ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВ НА МЕСТНОСТИ

 

 

Измерения углов выполняют для определения взаим­ного положения точек в пространстве. Пусть на местности имеем вершину угла точку О и точки А и В, образующие угол АОВ (рис. 46). На сторонах ОА и ОВ построим вертикальные плоскости N и р', а через вершину угла О проведем горизонтальную плоскость Q.

Для определения положения точек в плановом отноше­нии измеряют горизонтальный угол. Горизонтальным на­зывают двухгранный угол между отвесными плоскостями, проходящими через его стороны. Он определяется углом β между проекциями сторон ОА и ОВ на горизонтальную плоскость Q, т. е. углом А'ОВ'. Горизонтальный угол отсчитывают по ходу часовой стрелки от 0 до 360º.

       
   

 


 

Рис. 46. Схема измерения угла на

местности

 

 

Рис. 47. Схема теодолита

 

Для определения высот точек и превышений между ними измеряют вертикальные углы (углы наклона). Вер­тикальным называют угол между стороной угла и ее проек­цией на горизонтальную плоскость. На рис. 46 вертикаль­ный угол νa образован сторонами ОА и ОА'. Вертикаль­ные углы отсчитываются от проекции к стороне. Если сторона угла расположена выше проекции, то угол назы­вают положительным, если ниже – отрицательным. На рис. 46 вертикальный угол ВОВ' (νb) отрицателен. Вер­тикальные углы могут принимать значение в пределах от –90о до +90º.

Для измерения горизонтального угла над его верши­ной располагают градуированный круг (лимб). Центр круга совмещают с отвесной линией, проходящей через вершину угла О, а сам круг размещают в горизонтальной плоскости. Тогда угол β между радиусами оа и оb – сече­ниями круга вертикальными плоскостями N и Р – будет равен горизонтальному углу между направлениями мест­ности ОА и ОВ. Если деления на круге подписаны по ходу часовой стрелки, а отсчеты по градуированной окруж­ности обозначить через а и b, то β = a – b.

Описанный принцип измерения углов на местности реализуется в угломерном приборе, называемом теодо­литoм.

Теодолит (рис. 47) имеет металлический или стеклян­ный круг, называемый лимбом 1, по скошенному краю которого нанесены деления от 0 до 360º. Счет делений идет по ходу часовой стрелки. Центр лимба устанавливается на отвесной линии, проходящей через вершину О (см. рис. 46) измеряемого угла. На плоскость лимба проекти­руются стороны ОА и ОВ измеряемого угла. При изме­рении угла лимб неподвижен и горизонтален.

Над лимбом помещена вращающаяся вокруг отвесной линии верхняя часть теодолита, состоящая из алидады 2 и зрительной трубы 6. При вращении зрительной трубы вокруг горизонтально устанавливаемой на колонках 3 оси НН1, образуется вертикальная плоскость, называемая коллимационной. Оси лимба и алидады совпадают, причем ось вращения алидады называют основной или вертикальной осью прибора. На алидаде есть индекс, позволя­ющий брать отсчет по шкале лимба. Для повышения точ­ности отсчета имеется специальное отсчетное устройство. Для предохранения от повреждений алидада защищена металлическим кожухом.

Основная ось теодолита устанавливается в отвесное положение по цилиндрическому уровню 7 при помощи подъемных винтов 9 подставки 8 прибора. Зрительная труба может быть повернута на 180º вокруг своей оси вращения НН1или, как говорят, «переведена через зенит». На оси вращения трубы
Н Н1(горизонтальной оси при­бора) укреплен вертикальный круг, лимб 5 который на­глухо скреплен со зрительной трубой, а алидада 4 неподвижна. Вертикальный круг выполнен аналогично гори­зонтальному и служит для измерения вертикальных углов.

Вертикальный круг может располагаться справа и слева от зрительной трубы, если смотреть со стороны окуляра. Первое положение называют «круг право» (КП), второе – «круг лево» (КЛ).

В комплект теодолита входят буссоль, штатив и отвес. Буссоль служит для измерения магнитных азимутов и румбов. Штатив представляет собой треногу с металлической головкой. Теодолит крепится к головке штатива с помощью станового винта 10. Отвес служит для центри­рования прибора над точкой, т. е. для установки центра лимба над вершиной измеряемого угла.

Вращающиеся части теодолита снабжены закрепитель­ными винтами для фиксирования их в неподвижном со­стоянии и наводящими – для медленного и плавного вра­щения при наведении на цель.

Для измерения горизонтального угла при неподвиж­ном лимбе вращением алидады последовательно наводят зрительную трубу на точки А и В местности (см. рис.46); при этом коллимационная плоскость последовательно про­ходит через стороны ОА и ОВ измеряемого угла, т. е. совмещается с плоскостями N и Р. В обоих случаях с помощью отсчетного приспособления делаются отсчеты по лимбу а и b, а измеряемый угол вычисляют как раз­ность отсчетов, т. е. β = b – а.

Отсчетные устройства служат для оценки долей деле­ний лимба. В качестве отсчетных устройств используются штриховые и шкаловые микроскопы, микроскопы-микро­метры и оптические микрометры.

Современные теодолиты имеют прозрачные лимбы, что позволяет применять оптические отсчетные устройства (рис.48, а). Луч света, отражаясь от зеркала подсветки 8, проходит через лимб вертикального круга би попадает на призму 2. Посеребренная поверхность отражает луч и направляет его на лимб горизонтального круга 1. После двукратного отражения в призме 9 он проходит через 3 призмы 7 и 3 и попадает на плоско-параллельную пластину 4. Изображение штрихов лимба горизонтального круга на пластине рассматривают через окуляр 5 отсчет­ного микроскопа.

На рис. 48,б 1 показано поле зрения штрихового микроскопа с изображением штриха и лимба с ценой деле­ния в 10'. Оценивая десятые доли деления лимба на глаз, можно сделать отсчет по штриху микроскопа с точностью до 1'. На рисунке отсчет 39º 23' .

Большую точность отсчета дают шкаловые микроскопы. На рис. 48, б 2 представлено поле зрения шкалового микроскопа с ценой деления лимба в 1º. Длина шкалы, нарезанной на стекле, равна одному делению лимба. Шкала разделена на 60 делений, следовательно, цена одного деления равна 1', оценивая десятые доли деления шкалы на глаз, можно взять отсчет по шкале с точностью 0,1'. На рисунке отсчет 95º 54,3'.

В высокоточных теодолитах в качестве отсчетных устройств применяют оптические микрометры с подвиж­ными клиньями. На рис. 48,б 3 показано поле зрения такого микрометра. В поле зрения видно изображение диаметрально противоположных штрихов лимба с ценой деления 20', в нижней части – отсчетный диск с ценой деления 1". Оценивая десятые доли шкалы диска на глаз, можно взять отсчет с точностью 0,1". Шкала диска раз­делена на 10', что соответствует половине цены одного деления лимба.

Установку центра лимба теодолита над вершиной изме­ряемого угла (центрирование) осуществляют при помощи отвесов или оптических центриров.

Простейшим приспособлением для центрирования яв­ляется нитяный отвес. Он состоит из гибкой нити (шнура), на конце которой закреплен груз (рис. 49, а). При цен­трировании нить отвеса прикрепляют к дужке станового винта и перемещением подставки теодолита по головке штатива добиваются того, чтобы заостренный конец груза установился над вершиной угла О. Под влиянием ветра нить отвеса отклоняется от вертикального положения. Иногда это вызывает погрешности, которые превышают 1-2см. В безветренную погоду теодолит центрируют при помощи нитяного отвеса с погрешностью порядка 0,5см.

Для повышения точности и исключения влияния ветра используют так называемый механический центрир (рис. 49, б). Он представляет собой раздвижную телескопическую трубку 3 с круглым уровнем 1. Нижний конец трубки заострен, а верхний соединяется со становым вин­том 2 теодолита. При центрировании заостренный конец трубки совмещают с вершиной yглa О, а подставку теодо­лита вместе со становым винтом перемещают на головке штатива до тех пор, пока пузырек круглого уровня на центрире не установится в нуль-пункт. Средняя квадра­тическая погрешность центрирования составляет вели­чину порядка 1-2мм.

 

 

 


 

Рис. 48. Отсчетные устройства теодолита:

а – оптическая схема; б – поле зрения: 1 – штрихового микроскопа,

2 – шкалового микроскопа, 3 – оптического микрометра

 

 

 


Рис. 49. Приспособления для центрирования:

а - нитяный отвес; б – механический центрир;

в – оптический центрир

 

 

Оптический центрир изготавливается как часть теодо­лита, встроенная в алидаду горизонтального круга. Центрир (рис. 49, в)имеет окуляр 4, прозрачную пластинку 3 с нанесенной на нее сеткой нитей, фокусирующую линзу 5 с кремальерой 2, объектив 6 и призму 1, поворачивающую луч на 90º и направляющую его вниз. При центрировании алидаду теодолита при помощи цилиндрического уровня приводят в горизонтальное положение. При этом визир­ная ось центрира О'О" занимает горизонтальное положе­ние, а луч О' О располагается строго отвесно. В поле зре­ния центрира видны изображения вершины угла точки О и креста нитей. Передвигая подставку теодолита по го­ловке штатива, добиваются совмещения креста сетки с изображением точки О. Средняя квадратическая погрешность центрирования подобными устройствами оце­нивается величиной порядка 0,5мм. Назад

 

 

ТИПЫ ТЕОДОЛИТОВ

 

Теодолиты различаются по точности измерения углов и конструктивным особенностям. Согласно ГОСТ 10529-86, теодолиты подразделяются по точности в соответствии со средней квадратической погрешностью измерения угла одним приемом в лабораторных условиях. Шифр теодолита содержит заглавную букву Т и цифры, соответ­ствующие величине средней квадратической погрешности измерения угла. Например, шифр теодолита, позволя­ющего измерять угол одним приемом с инструментальной погрешностью 30", записывается как Т30. ГОСТом преду­смотрено изготовление теодолитов со следующими циф­рами: высокоточного – Т l, точных – Т2, Т5, техни­ческих – Т15, Т30, учебного – Т60.

По назначению различают теодолиты маркшейдерские, проектировочные, кодовые, специальные и универсальные.

Теодолит, имеющий вертикальный круг, устройство для измерения расстояний (дальномер), совместное вра­щение лимба с алидадой и гнездо для закрепления бус­соли, называется теодолитом-тахеометром. Некоторые типы теодолитов имеют накладной уровень, устанавлива­емый на ось вращения трубы для более точного приведения ее в горизонтальное положение. Рассмотрим некоторые типы теодолитов.

Высокоточный теодолит Т1 предназначен для измерения углов при развитии государственных геодезических сетей, построения специальных геодезиче­ских сетей, как основы для точных разбивочных работ, и изучении деформаций сооружений, а также при уста­новке и монтаже оборудования угловыми методами.

В этом теодолите используется астрономическая зри­тельная труба с внутренней фокусировкой. Для повыше­ния точности визирования имеется оптический окулярный микрометр. Отсчетное устройство – оптический микро­метр. Изображения диаметрально противоположных штри­хов горизонтального и вертикального лимбов передаются независимыми оптическими системами в отсчетный микро­скоп, окуляр которого расположен рядом с окуляром зри­тельной трубы. Втулка вертикальной оси полая, снабжена разгрузочным устройством с целью предохранения системы при транспортировке прибора. В подставку вмонтирован механический центрир. Теодолит имеет специальную ка­ретку для установки поверительной трубы.

Точные теодолиты Т2, Т5 предназначены для измерения горизонтальных и вертикальных углов в триангуляции и полигонометрии 3 и 4 классов, а также аналитических сетях 1 и 2 разрядов: они могут быть ис­пользованы также при строительстве сооружений, изуче­нии их деформаций, монтаже машин и заводского обору­дования. Теодолит Т2 имеет апохроматическую зритель­ную тру6у, контактный уровень при алидаде вертикального круга, оптический центрир Отсчетным устройством является двусторонний оптический микрометр.

Теодолит Т5 снабжен накладным уровнем с ценой де­ления 10", что позволяет применять его для технического нивелирования и нивелирования IV класса. В качестве отсчетного устройства применяется шкаловой микроскоп. ГОСТом предусматривается выпуск теодолита модели Т5К с компенсатором, т. е. автоматическим устройством, за­меняющим уровень. Наличие компенсатора ускоряет про­цесс измерения вертикальных углов, так как отпадает необходимость при ведения пузырька уровня на середину перед каждым отсчетом. Компенсатор работает при на­клоне прибора не менее чем на 2'. Длительность затуха­ния колебаний компенсатора после наведения трубы на предмет не превышает 2 с, что практически не вызывает задержек при выполнении измерений.

Технические теодолиты Т15 и Т30 при­меняются для проложения теодолитных и тахеометриче­ских ходов, выполнения плановых и высотных съемок, при рекогносцировочных и изыскательских работах. В тео­долите Т15 в качестве отсчетного устройства применяется шкаловой, а в Т30 –штриховой микроскопы.

Теодолит Т30 имеет зрительную трубу с двумя визи­рами, повторительную систему вертикальных осей с полой осью алидады, позволяющей использовать зрительную трубу для центрирования прибора над точкой. Узлы и детали устройства теодолита изображены на рис. 50, а. 1 – кремальера; 2 – диоптрийное кольцо; 3 – колпачок; 4 – визир; 5 – колонка; 6 – зажимной винт подставки; 7 – головка; 8 – становой винт; 9 – юстировочный винт; 10 – зажимной винт; 11 – уровень. Рис. 48, б: 1 – наводящий винт; 2 – окуляр микроскопа; 3 – зеркало подсветки; 4 – боковая крышка; 5 – посадочный паз для буссоли; 6 – уровень при трубе; 7 – юстировочная гайка; 8 – колпачок; 9 – диоптрийное кольцо окуляра; 10 – наводящий винт трубы; 11 – наводящий винт алидады; 12 – подставка; 13 – подъемные винты; 14 – втулка; 15 – основание; 16 – крышка.

На базе теодолита Т30 выпускают его модификации под шифром 2Т30 и 2Т30П. Первый из них имеет шкаловое отсчетное устройство, а второй – имеет еще и прямое изображение.

На рис. 51 изображен ориентир-буссоль – устройство, которое крепиться к теодолиту и предназначенное для измерения магнитных азимутов отрезков местности. Основой устройства является высокоточный компас.

Теодолит Т15 относится к шкаловым, повторительным теодолитам. Цена деления лимбов 1º, шкалы состоят из 60 делений, что составляет 1´, поэтому точность отсчета микроскопа 10˝ (0,1 деления). Теодолит снабжен оптическим центриром, вмонтированным в алидадную часть, имеет один цилиндрический уровень при горизонтальном круге и цилиндрический уровень при алидаде вертикального круга.

Назад

 

ПОВЕРКИ И ЮСТИРОВКА

ТЕОДОЛИТА

До начала работы с теодолитом внешним осмотром проверяют его устойчивость на штативе, плавность хода подъемных и наво­дящих винтов, а также прочность фиксации вращающихся частей закрепительными винтами.

Если теодолит получен с завода, после ремонта или от другого специалиста, то до ввода теодолита в эксплуатацию выполняют поверки. В процессе поверок удостоверяются в правильном взаим­ном расположении осей прибора (рис. 52, а).

1. Ось цилиндрического уровня UU при алидаде горизонтального круга (рис.52, б) должна быть перпендикулярна вертикальной оси VV теодо­лита, т. е. UU┴VV. В этом случае ось прибора занимает отвес­ное положение.

Для поверки этого условия поворачивают алидаду так, чтобы ось уровня расположилась приблизительно параллельно прямой, соединяющей два подъемных винта подставки, и вращением этих винтов выводят пузырек уровня в нуль-пункт. Затем пово­рачивают алидаду на 90° и третьим винтом устанавливают пу­зырек опять на середину. Поворотом алидады на 180° оцени­вают смещение пузырька от среднего положения. Если пузырек отклонился более чем на одно деление, выполняется юстировка. В этом случае, действуя подъемными винтами, перемещают пу­зырек уровня на половину делений отклонения и исправитель­ными (юстировочными) винтами приводят уровень в нуль-­пункт.

После юстировки проводят повторную поверку. При любом положении алидады пузырек уровня должен находиться в нуль-­пункте.

 

 

       
   

 


Рис 50. Теодолит Т-30: а – вид слева; б – вид справа;

в – сетка нитей зрительной трубы

 

 

 


Рис. 51. Ориентир-буссоль:

1 – закрепительный винт; 2 – кронштейн;

3 – винт арретира

 

 

2. Визирная ось РР зрительной трубы должна быть перпендику­лярна к ее горизонтальной оси HH вращения, т. е. РР┴ НН (рис.52, в).

Если это условие соблюдено, то визирная ось трубы при вра­щении образует коллимационную плоскость и отсчет на гори­зонтальном круге будет W0. Уклонение визирной оси от ее пер­пендикулярного положения к своей оси вращения называется коллимационной ошибкой. В этом случае визирная ось при вра­щении образует коническую поверхность, а отсчеты по горизон­тальному кругу при круге право (П) и круге лево (Л) будут соответственно равны П1 и Л1. (рис. 53). После этого нужно ос­лабить закрепительный винт горизонтального лимба, повернуть алидадную часть на 180°, закрепить лимб и навести трубу на ранее выбранную точку, снять отсчеты по горизонтальному кругу Л и П. Величина коллимационной ошибки с не должна превышать удвоенной точности теодолита (для Т30 с≤1´). Если это условие выполнено, то юстировку проводить не требуется. Для исправления коллимационной ошибки необходимо: снять колпачок, закрывающий доступ к юстировочным винтам сетки нитей; навести зрительную трубу на удаленную визирную цель и снять показания КЛ (или КП)по го­ризонтальному кругу; вычислить исправленные показания для горизонтального круга по формуле Лиспр=Л1 – с (или Писпр=П1 + с) и установить их. В этом случае перекрестие сетки ни­тей сойдет с наблюдаемой точки. Затем, ослабив один из вер­тикальных винтов, действуя горизонтальными винтами, совме­щают перекрестие сетки нитей с наблюдаемой точкой. Поверку следует повторить.

 

 

 


Рис. 52. Схема (а…е) осей теодолита

 

 

3. Горизонтальная ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна к вертикальной оси теодолита, т. е. НН┴VV (рис.52, г). Для поверки этого условия теодолит на штативе уста­навливают по уровню на расстоянии 10-20м от стены (рис. 54). Выбирают и отмечают на стене точку М (или укрепляют марку) под углом 25-30º к горизонту. Наводят на эту точку зритель­ную трубу и при круге лево и право проектируют точку М внизу отмечают точки т1и т2. Условие считается выполненным, если расстояние между точками т1и т2не превышает две ши­рины биссектора сетки нитей.

.

4. Вертикальная нить АА сетки зрительной трубы должна быть перпендикулярна горизонтальной оси НН или должна быть установлена отвесно, т.е. находиться в коллимационной плоскости (рис 52, д).

Теодолит устанавливают на штативе и приводят вертикальную ось в отвесное положение. Зрительную трубу наводят на визирную цель и совмещают изображение цели с левым концом горизонтального штриха сетки нитей. Затем, вращая прибор на­водящим винтом алидады, следят не сходит ли изображение цели с правого конца штриха сетки нитей. Если оно сходит более чем на три ширины штриха, то необходимо снять защит­ный колпачок сетки нитей, ослабить четыре крепежных винта окуляра и повернуть окуляр так, чтобы средний штрих сетки расположился горизонтально. После этого окуляр закрепляют, а защитный колпачок устанавливают на место.

 

 

 


Рис. 53. Коллимационная Рис. 54. Схема поверки горизонтальности

ошибка оси вращения трубы

 

Назад