Как пользоваться теодолитом на местности?

Особенности конструкции принцип работы

Как видно на фото теодолита, основным элементом конструкции является зрительная труба, соединённая с микроскопом. Кроме этого, важными составляющими элементами считаются:

• Лимбы. Служит для проведения отсчётов.
• Алидада. Соединена с лимбами. Представляет собой поворотную линейку с нанесённой штриховкой.
• Винты. Могут быть наводящими и закрепительными. Необходимы, чтобы плавно настроить теодолит и зафиксировать его местоположение.
• Оптический отвес. Используется для определения координат устройства.
• Тренога. Требуется, чтобы установить аппарат для проведения измерений.

В основе принципа работы теодолита лежит определение неизвестных координат и высот конкретной точки путём сравнения с точками с известными параметрами.

Приведение теодолита в рабочее положение

Установка теодолита в рабочее положение включает в себя следующие действия: центрирование; приведение оси вращения прибора в отвесное положение; подготовки ЗТ к наблюдению.

1) Центрирование

— раздвигая ножки штатива, устанавливают прибор так, чтобы центр лимба оказался примерно над точкой центрирования. Зацепляют нитяной отвес за крючок станового винта и перемещают ножки штатива, чтобы кончик отвеса оказался как можно ближе к точке центрирования а три угла между ножками были примерно равны. Равномерно вдавливают ножки штатива в землю следя за тем чтобы пов-ть его головки была приблизительно горизонтальна, а отвес оказался над точкой центрорования. Слегка открепляют становой винт, вращают теодолит по пов-ти головки штатива, чтобы кончик отвеса точно оказался над точкой центрирования (+- 2-3 мм) и закрепляют его.

2) Приведение оси вращения прибора в отвесное положение (с помощью цилиндрического уровня):

Приведение оси вращения прибора в отвесное положение осуществляют по выверенному цилиндрическому уровню горизонтального круга. Для этого поворотом алидады размещают цилиндрический уровень приблизительно параллельно двум подъемным винтам и, одновременно вращая их в противоположных направлениях, выводят пузырек уровня на се­редину. Повернув алидаду ориентировочно на 90° по направлению третьего подъемного винта и действуя им, вновь выводят пузырек уровня на середину. Обычно эту операцию повторяют несколько раз до тех пор, по­ка пузырек уровня не будет сходить с ноль-пункта при всех положениях алидады вертикального круга.

3) Подготовка ЗТ к наблюдению:
а) добиваются четкости сетки нитей с помощью окуляра ЗТ (ЗТ наводят на светлый фон);

б) открепляют алидаду, предварительно наводят ЗТ на визирную точку с помощью оптического визира и закрепляют алидаду и ЗТ.

в) осуществляют фокусировку изображения точки визирования с помощью фокусирующего винта.

г) Выполняют точное наведение (совмещение перекрестья сетки с точкой) с помощью наводящих винтов алидады и ЗТ (необходимо установить параллельно сетки нитей)д) берут соответствующий отсчет

Поверки и юстировки теодолитов.

Перед началом производства полевых работ с использованием теодолита осуществляют контроль следующих условий (выполняют поверки):

1. Штатив и подставка теодолита должны быть устойчивы, а прибор закреплен становым винтом на штативе.

Для поверки устанавливают прибор на штативе и визируют на какую-либо четко обозначенную точку местности. Взяв рукой подставку теодолита, пытаются слегка повернуть теодолит из стороны в сторону, каждый раз следя за положением перекрестья нитей относительно точки наблюдения. Если положение наблюдаемой точки относительно перекрестья нитей остается неизменным, то условие выполнено. Если точка сходит с перекрестья нитей, то выполняют следующие действия:

а) проверяют надежность крепления прибора к головке штатива становым винтом. При этом необходимо следить, чтобы, с одной стороны, прибор был надежно прикреплен к головке становым винтом и, с другой — чтобы становой винт не был перетянут, так как в этом случае будет иметь место тугое вращение подъемных винтов и винтовые устройства последних быстро выйдут из строя;

б) проверяют и в случае необходимости подтягивают крепежные винты шарниров головки штатива и наконечников ножек;

в) проверяют устойчивость подъемных винтов относительно подставки прибора и при необходимости устраняют люфт винтовых устройств подъемных винтов. Эту операцию целесообразно делать в мастерской.

2. Ось цилиндрического уровня горизонтального круга должна быть перпендикулярна оси вращения теодолита, т. е. ZZ перпендикулярно ии.

Для поверки этого условия приводят прибор в рабочее положение и поворачивают алидаду таким образом, чтобы цилиндрический уровень разместился приблизительно параллельно двум подъемным винтам, затем вращением последних точно выводят пузырек уровня в ноль-пункт. Развернув алидаду на 180°, проверяют положение пузырька уровня. Если пузырек остался в ноль-пункте, то условие выполнено. Если пузырек уровня сместился более чем на одно деление, то необходима юстировка. Для этого исправительными винтами цилиндрического уровня возвращают пузырек по направлению к ноль-пункту на половину дуги его смещения, а затем подъемными винтами выводят его в ноль-пункт. Поверку повторяют.

3. Вертикальный штрих сетки нитей должен быть перпендикулярен оси вращения трубы.

Для выполнения этой поверки наводят перекрестье нитей на какую-либо четко обозначенную точку местности А. Действуя наводящим винтом трубы, перемещают ее, следя за положением наблюдаемой точки относительно вертикального штриха сетки нитей. Если точка осталась на вертикальном штрихе, то условие выполнено. Если наблюдаемая точка сошла с вертикального штриха (рис. 8.13), то необходимо делать юстировку. Для этого снимают защитный колпачок сетки нитей, ослабляют на пол-оборота четыре крепежных винта окуляра и поворачивают его до совмещения вертикального штриха с наблюдаемой точкой, после чего закрепляют окуляр и надевают защитный колпачок. При этом следует иметь в виду, что если точка А сместилась влево от вертикального штриха, как это показано на рис. 8.13, то окулярную часть поворачивают против хода часовой стрелки, а если точка А сместилась вправо, то — по ходу часовой стрелки.

4. Визирная ось должна быть перпендикулярна оси вращения зрительной трубы, т. е. WW перпен-но HH.

Угол отклонения визирной оси от нормали к оси вращения трубы называют коллимационной ошибкой. Выполнение данного условия необходимо для того, чтобы при переводе зрительной трубы через зенит визирная ось описывала коллимационную плоскость, а не коническую поверхность. Для выполнения данной поверки устанавливают теодолит в точке 1 и наводят трубу на веху 2. Переводят трубу через зенит и на расстоянии 100—150 м выставляют веху 3. Если коллимационная ошибка имеется, то веха займет положение 3′ в стороне от продолжения прямой 2-1. Открепив алидаду, разворачивают прибор приблизительно на 180°, точно наводят на веху 2 (уже при другом положении круга) и, вновь переведя трубу через зенит, выставляют веху 5. При наличии коллимационной ошибки веха займет положение 3″. Если расстояние З’-З» превышает 6 см, необходимо сделать юстировку. Для этого веху устанавливают в середине между точками 3′ и 3″, т. е. в точку 3. После этого снимают защитный колпачок сетки нитей и, ослабив верхний исправительный винт, боковыми винтами добиваются совмещения вертикального штриха с изображением вехи, установленной в точке 3, закрепляют сетку нитей и надевают защитный колпачок. Поверку повторяют.При работе с исправительными винтами сетки нитей, чтобы не сорвать резьбу, следует помнить, что для перемещения сетки влево слегка вывинчивают левый исправительный винт и завинчивают правый. При перемещении сетки нитей вправо, слегка вывинчивают правый винт и завинчивают левый.

5. Ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна оси вращения прибора.

Выполнение данного условия необходимо для того, чтобы коллимационная плоскость после приведения прибора в рабочее положение была вертикальная. Для поверки этого условия устанавливают прибор на расстоянии 10—20 м от стены здания и наводят на четко обозначенную высокую точку А. Открепив закрепительный винт, поворачивают трубу вниз и отмечают точку а1 (рис. 8.16). Затем переводят трубу через зенит, наводят ее на точку А, поворачивают вниз и отмечают точку а2- Если обе точки совместились в одной точке а, то условие выполнено. Если нет, то прибор требует ремонта в специализированной мастерской либо должен быть заменен заводом-изготовителем на новый.

6. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения прибора.

Эту поверку необходимо производить только для точных и высокоточных теодолитов, а также электронных тахеометров, имеющих круглый уровень горизонтального круга. Эту поверку производят после выполнения поверки и юстировки цилиндрического уровня. Для этого с помощью цилиндрического уровня приводят прибор в рабочее положение и если пузырек круглого уровня оказался не в ноль-пункте, то исправительными винтами выводят его в ноль-пункт.

7. Компенсатор вертикального круга теодолита должен обеспечивать неизменный отсчет по вертикальному кругу при отклонении оси вращения прибора от отвесной линии в пределах ±2′.

Эту поверку выполняют только для теодолитов, имеющих компенсатор вертикального круга. Исправление компенсатора производят только на заводе-изготовителе или в специализированной мастерской.

Порядок работы с теодолитом

Работать с теодолитом можно двумя способами:

• Полярным. В основе проведения измерений лежат две точки с известными значениями. Расчёты производят от второй точки на первую. Далее вымеряют расстояние между ними. Завершающий этап – привязка теодолитного хода к каждой из отметок.
• Используя створы с перпендикулярами. Данный метод применяют при производстве разбивочных работ. Он заключается в откладывании прямых углов на местности при поэтапном прохождении прибором каждой отметки.

В инструкции для теодолита чётко говорится о том, что прежде, чем начать работать с прибором, его нужно настроить. Подготовительный этап включает в себя:

• Центрирование.
• Горизонтирование.
• Фокусировку.

 

 

Последовательность проведения измерительных работ

Установка прибора

Необходимо отыскать на местности участок с ровным рельефом. Он послужит точкой отсчёта, по которой надо будет отцентрировать устройство.

Центрирование проводится при помощи уровня и с использованием зажимных винтов. Его цель – получить строго горизонтальное положение аппарата в пространстве.

Ловля объекта

При помощи визира надо отыскать точку, координаты которой следует вычислить, и навести на неё измерительную сетку. Для более точного результата нужно воспользоваться винтами. После того, как центр будет выставлен, необходимо зафиксировать его значение.

Обработка результатов

Так как точность расчётов – это наше всё, то желательно провести не одно, а ряд измерений, каждый раз беря новую точку отсчёта. Если новые значения будут отличаться от старых ровно на величину угла между старой и новой точками отсчёта, то результат считается правдивым. В противном случае требуется провести ещё пару замеров и рассчитать среднее значение.

 

Из чего состоит горизонтальный круг теодолита?

В состав горизонтального круга входят две основные шкалы прибора — лимб и алидада.

Они предназначены для измерения горизонтальных углов. Одна шкала остается неподвижной, а другая поворачивается вместе с визирной трубкой, показывая величину отклонения от первоначального положения.

Внимание!

Принцип работы вертикального круга практически ничем не отличается от горизонтального, он имеет такое же устройство и выполняет подобные функции. Единственная разница — расположение в вертикальной плоскости.

Преимущества теодолита

Такой угломерный аппарат, как теодолит, обладает целым рядом преимуществ:

• Высокая точность проводимых измерений.
• Возможность проводить замеры в разных климатических условиях.
• С прибором можно работать на местности с любым рельефом.
• Компактность и мобильность.
• Относительная простота калибровки и юстировки.

Принципиальная схема устройства теодолита

Главными составными частями теодолита являются: зрительная труба, осевая система (опорно-поворотное устройство), рабочие меры, отсчетные системы, уровни, приспособления для установки и центрирования.

Зрительная труба состоит из объектива, окуляра, фокусирующей линзы и сетки нитей. Фокусирование изображения наблюдаемого предмета производится вращением фокусирующего кольца или кремальеры, а сетки нитей — вращением окулярного колена. Для юстировки положения сетки нитей имеются так называемые исправительные винты. В зрительных трубах теодолитов 2Т2, 2Т5К, 2Т5 сетка нитей установлена неподвижно, что обеспечивает более стабильное положение визирной оси при перефокусировании на разноудаленные визирные цели. Зрительные трубы теодолитов могут быть астрономическими (с обратным изображением) или земными (с прямым изображением).
Система осей (рис.5.21) предназначена для прецизионного вращения при геодезических измерениях отдельных частей приборов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, следовательно, геометрические оси соответствующих систем осей в рабочем положении совмещаются с отвесной или перпендикулярной ей горизонтальной линией, а сами системы называются вертикальными (ось вращения прибора — ZZ1) или горизонтальными осями (ось вращения трубы — HH1) прибора. Конструкции осевых систем обеспечивают точность, надежность, долговечность геодезических приборов. Осевые системы соединяют отдельные части приборов, обеспечивая в тоже время постоянство взаимного положения оптико-механических узлов и возможность вращения одних частей прибора относительно других.

Рис. 5.21. Схема расположения основных осей в теодолите: ZZ — вертикальная; НН1 — горизонтальная; VV1 — визирная; UU1 — цилиндрического уровня.

В схеме прибора вертикальная ось является базой, относительно которой располагают другие оси и плоскости (например: оси цилиндрических уровней UU1, по которым устанавливают прибор, должны быть перпендикулярны, а оси круглых (сферических) уровней параллельны вертикальной оси).

Вертикальные оси угломерных приборов и нивелиров соединяют алидадную часть (верхнюю, вращающуюся часть прибора), несущую визирные приспособления (зрительные трубы) и отсчетные устройства с подставкой (трегером) прибора и горизонтальным лимбом.

Горизонтальные оси угломерных приборов обеспечивают возможность вращения зрительной трубы в вертикальной плоскости. Горизонтальную ось вращения зрительной трубы и плоскость горизонтального лимба теодолитов устанавливают перпендикулярно вертикальной оси, а центр горизонтального лимба совмещают с вертикальной осью.

Для изготовления осей теодолита используют материалы, обеспечивающие их прочность, плавность вращения, работоспособность при колебаниях температуры от +40° до -40°. Точность пригонки друг к другу соприкасающихся деталей должна соответствовать точности уровня, по которому прибор устанавливается в рабочее положение. При этом ось и втулка, входящая в вертикальную систему оси, которая крепится к подставке, остается неподвижной при вращении других частей прибора и обеспечивает неподвижность геометрически всей осевой системы теодолита во время измерений.

Рабочими мерами служат горизонтальный и вертикальный лимбы.
Лимб — это рабочая мера геодезического прибора в виде круговой шкалы. В оптических теодолитах это кольцо из оптического стекла с нанесенными на нем через определенный интервал градусными делениями. Он предназначен для определения величины измеряемого угла. В процессе измерений горизонтального угла лимб должен быть горизонтален н неподвижен, а его центр должен располагаться над вершиной измеряемого угла. Величина центрального угла, определяемого наименьшим делением лимба называется
ценой деления лимба. У теодолита ТЗО градусные деления на лимбе разделены на 6 частей, значит, цена деления лимба 10′. У теодолитов (Т5, Т15,2Т30) цена деления лимба 1º. Оцифровка делений лимба возрастает по ходу часовой стрелки от 0 до 360º. Лимб и алидада вместе образуют круг — горизонтальный и вертикальный.
Алидада — часть геодезического прибора, расположенная соосно с лимбом, т.е. на одной механической оси, и несущая элементы отсчетного устройства. Она предназначена для фиксирования на лимбе направления горизонтального проложения, соответствующего положению зрительной трубы в момент измерения. Это фиксирование осуществляется отсчитыванием по лимбу с помощью отсчетных устройств: отсчетных микроскопов, оптических микрометров и др.

Отсчетными устройствами теодолитов являются: микроскоп с индексом, шкаловый микроскоп, микроскоп — микрометр и оптический микрометр. Отсчитывание производят с помощью одного общего для двух кругов отсчетного микроскопа, расположенного рядом со зрительной трубой.

Уровни служат для установки теодолита и его частей в рабочее положение. Приведение главной оси вращения теодолита в вертикальное положение выполняется с помощью уровня при алидаде горизонтального круга, а линии нулей алидады вертикального круга в горизонтальное положение — с помощью уровня при алидаде вертикального круга. В теодолитах серии Т5К в отсчетную систему вертикального круга введен маятниковый компенсатор вместо уровня при вертикальном круге.

К установочным приспособлениям относятся: закрепительные и наводящие устройства, подъемные винты подставки (трегера), установочные винты уровней, оптические визиры при зрительной трубе, центрирующие приспособления.

Для установки теодолита над центром знака служит нитяный отвес или оптический центрир.

Для удобства работы у большинства теодолитов зажимные и наводящие устройства размещены на одной механической оси.

В комплекте теодолита имеется ориентир-буссоль, призмы для визирования при больших углах наклона.

По виду сопряжения горизонтального лимба с его осью вращения теодолиты делятся нанеповторительные и повторительные. У первых лимб и алидада горизонтального круга не имеют совместного вращения, у вторых лимб и алидада могут вращаться вокруг своей оси на любой угол независимо друг от друга или совместно. В результате обеспечивается возможность применять метод измерения уменьшающий влияние погрешностей отсчета по лимбу на измеряемый угол. Для поворота лимба некоторые виды теодолитов имеют специальные приспособления.

Теодолит технической точности, его устройство.

Для работ технической точности применяются оптические теодолиты Т15, Т30 и др. им равноточные. Технические теодолиты обычно имеют небольшие размеры массу, просты в использовании, снабжены простейшим отсчетным приспособлением.

Рис.5.22. Общий вид теодолита:

а -при положении вертикального круга лево (КЛ);
б -при круге право (КП):

1 — наводящий винт горизонтального круга; 2 — окуляр микроскопа; 3 — зеркало подсветки; 4 — боковая крышка колонки; 5 — посадочный паз для буссоли при вертикальном круге; 6 — уровень при трубе; 7- юстировочная гайка уровня при трубе; 8 — колпачок; 9 — диоптрийное кольцо окуляра; 10 — наводящий винт зрительной трубы; 11 — наводящий винт алидады; 12 — подставка; 13 — подъемные винты; 14 — втулка упорная; 15 — основание; 16 — упорная гильза; 17 — юстировочный винт уровня; 18 — закрепительный винт алидады; 19 — уровень при алидаде; 20 — кремальера; 21 — закрепительный винт трубы; 22 — визир; 23 — колонка; 24 — закрепительный винт горизонтального круга.

Общий вид теодолита Т30 представлен на рис. 5.22, а схема устройства — на рис. 5.23. У теодолита Т30 сопряжение горизонтального лимба с его осью вращения повторительного типа. Отсчетная система одноканальная с отсчитыванием по одной стороне лимба горизонтального и вертикального кругов.

Вертикальная ось теодолита полая с опорой на подшипник в нижней части. Зрительная труба теодолита может использоваться как оптический центрир. В этом случае её устанавливают вертикально объективом вниз и визируют на точку на земле через отверстие в полой вертикальной оси. Последняя модель теодолита 4Т30П снабжена оптическим центриром.

Рассмотрим более подробно главные части теодолита.

Зрительная труба. Для точного наведения на наблюдаемый предмет местности или специальный геодезический знак теодолит снабжён зрительной трубой. Назначение её — создать строго фиксируемую визирную линию и обеспечить возможность рассматривания удаленных предметов.

Рис. 5.23. Схема устройства оптического теодолита технической точности:

1 — подъемный винт; 2 — подставка; 3,5,8,12 — призмы, передающие показания с лимбов в отсчетный микроскоп; 4 — лимб горизонтального круга; 6 — иллюминатор; 7 — коллектив с индексом (шкалой); 9 — лимб вертикального круга; 10 — окуляр микроскопа;11 — зрительная труба; 13 — колонка; 14 — цилиндрический уровень; 15 — алидада горизонтального круга; 16 — головка штатива; 17 — становой винт; Н-Н — ось вращения трубы; Uг-Uг — ось цилиндрического уровня; V-V — визирная ось; Y-Y — вертикальная ось вращения теодолита.

Зрительная труба имеет металлический корпус (тубус) и конструктивно соединена с полой горизонтальной осью вращения, которая двумя концами (цапфами) помещена в лагеры — втулки в колонках теодолита.

Различают трубы с внешней (труба Кеплера) и внутренней фокусировкой. В современных приборах используют трубы с внутренней фокусировкой. Зрительные трубы ранее выпускавшихся приборов в основном были астрономическими, т.е. дающими обратное изображение. В последние годы в приборах стали использовать трубы, дающие прямое изображение наблюдаемых предметов.

Зрительная труба с внутренней фокусировкой (рис.5.24) состоит из следующих основных оптических частей:

Рис. 5.24. Схема зрительной трубы теодолита с внутренней фокусировкой.

L1 и L2 -положительный и отрицательный компоненты телеобъектива,
L3 -окуляр,

1- кремальер (кольцо) для перемещения фокусирующей линзы, 2 — окулярная трубка, 3 — сетка нитей, 4 — корпус трубы.

L1 -объектива (обращённая к предмету часть), который строит оптическое обратное изображение удаленного предмета в своей задней фокальной плоскости. Оправа объектива является действующей диафрагмой и входным зрачком;

L2 -отрицательной компоненты объектива;

L3 -окуляра (часть оптической системы трубы, обращённая к наблюдателю), через который рассматривают полученное оптическое изображение, совмещенное с передней фокальной плоскостью окуляра. Окуляр выполняет роль лупы, увеличивающей оптическое изображение предмета;

сетки нитей — плоскопараллельной пластинки в металлической оправе (диафрагме), устанавливаемой в плоскости изображения, т.е. в задней фокальной плоскости объектива; на ней выгравированы пересекающиеся линии (штрихи) и расположена она в передней фокальной плоскости окуляра. В трубе расстояние между объективом и сеткой нитей не изменяется и фокусирование изображения выполняется перемещением фокусирующей (рассеивающей двояковогнутой) линзы
L2 посредством кремальеры или кольца.

Пересечение средних штрихов сетки образует крест нитей, служащий для наведения визирной оси трубы на точки местности. В простейшем виде на стеклянной пластинке нанесены взаимно перпендикулярные штрихи (нити) сетки (рис.5.25). Вертикальная нить сетки служит для наведения трубы на веху или какой-либо другой ориентир, поэтому необходимо установить её строго вертикально. Двойные вертикальные штрихи называются биссектором нитей. Наблюдение (визирование) на наблюдаемую цель биссектором выполняется точнее, чем одной нитью. Точка пересечения вертикальной нити со средней горизонтальной (крест нитей) определяет положение одной из точек визирной оси.

Рис.5.25. Виды сетки нитей зрительной трубы

Прямая, соединяющая крест нитей сетки с оптическим центром объектива, называется визирной осью.

Воображаемое продолжение визирной оси до наблюдаемой цели — линия визирования.
При необходимости выполнения геометрических условий в приборе оправа (диафрагма) сетки нитей может перемещаться в фокальной плоскости посредством исправительных винтов, которые обычно закрыты навинчивающимся колпачком со стороны окуляра.

Ход лучей в трубе и принцип получения изображения предмета показаны на рис. 5.26.

Качество изображения в зрительной трубе, точность наведения на предметы местности существенно зависит от оптических показателей: увеличения, точности визирования и др.

Рис.5.26.Ход лучей в трубе с внутренней фокусировкой:

О1, О2, Оф, Оэ — оптические центры объектива, окуляра, фокусирующей линзы, эквивалентной линзы;

F1, Fэ — передние фокусы объектива и эквивалентной линзы;

F2, F2′ — передний и задний фокусы окуляра;

а2в2 — уменьшенное действительное обратное изображение предмета АВ;

А’В’ — мнимое увеличенное изображение предмета АВ;

ƒ1 и ƒ2 — фокусные расстояния объектива и окуляра;
α — угол под которым виден предмет невооруженным глазом;
β — угол под которым виден предмет вооруженным глазом.

В зрительной трубе действительное изображение предмета, т.е. а2в2 рассматривается через окуляр, расположенный от данного изображения на расстоянии, меньшем ƒ2. Поэтому вместо а2в2 видно его мнимое прямое увеличенное в υ раз изображение
А’В’. Здесь увеличение трубы равно

υ = β /α или υ ≈ ƒ1 / ƒ2

Увеличением υ трубы называется отношение угла β, под которым предмет АВ виден вооруженным глазом (в зрительную трубу), к углу α под которым этот предмет виден невооруженным глазом.
Определение увеличения трубы через фокусные расстояния объектива и окуляра будет приближенным, так как малая величина ƒ2 (около 8-10 мм) определяется с большой погрешностью.

Зрительные трубы геодезических приборов увеличивают в 20 — 60 и более раз, увеличение зрительных труб технических теодолитов обычно бывает 20 — 25×.

Практически увеличение трубы можно определить при помощи рейки, стоящей в 5-10 м от теодолита и наблюдаемой одновременно обоими глазами: одним глазом непосредственно на рейку, а другим — в трубу. При этом два видимых изображения делений рейки проектируются одно на другое. Определение увеличения трубы сводится к тому, чтобы подсчитать, сколько делений, видимых невооруженным глазом, проектируется на одно деление, видимое вооруженным глазом. Это число и будет увеличением трубы.

Зная увеличение трубы, можно определить точность визирования, т. е. точность, с которой совмещается крест нитей сетки и изображение точки наблюдаемого предмета.

Из исследований нормального человеческого глаза известно, что две точки в пространстве не кажутся сливающимися, если угол между лучами, идущими от глаза на эти точки, не меньше 1′. Поэтому такой угол называется критическим углом зрения

нормального невооруженного глаза, и точность визирования невооруженным глазом считают равной 1′.

Для вооруженного глаза критический угол зрения уменьшается пропорционально увеличению трубы. Поэтому точность визирования зрительной трубы выражают формулой

tυ= 60″/υ .

(5.15)

Пример. Примем υ = 20×, тогда tυ= 60″/20 = 3″, т.е. с точностью до 3″ можно навести визирную ось зрительной трубы с увеличением
υ= 20× на наблюдаемую точку.

С увеличением υ трубы связано обратной зависимостью поле зрения, т.е. пространство, видимое в трубу при неподвижном её положении. Оно измеряется углом, определяемым по формуле:

φ= 38º/υ .

(5.16)

Труба переводится через зенит обоими концами. Труба вместе с алидадной частью вращается в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси теодолита и в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси вращения трубы. Последнее позволяет измерять углы наклона по вертикальному кругу, укрепленному на одном из торцов оси перпендикулярно оси вращения трубы.

Вертикальная плоскость, образуемая визирной осью при вращении зрительной трубы вокруг ее горизонтальной оси, называется коллимационной плоскостью.

При измерении углов наклона небольшие перемещения трубы (визирной оси) в вертикальной плоскости при закрепленной трубе осуществляются с помощью наводящего винта на колонке теодолита.

Любое измерение теодолитом включает отсчёты по горизонтальному и вертикальному кругам. Современные теодолиты оснащены оптической системой изображения делений лимбов в отсчетном устройстве. Лимбы горизонтальных кругов оцифрованы от 0º до 359º по ходу часовой стрелки.

Отсчетные системы — лупы и микроскопы — в теодолитах служат для рассматривания делений лимбов и шкал при измерениях по ним. Окуляр микроскопа отсчетного устройства расположен рядом с окуляром зрительной трубы.

Формирование отсчетов по горизонтальному и вертикальному кругам теодолита типа Т30 можно увидеть на рис.5.22 и 5.26.

В более поздних моделях теодолитов предпочтение отдается шкаловым микроскопам (2Т30, 2Т30П, 4Т30П, Т5К, 2Т5К, 3Т5КП) и оптическим микрометрам (Т2, 2Т2).

Отсчёты по лимбу проводят с помощью шкал, вид которых для различных типов теодолитов показан на рис. 5.27. Рядом с окуляром зрительной трубы имеется окуляр шкалового микроскопа. В верхнюю часть поля зрения отсчетного микроскопа, о, проецируются изображения отсчетной шкалы и вертикального лимба, в нижнюю, о, — изображения шкалы и горизонтального лимба.

Горизонтальные угломерные круги разделены через 1º (цена деления лимба), каждый штрих оцифрован от 0º до 359º.

Рис. 5.27. Поле зрения шкалового микроскопа:

а — теодолита 4Т30П (отсчеты: по вертикальному кругу « — 0º26’»; по горизонтальному кругу 125º 06,5′);
б — теодолита 3Т5КП (отсчеты: по вертикальному кругу « — 0º23,5’»; по горизонтальному кругу 127º 05,6′).

Для оценки доли градусного интервала используются шкалы с различной ценой деления

(5′ — если градусный интервал делится на 12 делений; 1′ — если делится на 60 делений).

Известно, что видимый интервал между штрихами шкалы составляет 1 — 3 мм, тогда погрешность оценки доли деления при условии физиологической возможности глаза составляет 0,05 — 0,1 деления, что в первом случае составит 15-30″, а во втором — 3 — 6″. Доли деления оцениваются на глаз с округлением до 0,1 интервала.

Индексом для отсчета служит штрих лимба попадающий на шкалу. Например, на рис. 5.27,а

цена деления шкалы для горизонтального и вертикального кругов 5′, а 0,1 деления соответствует 0,5′ (точность отсчета), тогда отсчет по горизонтальному кругу будет формироваться так:

125º — подпись на лимбе,

05′ — целое деление шкалы слева от индекса,

1,5′- как 0,3 деления шкалы умноженное на 0,5′.

Итого: отсчет 125º 06,5′.

Шкала для вертикального круга имеет два ряда цифр: от 0 до 6 и от «-» 0 до «-» 6. Шкалу с «минусами» используют в том случае, когда в пределах шкалы находится штрих лимба с тем же знаком, и записывают показание также со знаком «минус». Например, по вертикальному кругу на рис. 5.27,а

отсчет: — 0º26′.

Поле зрения отсчетного микроскопа теодолита 3Т5КП (рис.5.27,б) содержит информацию о том, при каком положении вертикального круга произведен отсчет. Эта информация содержится в боковых, попеременно закрывающихся окошках с нанесенными на них обозначениями П (круг справа) и Л (круг слева).

Цена деления шкалы для горизонтального и вертикального кругов 1′, тогда отсчет по горизонтальному кругу при П будет формироваться так:

127º- подпись на лимбе,

05′ — пять целых делений шкалы слева от индекса,

0,6′- как 0,6 деления шкалы (точность отсчета 0.1′).

Итого: отсчет 127º 05,6′.

Одновременно с этим поле зрения отсчетного микроскопа (рис.5.27,б) содержит информацию о том, что шкала вертикального круга имеет два ряда цифр, расположенных выше и ниже шкалы. По обе стороны шкалы расположены математические символы «+» и «-», которые в зависимости от того, при каком положении вертикального круга (П или Л) производится измерение, одна пара символов оказывается открытой, а другая закрытой. Верхний символ относится к верхнему ряду цифр шкалы, нижний — к нижнему. Символ «-», а следовательно, и весь ряд сопряженных с ним цифр используется, когда в пределах шкалы находится штрих вертикального круга со знаком «-», и наоборот, знак «+» и весь ряд сопряженных с ним цифр используется, когда в пределах шкалы штрих вертикального круга не имеет знака. Например, на рис.5.27,б
отсчет по вертикальному кругу: — 0º23,5′.

Теодолиты Т1, Т2 снабжены оптическими микрометрами, с помощью которых отсчеты по вертикальному и горизонтальному кругам можно брать с точностью до десятых долей секунды.

Уровни в геодезических приборах служат для установки оптико-механических узлов и осей прибора в горизонтальное или вертикальное положение или для измерения малых углов отклонения некоторых узлов прибора от горизонтального или вертикального положения. Уровни могут быть съемными (например, накладные на горизонтальную ось высокоточного теодолита) или жестко скрепленными с прибором.

В зависимости от принципа действия уровни подразделяют на жидкостные, электромеханические, маятниковые и т. п.

Основными элементами жидкостного уровня являются его чувствительный элемент (ампула с жидкостью и пузырьком) и оправа для крепления. Жидкостные уровни бывают круглые и цилиндрические.

В круглом уровне (рис. 5.28) в качестве ампулы используется стеклянный сосуд 3, внутренняя поверхность которого отшлифована и представляет собой часть сферической поверхности шара. Сосуд почти полностью заполнен легкоподвижной жидкостью (серный эфир или спирт), а оставшееся свободное пространство — парами жидкости (пузырек уровня). На наружной части ампулы круглого уровня выгравировано несколько концентрических окружностей, центр которых является нульпунктом
.

Рис. 5.28. Круглый уровень:

а — внешний вид;
б — разрез (1 — исправительный винт, 2 — оправа, 3 — ампула, 4 — пузырек).

Линия радиуса сферической поверхности ОО1, проходящая через нульпункт называется осью круглого уровня (рис. 5.28, б). Когда пузырёк уровня в нульпункте, ось его занимает отвесное положение.

Цена деления круглых уровней колеблется от 3′ до 15′. Круглые уровни применяются там, где требуется быстрая предварительная установка прибора в рабочее положение.

В цилиндрическом уровне (рис. 5.29, а) ампула представляет собой стеклянную трубку 2, внутренняя поверхность которой отшлифована в виде бочкообразного тела вращения и заполнена жидкостью. Свободное пространство с парами жидкости (пузырек уровня 3) обычно составляет 0,3 — 0,4 длины ампулы при t = 20 °С. Ампула уровня заключена в оправу 1, имеющую регулировочные винты 5,6. Цилиндрические уровни могут быть простыми без регулировки длины пузырька и камерными, имеющими у одного из концов небольшую стеклянную перегородку — камеру 4 для удержания части пузырька, поскольку его длина может заметно меняться с изменением температуры жидкости. Длина пузырька изменяется наклоном и встряхиванием прибора.

Если уровень расположен горизонтально, то середина пузырька занимает самое высокое положение. Для того, чтобы можно было фиксировать положение концов пузырька уровня, на внешней поверхности ампулы наносят шкалу с деления l через 2 мм. Нанесенный или воображаемый средний штрих шкалы О называется нульпунктом (рис. 5.29, б,в).

Рис. 5.29. Цилиндрический уровень:

а — разрез (1 — оправа, 2 — ампула, 3 — пузырек, 4 — запасная камера, 5, 6 — исправительные винты);

б — деления ампулы;

в — ось уровня.

Касательная АВ к внутренней поверхности в нульпункте шкалы О называется осью цилиндрического уровня,а центральный угол τ, опирающийся на дугу, равную одному делению, называется ценой деления уровня (рис. 5.29, в):

τ=(l/R)ρ″, (5.17)

где R — радиус дуги;
ρ″= 206265″.

В геодезических приборах применяются цилиндрические уровни с ценой деления от 2″ до 60″. Цена деления уровня определяет его чувствительность, т. е. способность приводить в горизонтальное положение плоскость своей опоры. Для невооруженного глаза она соответствует в среднем 0,1 — 0,2 мм дуги уровня, или составляет 0,15τ. Чувствительность уровня ещё зависит и от качества шлифовки внутренней поверхности ампулы, от свойств жидкости, трения её о стенки ампулы и температуры. Чувствительные уровни обычно защищают от внешних влияний изоляцией.

По конструктивным особенностям различают цилиндрические уровни: обычные (односторонние); реверсивные (со шкалами на двух противоположных сторонах ампулы); контактные (с системой призм и микрообъективов для получения совмещенного изображения половинок противоположных концов его пузырька); накладные, подвесные уровни и др.

При симметричном расположении пузырька относительно нульпункта ось цилиндрического уровня VV1 занимает горизонтальное положение (рис. 5.30).

Рис.5.30. Геометрия уровня.

Действительно, по условию нульпункт в точке О, отрезок АО=ОВ, радиус ZO перпендикулярен VV1, линия АВ горизонтальна, она является хордой дуги АОВ, перпендикулярна радиусу ZO и параллельна оси цилиндрического уровня VV1.

Следовательно, при параллельности оси уровня VV1 и плоскости М1М (горизонтального круга теодолита) и расположении пузырька уровня симметрично относительно нульпункта О, линия М1М будет горизонтальна. Установив второй уровень или переставив тот же уровень, перпендикулярно первому положению (рис. 5.30), и, приводя таким же образом в нульпункт пузырек уровня добиваются горизонтальности лимба теодолита по линии LL1.

Таким образом, для установки лимба в горизонтальное положение необходимо выполнить два условия:

1) ось цилиндрического уровня должна быть параллельна плоскости лимба;

2) пузырек уровня должен располагаться симметрично относительно нульпункта.

Первое условие требует поверки уровня и юстировки (регулировки). Для этого уровень имеет специальный исправительный (юстировочный) винт.

Второе условие (горизонтирование) выполняется при каждой установке прибора в рабочее положение подъемными винтами в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Примечание. Аналогичные условия должны выполняться и при использовании цилиндрического уровня для приведения любой плоскости в горизонтальное положение.

Поверка и юстировка уровня на геодезическом приборе производится перед полевыми измерениями в следующем порядке: устанавливают головку штатива на глаз горизонтально над точкой; закрепляют теодолит на штативе становым винтом; затем уровень (поворотом алидады) устанавливается параллельно линии, проходящей через два подъемных винта; одновременным вращением этих винтов в противоположных направлениях пузырек уровня приводится в нульпункт (начальное положение). Поворотом алидады (плоскости лимба и алидады параллельны между собой) устанавливают уровень по направлению третьего подъемного винта (второе положение) и выводят пузырек в нуль-пункт. Если бы было выполнено первое условие (рис. 5.31, нормальное положение), то горизонтальный круг занял бы горизонтальное положение.

Допустим, что ось уровня VV1 не параллельна плоскости лимба и составляет с ним угол φ (1-е положение на рис. 5.31). Тогда лимб расположится под углом φ к горизонту. После приближенного приведения горизонтального круга в горизонтальное положение (см. выше), поворотом алидады на 180° относительно 1-го положения вокруг вертикальной оси Z1Z (2-е положение) прямая ОN, как образующая конуса, отклонится от оси Z1Z опять на угол φ, но в другую сторону, оставаясь перпендикулярной оси VV1. При этом ось
VV1 (рис. 5.31, 2-е положение) будет отклонена от горизонта на угол ψ=2φ (как внешний угол равнобедренного треугольника), а пузырек уровня сместится вверх на дугу в n делений (смещение пузырька принимается пропорциональным углу отклонения).

Очевидно, если теперь повернуть уровень при помощи исправительного винта вокруг точки К так, чтобы пузырек возвратился назад в сторону нульпункта на n/2 делений, то ось уровня станет параллельной плоскости лимба.

После этого плоскость горизонтального круга снова приводится в горизонтальное положение, как описано ранее.

Естественно, что при параллельности оси цилиндрического уровня и плоскости лимба поворот на 180º не будет вызывать смещения пузырька от нульпункта. Для технических теодолитов допустимое отклонение пузырька уровня от нульпункта не более одного деления. Так как поверка производится методом последовательного приближения, то поворот алидады на 180º можно производить на глаз или по отсчету на лимбе горизонтального круга.

Если угол φ очень велик, то пузырек уровня после поворота алидады на 180º может уйти в самый конец уровня, поэтому для ускорения работы полезно дугу отклонения измерить шагом подъемных винтов.
Для этого поступают так. Вращая винты в разные стороны и считая число поворотов кистей рук, приводят пузырек уровня в нульпункт ампулы. Затем вращают в обратную сторону на половину числа поворотов, тем самым пузырек уровня будет перемещен на половину дуги отклонения.

Круглый уровень поверяют так же, как и цилиндрический: сначала устанавливают по направлению двух подъемных винтов, а затем в таком же порядке по направлению третьего подъемного винта.

Рис. 5.31. Схема поверки цилиндрического уровня