювачів, наприклад, напівпровідникових,

газові лазери відрізняються можливістю створювати видиму

проекцію лазерного пучка у вигляді плями.

І І

Рис. 6.21. Принципова схема лазерного теодоліта:1 -лазер;

2, 4, 5, 7- система дзеркал передавання лазерного променя у зорову

трубу; 3 - поляризаційний фільтр; 6 - лінзи системи передавання

лазерного променя у зорову трубу; 8 - світлорозподільна куб-призма

246

Теодоліти

Лазерним називають теодоліт, в якому паралельно або

вздовж візирної осі зорової труби скеровано вузький пучок ла-

зерного випромінювання. На рис. 6.21 подано принципову схему

лазерного теодоліта.

Джерело випромінювання - лазер 1, закріплений на ко-

лонках так, що він не перешкоджає обертанню зорової труби на

360°. Промінь лазера системою дзеркал 2, 4, 5, 7 скеровується у

зорову трубу, яка слугує колімувальною оптичною системою.

Поляризаційний фільтр 3 регулює поширеність променя. Окуляр

труби містить світлорозподільну призму 8, як і автоколімаційний

окуляр (п. 2.4.1). Рештою вузлів приладу, якщо він не має

спеціального призначення, слугують зазвичай традиційні оп-

тично-механічні вузли теодолітів, що серійно випускаються. У

сучасних лазерних теодолітах, які випускають фірми Кірроп,

Зоккіа, Спектра-Фізікс (США), лазер встановлюють здебільшого

співвісно з колімувальною системою. Коли лазер та колімувальну

систему розташовують паралельно один до одної, їх також вста-

новлюють в одному корпусі зорової труби, як і у попередньому

випадку.

Лазерні теодоліти з-поміж оптичних та електронних

вирізняють дві основні особливості. Під час наведення лазерного

теодоліта на візирну ціль поменшується похибка візування, а у

разі використання фотоелектричних приймальних пристроїв вона

фактично виключається. За наявності зворотного зв'язку між

площиною прийому лазерного випромінювання та теодолітом

енергетичну вісь лазерного випромінювання можна сумістити з

центром фотоелектричного приймача, наприклад, квадрантного

фотодіода, з точністю до 0,01...0,05 мм на віддалі 200м, що

загалом відповідає сотим часткам кутової секунди.

Колімувальна оптична система (зорова труба), у яку ске-

ровують лазерне випромінювання, слугує коліматором, який

зменшує кутову розбіжність лазерного променя. Розбіжність пуч-

ка лазерного випромінювання, що виходить з оптичної колі-

мувальної системи, (р

вих

порівняно з розбіжністю пучка, що

випромінюється безпосередньо з лазера

(р

вх

визначають згідно із

Теодоліти

247

залежністю

<р

шх

= , де Г - збільшення оптичної колімувальної

системи. Якщо розбіжність променя газового лазера становить 5',

пучок на виході із колімувальної оптичної, наприклад, з

тридцятикратним збільшенням, має розбіжність 10". Фокусу-

вальним компонентом зорової труби можна формувати лазерну

пляму потрібного розміру на необхідній віддалі від приладу. У

разі візуальної фіксації центра плями лазерного випромінювання

існують способи формувати її у вигляді концентричних кіл на

всій довжині випромінювання, не вдаючись до переміщення

фокусувального компонента колімувальної системи. Попри

втрати енергії лазерного променя у колімувальній оптиці

високоточні інженерно-геодезичні вимірювання можна

виконувати на віддалях декілька сотень метрів, не вдаючись до

перефокусування колімувальної системи. Під час виконання

інженерно-геодезичних вимірювань у деяких випадках лазерним

теодолітам віддають перевагу над оптичними і електронними. За

однакових умов, а саме: примусове центрування приладів, засто-

сування високоточних рухомих створних марок та інше під час

вимірювань оптичними та електронними теодолітами не можна

уникнути похибок за візування та перефокусування, наприклад, у

створних вимірюваннях. Точність вимірювань лазерними

теодолітами з фотоприймальними пристроями можна підвищити

майже удвічі.

Фірма "Спектра-Фізікс" випускає лазерний теодоліт ЬТЗ,

коліматор якого обладнано додатковою насадкою, що дає змогу

трансформувати промінь у сектор площини у разі необхідності.

Прилад устатковано додатковою зоровою трубою для орієн-

тування, а також пристроєм для швидкого та точного встанов-

лення у створі. Деколи лазерний випромінювач встановлюють на

теодоліт як насадку. Такі насадки виготовляють для оптичних

теодолітів ТІ А, ТІ

Т2 фірми Ьеіса (М/іїсі),

Останнім часом як основу для лазерних теодолітів вико-

ристовують електронні теодоліти. Зокрема, фірма ВОГР (Китай)

248

Теодоліти

нипускає лазерні теодоліти БІ02-101 та 0.1 05-0.1 на базі

електронних теодолітів ОІ02-0 Н та 01 05-0Н відповідно. За

технічними даними електронний теодоліт ОІ02-0Н можна

зарахувати до точних (середня квадратична похибка вимірювання

кута одним прийомом тр = 2"). Він устаткований двостороннім

дисплеєм, компенсатором нахилу вертикальної осі приладу.

Зорова труба має збільшення 30

. У світлий час доби теодолітом

можна працювати на віддалі від цілі до 200 м. Діаметр лазерної

плями - 5 мм на 100 м. Блок електричного живлення приладу

складається з чотирьох сухозаряджених батарей. Їхньої ємності

вистачає на 20 годин безперервної роботи.

6.5. Перевірки та дослідження теодолітів

Перед виконанням будь-яких операцій з теодолітом треба

оглянути його, перевірити комплектність та правильність мар-

кування. Прилад не повинен мати механічних пошкоджень, які

могли б вплинути на експлуатаційній якості, метрологічні

характеристики та збереження приладу. Деталі та вузли приладу,

які з'єднуються нерухомо, не повинні розхитуватись та мати

зміщення один відносно одного. Треба перевірити рівномірність

освітлення та чіткість зображення і чистоту поля зору оптичних

систем, наприклад, зорової труби і оптичного центрира,

відлікових пристроїв, робочих поверхонь кругів тощо. Необхідно

випробувати плавність обертання зорової труби алідади гори-

зонтального круга, навідних гвинтів і фокусувального пристрою,

підіймальних гвинтів підставки, інших деталей, що обертаються,

а також дію закріпних пристроїв.

В оптичних теодолітах з компенсатором вертикального

круга перевіряють дію компенсатора. Злегка рухаючи алідаду,

спостерігають за коливанням зображення штриха вертикального

круга. Час загасання коливання не повинен перевищувати 1...2 с.

В електронних теодолітів перевіряють правильність дії вбудо-

ваних програм.

249 Теодоліти

6.5.1. Перевірки теодолітів

Перевірки теодолітів, як і інших приладів, докладно

висвітлені у курсах топографії та геодезії, тим не менше,

вважаємо за доцільне повторити їх у курсі "Геодезичні прилади".

Як вже зауважено, всім різновидам теодолітів, що тепер

випускаються одночасно - оптичним, електронним, лазерним,

притаманні спільні ознаки. Очевидно, що частково перевірки для

всіх різновидів є однаковими.

6.5.1.1. Перевірки перпендикулярності осі циліндричного

рівня вертикальної осі (осі обертання) приладу. Ця перевірка є

загальною для всіх приладів, які обладнані циліндричними

рівнями для встановлення вертикальної осі приладу прямовисно

(див. п. 4.2). Рівень встановлюють паралельно до лінії, що прохо-

дить через центри двох підіймальних гвинтів підставки,

приводять бульбашку рівня до нуль-пункту і повертають рухому

частину приладу (алідаду) на 180°. Якщо бульбашка зміститься

більше ніж на одну поділку, її повертають до нуль-пункту

спочатку виправним гвинтом рівня, перемістивши бульбашку на

половину дуги зміщення, а потім на другу половину дуги

зміщення відповідними підіймальними гвинтами. Після юсту-

вання перевірку обов'язково повторяють.

6.5.1.2. Перевірка паралельності осі сферичного рівня

вертикальній осі (осі обертання) приладу. Сферичний рівень

звичайно перевіряють після того як вісь циліндричного рівня

встановлена перпендикулярно до вертикальної осі приладу. Вісь

обертання приладу встановлюють прямовисно. Якщо після цього

бульбашка сферичного рівня розташовується не у нуль-пункті, її

повертають туди виправними гвинтами рівня. Цю саму перевірку

можна виконати безпосередньо сферичним рівнем, не вдаючись

до циліндричного. Після встановлення вертикальної осі приладу

приблизно прямовисно за сферичним рівнем, його, як і цилінд-

ричний, розташовують між двома підіймальними гвинтами,

встановивши бульбашку у нуль-пункт. Рухому частину приладу