Действия, имеющие целью установить соблюдение предъявляемых к конструкции прибора геометрических условий, называются поверками.

Для обеспечения выполнения нарушенных условий производят юстировку (регулировку) прибора.

Рассмотрим основные поверки и юстировки технических теодолитов.

В соответствии с принципом измерения горизонтального угла конструкция теодолита должна удовлетворять следующим основным геометрическим условиям (см. рис. 6).

1. Ось цилиндрического уровня U1Ul должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита ZZ. Визирная ось зрительной трубы W должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси теодолита (оси вращения трубы) НН.

Горизонтальная ось теодолита НН должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита ZZ.

Дополнительные геометрические условия вытекают из теории измерения вертикальных углов. Поверки должны выполняться в последовательности, в которой они изложены далее.

1. Поверка цилиндрического уровня. Ось цилиндрического уровня алидады горизонтального круга должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита.

Выполнение этого условия позволяет с помощью уровня устанавливать ось вращения теодолита в отвесное положение, а следовательно, плоскость лимба в горизонтальное.

Пусть ось уровня неперпендикулярна к оси вращения теодолита ZZ и составляет с ней угол в (рис. 12, а). Тогда при приведенном на середину ампулы пузырьке уровня ось вращения прибора не будет отвесной. При повороте алидады горизонтального круга вместе с уровнем вокруг оси ZZ пузырек сойдет с середины на n делений, и ось уровня займет новое положение U1U1. Как видно рис. 12, а, при этом ось уровня составит со своим горизонтальным положением UU некоторый угол д = мn, где м -- цена деления уровня. Очевидно, что если привести ось уровня в положение биссектрисы U1U1 угла д, то она окажется перпендикулярной к оси вращения теодолита, так как 2в + д = 180°, следовательно, в + д/2 = 90°.



Рис. 12. Схема поверок теодолита

Из вышеизложенного вытекает способ поверки данного условия. Ось поверяемого уровня устанавливают по направлению двух подъемных винтов и вращением их в разные стороны приводят пузырек уровня в нуль-пункт. Вращением алидады вокруг оси ZZ поворачивают уровень на 180°. Если после поворота пузырек уровня останется в нуль-пункте, то условие перпендикулярности осей UU и ZZ выполняется. При смещении пузырька производится исправление положения уровня. Для этого пузырек уровня перемещают по направлению к нуль-пункту на половину дуги отклонения с помощью исправительных винтов при уровне.

После юстировки уровня следует повторить поверку и убедиться в выполнении требуемого условия. Практически условие считается выполненным, если после поворота на 180° пузырек уровня отклоняется от нуль-пункта в пределах одного деления шкалы ампулы цилиндрического уровня.

Перед выполнением следующих поверок необходимо тщательно привести ось вращения теодолита в отвесное положение по исправленному цилиндрическому уровню, т. е. выполнить горизонтирование теодолита.

Уровень устанавливают по направлению двух подъемных винтов и вращением их в разные стороны выводят пузырек уровня в нуль-пункт. Затем поворачивают алидаду примерно на 90° и третьим подъемным винтом выводят пузырек на середину ампулы. Эти действия повторяют до тех пор, пока пузырек не будет оставаться на середине ампулы при любом положении алидады.

2. Поверка положения коллимационной плоскости. Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси теодолита.

Как известно, визирная ось трубы проходит через оптический центр объектива и перекрестие сетки нитей. Если указанное условие выполняется, то при вращении трубы вокруг горизонтальной оси визирная ось образует коллимационную плоскость. При несоблюдении условия визирная ось будет описывать не плоскость, а две конические поверхности.

Угол с между фактическим положением визирной оси ОК и требуемым положением ОК (рис. 12, б) называется коллимационной погрешностью.

Для поверки данного условия на местности выбирают ясно видимый удаленный предмет N и, визируя на него при двух положениях вертикального круга (КП и КЛ), берут отсчеты по лимбу горизонтального крута M1 и М2. Как видно из рис. 12, б, при КП отсчет по лимбу М1; будет меньше правильного отсчета М на величину х, а при КЛ отсчет М2 будет больше правильного отсчета М + 180° на ту же величину х, т. е. при КП М = M1 + х, при КЛ М + 180° = М2 -- х. Решая полученные уравнения относительно х и М, имеем:

х = ;

х = . (15)

Следует учесть, что величина х является проекцией угла на горизонтальную плоскость лимба и меняется в зависимости от угла наклона визирной оси; для угла наклона, равного 0°, х = с при обоих положениях трубы. Поэтому при выполнении поверки линия визирования должна быть по возможности горизонтальной.

Как следует из выражения, среднее из отсчетов по лимбу, взятых при двух положениях вертикального круга, свободно от влияния коллимационной погрешности. Поэтому измерение горизонтальных углов следует производить при двух положениях трубы (КП и КЛ).

Если величина коллимационной погрешности превышает точность отсчетного устройства, то производят исправление положения визирной оси. Для этого по формуле вычисляют правильный отсчет М и наводящим винтом алидады устанавливают отсчет М + 180° (при КЛ) на лимбе горизонтального круга. При этом алидада повернется на угол х = с, а перекрестие сетки нитей отклонится от изображения наблюдаемой точки N. Тогда, ослабив вертикальные винты оправы сетки нитей, с помощью боковых юстировочных винтов перемещают сетку до совмещения ее перекрестия с визирной целью. После этого сетку закрепляют вертикальными винтами и вновь повторяют поверку.

3. Поверка положения горизонтальной оси теодолита. Горизонтальная ось теодолита должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита.

Выполнение условия необходимо для того, чтобы после горизонтирования теодолита коллимационная плоскость занимала отвесное положение. Поверка может быть выполнена двумя способами.

Первый способ. На расстоянии 10 -- 20 м от стены здания устанавливают теодолит и визируют на высоко расположенную точку А на стене здания (рис. 12, в). Наклоняя трубу, проектируют эту точку до горизонтального положения визирной оси и отмечают на стене проекцию точки аг Повторив ту же операцию при втором положении трубы, отмечают точку а2. Если точки a1 и а2 не совпадут, то условие не выполнено, т. е. необходимо изменить положение горизонтальной оси теодолита относительно вертикальной.

Второй способ. На расстоянии 10 -- 20 м от теодолита подвешивают отвес на длинной нити. Наводят перекрестие сетки нитей на верхнюю точку отвеса и плавно опускают зрительную трубу до горизонтального ее положения; при этом наблюдают, не сходит ли изображение нити отвеса с перекрестия сетки нитей.

В современных теодолитах соблюдение этого условия гарантируется предприятием-изготовителем. Тем не менее поверка условия должна быть обязательно выполнена.

В случае несоблюдения условия исправление положения горизонтальной оси теодолита в полевых условиях не производится; его выполнение допускается только в специальной мастерской или в заводских условиях, так как требует частичной разборки прибора.

Следует учесть, что среднее из отсчетов по лимбу, взятых при наведении на точку при двух положениях трубы (КП и КЛ), свободно от влияния наклона оси вращения трубы.

4. Поверка сетки нитей. Вертикальный штрих сетки нитей должен
располагаться в коллимационной плоскости трубы. Или, иначе, горизонтальный штрих сетки нитей должен быть перпендикулярным к оси
вращения теодолита

Выполнение данного условия требуется для создания удобства при визировании на отвесные предметы (например, вехи). Для этого, тщательно установив ось вращения теодолита в отвесное положение, визируют на нить отвеса, подвешенного на расстоянии 5-- 10 м от прибора. Если вертикальный штрих сетки нитей не совпадает с изображением нити отвеса, то необходимо исправить ее положение путем поворота.

Для этого слегка ослабляют винты, скрепляющие окулярную часть с корпусом трубы, и поворачивают окулярную часть вместе с сеткой нитей до требуемого положения; затем винты закрепляют. Отклонение вертикального штриха от отвесной линии допускается не более чем на V3 величины биссектора сетки нитей.

После юстировки второй основной штрих сетки должен быть горизонтальным, так как взаимная перпендикулярность штрихов гарантируется заводом-изготовителем. Чтобы убедиться в этом, наводят горизонтальный штрих на какую-либо точку и наводящим винтом поворачивают алидаду горизонтального круга; при этом поверяемый штрих должен оставаться на изображении точки. При невыполнении условия юстировку повторяют.

5. Поверка места нуля. Место нуля МО вертикального круга должно быть равно 0° либо близким к 0?

Для поверки данного условия до начала работ несколько раз определяют МО из измерений различных углов наклона при двух положениях зрительной трубы, чтобы на практике убедиться в его постоянстве. Если среднее значение МО не превышает двойной точности отсчетного устройства (МО < 2t), то оно не осложняет вычислений. В противном случае МО необходимо привести к нулю либо сделать близким к 0°.

В зависимости от конструкции теодолита выполнение данной поверки имеет свои особенности.

Для теодолитов с цилиндрическим уровнем при алидаде вертикального круга (T5, T15) и др. Действуя наводящим винтом зрительной трубы, устанавливают на вертикальном круге отсчет, равный вычисленному значению МО; при этом пузырек уровня при алидаде вертикального круга должен находиться в нуль-пункте. В результате визирная ось трубы будет приведена в горизонтальное положение. Далее наводящим винтом алидады совмещают нулевые штрихи отсчетного устройства и вертикального круга; при этом пузырек уровня отклонится от нуль-пункта. Тогда с помощью исправительного винта уровня снова приводят пузырек уровня в нуль-пункт. После этого для контроля вновь определяют МО из измерений вертикального угла при КП и КЛ и в случае необходимости повторяют юстировку.

Для теодолитов с уровнем при горизонтальном круге (ТЗО, 2Т30 и др.) по отсчетам КЛ и КП, полученным при визировании на один и тот же предмет, по формуле вычисляют свободное от места нуля значение угла наклона v и наводящим винтом трубы устанавливают его на вертикальном круге. При этом горизонтальный штрих сетки сместится с визирной цели. Тогда, действуя вертикальными юстировочными винтами сетки нитей, совмещают средний горизонтальный штрих сетки с изображением наблюдаемой цели. После этого повторяют данную поверку и поверку коллимационной погрешности. Для теодолитов с компенсатором вертикального круга (Т5К, 2Т5К и др.). В теодолитах данного типа МО = 0° обеспечивается автоматически с помощью специального оптического компенсатора вертикального круга, действующего в диапазоне ±3,0 -- 5,0'. При больших значениях МО указанная поверка должна выполняться при установке компенсатора в среднее положение. Уменьшение величины МО вертикального круга теодолитов Т5К и др. может быть достигнуто, как и в предыдущем случае, перемещением основного горизонтального штриха сетки вертикальными юстировочными винтами. В теодолитах 2Т5К и Т15К место нуля исправляют вращением специального юстировочного винта компенсатора.



7. Установка теодолита в рабочее положение

При измерении углов конечные точки сторон измеряемых углов закрепляют на местности специальными знаками. Непосредственное визирование на знаки бывает затруднено в силу условий местности. Поэтому эти знаки обозначают визирными целями - вехами, шпильками и др. При работе в помещении в качестве визирных целей используют заранее подвешенные на стены марки.

Поверенный и юстированный теодолит устанавливают на штативе таким образом, чтобы острие отвеса находилось над колышком, а головка штатива занимала приблизительно горизонтальное положение на высоте груди наблюдателя. Ножки штатива при этом должны быть вдавлены в грунт настолько, чтобы обеспечивалось устойчивое положение прибора. При работе в помещении штатив устанавливают на полу в специальных деревянных подставках, ограничивающих расхождение ножек штатива (операция центрирования в этом случае не выполняется).

Центрирование инструмента над вершиной измеряемого угла в зависимости от точности выполняемой работы может быть выполнено при помощи нитяного отвеса или оптического центрира.

При центрирование при помощи нитяного отвеса выверенный теодолит прикрепляют становым винтом к головке штатива. При помощи ножек штатива производят предварительное центрирование, наблюдая при этом, чтобы головка штатива была горизонтальна, а острие отвеса находилось в непосредственной близости от центра знака, закрепляющего вершину угла. В результате предварительного центрирования острие отвеса может отклоняться от центра знака на 1-2 см. Центрирование уточняют передвижением теодолита на головке штатива. Для этой цели предварительно открепляют становой винт, и после уточнения центрирования вновь закрепляют.

При центрирование при помощи оптического центрира сначала производят предварительное центрирование при помощи нитяного отвеса в указанном выше порядке. Далее отводят нитяной отвес в сторону, открепляют становой винт и, слегка перемещая теодолит на головке штатива, вводят изображение точки в центр окружности сетки оптического центрира, затем вновь закрепляют теодолит на головке штатива при помощи станового винта. Приведение основной оси теодолит в отвесное положение производят при помощи уровня на алидаде горизонтального круга, действуя подъемными винтами. После приведения оси теодолита в отвесное положение может быть нарушено центрирование. Поэтому, центрирование и приведение оси теодолита в отвесное положение выполняют несколькими последовательными приближениями.

Производят поверку цилиндрического уровня и сетки нитей.

Установка трубы для наблюдений состоит из трех действий: а) установки трубы по глазу, б) установки трубы по предмету и в) устранение параллакса сетки нитей.

Чтобы установить трубу по глазу, надо навести ее на светлый фон и, вращая окулярную трубочку, добиться четкой видимости сетки нитей.

Для установки трубы по предмету сначала визируют поверх нее, пользуясь коллиматорным визиром (или другим приспособлением для визирования, имеющимся на зрительной трубе). После того как наблюдаемый предмет попал в поле зрения трубы, зажимают закрепительные винты лимба и зрительной трубы. Вращением кольца кремальеры добиваются четкого изображения наблюдаемого предмета. Действуя наводящими винтами алидады и зрительной трубы, совмещают центр сетки с изображением визирного знака.

После получения четкой видимости наблюдаемой точки местности и совмещения ее изображения с центром сетки нитей надо слегка переместить глаз у окуляра. Если изображение точки местности смещается относительно центра сетки нитей, то параллакс имеется. Устранение параллакса сетки нитей производится небольшим вращением кольца кремальеры.

8. Измерение горизонтальных углов

Общие требования. Измерение углов следует выполнять поверенным теодолитом. Перед началом измерений теодолит устанавливают в вершине измеряемого угла в рабочее положение. На задней и передней точках А и В (направления ВА и ВС называют соответственно младшим и старшим направлениями) в створе линий отвесно устанавливаются вехи (рейки), на нижнюю часть которых осуществляют визирование (рис. 13, а).

Рис.13.Способы измерения горизонтальных углов

В зависимости от конструкции приборов, условий измерений и предъявляемых к ним требований применяются следующие способы измерения горизонтальных углов.

Способ приемов (или способ отдельного угла) -- для измерения отдельных углов при проложении теодолитных ходов, выносе проектов в натуру и т. д.

Способ круговых приемов -- для измерения углов из одной точки между тремя и более направлениями в сетях триангуляции и полигонометрии второго и более низких классов (разрядов).

Способ повторений -- для измерения углов, когда необходимо
повысить точность окончательного результата измерения путем ослабления влияния погрешности отсчитывания; используется при работе с техническими повторительными теодолитами. В связи с распространением в геодезической практике оптических теодолитов с высокой точностью отсчитывания по угломерным кругам способ повторений в значительной мере утратил свое значение.

В геодезии измеряют правые или левые по ходу горизонтальные утлы способом приемов. При этом программа измерения должна предусматривать как можно более полное исключение влияния основных погрешностей теодолита на точность измерения угла.

Способ приемов. При закрепленном лимбе вращением алидады визируют на заднюю точку А (см. рис. 13, а). Сначала по оптическому визиру зрительную трубу наводят от руки, пока визирная цель не попадет в поле зрения. Затем закрепляют зажимные винты алидады и зрительной трубы и, отфокусировав зрительную трубу по предмету, выполняют точное визирование с помощью наводящих винтов трубы и алидады горизонтального круга. Осветив зеркалом поле зрения отсчетного микроскопа, берут отсчет а по горизонтальному кругу и записывают его в журнал измерений (табл. 2). Порядок записи отсчетов в журнале и обработки результатов измерений показан номерами в круглых скобках.

Открепив алидаду, визируют на переднюю точку С и по аналогии с предыдущим берут отсчет Ь. Тогда значение правого по ходу угла Д измеренного при первом положении вертикального круга (например, при К/7), определится как разность отсчетов на заднюю и переднюю точки:

вКЛ = a - b (16)

Указанные действия составляют один полуприем.

Проводят трубу через зенит и повторяют измерения при втором положении вертикального круга (при КП), т. е. выполняют второй полуприем. Вычисляют значение угла вКП.

При измерении углов оптическим теодолитом с односторонним отсчитыванием перед выполнением второго полуприема лимб горизонтального круга поворачивают на небольшой (1 -- 2°) угол; это позволяет не допустить грубых ошибок в отсчетах по лимбу и исключить погрешность за счет эксцентриситета алидады.

В случае, если отсчет на заднюю точку меньше отсчета на переднюю точку (см. табл. 2, первый полуприем), то при вычислении угла к нему прибавляют 360°.

Таблица 2

Журнал измерения горизонтальных углов способом приемов

Дата 28.07.02 г. Теодолит 2Т30 Наблюдал Кенжегалиев Н.Х. Видимость хорошая № 25361 Вычисляла Грязнова О.В.

Два полуприема составляют полный прием. Расхождение результатов измерений по первому и второму полуприемам не должно превышать двойной точности отсчетного устройства теодолита, т. е.

вКЛ - вКП ? 2t. (17)

Если расхождение допустимо, то за окончательный результат принимают среднее значение угла

в = , (18)

Такой результат будет свободен от влияния коллимационной погрешности и погрешности за счет наклона оси вращения трубы. Измерение и вычисление левого по ходу горизонтального угла (см. рис.13, а) про-

изводится в аналогичной (см. табл. 2) последовательности с той лишь разницей, что левый по ходу угол в каждом полуприеме рассчитывается как разность отсчетов на переднюю и заднюю точки.

Значения измеренных углов по каждому полуприему и среднее значение угла вычисляют на станции, пока не снят теодолит.

Способ круговых приемов. Устанавливают теодолит над точкой С (рис. 13, б) и, вращая алидаду по ходу часовой стрелки, последовательно визируют на наблюдаемые точки 1, 2, 3 и повторно на точку 1 При наведении на каждую точку берут отсчеты по лимбу. Такое измерение составляет первый полуприем. Повторное наведение на начальную точку 1 (замыкание горизонта) выполняется, чтобы убедиться в неподвижности лимба. Величина не замыкания горизонта не должна превышать двойной точности отсчетного устройства теодолита. Затем трубу переводят через зенит и при прежнем положении лимба, вращая алидаду против хода часовой стрелки, визируют на точки 1, 3, 2, 1 и берут отсчеты по лимбу, т. е. выполняют второй полуприем. Два полуприема составляют полный круговой прием.

Для ослабления влияния погрешностей делений лимба и повышения точности измерений углы измеряют несколькими приемами с перестановкой лимба между приемами на величину 180°/m, где m -- число приемов.

Способ повторений. Сущность способа заключается в последовательном откладывании на лимбе несколько раз величины измеряемого угла Р (рис.13, в).

Теодолит в точке Т приводят в рабочее положение и устанавливают на лимбе отсчет, близкий к 0°, Открепляют зажимной винт лимба и вращением лимба визируют на заднюю точку А, по горизонтальному кругу берут начальный отсчет а0. Затем при открепленной алидаде визируют на переднюю точку С и берут контрольный отсчет ак.

Переводят трубу через зенит, открепляют лимб и повторно визируют на заднюю точку А при втором положении вертикального круга; отсчет не берут, так как он будет равным ак. Открепив алидаду, снова визируют на переднюю точку С и берут окончательный отсчет b. Этим заканчивается измерение угла одним полным повторением. Тогда величина горизонтального угла

в = . (19)

Найденное значение угла сравнивают с контрольным, определяемым по формуле

вК = aК - a0 . (20)

Расхождение между окончательным и контрольным значениями угла не должно превышать полуторной точности отсчетного устройства теодолита, т. е.

в - вК ? ± 1,5t. (21)

Для повышения точности угол может быть измерен несколькими повторениями. При измерении угла п повторениями нуль отсчетного устройства может перейти через нуль лимба к раз. Так как каждый такой переход делает необходимым прибавление к заключительному отсчету 360°, то конечное значение горизонтального угла определится из выражения:

в = ,(22)

где n -- число повторений.

Величина k находится с использованием контрольного угла в по формуле

k = . (23)



9.Погрешности измерения горизонтальных углов

Измерения углов неизбежно сопровождаются погрешностями систематического и случайного характера. Систематические погрешности можно исключить применением соответствующей методики наблюдений либо введением в результаты наблюдений необходимых поправок. Действие случайных погрешностей может быть ослаблено применением более совершенных приборов и методов измерений.

Точность измерения горизонтального угла зависит в основном от приборных погрешностей теодолита, погрешности способа измерения угла, точности центрирования теодолита и визирных целей над точками и погрешностей за счет непостоянства внешней среды.

При работе с отъюстированным теодолитом полное или частичное исключение приборных погрешностей предусматривается самой программой измерений, например измерением угла при двух положениях зрительной трубы, при КЛ и КП,

Погрешность способа измерения утла зависит от точности визирования и отсчитывания и может быть рассчитана по формулам: при способе приемов

(24)

При способе повторений

(25)

где mв -- средняя квадратическая погрешность измерения угла; n -- число приемов или повторений; m0 -- погрешность отсчета по лимбу, равная m0 = t/2; t -- точность отсчетного устройства теодолита; mv -- погрешность визирования, принимаемая равной mv = 60"/Г; Г-- увеличение зрительной трубы.

Например, при n = 2, t = 30" и Г= 20* получаем m0 = 15", mv = 3", mв = 10,9", mв' = 5,6".

Как видно из рассмотренного примера, погрешность угла значительно уменьшается при его измерении способом повторений. Это объясняется меньшим влиянием погрешности отсчитывания на точность измеряемого угла.

Влияние неточной установки теодолита и вех над точками на погрешность измерения угла обратно пропорционально длинам сторон. Чем короче стороны измеряемого угла и чем ближе угол к 180?, тем точнее должно выполняться центрирование теодолита. Так, при длинах сторон более 100 м допускается центрирование прибора с точностью до 5 мм. При коротких сторонах погрешность центрирования не должна превышать 1 -- 2 мм.

Влияние погрешностей за счет непостоянства внешней среды может быть снижено путем измерения горизонтальных углов в лучшие часы видимости, когда горизонтальные колебания изображений наблюдаемых целей (боковая рефракция) минимальны. Лучшим временем для производства точных и высокоточных измерений горизонтальных углов являются утренние (до 10) и вечерние (с 15 до 16) часы. Наблюдения следует начинать спустя час после восхода солнца и заканчивать за час до его захода.



10. Измерение вертикальных углов

В геодезии углы наклона линий в зависимости от их расположения относительно линии горизонта могут быть положительными (углы возвышения) и отрицательными (углы понижения). При измерении углов наклона перекрестие сетки нитей наводят на визирные знаки; в качестве последних обычно используют вехи (рейки), на которых отмечается точка визирования.

Теодолит устанавливают (рис.14) над точкой А в рабочее положение и горизонтальным штрихом сетки визируют на наблюдаемую точку С при первом положении вертикального круга (при КЛ), С отчетного микроскопа берут отсчет по вертикальному кругу, который заносят в журнал измерений (табл.3)

Рис.14. Схема измерения вертикального угла



Таблица 3

Журнал измерения вертикальных углов

Дата 29.07.02 г. Теодолит ТЗО Наблюдала Касенова Д.Б. Видимость хорошая № 56272 Вычисляла Темирболатова Т.Т.

Перед каждым отсчетом пузырек уровня при алидаде вертикального круга с помощью наводящего винта алидады выводят на середину ампулы. При работе с теодолитом типа ТЗО перед отсчитыванием по вертикальному кругу следует убедиться, что пузырек уровня при алидаде горизонтального круга находится в нуль-пункте. В теодолитах с оптическими компенсаторами вертикального круга отсчет берут спустя 2 секунды после наведения зрительной трубы на наблюдаемую точку. Для исключения влияния МО вертикального круга измерения повторяют при втором положении зрительной трубы (при КП). Значения угла наклона линии визирования рассчитывают в зависимости от типа применяемого теодолита по одной из формул. Правильность измерения вертикальных углов на станции контролируется постоянством МО, колебания которого в процессе измерений не должны превышать двойной точности отсчетного устройства.



11. Измерение теодолитом магнитного и истинного азимутов направлений

Определение магнитного азимута теодолитом и буссолью. Магнитные азимуты можно измерить с помощью ориентир-буссоли, входящей в комплект технических теодолитов. Буссоль устанавливают в специальный паз в верхней части прибора и закрепляют винтом. Магнитная стрелка показывает направление магнитного меридиана, от которого отсчитывается магнитный азимут ориентируемого направления.

Для измерения магнитного азимута направления теодолит с ориентир-буссолью устанавливают над исходной точкой в рабочее положение. Положение магнитной стрелки наблюдают в откидном зеркале. Устанавливают на горизонтальном круге отсчет, равный 0°, освобождают арретиром (фиксирующим устройством) магнитную стрелку буссоли и вращением лимба приближенно наводят зрительную трубу на север. Затем закрепляют лимб и вращением наводящего винта лимба точно совмещают северный конец магнитной стрелки с нулевым делением шкалы буссоли. При этом линия визирования будет совпадать с направлением магнитного меридиана. Открепив алидаду, визируют зрительной трубой по определяемому направлению и берут отсчет по горизонтальному кругу. Значение отсчета будет соответствовать магнитному азимуту направления Ам.

Если известна величина склонения магнитной стрелки S, то по измеренному азимуту Ам можно рассчитать истинный азимут направления как

(26)

Определение истинного азимута по Солнцу, Более точным и достаточно простым является способ определения азимута направления по наблюдениям Солнца на одинаковых высотах. Направление из точки местности на самую высокую точку, занимаемую Солнцем в течение дня, совпадает с южным направлением истинного меридиана.

Тщательно поверенный теодолит за 3 -- 4 часа до полудня устанавливают над точкой М в рабочее положение (рис. 15), вращением алидады визируют на точку N ориентируемого направления MN и берут отсчет по горизонтальному кругу п. Наблюдения начинают в 10--11 часов по местному времени.

На окуляр надевают насадку с призмой и светофильтром и наводят зрительную трубу на Солнце так, чтобы Солнце располагалось в верхнем правом углу поля зрения. Закрепляют трубу и с учетом видимого в трубу движения Солнца (на рис. 15 указано стрелками), действуя наводящими винтами алидады горизонтального круга и зрительной трубы, фиксируют момент, когда изображение Солнца коснется одновременно вертикальным и средним горизонтальным штрихами сетки (положение А,). Берут отсчеты по горизонтальному кругу а1; и вертикальному кругу n1 и фиксируют время наблюдения t1. До полудня примерно через каждые полчаса повторяют наблюдения (например, положение B1 отсчет по горизонтальному кругу b1;).



Рис.15. Схема наблюдений Солнца для определения истинного азимута направления

Траектория движения Солнца от зенита к западу примерно симметрична кривой пути его подъема в зенит. Поэтому после полудня наблюдения выполняют в моменты, когда оно находится на высотах, при которых его наблюдали до полудня, но в обратной последовательности. При каждом наблюдаемом положении Солнца (В2, А2) берут отсчеты по горизонтальному кругу (b2, а2).

Отсчеты по горизонтальному кругу, соответствующие наведению зрительной трубы на южное направление меридиана, определятся как



(27)

где k1, k2 -- поправки в минутах за счет неравномерного (неполной симметрии траектории) движения Солнца до полудня и после полудня, определяемые по формуле

(28)

здесь t -- половина промежутка времени в минутах между парными наблюдениями; ?д -- изменение склонения Солнца за 1 минуту времени, принимаемое по астрономическому ежегоднику; ц -- широта точки наблюдения, определяемая по карте с точностью до десятой доли градуса; I5t -- половина времени в минутах между парными наблюдениями, исходя из того, что за 1 минуту Земля поворачивается на 15'. Если наблюдения выполнялись с 22 декабря по 21 июня, то поправка к I берется со знаком «минус», а с 22 июня по 21 декабря -- со знаком «плюс».

Как следует из рис. 15, истинный азимут направления MN будет равен:

(29)



За окончательное значение азимута принимают среднее. Погрешность определения азимута направления рассмотренным способом обычно не превышает 1'.

Определение истинного азимута гиротеодолитом. К числу геодезических приборов, предназначенных для автономного определения истинных азимутов направлений, относятся гиротеодолиты (гирокомпасы). Гиротеодолит представляет собой угломерный прибор, сочетающий в себе чувствительный элемент -- гироскоп как датчик направления истинного меридиана и теодолит.

Рис. 16. Принципиальная схема устройства гироскопа: а -- свободного; б -- маятникового

Под гироскопом понимают твердое тело (ротор), быстро вращающееся вокруг оси симметрии, положение которой в пространстве может меняться. Гироскоп называется свободным, если он имеет три степени свободы, а неподвижная точка совпадает с точкой пересечения осей подвеса ротора и совмещена с центром тяжести гироскопа (рис. 16, а).

При конструировании гиротеодолитов наибольшее распространение получили маятниковые гироскопы (рис. 16, б), в которых свобода вращения вокруг оси у частично ограничена грузом О. В результате этого центр тяжести 0 сместится вниз по оси z в точку 0v что вынуждает ось х принять положение, параллельное плоскости горизонта.

Принцип действия гироскопа как датчика направления истинного меридиана обусловлен действием на главную ось двух сил -- суточного вращения Земли и силы тяжести (груз О). Сила тяжести направлена к центру Земли, поэтому под ее воздействием ось гироскопа старается занять горизонтальное положение. В то же время вследствие вращения Земли ось гироскопа стремится расположиться параллельно оси вращения Земли, т. е. в плоскости истинного меридиана.

При вращении ротора ось гироскопа совершает сложные периодические колебания относительно положения равновесия, совпадающего с плоскостью меридиана. При этом крайние положения оси гироскопа называют точками реверсия. Для определения направления меридиана с помощью специального автоколлиматора (устройства для фиксирования направления), жестко скрепленного с алидадой горизонтального круга, наблюдают крайние положения точки реверсии в момент, когда происходит изменение азимутального движения оси гироскопа на обратное. Затем рассчитывают с учетом поправок ее среднее положение, являющееся направлением меридиана.

Гироскопический азимут ориентируемой линии определяется по формуле

(30)

где п -- отчет по горизонтальному кругу, соответствующий направлению ориентируемой линии; п0 -- отсчет по горизонтальному кругу, соответствующий направлению истинного меридиана (положение динамического равновесия оси гироскопа).

Истинный азимут направления определится как

(31)

где Аг -- приборная поправка гиротеодолита, определяемая из эталонирования прибора на исходных направлениях с известными азимутами. Определение азимутов направлений методом гироскопического ориентирования не зависит от погодных условий, времени года и суток, магнитных аномалий и физико-географических особенностей района работ; ориентируемые направления могут располагаться как на поверхности, так и в подземных или закрытых сооружениях. Отечественный гиротеодолит МТ-1 позволяет за 45 минут при наблюдении четырех последовательных точек реверсии определять азимуты направлений с погрешностью порядка 10". Указанные достоинства гироскопического метода ориентирования направлений позволяют широко использовать его в геодезической практике.



12. Понятие об электронных и лазерных теодолитах

Наиболее перспективными с точки зрения автоматизации угловых измерений являются электронные (цифровые) теодолиты. При их использовании роль наблюдателя сводится к визированию на наблюдаемые цели, анализу и оценке точности измерений.

Отличительной особенностью электронного теодолита является наличие в его конструкции цифрового преобразователя угла (ЦПУ) в цифровой код. Основными элементами ЦПУ являются кодирующий диск, индексная диафрагма и фотоэлектрическая считывающая система. Кодирующий диск и индексная диафрагма представляют собой соосно расположенные стеклянные диски, на обращенных друг к другу поверхностях которых нанесены концентрические кодовые дорожки с прозрачными и непрозрачными сегментами. В этом случае значение наблюдаемого направления (отсчет по кодовому лимбу) представляется сочетанием двух сигналов: «темно -- светло». Тем самым в основу кода положена двоичная система счисления.

Регистрация информации с кодового лимба может осуществляться на фотопленку, перфоленту, магнитную ленту, световое табло или обычную компьютерную дискету.

К настоящему времени разработан целый ряд конструкций электронных теодолитов, различающихся типом отсчетного кодового устройства, способом считывания информации и регистрации результатов измерений и точностью. Из первых отечественных приборов можно отметить кодовые теодолиты ТК и ТТ11.

Кодовый теодолит ТК с фотографической регистрацией предназначен для измерения горизонтальных углов в теодолитных и тахеометрических ходах при создании съемочных сетей; средняя квадратическая погрешность измерения угла одним приемом составляет 0,0015 град (5"). Декодирование фотопленки с результатами измерений выполняется с помощью считывателя фильмов СФ-400 или вручную при наличии инструментального микроскопа.

Кодовый теодолит ТТ11 создан на базе точного теодолита 2Т2 и предназначен для измерения углов в ходах полигонометрии и триангуляции 1-го и 2-го разрядов с погрешностью не более 5". Особенностью его конструкции является то, что снимаемые показания высвечиваются на двух цифровых табло, расположенных на противоположных сторонах колонки прибора. Цифровой отсчет получают путем применения преобразователя типа «угол -- код -- цифра». Кодовый лимб имеет три штриховые кодовые дорожки, а в оптический канал прибора введены фотоэлектрическое сканирующее (считывающее) устройство и счетно-логическая электронная схема с цифровым табло. Теодолит имеет выход на блок автоматической регистрации показаний (накопитель информации) в двоичном коде.

Использование теодолита при измерении угла на станции четырьмя полными приемами позволяет повысить производительность труда на 60%,

В настоящее время отечественной промышленностью освоен выпуск электронного теодолита VEGA TEO-5B (рис. 17). Теодолит предназначен для измерения углов при создании плановых и высотных съемочных сетей. Значение измеренных углов высвечивается на цифровом табло с точностью до 5".

Из зарубежных кодовых теодолитов следует отметить теодолитов КО-В1 с фотоэлектрической регистрацией, разработанный фирмой МОМ (Венгрия). Отсчеты по угломерным кругам производятся автоматически, измеренные величины можно фиксировать на перфоленту, использовать цифро-печать, считывать визуально с цифрового индикатора или передавать в телеграфную сеть. При наблюдении неподвижных целей регистрируют одиночные отсчеты либо серии, состоящие из 2 --5 отсчетов. Средняя квадратическая погрешность измерения угла составляет 0,7".



Рис. 17. Электронный теодолит VEGA TEO-5B

К числу современных электронных теодолитов относятся теодолиты Т1000 и Т2000 (Швейцария), Eth3 и Eth4 (ФРГ), приборы серий DTr EtL и NE (Япония) и др.

Использование электронных теодолитов не только существенно упрощает и ускоряет полевые наблюдения, но и делает сами измерения менее субъективными.

Новым развивающимся направлением геодезического приборостроения является создание лазерных геодезических приборов и систем различного назначения, в том числе и лазерных теодолитов.

Лазерным называется теодолит, в котором параллельно визирной оси зрительной трубы либо вдоль этой оси направлен узкий пучок лазерного излучения.

Серийные оптические теодолиты могут оснащаться лазерными насадками с совмещенными осью лазерного пучка и визирной осью зрительной трубы или с параллельно расположенными осями. При совмещении осей лазерный пучок может вводиться в зрительную трубу с помощью гибких световодов или системы призм.

В качестве источников излучения используются оптические квантовые генераторы (ОКГ) -- лазеры, обеспечивающие высокую направленность (малую расходимость) и большую спектральную плотность лазерного потока. В лазерных теодолитах обычно применяются газовые (преимущественно гелий-неоновые) лазеры непрерывного действия.

Для регистрации положения центра лазерного пучка в точках визирования используют экран с нанесенной на него сеткой квадратов или маркой в виде концентрических окружностей, а для автоматической регистрации -- фотоэлектрические датчики. Некоторые виды фотоэлектрических приемных устройств позволяют фиксировать положение лазерного луча с точностью до 0,1 мм на расстоянии 100 м.

Разработанные в нашей стране модели лазерных теодолитов в основном предназначены для выполнения разбивочных работ, когда от видимых опорных линий, создаваемых лазерным пучком, выполняются необходимые измерения. Лазерные теодолиты часто изготавливаются на основе обычных теодолитов.

В лазерном теодолите ЛТ-75, выполняемом на базе теодолита ТТ 2/6, использован лазер ЛГ-75 мощностью 30 мВт (милливатт). Лазерный излучатель съемный и на его место можно установить зрительную трубу теодолита. Наведение на цель осуществляется дополнительной зрительной трубой. Устроенный на теодолите квадрант позволяет задать нужный уклон лазерного пучка с точностью до 10". Прибор предназначен для задания направлений большой протяженности при строительстве гидротехнических сооружений.

Лазерный теодолит ЛТ-56 создан на базе горного теодолита ТГ-1 и малогабаритного лазера ЛГ-56 мощностью 2 мВт; может питаться от аккумулятора. Для наведения пучка лазера на цель на кожухе укреплена визирная труба. Используется при оперативных разбивочных работах на строительных площадках и для контроля за проведением подземных горных выработок.

Для выполнения строительно-монтажных работ с высокой точностью в ЦНИИГАиК разработан на базе теодолита Т2 оригинальный лазерный теодолит (рис.18). В нем лазерный источник крепится сверху на подставках теодолита, позволяя зрительной трубе беспрепятственно вращаться вокруг горизонтальной оси на 360? Лазерный луч вводится в зрительную трубу системой зеркал и линз. Прибор может работать и как лазерный, и как обычный теодолит.

Рис. 18.Схема лазерного теодолита конструкции ЦНИИГАиК

Из зарубежных лазерных теодолитов можно выделить две основные группы приборов, выполненных:

В виде насадок к серийным оптическим теодолитам - GLO-1, GLO-2 и GLA-1, GLA-2, GLA-3 для теодолитов Т1 А, Т16 и Т2 фирмы «Вильд» (Швейцария), FVL фирмы «Отто Феннель» (ФРГ) и др.;

В виде самостоятельных приборов -- LT3 (США), LG68 (ФРГ), SLT-20 (Япония) и др.

Широкое применение лазерных приборов открывает новые перспективы автоматизации измерительного процесса, повышает производительность труда и в ряде случаев повышает точность измерений.



Заключение

Теодолит является одним из самых известных и распространенных геодезических приборов, сравнительно недавно он был основным рабочим инструментом геодезистов. В настоящее время на рынке геодезического оборудования имеется большой выбор теодолитов различных марок (RGK, Vega, УОМЗ, Geobox, Topcon, Sokkia, Boif, Foif, ADA, Nikon, CST/Berger, Suoth, Pentax, Spectra Precision)

Теодолиты имеют оптические компенсаторы, принцип действия которых основан на действии силы тяжести, т.е. на маятниковом подвесе установлена призма, которая при отклонении прибора стремится занять вертикальное положение, тем самым производится устранение ошибки установки теодолита - компенсация. Компенсатор позволят выполнять теодолитом нивелирование. В России оптические теодолиты производит Уральский оптико-механический завод (УОМЗ), в настоящее время на указанном предприятии также выпускают электронные теодолиты и тахеометры. Модельный ряд приборов, выпускаемых на УОМЗ: теодолит 2т30, теодолит 2т30п, теодолит 4т30п, теодолит 14т15п, теодолит 3т5кп, теодолит 3т2кп. В зависимости от точности измерения горизонтального угла, теодолиты подразделяют на: высокоточные, точные и инженерные.

Оптический теодолит представляет собой сложный прибор, который состоит из трёх основных узлов - подставки с трегером, зрительной трубы и корпуса прибора (колонки) - и более мелких: кремальера, окуляр микроскопа, визир, уровень алидады, наводящий винт, закрепительный винт трубы, зеркало подсветки, рукоятка перевода лимба, закрепительный винт алидады, юстировочный винт, диоптрийное кольцо окуляра, наводящий винт трубы.

Электронный теодолит имеет практически туже компоновку. Корпус инструмента является несущим элементом, также в нём располагаются отсчётная система. Зрительная труба - это оптическая система, предназначенная для точного наведения на цель, для этого она имеет сетку нитей. Подставка с трегером необходима для горизонтирования теодолита.



Список использованной литературы

1. Поклад Г.Г., Гриднев С,П, «Геодезия» Учебник для вузов.- М: Академический проект, 2007. - 592с.

2. Михелев Д.Ш. «Инженерная геодезия» Д.Ш. Михелев. - М.: Академия, 2004. - 481 с.

3. Пильник Ю.Н. Теодолит: метод. указания к выполнению лабораторной работы / Ю.Н. Пильник, С.Б. Дудникова. - Ухта: УГТУ, 2011. - 19 с.

4. Попов В.Н., Чекалин С.И. «Горная книга» Москва, 2007 г., 519 с.

Размещено на Allbest.ru