Основное геометрическое условие устройства теодолита: Устройство теодолита и его назначение

3 — Основные части геодезических приборов

Основные части геодезических приборов

По назначению геодезические приборы делятся на:

1.       Приборы для угловых измерений – теодолиты.

2.       Приборы для линейных измерений – рулетки, мерные ленты и проволоки, дальномеры.

3.       Приборы для измерения превышений – нивелиры.

4.       Приборы для съемочных работ – тахеометры, кипрегели, фототеодолиты и др.

5.       Приборы для аэро–, фото– съемки – стереокомпараторы, аэрофото аппарата, стереометры.

Зрительная труба – это увеличительный прибор для наблюдения удаленных объектов. Астрономическая труба дает обратное изображение, земная – прямое.

Основными частями зрительной трубы является: объектив 1, окуляр 2, внутренняя фокусирующая линза 3, которая перемещается внутри трубы вращением кремальеры 4 (кремальерного винта или кольца) и сетки нитей 5.

Объектив и окуляр трубы располагают т.о. чтобы при установки трубы на бесконечность передний фокус окуляра совпадал с задним фокусом объектива и плоскостью сетки нитей. В окулярной части трубы находиться сетка нитей на которую проектируется изображение наблюдаемого предмета, между объективом и окуляром располагается двояковогнутая фокусирующая линза, которая перемещается при помощи кремальеры.

Зрительная труба имеет 3 основные оси.

– визирная ось, прилегая проходит через оптический центр объектива и центр сетки нитей; вертикальная плоскость проходящая через визирную ось называется коллимационной.

– оптическая ось проходит через центр объектива и окуляра.

– геометрическая ось – прямая проходящая через центры поперечных сечений объективной части трубы.

При установке зрительной трубы по глазу необходимо получить отчетливое изображение сетки нитей и наблюдение объекта, для этого зрительную трубу наводят на светлый фон и вращением окулярного кольца добиваются отчетливого изображения нити сетей.

Для наведения резкости на предмет при помощи кремальеры перемещают фокусирующую линзу до совпадения изображения предмета с плоскостью сетки нитей.

После установки зрительной трубы следует убедиться в отсутствии параллакса сетки нитей – кажущегося смещения изображения относительно сетки при перемещении глаза наблюдателя относительно окуляра, устраняется дополнительной фокусировкой.

Увеличение зрительной трубы это отношение угла под которым предмет виден в зрительную трубу к углу, под которым предмет виден невооруженным глазом, на практике за увеличение зрительной трубы принимают соотношение фокусного расстояния объектива и окуляра.

Ход лучей в зрительной трубе

Более совершенными являются трубы с внутренней фокусировкой; в них применяется дополнительная подвижная рассеивающая линза L₂, образующая вместе с объективом L₁ эквивалентную линзу L. При перемещении линзы L₂ изменяется расстояние между линзами l и, следовательно, изменяется фокусное расстояние f эквивалентной линзы. Изображение предмета, находящееся в фокальной плоскости линзы L, также перемещается вдоль оптической оси, и когда оно попадает на плоскость сетки нитей становится четко видным в окуляре трубы. Трубы с внутренней фокусировкой короче; они герметичны и позволяют наблюдать близкие предметы; в современных измерительных приборах применяются в основном такие зрительные трубы.

В технических приборах увеличение 20–30 крат.

Полем зрения трубы называется пространство, которое видно в  зрительную трубу при ее неподвижном положении.

Уровни предназначены для приведения в горизонтальное положение отдельных частей приборов, в геодезических приборах применяются жидкостные уровни.

Круглый уровень – представляет собой стеклянную ампулу округлой формы заключенной в металлической оправу и заполненную жидкостью так, чтобы оставалось свободное пространство, заполненное парами жидкости – пузырек.

На верхней внешней поверхности ампулы нанесены концентрические окружности – центр этих окружностей – нуль пункт.

Внутренняя верхняя поверхность ампулы представляет собой сферу большего радиуса. Осью круглого уровня называется прямая, походящая через нуль–пункт перпендикулярно к внутренним верхним поверхностям ампулы. Круглый уровень имеет небольшую точность, и применятся для предварительной установки прибора.

Цилиндрический уровень – стеклянная ампула цилиндрической формы, заключенная в металлическую оправу, заполненная жидкостью и имеет пузырек.

На верхней поверхности ампулы нанесены деления – середина нуль–пункт. Внутренняя и верхняя поверхность ампулы представляет собой дугу большего радиуса.

Касательная к внутренней и верхней поверхности ампулы, проходящий через нуль–пункт, называется осью уровня.

Для повышения точности установки приборов используется контактные уровни, это цилиндрические уровни с системой призм, позволяющих получать изображение концов пузырька уровня в поле зрения трубы.

Положению пузырька в нуль–пункте считается установка оптический контакт концов его изображения.

Цена деления уровня это угол, на который нужно изменить наклон оси уровня, чтобы пузырек переместился на одно деление.

Горизонтальный круг теодолита

Предназначен для измерения горизонтальных углов, состоит из лимба и алидады.

Лимб – плоское, стеклянное или металлическое кольцо по скошенному краю которого нанесены деления от 0^о до 360^о по часовой стрелке.

Алидада – это вспомогательное приспособление, позволяющее брать отсчеты по лимбу. Оси вращения лимба и алидады совпадают. Их принимают за основную вертикальную ось теодолита zz₁. На алидаде имеется индекс (штрих) или шкала при помощи которых берут отсчет по лимбу.

Отсчет – это дуга лимба от 0^о до 0^о алидады по часовой стрелке.

При измерении горизонтальных углов лимб обычно движется и лежит в горизонтальной плоскости, а алидада скреплена с трубой и вращается вместе с ней.

Вертикальный круг

Вертикальный круг предназначен для измерения вертикальных углов (угол наклона). Состоит из лимба и алидады.

Лимб вертикального круга может иметь разную оцифровку от 0^о до 360^о по часовой стрелке или против часовой стрелки секторную оцифровку, т.е. от 0^о до ±90^о, ±75^о, ±60^о. Лимб вертикального круга скреплен с трубой и вращается вместе с ней.

Алидада вертикального круга обычно снабжена цилиндрическим уровнем для приведения ее нулевых штрихов в горизонтальное положение, в процессе измерения алидада неподвижна.

Отсчетные приспособления

Штриховой микроскоп – это индекс (штрих) на алидаде, при помощи которого берут отсчеты по лимбу.

Шкаловый микроскоп – это вспомогательная шкала на алидаде, длина которой равна минимальному делению основной шкалы лимба. Направление оцифровки основной и вспомогательной шкалы противоположны.

Верньер – это вспомогательная шкала на алидаде n–делений которых соответствует   n–1 делению основной шкалы лимба. Направление оцифровки вспомогательной шкалы совпадает  с основной.

Отсчет вычисляют по формуле:

A=A₀+it.

А₀ – отсчет по нулевому указателю Верньера, который был пройден этим указателем от начала лимба и номер штриха Верньера совпадающий со штрихом лимба.

i – номер штриха верньера совпадающий со штрихом лимба

t – точность  Верньера.

Подставка геодезических приборов (триер) снабжена тремя подъемными винтами для горизонтирования. Все подвижные части приборов снабжены закрепительными (стопорными) винтами, которые предназначены для фиксирования этих частей в неподвижном положении.

Наводящие (микрометренные) винты предназначены для плавного и медленного поворота частей прибора, работают только при завернутых закрепленных винтах.

Угловые измерения

В геодезии измеряют горизонтальные и вертикальные углы.

Измерение горизонтальных углов, их сущность: пусть на местности закреплена точки А, В, С, находящиеся на разной высоте над уровнем моря. Необходимо измерить горизонтальный угол между АВ и АС местности.

Проведем через А, В, С отвесные линии, которые при пересечении с горизонтальной плоскостью Р дадут их проекции а, в, с. , лежащий в горизонтальной плоскости будет являться горизонтальным углом. Для получения       численного значения горизонтального  необходимо установить угломерный прибор так, чтобы его ось проходила через А в В и С. Установить вешки и взять отсчеты по горизонтальному кругу прибора в‘ и с‘. Значение  равно разности отсчетов: = в‘–с‘.

Горизонтальные углы измеряют при помощи горизонтального круга теодолита.

Классификация теодолитов

Теодолиты по точности делятся на:

1.       Высокоточные, позволяющие измерять углы со средней квадратической погрешностью 0,5″–1″

2.       Точные, СКП 2″–10″

3.       Технические, СКП 15″–30″

По материалам изготовления кругов и устройству отсчетных приспособлений Верньер:

1.       С металлическими кругами и Верньерами

2.       Со стеклянными кругами – отсчетное приспособление – штриховой или школвый микроскоп и оптический микрометр.

По конструкции на:

1.       Простые теодолиты, у которых лимб и алидада могут вращаться только отдельно.

2.       Повторительные, у которых лимб и алидада имеют как независимое так и совместное вращение.

По назначению на:

1.       Маркшейдерские.

2.       Проектировочные

и т.д.

Принципиальная схема теодолита

1-                  лимб ГК

2-                  алидада ГК

3-                  колонки

4-                  алидада ВК

5-                  лимб ВК

6-                  зрительная труба

7-                  цилиндрический уровень

8-                  подставка

9-                  подъемные винты

10-              становой винт

II₁– основная (вертикальная) ось теодолита

НН₁– ось вращения зрительной трубы

Теодолит должен соответствовать определенным оптико–механическим и геометрическим условиям. Оптико–механическое условие гарантирует завод изготовитель, а геометрические условия подвержены изменениям в процессе работы, транспортировки и хранения приборов.

Геометрические условия необходимо проверять после длительного хранения прибора и регулярно во время работы.

Основные геометрические условия теодолита

1.       Основная ось теодолита должна быть отвесна

2.       Лимб ГК должен быть горизонтален, визирная плоскость не должна быть отвесна. Для соблюдения выполнения этих условий производят поверки теодолита.

Поверки теодолита

Поверка 1.

Ось цилиндрического уровня при алидаде ГК (uu₁) должна быть перпендикулярна основной оси теодолита zz₁.

Горизонтирование

Уровень устанавливают параллельно двум винтам подставки и их вращением в противоположные стороны приводят пузырек уровня в нуль–пункт. Уровень поворачивают на 180^о и проверяют положение пузырька. Если пузырек остался в нуль–пункте или сместился не более чем на одно деление – условие поверки выполнено. В противном случае половину схода устраняют подъемочными винтами подставки,  а вторую половину исправительными винтами уровня. Поверку исправления выполняют до тех пор, пока условие ее не будет выполняться.

Перед выполнением остальных поверок теодолит тщательно горизонтируют, т.е. его основную ось приводят в отвесное положение, для этого уровень устанавливают параллельно двум винтам подставки и приводят пузырек в нуль–пункт. Уровень поворачивают на 90^о и третьим винтом приводят пузырек в нуль–пункт.

Эти действия повторяют до тех пор, пока при любом положение ампулы пузырек не будет располагаться в нуль–пункте, либо смещаться на одно деление.

Поверка 2.

Визирная ось трубы vv₁ должна быть перпендикулярна горизонтальной оси вращения трубы hh₁.

Нарушение этого условия ведет к коллимационной ошибки (с).

Для выполнения поверки визируют на удаленную точку и берут отсчеты по лимбу ГК при КЛ и КП. При соблюдении условий отсчеты будут различаться равно на 180^о, т.е.        КЛ–КП±180^о=0

Если условие нарушено вычисляют коллимационную погрешность , величина которая не должна превышать удвоенной точности отсчетного приспособления с≤2t. При нарушении этого условия производят исправления. Для этого вычисляют полусумму отсчетов , которую устанавливают по ГК, действую наводящим винтом алидады ГК, при этом сетка нитей сместиться с наблюдаемой точки.

Действую горизонтальными исправительными винтами сетки, совмещают ее центр с наблюдаемой точкой (предварительно ослабляют вертикальные исправительные винты, чтобы дать возможность передвигаться сетки в горизонтальном направлении). После исправления вертикальные винты затягивают.

Поверку исполняют до тех пор, пока не будет выполняться условие.

Поверка 3.

Горизонтальная ось вращения трубы должна быть перпендикулярна к основной оси прибора zz₁.

Для выполнения поверки теодолит устанавливают на расстоянии 20–30 м от здания и визируют верхней части стены точку. Трубу опускают до примерно горизонтального положения и на стене фиксируют проекцию центра сетки нитей.

Эти же действия повторяют при другом положении ВК. Если проекции сетки центра совпали или расстояние между ними не превышает ширины биссектора сетки – условие считают выполненным. Нарушение условия говорит о неравенстве подставок зрительной трубы, исправление которой производят на заводе – изготовителе или в специализированных мастерских.

Поверка 4.

Одна из нитей сетки должна быть вертикальна, а вторая горизональна.

Для выполнения поверки визируют на удаленную точку и действуя наводящим винтом алидады и действуя наводящим винтом алидады ГК поварачивают прибор вокруг его оси вращения. Если изображение точки остается на горизонтальной нити сетки – условие считается выполненным, в противном случае сетку исправляют, ослабив горизононтальные и вертикальные исправительные винты, совмещают изображение точки с горизонтальной нитью.

Если производились исправления, то повторяют поверку 2.

Эксцентриситет алидады

В плоскости лимба горизонтального круга имеются три характерных точки:

D – центр круга делений лимба,
A – центр вращения алидады,
L – центр вращения лимба.

В идеальном теодолите все три точки должны совпадать, но в действительности они не совпадают. Несовпадение точки A с точкой D называется эксцентриситетом алидады, несовпадение точки L с точкой D называется эксцентриситетом лимба, несовпадение точек A и L называется эксцентриситетом осей.

Рассмотрим влияние эксцентриситета алидады на отсчеты по лимбу. Отрезок AD называется линейным элементом эксцентриситета алидады и обозначается буквой l.

Некоторые теодолиты имеют два отсчетных устройства, отстоящих одно от другого на 180^o. Вследствие эксцентриситета алидады отсчет по одному отсчетному индексу будет меньше правильного отсчета на угол ε:

N’₁ = N₁ – ε

по другому отсчетному индексу – больше правильного на угол ε:

N’₂ = N₂ + ε

Средний отсчет будет свободен от влияния эксцентриситета:

N = 0.5*(N₁‘ + N₂‘) = 0.5*(N₁ + N₂) .

Чтобы получить численное значение эксцентриситета, нужно из отсчета N2′ вычесть отсчет N₁‘:

N₂‘ – N_1′ = N₂ – N₁ + 2*ε,

но N₂ – N₁ = 180^o, поэтому:

ε = 0.5*(N’₂ – N’₁ + 180^o).

При вращении алидады взаимное положение линейного элемента эксцентриситета алидады и отсчетных индексов изменяется, и величина ошибки отсчета ε’ зависит от угла γ:

ε’ = ε * sin(γ) .                

У теодолитов с односторонним отсчитыванием отсчет по лимбу искажается на величину ε’ с одним знаком при КЛ и с другим знаком при КП; в среднем отсчете влияние эксцентриситета исключается.

Из всех ошибок отсчитывания по лимбу, возникающих вследствие нарушения геометрических условий, можно выделить симметричные ошибки, то–есть такие, которые имеют разные знаки при КЛ и КП и влияние которых в среднем отсчете устраняется, и несимметричные ошибки, влияние которых в среднем отсчете не устраняется. К симметричным ошибкам относятся коллимационная ошибка, ошибка из–за неравенства подставок, ошибка эксцентриситета. К несимметричным ошибкам относятся ошибка наклона оси вращения алидады, ошибки делений лимба и некоторые другие.

Способы измерения горизонтальных углов

Перед началом измерения теодолит устанавливают в рабочее положение в вершине угла, а в точках, на которых будет вестись визирование, вертикально устанавливают вешки.

Установка прибора в рабочее положение подразумевает его центрирование, горизонтирование и установка трубы по глазу.

Центрирование – это приведение основной оси теодолита в вершину измеряемого угла. При выполнении работ технической точности центрирование выполняют нитевым отвесом, для этого теодолит на штативе сначала устанавливают на точкой приближенно, стараясь, чтобы верхняя поверхность головки штатива была примерно горизонтальна, ножки штатива закрепляют в пункте. Ослабляют становой винт и перемещением прибора по штативу совмещают острие отвеса с вершиной угла, становой винт затягивают. Точность центрирования 2–5 мм.

Горизонтирование см. поверку 1.

Установка зрительной трубы по глазу см. устройство зрительной трубы.

Способ приемов

Состоит из двух полуприемов, которые выполняются при разных положениях вертикального круга. Для измерения угла в полуприеме закрепляют лимб ГК, открепляют алидаду ГК, визируют на правую точку и, закрепив алидаду, берут отсчет по лимбу ГК. Открепляют алидаду, визируют на левую точку и, закрепив алидаду, берут еще один отсчет. Разность отсчетов даст величину измеряемого угла. Для выполнения второго полуприема трубу переводят через зенит и смещают лимб ГК примерно на 60^о, 90^о. Выполняют аналогично.

Второй полуприем выполняют для контроля измерения и снижения влияния инструментальных ошибок.

Значения углов в полуприемах должно различаться не более удвоенной точности отсчетного приспособления теодолита. Если условие выполняется за окончательно значение принимают среднее из двух измерений. Для повышения точности измерения можно выполнить несколькими приемами, смещая между ними лимб на величину , где n – число приемов.

Способ круговых приемов

Применяется в тех случаях, когда нужно измерить углы, между тремя и более направлениям на станции.

Теодолит устанавливают в т.О и приводят его в рабочее положение.

Ориентируют лимб по направлению на какую–либо точку, например А (направляют 0^о лимба ГК на точку А).

Для этого открепляют алидаду и ее вращением устанавливают отсчет = 0^о, закрепляют ее, открепляют лимб и визируют на точку А, закрепляют.

Открепляют алидаду ее вращением по часовой стрелке последовательно визируют на точку В, С, Д и берут отсчеты по лимбу ГК.

В конце проверяют неподвижность лимба, т.е. визируют снова на точку А и берут отсчет.

Отсчет может изменяться до 2t, эти действия составляют полуприем.

Трубу переводят через зенит и выполняют еще один полуприем при другом положении ВК, но визируя против часов стрелки (т.А–Д–С–А–В).

2С – удвоенная коллимационная погрешность.

Колебание удвоенной коллимационной погрешности 2С, допускается в пределах удвоенной точности отсчетного приспособления (1′) теодолита.

Для повышения точности измерения можно выполнить несколькими приемами, переставляя между ними лимб на величину , где n–число приемов.

Способ повторений

Дает возможность повысить точность измерений за счет уменьшения влияния ошибки отсчитывания.

Прибор приводят в рабочее положения в вершине угла и выполняют измерение в процессе которого последовательно откладывают на лимбе измеряемый угол 2k – раз, k – число повторений.

Предположим, что угол измеряется двумя повторениями.

Ориентируют лимб отсчетом близким к 0, на точку А и записывают этот отсчет (n₁).

Открепляют алидаду визируют на точку В и берут контрольный отсчет n₂.

Открепляют лимб визирую на точку А, отсчет не берут.

В результате лимб переместился против часовой стрелки на угол β.

Открепляют алидаду визируют на точку В, и снова не берут отсчет. Теперь на лимбе отложен угол =2β.

Если необходимо сделать больше двух повторений, то эти условия продолжают до тех пор, пока на лимбе не будет отложен угол β столько раз сколько нужно повторения.

Далее трубу переводят через зенит, открепляют лимб и визируют на точку А. Отсчте при этом не изменяется. Открепляет алидаду, визируют на точку В, на лимбе отложен угол 3β.

Снова открепляют лимб визируют на точку А, открепляют алидаду, визируют на точку В, на лимбе отложен угол 4β.

Берут отсчет n₂. Вычисляют угол β по формуле:, (k – число повторений) сравнивая его с контрольным.

Измерение вертикальных углов

Методика измерений зависит от конструкции и оцифровки ВК теодолита.

1 способ

Если ВК не имеет уровень при алидаде, то после приведения прибора в рабочее положение, визируют на определяемую точку. Например, при КЛ, наводящим винтом алидады вертикального круга приводят в 0–пункт уровень при ВК и берут отсчет по лимбу ВК.

Трубу переводят через зенит и действия повторяют при другом положении вертикального круга.

Вычисляют вертикальный угол и МО.

Контролем правильности измерений служит постоянство МО, колебания которого могуб быть в пределах удвоенной точности прибора. (МО=const, ∆MO≤2t).

2 способ

В случае, если алидада ВЕ не имеет уровня, и его функции выполняет уровень при алидаде ГК (Т30, 2Т30). Прибор приводят в рабочее положение, предварительно визируют на опредямую точку, подъемным винтом подставки расположенным ближе все к визирной оси, приводят в 0–пункт пузырек уровня при ГК, производят точное визирвание и берут отсчет по вертикальному кругу. Действие повторяют при другом положении ВК.

Вычисляют вертикальный угол и МО, контроль МО=const.

3 способ

Если алидада ВК не имеет уровня и вместо него используется компенсатор (алидада автоматически становится горизонтально).

Порядок измерений:

Прибор приводят в рабочее положение, визируют на определяемую точку и берут отсчет по ВК. Трубу переводят через зенит и действия повторяют. Вычисляют вертикальный угол и МО,  МО=const.

Формулы для вычисления вертикального угла и МО

1.       от 0º до 360º (лимб) по часовой стрелке:

МО=½(КЛ+КП)

V=КП–МО=МО–КЛ=½(КП–КЛ)

2.       от 0º до 360º (лимб) против часовой стрелке (Т30):

МО=½(КЛ+КП+180º)

V=КЛ–Мо=МО–КП–180º=½(КЛ–КП–180º)

3.

Место нуля вертикального круга

При нарушении геометрических условий ВК возникает инструментальная ошибка, называется место нуля ВК.

Место нуля – это отсчет по ВК в момент, когда визирная ось трубы горизонтальная, а пузырек уровня при ВК находиться в нуль–пункте.

При соблюдении геометрических условий этот отсчет равен нулю, при нарушении отличается от нуля.

Геометрические условия. Место нуля – величина постоянная для прибора, его колебания может быть в пределах 2t. Желательно чтобы МО≤2t, в противном случаю его исправляют.

Исправление места нуля

Если место нуля получается большим, то при основном положении круга нужно навести трубу на точку и микрометренным винтом алидады установить отсчет, равный углу наклона; при этом пузырек уровня отклонится от нуль–пункта. Исправительными винтами уровня привести пузырек в нуль–пункт.

Измерение угла наклона местности

В точке А устанавливают теодолит. Приводят его в рабочее положение и при помощи рулетки измеряют высоту инструмента i.

i – это расстояние от оси вращения трубы до точки, над которой установлен прибор.

В точке В вертикально устанавливают рейку, на которой отмечают i. Визируют на высоту инструмента и измеряют вертикальный угол, который будет равен углу наклона местности.

Измерение длин линий

Определение расстояния между точками земной поверхности называется линейными измерениями.

Линейные измерения делятся на непосредственные и косвенные.

К непосредственным измерениям относят такие измерения, при которых мерный прибор укладывают непосредственно в створе измеряемой линии.

Створ – вертикальная плоскость, соединяющая начало и конец измеряемой линии.

Если невозможно измерить длину линии непосредственно, прибегают к косвенным измерениям. В этом случае определяемую длину находят как функцию других измеряемых величин.

Для линейных измерений используют механические и физико–оптические мерные приборы.

Механические рулетки:

– Стальные (25–100 м), эти рулетки имеющие метровые, дециметровые сантиметровые и миллиметровые деления;

– Тесьмяные рулетки (10 м) – сантиметровые, дециметровые, миллиметровые. Используются для съема контура местности.

– Стальные мерные ленты (20 м) имеющие метровые, полуметровые, дециметровые деления. В комплект входят шпильки, которые фиксируют концы ленты. Погрешность 1:2000.Используется для линейных измерений в съемках.

– Инварные проволоки (24 м) с десяти сантиметровыми и миллиметровыми шкалами на концах. Измерение производят при помощи подвесного базисного прибора. Применяется для высокоточных линейных измерений. Погрешность 1:1000000.

Достоинства: высокая точность измерений, простота устройства, не высокая стоимость, возможность откладывания проектных длин.

Недостаток: высокая трудоемкость измерений.

Физико–оптические мерные приборы – это различные лазерные, свето–, радио–, оптико–, дальномеры.

Измерения этими приборами основаны на косвенном способе.

Их достоинствами является точность и быстрота измерений, возможность измерения больших расстояний.

Недостатки: невозможность откладывать проектные расстояния, высокая цена, сложность устройства.

Измерение длин линий механическим прибором (на примере мерной ленты)

Для измерения расстояния обычно не достаточно закрепить на местности начало и конец измеряемой линии, необходимо в створе линии установить дополнительные вешки, этот процесс называется провешиванием или вешением линии. Вешение может производиться при помощи теодолита или на глаз.

Для провешивания линии АВ на глаз, в точках А и В закрепляют вешки, наблюдатель становиться возле точки А так, чтобы вешки в точках А и В совпали. Его помощник движется от точки А к точке В и устанавливает в точках 1, 2, …, n дополнительные вешки, руководясь указаниями наблюдателя.

При вешении теодолита в точке А устанавливают теодолит, в точку В вешку. Вертикальная нить сетки совмещают с вешкой в точке В, закрепляют горизонтальный круг и трубу, вспомогательные вешки устанавливают по вертикальной нити сетки.

Если между точками А и В нет прямой видимости, вешение выполняется следующим образом: выбирают две вспомогательные точки, таким образом, чтобы они обе были видны и из точки А и из точки В, и в них устанавливают вешки.

Методом последовательных приближений перемещают вешки из точки D₁ в C₁, C₁ в_{D2 , D2 в C2 и т.д., до тех пор пока все вешки не будут на одной прямой.}

Порядок измерения линий

После провешивания закрепляют точки перегиба местности, попадающие в створ линии. При помощи рулетки измеряют наклонные участки D₁, D₂, … и углы наклона местности ν₁, ν₂, ….

Вычисление горизонтальных проекций измеренных расстояний

d₁, d_{2– горизонтальные проложения:}

d_i=D_icos ν_i

Общая сумма горизонтального проложения АВ:

d=Σd_i

Каждое наклонное расстояние измеряют следующим образом: нулевой штрих ленты прикладывают к началу измеряемой линии, ленту укладывают в створе, встряхивают в горизонтальной и вертикальной плоскостях, натягивают и вставляют шпильку в вырез в конце ленты, снимают ленту со шпильки, одевают на шпильку нулевой вырез ленты и действия повторяют. В конце измеряют длину неполного пролета. Измеренная наклонная длина вычисляется по формуле:

D₁=n∙l+r

r – длина неполного пролета

n – число полных проложений ленты

Для контроля длину измеряют в обратном направлении D₂, за окончательно значение длины принимают среднее из двух измерений, если разница между ними не превышает 1:2000 от длины линии:

Поправки, вводимые в длины линии, измеренные механическими приборами:

1. За температуру вводят в тех случаях, когда температура измерений отличается от нормально (+20ºС). Номинальную длину мерного прибора определяют при нормальной температуре, его длина увеличивается или уменьшается в зависимости от внешней температуры:

D –измеренная длина

l – длина мерного прибора

α – коэффициент линейного расширения

t – температура измерения

t₀ – нормальная температура

2. За наклон линии вводится в тех случаях. Когда угол наклона местности превышает 2º. Иногда необходимо на наклонной поверхности отложить расстояние так, чтобы его горизонтальное проложение было равно заданной величине.

Сначала от точки А откалывают горизонтальные проложения, а затем удлиняют его на поправку:

3. За компарирование – это определение истинной длины мерного приора, при компарировании мерным прибором измеряют заранее известную длину линии и сравнивают результаты измерений с известной величиной, а затем вычисляют поправку мерного прибора. Эта поправка вводиться в том случае если номинальная длина отличается от длины.

Измерение расстояний при помощи физико–оптических мерных приборов

(на примере нитяного дальномера)

Нитяной дальномер это две вспомогательные горизонтальные нити на сетке.

               Ход лучей в нитяном дальномере                               Поле зрения трубы

Определения расстояний нитяным дальномером

Для определения расстояния между точками А и В, над точкой А устанавливают прибор так, чтобы его ось вращения проходила через точку А, а в точке В вертикально устанавливают рейку с сантиметровыми делениям. Предположим, что визирная ось трубы горизонтальна и введем обозначения:

Р – расстояние между дальномерными нитями

σ – расстояние от оси вращения прибора до оптического центра объектива

f – фокусное расстояние объектива

F – передний фокус объектива

n – расстояние по рейке меду дальномерными нитями

Поскольку визирная ось горизонтальна, лучи параллельны ей и проходящие через дальномерные нити пересекут передний фокус объектива и, пройдя его, спроектируются на реку, т.е. в трубу можно будет видеть рейку, и изображение дальномерных нитей. Поскольку на рейке нанесены сантиметровые деления, можно будет определить расстояние между дальномерными нитями по рейке, т.е. взять отсчет n.

Из чертежа видно, что расстояние между точками: d = σ + f + E

σ и f постоянны, для каждого прибора и из можно заменить на постоянное слагаемое:

d = c + E (c=0.1 м)

Е – определяют из подобия треугольников:

Поскольку f и Р постоянные величины, то их можно заменить коэффициентами дальномера:

Е = kn (k=100)

D = kn + c

Поскольку точность определения расстояния при помощи дальномера ≈ 1:300 от длины линии, слагаемым с можно пренебречь:

D = kn

Поверки теодолита. | Инженерная геодезия. Часть 1.

Поверка уровня. Ось цилиндрического уровня на алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к оси вращения алидады.

Перед выполнением поверки выполняют горизонтирование теодолита. Затем устанавливают уровень по направлению двух подъёмных винтов и с их помощью приводят пузырёк в нульпункт. Поворачивают алидаду на 180º. Если пузырёк уровня остался в нульпункте, то требуемое условие выполнено – ось уровня перпендикулярна к оси вращения алидады. Если пузырёк уровня ушел из нульпункта, исправительными винтами уровня изменяют его наклон, перемещая пузырёк в сторону нульпункта на половину отклонения.

Поверку повторяют, добиваясь, чтобы смещение пузырька было меньше одного деления.

Поверка сетки нитей. Вертикальный штрих сетки нитей должен быть перпендикулярен к оси вращения зрительной трубы.

Наводят вертикальный штрих сетки нитей на точку и наводящим винтом трубы изменяют ее наклон. Если изображение точки не скользит по штриху, сетку нитей надо повернуть. Для этого поворачивают корпус окуляра, ослабив четыре винта его крепления к зрительной трубе (рис. 7.9).

Поверка визирной оси. Визирная ось трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения трубы.

Если визирная ось перпендикулярна к оси вращения трубы, то отсчёты по горизонтальному кругу при разных положениях вертикального круга (круг слева и круг справа) и наведении на одну и ту же точку будут различаться ровно на 180º. Если разность отчетов отличается от 180°, то ось вращения трубы не перпендикулярна к визирной оси (рис. 7.10). При этом соответствующие отсчёты Л и П отличаются от правильных значений на одинаковую величину с, получившую название коллимационной ошибки.

При выполнении поверки визируют на удалённую точку при двух положениях круга и берут отсчёты Л и П. Вычисляют коллимационную погрешность с = (Л — П ± 180°) ¤ 2, которая не должна превышать двойной точности теодолита.

Если коллимационная погрешность велика, то наводящим винтом алидады устанавливают на горизонтальном круге верный отсчёт, равный (Л — с) или (П + с). При этом центр сетки нитей сместится с изображения точки. Отвинчивают колпачок, закрывающий винты сетки нитей, ослабляют один из вертикальных исправительных винтов, и, действуя горизонтальными исправительными винтами, совмещают центр сетки нитей с изображением точки. Закрепив ослабленные винты, поверку повторяют.

Поверка оси вращения трубы. Ось вращения трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения алидады.

Установив теодолит вблизи стены здания, визируют на высоко расположенную под углом наклона 25 — 30º точку Р (рис. 7.11). Наклоняют трубу до горизонтального положения и отмечают на стене проекцию центра сетки нитей. Переводят трубу через зенит, вновь визируют на точку Р и отмечают её проекцию. Если изображения обеих проекций точки не выходят за пределы биссектора сетки нитей, требование считают выполненным. В противном случае необходимо исправить положение оси вращения трубы. Исправление выполняют в мастерской, изменяя наклон оси.

Основное геометрическое условие, необходимое для правильной работы нивелира с уровнем. Порядок выполнения поверки

Для нивелира с уровнем при трубе выполняются три поверки.

1. Ось цилиндрического уровня и визирная линия трубы должны быть параллельны и лежать в параллельных вертикальных плоскостях – это условие называется главным условием нивелира с уровнем при трубе. Первая часть главного условия проверяется двойным нивелированием вперед. На местности забивают два колышка на расстоянии около 50 м один от другого. Нивелир устанавливают над точкой А так, чтобы окуляр трубы находился на одной вертикальной линии с точкой (рис.4.34-а). От колышка до центра окуляра измеряют высоту инструмента i1. Затем рейку ставят в точку В, наводят на нее трубу нивелира, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b1. Затем нивелир и рейку меняют местами, измеряют высоту инструмента i2, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b2 (рис.4.34б).

Пусть главное условие нивелира не выполняется, и при положении пузырька уровня в нуль-пункте визирная линия не горизонтальна, а составляет с осью уровня некоторый угол i. Тогда вместо правильного отсчета b0 1 получается ошибочный – b1. Ошибку отсчета обозначим x, и превышение точки В относительно точки А будет равно:

h = i1 – (b1 + x).

При положении нивелира в точке В превышение точки А относительно точки В:

Рис.4.34

h’ = i2 – (b2 + x).

Но h = – h’, поэтому

i1 – (b1 + x) = – [i2 — (b2 + x)].

Отсюда получаем:

x = 0.5*(i1 + i2) – 0.5*(b1 + b2). (4.59)

Если x получается больше 4 мм, необходимо выполнить юстировку уровня, т.е. устранить угол i. Для этого элевационным винтом наклоняют трубу нивелира до тех пор, пока отсчет по рейке не будет равен правильному отсчету:

b02 = b2 + x,

при этом пузырек уровня уйдет из нуль-пункта. Исправительными винтами уровня приводят пузырек в нуль-пункт и повторяют поверку заново. Полная программа поверки главного условия включает еще проверку параллельности вертикальных плоскостей, проведенных через визирную линию трубы и ось уровня; порядок этой проверки изложен в [15] на стр.62.

При нивелировании строго из середины ошибка отсчета по рейке из-за невыполнения главного условия нивелира не влияет на величину измеряемого превышения (рис.4.35)

Рис.4.35

2. Ось круглого установочного уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира. Приводят пузырек круглого уровня в нуль-пункт, затем поворачивают нивелир по азимуту на 180. Если пузырек отклонился от нуль-пункта, то на половину отклонения его перемещают с помощью подъемных винтов и на половину – исправительными винтами круглого уровня.

Существует и другой, более надежный способ поверки круглого уровня: сначала тщательно устанавливают ось вращения нивелира в отвесное положение с помощью элевационного винта и цилиндрического уровня при трубе, затем исправительными винтами круглого уровня приводят его пузырек в нуль-пункт.

3. Горизонтальная нить сетки нитей должна быть перпендикулярна оси вращения нивелира, т.е. быть горизонтальной. Рейку ставят в 30 – 40 м от нивелира и закрепляют ее, чтобы она не качалась. Затем берут отсчеты по рейке при трех положениях ее изображения: в центре поля зрения, слева от центра и справа. Если отсчеты отличаются один от другого более, чем на 1 мм, то сетку нитей нужно развернуть.

Предполагая, что сетки нитей строго перпендикулярны, можно проверить вертикальность вертикальной нити. Для этого в 20 м от нивелира подвешивают отвес, наводят на него трубу и проверяют совпадение вертикальной нити сетки с нитью отвеса.

Важнейшими характеристиками нивелира, определяющими точность измерения превышений, являются увеличение зрительной трубы и цена деления цилиндрического уровня при трубе. По этим характеристикам определяет пригодность нивелира для выполнения работ заданной точности. Чтобы получить численные значения увеличения трубы и цены деления уровня, выполняют соответствующие исследования нивелира.

Поверки теодолитов » Привет Студент!

К основным поверкам теодолитов относится установление выполнения следующих условий.

Условие 1. Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита.

Условие 2. Вертикальный штрих сетки нитей должен находиться в вертикальной (коллимационной) плоскости.

Коллимационная плоскость определяется плоскостью, образованной визирной осью зрительной трубы при ее вращении вокруг оси 2-2.

Условие 3. Место нуля вертикального круга должно быть близким к нулю и постоянным.

Условие 4. Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси ее вращения.

Условие 5. Горизонтальная ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна к вертикальной оси вращения теодолита.

Установление выполнения указанных выше условий называют поверкой.

Условие 1 проверяют в начале каждого рабочего дня, а также при необходимости и в течение рабочего дня. При использовании теодолита для ориентировки или при разбивочных работах на монтажных горизонтах — на каждой станции.

Условие 2 проверяют перед выполнением разбивочных работ, при створных измерениях, при выполнении ориентировок, перед измерениями в ходах съемочного обоснования и др.

Условие 3 поверяют перед измерениями углов наклона (тригонометрическое нивелирование), перед ориентировками, при визировании на близкие цели.

Условие 4 проверяют одновременно с проверкой условия 3 перед выполнением указанных выше работ.

Условие 5 проверяют периодически в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора, но не реже одного раза в 2 месяца, а также после известных наблюдателю механических воздействий, происшедших во время работы с теодолитом, либо во время его транспортировки или хранения.

Перед поверками теодолит необходимо установить в рабочее положение. Поскольку измерение горизонтальных углов при указанных поверках не производится, то центрирование теодолита не выполняют.

Перед выполнением любой поверки (2, 3, 4 и 5) поверка условия 1 обязательна.

Поверка 1. (Выполнение условия 1).

1. Установить ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга по направлению на два любых подъемных винта подставки. Вращением этих винтов в противоположные стороны привести пузырек уровня точно на середину.

2. Повернуть колонку на 180^о (это можно выполнить «на глаз» по симметрии частей колонки, либо по отсчетам шкалы горизонтального круга).

Если пузырек уровня отклонился не более чем на два деления ампулы, то условие считают выполненным. В этом случае поверку следует проконтролировать по двум другим подъемным винтам подставки.

3. Если пузырек уровня отклонился более чем на два деления, то половину этого отклонения следует исправить подъемными винтами подставки, вращая их одновременно в противоположные стороны, а другую половину — юстировочными винтами уровня, перемещая его хвостовик вверх или вниз, в зависимости от положения пузырька.

После выполнения юстировки поверку повторяют на других подъемных винтах.

Юстировочные винты уровня находятся на одном из его концов. Ими зажат хвостовик уровня. Кроме того, многие уровни снабжены и боковыми юстировочными винтами. При выполнении юстировки необходимо слегка ослабить боковые юстировочные винты, а затем отпустить один из юстировочных винтов и подкрутить второй. Этим обеспечивается жесткое положение хвостовика после выполнения каждого шага юстировки. После выполнения поверки и юстировки боковые винты уровня следует снова зажать.

Часто встречаются случаи, когда после выполнения п. 2 поверки пузырек полностью уходит в один из концов ампулы, т. е. ось уровня весьма заметно отклонена от горизонтального положения. В такой ситуации не регистрируется величина полного отклонения пузырька. Для оценки полного отклонения пузырька необходимо подъемными винтами привести пузырек уровня на середину, при этом следует стараться поворачивать оба винта на один и тот же угол и считать число n таких поворотов. После этого надо возвратить пузырек назад на половину (n/2) таких же оборотов подъемных винтов, а юстировочными винтами уровня привести пузырек на середину ампулы. Такие действия выполняют до тех пор, пока исправляемое положение пузырька уровня не достигнет регистрируемой по ампуле величины.

Поверка 2. (Выполнение условия 2).

Для поверки условия 2 визируют верхний конец вертикальной нити сетки нитей на какую-либо точку и наводящим винтом зрительной трубы переводят изображение точки в нижнюю часть вертикальной нити. Если изображение точки при этом смещается не более чем на 1/3 ширины биссектора сетки нитей, то условие 2 считают выполненным. В противном случае ослабляют крепежные винты сетки и проворачивают ее до необходимого положения. После этого крепежные винты закручивают и повторяют поверку этого условия.

Рис. 1. Первая поверка теодолита

Урок №13. Угловые измерения. Устройство теодолита.

Схема измерения горизонтального угла

Принцип измерения горизонтального угла заключается в следующем: Пусть на местности имеются три точки А, В и С (рисунок 7.1), расположенные на разных высотах. Необходимо измерить горизонтальный угол при вершине В между направлениями ВА и ВС. Этот угол определяется проекцией угла АВС на горизонтальную плоскость Р.

Расположим над вершиной измеряемого угла параллельно горизонтальной плоскости градуированный круг, центр которого совместим с отвесной линией ВВ′. Тогда по направлению ВС на круге можно зафиксировать отсчет С′, а по направлению ВА — отсчет а′. Если деления на круге подписаны по ходу часовой стрелки, то угол горизонтальный β=а′ — с′ .

Рисунок 7.1 – Измерение горизонтальных углов

Устройство теодолита

Рассмотренная геометрическая схема измерения горизонтального угла осуществляется угломерным инструментом, называемым теодолитом

Теодолит имеет металлический или стеклянный круг, называемый лимбом (7), по скошенному краю которого нанесены деления от 0º до 360º.

Счет делений идет по часовой стрелке. Центр лимба устанавливается на отвесной линии, проходящей через вершину В (рисунок 7.1) измеряемого угла. На плоскость лимба проектируются стороны ВА и ВС измеряемого угла. При измерении угла лимб неподвижен и горизонтален.

Над лимбом помещена вращающаяся вокруг отвесной линии верхняя часть теодолита, содержащая алидаду (6) и зрительную трубу (4). Оси лимба и алидады совпадают и называются основной или вертикальной осью инструмента zz₁.

Рисунок 7.2 – Схема устройства теодолита

Плоскость лимба устанавливается в горизонтальное положение по цилиндрическому уровню (5) с помощью трех подъемных винтов (1). Зрительная труба может быть повернута 180º вокруг горизонтальной оси, то есть переведена через зенит. На одном из концов оси вращения трубы укреплен вертикальный круг (3), который наглухо соединен с осью и вращается вместе с ней.. вертикальный круг может располагаться справа или слева от зрительной трубы, если смотреть со стороны окуляра. Первое положение называется «круг право» (КП), второе «круг лево» (КЛ)

В комплект теодолита входят штатив и отвес.

Штатив представляет собой треногу с металлической головкой. Теодолит крепится к головке штатива с помощью станового винта (8). Отвес служит для центрирования инструмента над точкой, то есть для установления центра лимба над вершиной измеряемого угла.

Вращающиеся части теодолита снабжены зажимными винтами для закрепления их в неподвижное состояние.

Для измерения горизонтального угла последовательно наводят зрительную трубу на точки А.и С. В обоих случаях с помощью отсчетного приспособления производится отсчет по лимбу. Разность отсчетов дает значение измеряемого угла.

Теодолиты

Отечественная промышленность выпускает теодолиты, измерения которыми выполняют с погрешностью 0,5 … 30,0»

Максимальная погрешность указывается в марке прибора, например 3Т30-30», и т.д.

Особый интерес представляют теодолиты серии 3Т – высокопроизводительные, удобные в работе многофункциональные приборы, эксплуатация которых возможна в пределах температур -40˚С … +50˚С.

В строительстве, изыскательских работах, при монтаже машин чаще всего применяют теодолит типа 3Т5КП (с оптическим компенсатором)

В настоящее время для автоматизации процесса измерения углов выпускают кодовые теодолиты (на основе двоичной системы — сочетания двух сигналов: темного и светлого). Считывание и обработка осуществляется автоматически, в обязанность наблюдателя входит лишь наведение трубы на цель.

Теодолит является сложным и дорогостоящим прибором, требующим умелого и бережного отношения с ним.

Подготовка теодолита к работе

Основные геометрические условия, которые должны быть соблюдены в теодолите, заключаются в следующем:

— вертикальная ось инструмента должна быть отвесна;

— плоскость лимба должна быть горизонтальна;

— визирная плоскость – вертикальна;

Для соблюдения этих условий выполняются следующие поверки теодолита:

1. Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна основной оси инструмента.Практически поступают таким образом: ставят уровень па­раллельно двум подъемным винтам, с помощью которых пузы­рек уровня приводят на середину; середина уровня будет в цен­тре его шкалы; взаимное положение осей уровня и вращения алидады остается неизменным. После поворота алидады на 180° исправляют положение оси уровня на половину дуги отклоне­ния пузырька от середины шкалы при втором его положении; это делается с помощью специального исправительного винта уровня М. Поверку повторяют до полного выполне­ния требуемого условия.

теодолита — GIS Wiki | Энциклопедия ГИС

Теодолит (произносится как / θi˝ˈɒdəlаɪt / ) — это прибор для измерения как горизонтальных, так и вертикальных углов, используемый в сетях триангуляции. Это ключевой инструмент в геодезических и инженерных работах, особенно на труднодоступных местах, но теодолиты были адаптированы для других специализированных целей в таких областях, как метеорология и технология запуска ракет.Современный теодолит состоит из подвижного телескопа, установленного в пределах двух перпендикулярных осей — горизонтальной или цапфовой оси и вертикальной оси. Когда телескоп направлен на желаемый объект, угол каждой из этих осей может быть измерен с большой точностью, обычно по шкале угловых секунд.

« Transit » относится к специальному типу теодолита, который был разработан в начале 19 века. Он отличался телескопом, который мог «перевернуться» («проходить через прицел»), чтобы обеспечить легкое обратное прицеливание и удвоение углов для уменьшения ошибок.Некоторые транзитные приборы могли считывать углы с точностью до тридцати угловых секунд. В середине 20-го века термин «транзит» стал обозначать простую форму теодолита с меньшей точностью и отсутствием таких функций, как увеличение шкалы и механические измерители. Важность транзитов уменьшается, поскольку компактные и точные электронные теодолиты стали широко распространенными инструментами, но транзиты все еще находят применение в качестве легкого инструмента на строительных площадках. Некоторые транзиты не измеряют вертикальные углы.

Строительный уровень часто принимают за транзитный, но на самом деле это разновидность инклинометра. Он не измеряет ни горизонтальные, ни вертикальные углы. Он просто сочетает в себе спиртовой уровень и телескоп, чтобы позволить пользователю визуально установить линию обзора вдоль плоскости уровня.

Принцип работы