Назовите основные узлы теодолита

ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ

Целью работы является изучение устройства теодолита 2ТЗО, ознакомление с правилами выполнения его поверок и юстировок, а также умение на практике измерять расстояния, вертикальные и горизонтальные углы с помощью этого прибора. Работа выполняется группами по 2–5 студентов.

Содержание работы следующее:

1. Изучить устройство теодолита.

2. Выполнить поверки (при необходимости юстировку) теодолита.

3. Научиться пользоваться отсчетным устройством прибора и измерить в лабораторных условиях расстояние, горизонтальные и вертикальные углы, заданные преподавателем.

4. Оформить лабораторную работу на бумаге формата А4 и в назначенный срок представить к защите.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Теодолит – это прибор для измерения и построения на местности горизонтальных и вертикальных углов.

Наиболее распространены на практике следующие типы теодолитов: теодолиты с металлическими лимбами (обычной конструкции) и оптические теодолиты (теодолиты со стеклянными кругами). Отечественной промышленностью выпускаются теодолиты серий 2Т2, 2Т5, 2Т5К, 2Т2А, 2Т30, 3Т2КП, 3Т5КП и др.

Теодолиты 2Т30 широко применяются при создании съемочных сетей, для теодолитно-тахеометрической съемки, при выполнении инженерно-изыскательских и маркшейдерских  работ.

АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

1. Теодолит 2Т30, штатив, отвес.

2. Две нивелирные рейки, две вехи.

УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Необходимо осторожно обращаться с вешками и штативами, так как они имеют острые концы, а также оберегать геодезические приборы от ударов и сотрясений. Переносить приборы нужно в специальных футлярах.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Устройство и поверки теодолита

Устройство и расположение основных осей теодолита 2ТЗО показаны на рисунках 2.1 и 2.2.

Рисунок 2.1 – Устройство теодолита 2ТЗО:

1 – основание; 2 – подъёмные винты; 3 – подставка; 4 – закрепительный винт лимба; 5 – наводящий винт лимба; 6 – закрепительный винт алидады; 7 – наводящий винта алидады; 8 – уровень алидады горизонтального круга; 9 – закрепительный винт трубы; 10 – наводящий винт трубы; 11 – кремальера наведения на резкость; 12 – окуляр трубы; 13 – оптический визир; 14 – кремальера фокусировки трубы; 15 – фокусировочное кольцо окуляра шкалового микроскопа; 16 – вертикальный круг

• Рисунок 2.2 – Схема взаимного расположения осей в теодолите:
• — ZZ1 – основная ось вращения теодолита;
• — UU1 – ось цилиндрического уровня алидады горизонтального круга – воображаемая прямая, касательная к внутренней поверхности уровня в его нуль-пункте;
• — HH1 – горизонтальная ось вращения зрительной трубы;
• — WW1 – визирная ось зрительной трубы – воображаемая прямая, проходящая через центр сетки нитей, и оптический центр объектива

Рисунок 2.3 – Приведение оси вращения теодолита в отвесное положение

Поверка цилиндрического уровня

Ось цилиндрического уровня UU1 при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к основной оси вращения теодолита ZZ1, (рис.2.3).

Выполнение поверки: установить уровень параллельно линии, проходящей через любые два подъемных винта. Привести пузырек уровня в нуль-пункт, вращая эти подъемные винты в разные стороны или навстречу друг другу. Повернуть алидаду на 180°.

Условие считается выполненным, если после поворота пузырек остался в нуль-пункте или отклонился не более чем на 1,5 деления.

Если пузырек отклонился более чем на 1,5 деления от нуль-пункта, то проводят юстировку (рис. 2.4).

Рисунок 2.4 – Юстировка цилиндрического уровня

Юстировка: определить, на сколько делений пузырек сместился от нуль-пункта (например, на 3 деления). Переместить пузырек исправительными винтами уровня 1 к середине на половину дуги отклонения (на 1,5 деления). Привести пузырек уровня в нуль-пункт подъёмными винтами (еще на 1,5 деления), повторить поверку.

Поверка сетки нитей

Вертикальная нить сетки при отвесном положении вертикальной оси теодолита должна совпадать с отвесной линией (рис. 2.5а). Если условие не выполнено (рис. 2.5б), необходимо провести юстировку.

Рисунок 2.5 – Поверка сетки нитей по отвесу

Выполнение поверки: поверка выполняется двумя способами.

Первый способ (по точке): навести край вертикальной нити на какую-либо точку и закрепить лимб и алидаду. Вращая трубу наводящим винтом в отвесной плоскости, необходимо следить за положением вертикальной нити относительно наблюдаемой точки. Условие выполнено, если вертикальная нить проходит через точку. Если условие не выполнено, необходимо провести юстировку.

Второй способ (по отвесу): навести вертикальную нить сетки на нить отвеса (рис. 2.5). Условие выполнено, если нить сетки совпадает с нитью отвеса (рис. 2.5а). В противном случае (рис. 2.5б) необходимо поворачивать окуляр вместе с сеткой до тех пор, пока вертикальная нить сетки не совпадет с нитью отвеса.

Юстировка: отвернуть винты крепления окуляра к трубе 1 (рис. 2.6) и повернуть окуляр с сеткой так, чтобы при повторном перемещении вертикальная нить прошла через наблюдаемую точку. Закрепить винты крепления окуляра к трубе.

Рисунок 2.6 – Сетка нитей с исправительными винтами

Поверка коллимационной ошибки

Визирная ось WW1 зрительной трубы должна быть перпендикулярна горизонтальной оси НН1 вращения трубы.

Коллимационной ошибкой называется угол, на который визирная ось трубы отклоняется от перпендикулярного направления к горизонтальной оси вращения трубы (угол С на рис. 2.7).

Неперпендикулярность визирной оси трубы к горизонтальной оси вращения зрительной трубы вызывается смещением центра сетки нитей в сторону от геометрической оси трубы.

Рисунок 2.7 – Поверка коллимационной ошибки

Выполнение поверки: навести зрительную трубу на удаленную точку, расположенную примерно на горизонте инструмента при положении вертикального круга (КЛ). Произвести отсчет по горизонтальному кругу (например, КЛ = 142°11¢) и записать в рабочую тетрадь (табл. 2.1).

Таблица 2.1 – Определение коллимационной ошибки

Круг теодолита	КЛ	КП	С
Горизонтальный	142°11¢	322°17¢	-0°03¢

Перевести трубу через зенит и при положении круга (КП) навести трубу на ту же точку. Произвести отсчет по горизонтальному кругу (КП = 322°17¢) и записать в тетрадь.

Коллимационную ошибку вычислить по формуле:

С = КЛ – КП ± 180°/2. (2.1)

Условие считать выполненным, если С < 2t (t = 30¢¢ – точность прибора). Если С > 2t, необходимо произвести юстировку прибора.

В нашем примере С = (142°11¢ — 322°17¢ + 180°)/2 = — 6¢/2 = -3¢

С > 2t = 2¢. (2.2)

1. Юстировка: вычислить средний отсчет, соответствующий верному положению визирной плоскости, по формуле:
2. М = (КЛ + КП ± 180°)/2,
3. М = (142°11¢ + 322°17¢ + 180°)/2 = 322°14¢.

Наводящим винтом алидады 7 (рис.2.1) вместо отсчета КП = 322°17' установить отсчет М = 322°14' на горизонтальном круге. Вертикальная нить сетки сместится с наблюдаемой точки (рис. 2.8).

Рисунок 2.8 – Юстировка

Совместить вертикальную нить сетки с наблюдаемой точкой А, действуя горизонтальными исправительными винтами 1 (рис. 2.6).

• Поверка равенства подставок
• Горизонтальная ось НН1 вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна к основной оси вращения ZZ1 теодолита.
• Выполнение поверки: выполняется двумя способами.

Первый способ: закрепить при КП лимб и навести пересечение сетки нитей на выбранную точку А в верхней части стены и закрепить алидаду (рис. 2.9).

Рисунок 2.9 – Выполнение поверки равенства подставок

Опустить трубу до горизонта инструмента и отметить на стене проекцию а1 на пересечении сетки нитей. Перевести трубу через зенит. Открепить алидаду и при КЛ навести пересечение сетки нитей на точку А и закрепить алидаду. Опустить трубу до уровня ранее отмеченной точки и отметить проекцию а2 пересечения сетки нитей.

Если точки а1 и а2 совместились или выполняется неравенство а1а2/Аа£1/600, условие считать выполненным. Если условие не выполняется, исправление производиться в оптико-механической мастерской.

Второй способ: при КП визируют высоко расположенную точку А. Поворотом трубы в вертикальной плоскости проектируют точку А на заранее установленную горизонтально нивелирную рейку (рис. 2.9) и снимают отсчет а1. Те же действия выполняют и при КЛ и снимают отсчет а2.

Если а1 – а2/Аа£1/600, условие считается выполненным.

Отсчетное устройство теодолита 2ТЗО (2ТЗОП)

В качестве отсчетного устройства в теодолитах 2ТЗО, 2ТЗОП используется шкаловый микроскоп, в поле зрения которого видны изображения делений горизонтального и вертикального кругов лимба и шкалы. Длина шкалы равна изображению наименьшего градусного деления круга лимба. Индексом для отсчета служит штрих лимба, который располагается в пределах шкалы (рис. 2.10).

1. Рисунок 2.10 – Отсчетное устройство теодолита 2Т3ОП
2. Изображение штрихов вертикального и горизонтального кругов соответственно обозначены буквенными символами В и Г.
3. Работа с теодолитом
4. После проведения поверок и соблюдения всех геометрических условий, которым должен удовлетворять теодолит, можно приступать непосредственно к полевым работам.
5. Измерение горизонтальных углов

Теодолит центруют над точкой А (станцией). На точках В и С, между которыми измеряется угол, устанавливают визирные цели: марки, вехи и т. д. (рис. 2.11).

Рисунок 2.11 – Измерение горизонтальных углов

Существует несколько способов измерения горизонтальных углов. Один из них способ приемов.

Измерение угла при одном положении вертикального круга – полуприем (КЛ или КП). Полный прием – измерение при положениях вертикального круга КЛ и КП.

Более точные результаты получают, проводя измерения несколькими приемами.

Результаты измерений записывают в полевой журнал (табл. 2.2).

Таблица 2.2 – Журнал измерения горизонтальных углов

Станция	Точка наблюдения	Положение вертикального круга	Отчет по горизонтальному кругу	Угол, полученный из полуприёма	Среднее значение угла
А	КЛ	227°45¢ 249°06¢	21°21¢	21°21¢
КП	46°45¢ 68°06¢	21°21¢

• Пример: Горизонтальный угол из полуприема:
• при КЛ: b1 = КЛ1 – КЛ2 = 249°06¢- 227°45¢ = 21°21¢;
• при КП: b2 = КП2 – КП1 = 68°06¢ — 46°45¢ = 21°21¢.
• Среднее значение угла:
• bср = (b1 + b2)/2 = 21°21¢.
• Шкала горизонтального круга проградуирована от 0 до 360°.
• Измерение вертикальных углов

Углом наклона n называют угол между горизонтальной плоскостью и направлением на наблюдаемую точку (рис. 2.12). Угол наклона бывает положительный и отрицательный. Положительный угол наклона выше горизонтальной оси, отрицательный – ниже.

Рисунок 2.12 – Измерение угла наклона

Шкала для вертикального круга имеет 2 ряда цифр со знаком «+» и «–». По шкале от 0 до 6 берется отсчет в том случае, когда показания лимба положительны.

1. По шкале от 0 до –6, когда показания лимба отрицательны.
2. В процессе измерения углов наклона определяют место нуля МО – отсчет по вертикальному кругу при горизонтальном положении визирной оси зрительной трубы, который должен быть постоянным и близким к нулю.
3. Для этого приводят пузырек уровня при визирной трубе в нуль-пункт и визируют на точку, берут отсчет КЛ, затем на ту же точку при КП.
4. МО для 2ТЗО:
5. МО = 0,5 (КЛ + КП), МО не должно превышать 1,5¢.
6. Угол наклона для 2ТЗО вычисляют по одной из формул:
7. n = 0,5 (КЛ – КП) , (2.3)
8. n = КЛ – МО, (2.4)

n = МО – КП. (2.5)

Для других теодолитов формулы вычисления МО и n приводятся в паспорте.

Если условия не выполняются, проводится юстировка теодолита. Не смещая трубы с наблюдаемой точки при КЛ, наводящим винтом зрительной трубы установить по вертикальному кругу отсчет, равный углу наклона n (при этом горизонтальная нить сетки сместится с наблюдаемой точки). Совместить исправительными винтами сетки нитей 1 (рис. 2.6) горизонтальную нить с наблюдаемой точкой.

Результаты измерений сводят в журнал (табл. 2.3).

Таблица 2.3 – Журнал измерения углов наклона

Станция	Точка наблюдения	Отсчет по верт. кругу	МО	Угол наклона nо
КЛ	КП
А	4°29¢	0°01¢	4°28¢

• Например:
• МО = 0,5(КЛ + КП) = 0,5(4°29¢- 4°27¢) = 0,5´02¢ = 01¢;
• n = КЛ – МО = 4°29¢-01¢ = 4°28¢;
• или n = МО – КП = 01¢+ 4°27¢ = 4°28¢;
• или n = (КЛ – КП)/2 = (4°29¢ + 4°27¢)/2 = 4°28¢.
• Измерение расстояний

Расстояние измеряют нитяным дальномером по вертикальной рейке с сантиметровыми делениями (рис. 2.13).

Рисунок 2.13 – Нитяной дальномер

Рисунок 2.14 – Определение расстояния

Подсчитав число делений n между верхней и нижней нитями (рис. 2.14), находят искомое расстояние по формуле:

D = К ´ n + С, (2.6)

где К – коэффициент дальномера; К = 100 (по паспорту);

С – постоянная дальномера. С равна 0 (по паспорту). Из-за малости ею пренебрегают.

1. Например: d = 100 ´ 14 см = 1400 см = 14 м,
2. где n = 14 сантиметровых делений.
3. Горизонтальное проложение линии находят по формуле:

D = d´cos2 n. (2.7)

• СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА И ЕГО ФОРМА
• Отчет оформляется на листах формата А4 и должен содержать: цель работы; схему теодолита с обозначением всех его частей; законспектированные поверки и юстировки; таблицы с данными измеренных горизонтальных и вертикальных углов; определение места нуля вертикального круга теодолита.
• ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ

1. Что называется теодолитом?

2. Классификация теодолитов по точности и устройству?

3. Поверки и юстировки теодолита?

4. Как определяется место нуля теодолита?

5. Способы измерения горизонтальных и вертикальных углов?

При защите работы студент должен показать практическое владение прибором и теоретические знания по устройству, поверкам и юстировкам прибора.

Работа с теодолитом

Работа с теодолитом – тема настоящей инструкции. Ниже поэтапно приведена методика измерения теодолитом, аккуратное выполнение пунктов которой обеспечит получение точных результатов. Настоящая инструкция предполагает, что пользователь обладает начальными знаниями о том, как работать с теодолитом, знаком с основными узлами и принципом работы прибора.

Установка теодолита в рабочее положение

Измерение горизонтальных углов теодолитом предполагает  установку прибора в вершине определяемого угла. Для этого сначала ставят штатив так, чтобы центр площадки для установки штатива был примерно над точкой, а плоскость площадки – горизонтальна. Только после этого теодолит закрепляют на штативе, центрируют и горизонтируют прибор.

Центрирование теодолита — это проецирование оси вращения алидады и лимба по отвесной линии на вершину определяемого угла с точностью для механического отвеса ± 5 мм, ± 1-2 мм для оптического отвеса.

Сначала проводится центрирование штатива с помощью механического отвеса с точностью 10-15 мм. При этом необходимо установить штатив горизонтально, чтобы регулировка подъемных винтов позволила произвести горизонтирование прибора.

При установке прибора на штатив, производим окончательное центрирование теодолита, передвигаем оптический теодолит, ослабив становой винт.

Горизонтирование теодолита – это последовательное горизонтирование плоскости лимба горизонтального угломерного круга (ГУК) и приведение вертикальной оси вращения в отвесное положение. Процесс горизонтирования контролируется по цилиндрическому уровню алидады ГУК и производится посредством подъёмных винтов теодолита.

Поворачивая алидаду, направляют ось уровня по двум подъёмным винтам и перемещают пузырёк уровня в центр. Затем следует повернуть алидаду на 90° и, используя третий подъёмный винт, вновь перевести пузырёк в центр. Действия необходимо повторять до тех пор, пока пузырек не станет сходить с середины при всех позициях алидады горизонтального круга.

Допустимое его отклонение не больше двух делений шкалы цилиндрического уровня.

Горизонтирование теодолита

Для получения достоверного результата работа с теодолитом требует соблюдения двух геометрических условий:

1. ось вращения прибора находится в вертикальном положении;
2. ось цилиндрического уровня — в горизонтальном положении.

Измерение горизонтального угла теодолитомВизирование

Визирование – совмещение центра сетки нитей с точкой.

Сетка нитей – это стеклянная пластина с нанесёнными на нём линиями (характер их нанесения может быть разным). Пересечение средних линий называют центром сетки нитей Z.

Наведение центра нитей на точку

Для визирования теодолита на точку необходимо:

1. Закрепить лимб.
2. Открепить алидаду для того, чтобы по грубому визиру, расположенному наверху зрительной трубы, установить прибор примерно на искомую точку.
3. Закрепить алидаду.
4. Для наблюдения установить зрительную трубу так, чтобы сетка нитей имела резкое изображение. Эта операция называется установкой по глазу и производится вращением окулярного колена.
5. Установить зрительную трубу так, чтобы точка визирования была видна наилучшим образом. Эта операция называется установкой по предмету и производится вращением кремальеры.
6. Навести центр сетки нитей точно на точку визирования посредством наводящих винтов алидады и зрительной трубы. Если вертикальный круг оказывается с правой стороны от трубы, если смотреть со стороны окуляра, говорят «круг право» (КП). Если вертикальный круг оказался слева – «круг лево» (КЛ).

Измерение горизонтального угла β

Измерение горизонтального угла теодолитом предполагает установку прибора в вершине измеряемого горизонтального угла (т.н. станция), а рейки на станциях n+1 и n–1.

Перекрестие сетки нитей совмещают с самой нижней видимой точкой рейки так, чтобы вертикальная нить совпадала с осью рейки.

Затем выполняют следующую последовательность действий (первый полуприём):

1. наводят центр сетки нитей на вершину заднего (правого) угла  (n – 1) и снимают отсчёт по лимбу горизонтального круга — отсчёт а1;
2. наводят на вершину переднего (левого) угла (n + 1) снимают отсчет а2;
3. определяют значение угла при круге лево βкл=а1-а2.

Измерение горизонтального угла на станции n:β – горизонтальный угол

До начала второго полуприёма (КП) разблокируют зрительную трубу и переводят через положение зенита. Затем разблокируют алидаду и поворачивают прибор на 180° , проводят измерения при КП. При втором полуприёме (КП) визирование и измерения производят аналогично, различия в значениях угла в двух полуприёмах (С) не должно превышать двойной точности прибора (t): С < 2t.

• Измерение горизонтального угла β на станции n (КЛ): n – станция n–1 –- вершина заднего угла n+1 – вершина переднего угла а1 – отсчёт на вершину заднего угла
• а2 – отсчёт на вершину переднего угла
• Вычисление горизонтальных углов
• При выполнении условия расхождения в значениях угла, полученных за два полуприёма, средний горизонтальный угол рассчитывают по формуле: βср = (βКЛ + βКП) /2.

Лимб горизонтального угломерного круга оцифрован всегда от нуля до 360? через 1?, слева направо.

Отсчёт по горизонтальному кругу берут следующим образом:

• считывают по шкале алидады количество градусов отсчётного штриха (по рисунку – 125°);
• считывают минуты слева направо от нуля, учитывая, что цена деления на шкале ГУ – 5´ (по рисунку – 07´).

1.  Отсчётный микроскоп теодолита RGK TO-15: отсчёт по ГУК – «125°07´»
2. отсчёт по ВУК – «-0°35´»
3. Измерение вертикального угла теодолитом
4. Измеренный угол наклона может иметь как положительное, так и отрицательное значение, изменяясь от -90° до 90°.

Работа с теодолитом требует  проводить горизонтирование алидады каждый раз при отсчёте. Горизонтальным считается положение, когда пузырёк цилиндрического уровня алидады или трубы расположен посередине ампулы.

Однако, даже при нахождении пузырька в центре ампулы линия нулей отсчётного устройства может находиться под небольшим углом по отношению к линии горизонта, который называется место нуля вертикального круга (М0). Важной чертой измерения вертикальных углов является необходимость учёта места нуля вертикального круга.

Для этого при создании съёмочного обоснования снимают отсчёты по вертикальному угломерному кругу (ВУК) при КЛ и КП, а при тахеометрической съёмке — на каждой станции перед началом работы определяют место нуля.

При измерении вертикальных углов теодолитом центр сетки нитей переводят на высоту инструмента, ранее отмеченную на рейке.

Высоту инструмента определяют с помощью листа белой бумаги и рейки, приставляя её почти вплотную к окуляру. Пользователь при этом должен вести наблюдение в объектив.

Лист передвигают по рейке, пока он не закроет ровно ½ поля зрения. Высоту инструмента на рейке удобно отмечать тонкой круглой резинкой.

Сначала снимают отсчёт, визируя при круге лево. Затем, переведя трубу через зенит, визируют и снимают отсчёт при круге права.

Существует несколько способов оцифровки лимба вертикального угломерного круга (ВУК). У теодолита RGK TO-15 (TO-05) оцифровка секторная, при которой ВУК разбит на 4 сектора по 90°, из которых два сектора имеют положительную оцифровку, а два других – отрицательную. Для взятия отсчёта:

• считывают количество градусов отсчётного штриха (по рисунку – «-0°»);
• считывают минуты – если вверху стоит «-0» – по отрицательной шкале от нуля до отсчётного штриха, если вверху стоит «+0» – по положительной шкале от нуля до отсчётного штриха (по рисунку – «-35?»).

Далее проводят вычисление вертикального угла. При этом отсчёты от 0° до 90° соответствуют измеряемому положительному вертикальному углу.

• Вычисление вертикальных углов
• После снятия отсчётов рассчитывают вертикальный угол через М0, либо по результатам двух отсчётов, полученных при визировании на цель в двух положениях зрительной трубы (КЛ и КП).
• Расчётные формулы для секторной оцифровке лимба вертикального круга от нуля в обе стороны – по ходу и против хода часовой стрелки (RGK TO-05 и TO-15):
• М0 = (КП + КЛ)/2; v = МО-КП; ν=КЛ−М0
• При расчёте по этим формулам не обязательно добавлять 360°.
• Измерение расстояний теодолитом

В этом разделе рассмотрим, как работать с теодолитом для измерения расстояний. В сетке нитей зрительной трубы теодолита имеются два дополнительных горизонтальных дальномерных штриха, расположенных по обе стороны от центра сетки нитей на равных расстояниях. Наличие этих штрихов позволяет производить измерение теодолитом расстояния D от прибора до рейки.

Для этого по рейке определяют величину дальномерного интервала n в сантиметрах, умножая полученное число на 100, затем полученное значение из сантиметров переводят в метры (дальномерный коэффициент зрительной трубы, как правило, равен 100) , т. е.

D = K*n =100*n

В случае, приведенном на рисунке:

• отчет по верхнему дальномерному штриху – 1747 мм;
• отчет по нижнему дальномерному штриху – 1856 мм.

1. Дальномерный интервал n равен разности отчетов по нижнему и верхнему дальномерным штрихам.
2. n = 1856-1747=109 мм = 10,9 см.
3. По формуле вычисляем расстояние: D = 100*10,9 см=1090 см = 10,9 м
4. Для измерения теодолитом расстояний при помощи нитяного дальномера относительная ошибка обычно составляет от 1/100 до 1/300.

Измерение теодолитом расстояния по дальномерным штрихам

Что такое теодолит и для чего он нужен: рассматриваем по порядку

Главная / Интересное /  

При помощи теодолита выполняются различные действия: измерение поверхности земли при проведении строительных работ, составление топографических карт, съемка местности для разных нужд.

Рассмотрим подробнее, какие функции выполняет теодолит, что это такое, каким образом его используют.

Что такое геодезия

Геодезия — это наука, занимающаяся точным измерением земной поверхности, созданием рабочих чертежей или карт и прочими прикладными задачами. Для всех этих направлений созданы специальные разделы геодезии, но наиболее ощутимой и важной для повседневной жизни является инженерная геодезия.

Именно этот раздел занимается съемкой местности для постройки зданий и сооружений, для прокладки дорог, для определения точности проходки шахтных выработок или тоннелей. Задачи, решаемые этой отраслью, носят чисто прикладной характер, тесно соприкасающийся со строительством или картографией.

Это интересно: Что такое курвиметр — характеристики и назначение прибора

Что такое теодолит?

Теодолит – прибор, предназначенный для измерения вертикальных и горизонтальных углов. Также применим для определения расстояний по нитяному дальномеру и магнитных азимутов при помощи буссоли. Используется при геодезических работах, строительстве, проведении топографической съемки и т.п.

Устройство теодолита

Конструктивно теодолит состоит из следующих основных узлов:

• Корпус с горизонтальным и вертикальным отсчётными кругами, и др. технологическими узлами;
• Подставка (иногда употребляют термин «трегер») с тремя подъёмными винтами и круглым уровнем (для горизонтирования теодолита);
• Зрительная труба;
• Наводящие и закрепительные винты для наведения и фиксации зрительной трубы на объекте наблюдения;
• Цилиндрический уровень;
• Оптический центрир (отвес) для точного центрирования над точкой;
• Отсчётный микроскоп для снятия отсчётов.

Принцип действия теодолита

Горизонтальный круг теодолита

Горизонтальный круг теодолита предназначен для измерения горизонтальных углов и состоит из лимба и алидады.

Лимб представляет собой стеклянное кольцо, на скошенном крае которого нанесены равные деления с помощью автоматической делительной машины.

Цена деления лимба (величина дуги между двумя соседними штрихами) определяется по оцифровке градусных (реже градовых) штрихов. Оцифровка лимбов производится по часовой стрелке от 0 до 360 градусов (0 — 400 гон).

Роль алидады выполняют специальные оптические системы — отсчётные устройства. Алидада вращается вокруг своей оси относительно неподвижного лимба вместе с верхней частью прибора; при этом отсчёт по горизонтальному кругу изменяется. Если закрепить зажимной винт и открепить лимб, то алидада будет вращаться вместе с лимбом и отсчёт изменяться не будет.

Лимб закрывается металлическим кожухом, предохраняющим его от повреждений, влаги и пыли.

Как проводятся измерения с использованием теодолита

За положение плоскостей и осей прибора отвечают уровни: круглый — для обычной установки, а цилиндрический, в виде стеклянной трубки в форме бочкообразного сосуда внутри, служит для точной.

Для цилиндрического уровня используется такая характеристика как пузырек. Для цилиндрических уровней нормой является пузырек размером в треть трубки, при условии температуры окружающей среды 20°C.

Для измерения длины пузырька используется шкала, нанесенная на уровень, одно деление которой составляет 2 мм.

Ноль пункт или середина уровня, не указывается, но его легко найти по симметрично расположенным штрихам шкалы в обе стороны от центра. Ноль пункт служит и для определения оси уровня: касательная, которая проходит через него по длине уровня и служит для этого.

Совпадение с ноль-пунктом середины пузырька показывает горизонтальное положение теодолита, а если пузырек смещается на деление, наклоняется и ось уровня на соответствующий угол, величина которого является ценой деления.

Следовательно, более точным является тот прибор, у которого цена деления уровня меньше.

Для отсчетов служат микроскопы (шкаловой или штриховой), а также оптический микрометр, но до начала отсчета определяется цена деления лимба.

Для чего нужен горизонтальный круг теодолита

Горизонтальный круг служит для определения углов между различными объектами, расположенными вокруг прибора.

При наведении зрительной трубки на определенные точки производится поворот прибора относительно вертикальной оси. Угол поворота фиксируется на шкале, расположенной на горизонтальном круге.

В этом состоит принцип работы теодолита — разница первоначального показания и значения, получившегося после поворота трубки с наведением на другую точку, составляет угловое расстояние между ними, что может послужить основой для многих расчетов.

Это интересно: Как наточить ножницы в домашних условиях

Классификация, основные моменты

• Несмотря на то что устройство теодолита принципиально не отличается друг от друга, они вполне поддаются классификации. За основу классификации принимаются следующие параметры:
• Точность;
• Конструктивные особенности;
• Способы отсчетов по лимбу;
• Предназначение.

По первому параметру, например, теодолиты бывают высокоточные, точные и технические, а по своей конструкции — простыми и повторительными. Повторительные теодолиты отличаются от простых следующей особенностью: возможностью совместного и/или раздельного вращения.

Такая конструкция позволяет измерять угол неоднократно, методом откладывания на лимбе нескольких его значений.

Кроме того, теодолиты бывают механическими и электронными. У первых используется оптический метод для проведения измерений, а у электронных устройств — лазер.

Так как теодолит является сложным техническим устройством это накладывает некоторые требования в уходе и подготовке к работе.

До того, как приступить к измерениям, кроме общего осмотра состояния прибора в целом, необходимо проверить ампулы уровней и, особенно, его оптические поверхности.

Далее проводится оценка качества вращения алидады, отсчетных, зажимных устройств, окуляров и, конечно, зрительной трубки.

Как и многие измерительные устройства или приборы, теодолиту необходимо регулярное проведение поверок, целью которых является соответствие в нем точного взаиморасположение всех осей.

Эксплуатация теодолита также имеет некоторые особенности и ограничения. Он не должен подвергаться влиянию прямых солнечных лучей или атмосферных осадков. При резкой смене температурного режима, рекомендуется некоторое время поддержать устройство в футляре с целью стабилизации температуры.

Если прибор необходимо перенести на какое-то расстояние, то следует делать исключительно в вертикальном положении и предварительно следует проверить правильность и надежность его фиксации в футляре. Так как прибор требует периодической чистки, то эту работу следует выполнять после того, как освоены определенные знания и особенно навыки для этого.

В ином случае — лучше доверить эту работу специалистам.

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.

Главное отличие теодолита от нивелира

Оптический теодолит, классификация и виды

Угломерный геодезический инструмент, с помощью которого измеряют углы в горизонтальной и вертикальной плоскости, называемые соответственно горизонтальными и вертикальными. Совместно с измерениями расстояний между точками, дальнейшими вычислениями и уравниванием получают конечный результат в виде пространственных координат снимаемых точек.

Теодолиты имеют свою историю развития. Изначально его конструкция представляла механическое устройство с металлическим угломерным кругом (лимбом), с дополнительным отсчетным приспособлением (верньером), со зрительной трубой.

С появлением стеклянных круговых лимбов, оптической системы передачи и считывания угловых отсчетов (микроскопа) возникла эра оптических теодолитов. При возникновении новых электронно-вычислительных технологий в геодезическое приборостроение стали внедряться новые типы теодолитов, называемые электронными.

В них применяется двоичная система кодирования отсчетов на лимбе с передачей цифровой информации угловых измерений на экран дисплея.

В настоящее время применение оптических теодолитов, из-за слабой конкурентной способности с новейшими электронными тахеометрами, можно считать прикладным. Возможно, в будущем они сами станут историей. Но сейчас они могут использоваться:

• в северных регионах с экстремально низкими температурными условиями в зимнее время, в которых не всякая электронная техника срабатывает;
• в подземном шахтном строительстве с опасными и вредными внешними факторами;
• при разбивочных работах в строительстве малоэтажных зданий и подземных инженерных коммуникаций;
• для выполнения отдельных геодезических процессов с использованием геометрических возможностей прибора (выставление опалубочных, железобетонных и металлических всевозможных конструкций, исполнительных съемок);
• возможно и другое применение, связанное с решением различных задач инженерной смекалкой.

Классификации и виды теодолитов

В соответствии с государственными стандартами все теодолиты согласно конструктивной точности измерений именно горизонтальных углов делят на группы:

• высокоточных (Т1, ТБ1), со среднеквадратической погрешностью (СКП) измерения одиночного угла не более одной секунды;
• точных (Т2, Т5) со СКП не более пяти секунд;
• технической точности (Т15, Т30), к которой относятся все другие угломерные инструменты.

 В связи с конструктивными особенностями приборов в номенклатуре теодолитов после значений СКП указываются буквенные символы, означающие соответствующий тип инструмента:

• 2Т5К, с компенсатором;
• 4Т30П, с прямым изображением;
• 3Т2КА с автоколлимационным окуляром;
• 2Т30М, маркшейдерский;
• Т30, без буквенных обозначений означает традиционный инструмент с цилиндрическим уровнем при вертикальном круге.

 В зависимости от конструкции элементов горизонтальных кругов, статического или вращающегося положения и взаимосвязи лимба и алидады можно выделить еще два вида инструментов:

• повторительные, дающие возможность лимбу вращаться или не вращаться совместно с алидадой вокруг оси, при закреплении алидады и откреплении лимба;
• не повторительные приборы только с закрепляющей функцией лимбов.

Каждый оптический теодолит можно также отнести к какому-то типу в зависимости от назначения его применения:

• геодезический;
• маркшейдерский;
• астрономический;
• тахеометр, которыми были теодолиты с маркировкой ТТ и такие модели Т5, Т30.

Устройство теодолита

Все группы теодолитов имеют практически одну принципиальную схему своей конструкции. В нее входят такие основные части:

• основание с подставкой, на котором закреплена вращающаяся часть инструмента;
• собственно вращающаяся часть, состоящая из нижнего горизонтального круга с цилиндрическим уровнем, двух вертикальных колонок (одна с вертикального кругом и компенсатором наклона), зрительной трубы и микроскопа отсчитывания.

Более детальное строение подробно изображено на Рис.1. Внешний вид оптического теодолита Т30. Каждый отдельный узел у него имеет свое назначение и взаимоувязан геометрическими и конструктивными связями. 

Металлическая широкая площадка (1), служит для крепления инструмента на штативе с помощью станового винта.

Горизонтальный круг (2) в нижней части корпуса прибора состоит из отсчетного механизма (алидады) с закрепительным винтом (3), микрометренного винта (4) наведения, цилиндрической ампулы горизонтального уровня (5) служит для вращения на 360º.

Вертикальный круг (19), представляющий единое целое с вертикальной стойкой (12), содержит в себе отсчетное приспособление с зеркалом подсветки (16) и паз для фиксации буссоли (18). Имеет своим предназначением измерять вертикальные углы (наклона).

На второй вертикальной стойке установлен закрепительный винт (8), кремальера (7) для фокусирования изображения и микрометренный винт вертикального круга (6) для точного выведения зрительной трубы.

В состав зрительной трубы, конструктивно закрепленной между двух стоек, входят визир (9), окуляр в виде линзы для просмотра изображения в поле зрения трубы (10), окуляра отсчетного микроскопа (11) и объектива (17). Она предназначена для наведения на визирные цели.

В конструкции трегера (21), содержащего подъемные винты (15), находятся лимб в виде круглого кольца с размеченными делениями на его шкале (13), его закрепительный (14) и микрометренный (20) винты.

Рис.1.Внешний вид оптического теодолита Т30

Оптические теодолиты, основное предназначение которых в измерении углов, представляют конструктивную схему, состоящую из трех систем:

• измерительной;
• наведения;
• ориентирования.

• В систему ориентирования входят геометрические взаимные связи отвесного и горизонтального положения между осями вращения инструмента, уровнями и отвесами.
• Система наведения включает в себя вращающиеся механизмы, геометрию и оптику зрительной трубы.
• Система измерений представляет вертикальный и горизонтальный круги со шкалами обоих лимбов, отсчетных приспособлений алидады и оптического микроскопа.

Система измерений теодолита

Представляет собой механизм считывания со шкалы недвижимого кольца лимба относительно штриха подвижной алидады угловых отсчетов и передачи через оптическую систему в окуляр микроскопа.

Считывание ведется в одних моделях приборов по горизонтальному и вертикальному кругу по одной стороне лимба (односторонняя система), а в других инструментах по двум сторонам (двухсторонняя).

Штриховой микроскоп с односторонней системой считывания показан на Рис.2. Отсчеты вертикального и горизонтального угла.

Рис.2. Отсчеты вертикального и горизонтального угла.

В разных теодолитах в зависимости и от их точности, и от конструктивных особенностей отсчетные устройства могут быть и другого вида: шкаловые микроскопы, оптические микрометры.

Система наведения теодолита

Состоит из зрительной трубы и связанными с ней микрометренными винтами для точного наведения на цель наблюдения. Сама зрительная труба представляет металлический корпус, оптическую систему, состоящую из объектива (1) с окуляром (2), сетки нитей (5), фокусировочной линзы (3) с кремальерой (4). Оптическая схема основной детали устройства наведения показана на Рис.3. Зрительная труба.

Рис.3. Зрительная труба.

Визирование на удаленные точки осуществляется через линзу окуляра и фокусирование изображения с помощью винта или кольца кремальеры, передвигающей внутреннюю фокусировочную линзу.

При появлении четкого изображения в объективе точное наведение на цель выполняют с применением сетки нитей, видимость которой регулируется диоптрийным кольцом. Линия, невидимо проходящая через центры окуляра и объектива, считается визирной осью.

Соответствие ее положения конструктивным и геометрическим условиям относительно осей других узлов оптического прибора проверяется выполнением рабочих испытаний инструмента.

Рис.4. Устройство сетки нитей (а) и изображение в поле зрения окуляра в приборах Т30 (б), Т30М (в).

Система ориентирования теодолита

Дает возможность ориентировать инструмент относительно отвесной линии и точного центрирования над пунктами с известными координатами, определяющими их положение в пространстве. К этим устройствам в теодолитах относятся:

• узлы оптического отвеса, нитяного подвеса и точки центрировки (сверху трубы);
• ампулы цилиндрического и круглого уровней.

Испытания и поверки теодолита

Получив прибор в эксплуатацию, необходимо обязательно провести испытания на соответствие его рабочим характеристикам.

С каждым из них в укладочной коробке должна быть инструкция по эксплуатации или паспорт с техническими параметрами, комплектованием, устройством и особенностями данной конкретной модели, техническими и регламентными работами по обслуживанию, поверками, способами их проведения, юстировок и исправления, позволяющими привести прибор в рабочее состояние.

У каждой конкретной модификации инструмента существуют свои конструктивные особенности. И полученное руководство, поможет правильно разобраться с эксплуатационными особенностями, отсчетными устройствами и другими характерными деталями теодолита.

Независимо от того, имеется ли в паспорте прибора отметка о его метрологической проверке, необходимо самостоятельно провести стандартные поверки. Весь комплекс испытаний, как правило, записывается в специальный журнал поверок с их результатами. В стандартные поверки по соблюдению геометрических условий осевых элементов теодолита входят поверки:

• взаимодействия деталей;
• уровней, компенсатора;
• устойчивости штатива и подставки;
• наклона горизонтальной нити сетки нитей;
• отвесности оси оптического центрира;
• определение наклона горизонтальной оси прибора относительно вертикальной;
• определения коллимационной ошибки и места нуля;
• определение коэффициента нитяного дальномера;
• определение рена отсчетного устройства.

Периодически, помимо обычно ежегодной метрологической проверки, в течение года проводятся регламентные работы по техническому обслуживанию.