Типи. Оптичний клин.

Призмою називається оптична деталь, що обмежена заломлюючими, відбиваючими плоскими поверхнями, розташованими під кутом одна до одної.

Призми розподіляються на:

1. Відбивні призми, що використовуються в геодезичних приладах для:

а). зміни напряму оптичної вісі (ломана вісь в астрономічному універсалі);

б). зміни напряму лінії візування (окулярна призма оптичного мікрометра);

в). обернення зображення;

г). Поділу зображення в полі зору.

2.Для заломлення променя в далекомірах на постійний кут.

Відбивні призми позначають двома буквами і числом градусів, на який відхиляється промень. Перша буква вказує число відбиваючих граней (А – 1 грань, Б – 2 грані, В – 3 грані). Друга буква характеризує геометрію призми (Р – рівнобедрена, С – ромбічна, П – пентапризма).

Основні типи призм:

Рис.2.7.

а). прямокутна з однією відбиваючою гранню – вона змінює напрям на 90⁰ і дає дзеркальне зображення.

Рис.2.8.

б). прямокутна з двома відбиваючими гранями - змінює напрям на 180⁰, зберігає вид зображення.

Призма широко використовується в автоколімаційних вимірюваннях, так як має особливу властивість: при обертанні навкруги ребра вихідний промінь не змінює свого положення.

Рис.2.9.

в) призма – ромб – нічого не змінює, зміщує зображення

Рис.2.10.

г) пента призма – змінює напрям на 90⁰і дає пряме зображення.

Якщо кут між заломлюючими поверхнями <5⁰, то така призма називається клином. Відомо, що кут відхилення клину дорівнює:

(2.1), де

- заломлюючий кут клинка;

- показник заломлення клинка.

Рис 2.11. Оптичний клин

 

8. Центрована і ідеальна оптичні системи. Кардинальні площини і точки. Телескопічна система.

 

Реальні оптичні системи мають мінімум одну лінзу (це дві заломлюючі поверхні), а частіше системи мають комбінацію лінз. Оптична система із декількох заломлюючих поверхонь називається центрованою оптичною системою, якщо центри поверхонь оптичних деталей розміщені на одній прямій, що називається головною оптичною віссю системи. Іншими словами, оптична вісь системи – це пряма, що проходить через оптичну систему без заломлень.

Гаус створив теорію ідеальної оптичної системи, тобто системи, в якій зберігається гомоцентричність пучків і зображень, геометрично подібних предмету. В ідеальній оптичній системі зображення відтворює предмет без перекручення. Ідеальна оптична система може бути здійснена, якщо в центрованій оптичній системі запровадити параксіальну область.

Параксіальна область – це промені, які проходять близько до центрального променя.

Теорія ідеальної оптичної системи Гауса встановлює декілька кардинальних площин і кардинальних точок. Для ознайомлення з ними будь-яку оптичну систему зручно представити у вигляді двох поверхонь.

Рис 2.12.Оптична система

Першу, з вершиною в т. О – точка перехрещення сферичної заломлюючої поверхні з оптичною віссю, останню – з вершиною в т. - точка перехрещення сферичної заломлюючої поверхні з оптичною віссю.

Точки, в яких перехрещуються заломлені промені, паралельні оптичні вісі, називаються відповідно:

- заднім фокусом (для променів що йдуть з простору предметів);

- переднім фокусом (для променів що йдуть з простору зображень).

Площини, що проходять через передній і задній фокуси, перпендикулярні оптичній вісі, називають відповідно:

1 - передньою фокальною площиною;

2 - задньою фокальною площиною.

Заломлюючу дію всіх поверхонь оптичних деталей, що можуть бути в оптичній системі, можна звести до однієї площини. Для променів, що йдуть з простору предметів, це передня головна площина – 3; для променів, що йдуть з простору зображення, - задня головна площина – 4. Перетин цих площин з оптичною віссю дає передню і задню головні точки.

Важливими також є відстані і відрізки: передня фокальна відстань - , задня фокальна відстань - ; - передній фокальний відрізок, - - задній фокальний відрізок.

Якщо оптичну систему представити з двох сферичних поверхонь, то відстань між заднім фокусом першої оптичної системи (т. ) і переднім фокусом другої оптичної системи (т. ) називають оптичним інтервалом FF`= .

Телескопічною (афокальною) системою називають оптичну систему, в якій інтервал . До телескопічної системи можна віднести зорову трубу, що сфокусована на нескінченність.

Фокусна відстань телескопічної системи:

(2.2), де

b1 і b2 - проекції точок телескопічної системи

Це означає, що паралельний пучок променів, який йшов паралельно з просторовим предметом, після заломлення в системі залишається паралельним.

Головні точки телескопічної системи також знаходяться в нескінченності. В такій системі апертурною діафрагмою буде оправа об`єктива. Вона ж буде і вхідною зеницею (Д). Зображення цієї діафрагми в просторі зображень буде вихідною зеницею оптичної системи (d). Відношення називається кутовим збільшення оптичної системи (Г^х). Відношення називається лінійним збільшення оптичної системи (b).

(2.3), де Г^х – кратність;

(2.4)

(2.5)

Відношення називається відносним отвором оптичної системи.

9. Лупа. Об`єктив, його характеристики. Види об`єктивів.

Телеоб`єктив.

Лупа є найбільш простим оптичним приладом. Вона може бути однолінзовою, багатолінзовою. Останні дають більше збільшення і менші аберації. Видиме збільшення лупи підраховується за формулою:

(3.1), де 250мм – найкраща відстань до ока.

Лупи застосовуються для зняття відліків в геодезичних приладах з верньєрами.

Об¢єктив - це оптична система, що повернена до предмета. В більшості об¢єктиви дають дійсне зображення і є довгофокусними.

Основними характеристиками об¢ктивів є:

1.Фокусна відстань об¢єктива f_об.;

2.Відносний отвір об¢єктива ;

3.Кут поля зору 2W.

Діаметр об¢ективів знаходиться в межах 30-65мм. Інколи можуть бути 100мм.

Для зменшення аберації об¢єктиви роблять з декількох лінз із різних сортів скла з різними радіусами кривизни. Наведемо деякі основні види об¢єктивів:

1 –дволінзовий склеєний (застосовуються в приладах з малою і середньою точністю); 2W=10⁰; f=300-360мм.

2 –дволінзовий з повітряним проміжком (застосовуються в теодолітах більш високої точності); 2W=40⁰; f=520мм.

Рис 3.1.Дволінзовий склеєний Рис.3.2 Дволінзовий об`єктив Рис.3.3. Багатолінзовий

об’єктив з повітряним проміжком об’єктив з повітряним проміжком

3 - багатолінзовий з повітряним проміжком (для виключення аберацій). Аберація – перекручення зображення.

Телеоб¢єктив призначається для збільшення фокусної відстані без збільшення розмірів зорової труби. В цій оптичній системі об¢єктив доповнюється фокусуючою лінзою, яка знаходдиться на відстані d від об¢єктива.Фокусна відстань телескопічної системи розраховується за формулою:

(3.2)

 

 

10. Окуляр, його характеристики. Види окулярів. Мікроскоп.

Окуляр це оптична система, що знаходиться перед оком спостерігача, служить для розгляду зображення предмета, що дає об¢єктив, під більшим кутом поля зору.

Основні характеристики окуляра:

1.Фокусна відстань окуляра f_ок.=7-15мм;

2.Збільшення окуляра ;

3.Кут поля зору 2W;

4.Діаметр вихідної зениці d_вих.;

5.Положення вихідної зениці Р=8мм

Окуляр – це ширококутова оптична система, яка складається з польової лінзи (колектива 1), окової лінзи 2, що знаходиться з боку ока.

Рис.3.4. Окуляр

Вихідна діафрагма знаходиться на відстані Р=6-8мм. Відстань Р необхідна для того, щоб вії спостерігача не заважали дивитися в окуляр. Збільшувати відстань не бажано, тому що буде віньєтування, тобто затемнення по краям поля зору. Положення відстані можна вирахувати за формулою:

(3.3)

Всі окуляри роблять складними, тобто із багатьох лінз. Це роблять для зменшення аберації. Окуляр монтують в одній оправі, яка може переміщуватись уздовж оптичної вісі, це необхідно для встановлення різкості сітки ниток на око спостерігача.

Основні види окулярів, що мають місце в геодезичних приладах:

1. Окуляр Рамсдена – застосовуються, в основному, в мікроскопах геодезичних приладів.

Рис.3.5. Окуляр Рамсдена

2. Окуляр Кельнера – застосовується в теодолітах малої і середньої точності.

Рис.3.6. Окуляр Кельнера

3. Симетричний окуляр – застосовується в більшості сучасних геодезичних приладів.

Рис3.7. Симетричний окуляр

Крім наведених, є більш складні окуляри: ортоскопічний (в далекомірах), земний (для розгляду земних предметів).

Мікроскоп має об’єктив і окуляр.

Збільшення мікроскопа:

(3.4)

 

По відношенню до лупи мікроскоп має:

1. Більше збільшення;

2. Більшу робочу відстань до ока;

3. В площині зображення можна поставити сітку і по ній вести вимірювання.

 

В геодезичних приладах мікроскопи використовують в якості:

1. Мікроскоп-лупа;

2. Відліковий мікроскоп;

3. Шкаловий мікроскоп;

4. Мікроскоп-мікрометр та ін.

 

11. Оптична система зорової труби. Типи фокусування.

Оптична система зорової труби складається з об’єктива, окуляра, фокусуючої лінзи і скляної пластинки (сітки ниток).

Конструктивно зорові труби можуть мати об’єктив і окуляр як позитивні лінзи (труба Кеплера) і об’єктив – позитивна лінза, а окуляр – негативна (труба Галілея). Труба Галілея дає пряме, а труба Кеплера – обернене зображення.

Пряма, що проходить через центр об’єктива і центр перехрестя сітки ниток, називають візирною віссю.

Пряма, що проходить через центр об’єктива і центр окуляра, називають оптичною віссю.

Фокусування зорової труби полягає в суміщенні зображення предмету в площині сітки ниток.

Види фокусування.

Фокусування буває двох видів:

1. Зовнішнє – коли сітка ниток і окуляр рухаються одночасно. Таке фокусування застосовують в приладах більш старих конструкцій. Недоліком цих конструкцій є те, що змінюється довжина зорової труби. В середину зорової труби може попасти пил та ін. Такі прилади на сьогодні застосовують мало.

2. Внутрішнє – коли сітка ниток і окуляр не рухаються. Рухається тільки фокусна лінза (за допомогою кремальєри). При цьому зображення предмета фокусується в площину сітки ниток.

Рис.3.8. Зорова труба з внутрішнім фокусуванням

1. – об’єктив;

2. – фокусуюча лінза;

3. – сітка ниток;

4. – окуляр;

5. – кремальєра.

 

Переваги зорових труб з внутрішнім фокусуванням:

1. Постійна довжина;

2. Герметичність;

3. Малі розміри.

Недоліки зорової труби з внутрішнім фокусуванням:

1. Втрати світла (за рахунок фокусуючої лінзи);

2.При переміщенні фокусуючої лінзи може змінюватись напрям візирної вісі.

Лекція №4

12. Основні характеристики зорової труби, методи їх визначення.

Основними характеристиками зорової труби є:

1.Збільшення Г^х;

2.Кут поля зору 2W;

3.Роздільна здатність ά;

4.Якість зображення.

Збільшення геодезичних приладів Г ^х знаходиться в межах ві 15 до 40 крат, інколи 50^х (для астрономічних приладів). Чим більше збільшення, тим менше поле зору β0.

Збільшення визначають за формулою:

(4.1) (4.2)

Зорова труба зменшує лінійні розміри предметів, збільшуючи при цьому кут поля зору.

Методи визначення:

1.Шляхом вимірювання Д_вхід. і d_вих.

2.В польових умовах, по рейці.

Кут поля зору.

Полем зору називають частину простору, що видна в нерухому зорову трубу. Поле зору обмежується круглим отвором – діафрагмою. Цією діафрагмою є діафрагма сітки ниток, що знаходиться в фокальній площині об¢єктива.

Під полем зору зорової труби розуміють поле зору об¢єктива. Воно знаходиться в межах 2W=5⁰-6⁰.

Метод визначення: вимірювання по горизонтальному та вертикальному кругах.

Роздільна здатність характеризує здатність оптичної системи давати роздільно зображення двох малих предметів. Теоретично:

(4.3); a_ока=60¢¢

Роздільна здатність визначається по ДЕСТованих шкалах-мірах. Шкала-міра являє собою шкалу квадратів, що мають штрихи з різними відстанями у чотирьох напрямах.

Рис.4.1. Шкали міри

На практиці ця шкала розташовується в фокальній площині коліматора.

Рис.4.2. Коліматор

Коліматор - це такий геодезичний прилад, який має об¢єктив в фокальній площині якого може бути встановлена діафрагма, світлова щілина або інший предмет, що розглядається. З коліматора завжди виходить паралельний пучок променів. Тому незалежно на якій відстані від коліматора встановлено геодезичний прилад. В горизонтальну трубу спостерігають шкалу-міру. Той квадрат, де бачать штрихи всіх чотирьох напрямків роздільно, буде визначати роздільну здатність. Ця величина (роздільна здатність квадрату) береться з паспорта.

В лабораторних умовах, де відсутній коліматор, визначення ведеться по такій же шкалі-мір; але вимірюється відстань від приладу до шкали, відстань між штрихами шкали-міри. Потім за формулою:

(4.4), де

а – мінімальна відстань між двома штрихами шкали-міри;

s – відстань від приладу до шкали-міри.

Якість зображення.

Її можна визначити, якщо в фокальний площині коліматора розташувати круглу діафрагму маленького отвору.Тоді при спостереженні в геодезичний прилад на всьому полі зору ця точка має бути видна чітко, без ореолів,хвостів, фарбування (забарвлення).

В реальних умовах якість зображення можна перевірити в ночі по яскравій зірці.

 

13. Кутомірні круги і лінійні шкали. Спосіб їх виготовлення.

Кутомірні круги (лімби) відносяться до середньої частини теодоліта.Раніше лімби виготовляли металевими (латунь, бронза, алюмінієві сплави). Тепер лімби виготовлюють виключно із оптичного скла, наприклад, на металеві можна було нанести штрихи товщини 0,1 мм, коли на склі –2-8 мкм,тобто в 20 разів тонше. Товщина скла лімбів приблизно 2-5 мм., паралельність їх поверхонь – в межах 10˝.

Діаметр лімбів різний:

- у теодолітів малої і середньої точності – 70-100 мм;

- у теодолітів високої точності –250 мм;

- в астрономічних теодолітах –700 мм.

Чим більше діаметр, похибка нанесення штрихів буде зменшуватись. Конструктивно штрихи в полі зору розглядають двома методами:

а) у прохідному світлі:

 

Рис.4.3. Лімб у прохідному світлі

1- лімб зі штрихами;

2-оптичний елемент.

б) у відбивному світлі:

Рис.4.4. Лімб у відбитому світлі

В цьому випадку оптичний елемент 2 має одну дзеркальну грань і одну напівпрозору грань.

Штрихи лімба підписуються в градусах (0˚-360˚). Раніше були в градах (360⁰=400 град). Кутова величина між штрихами залежить від діаметра лімба і відлікового пристрою. Оцифрування штрихів ведуть завжди за ходом годинникової стрілки, або зліва на право, або зверху в низ (для того щоб зменшити ймовірність невірного відліку).

Спосіб виготовлення

Всі способи нанесення штрихів на лімби або шкали повністю автоматизовані. Відмічають 3 способи нанесення:

1.Механічний.

На скляну пластинку наноситься шар бджолиного воску з подальшим травленням і кресленням штрихів або безпосереднім гравіруванням (для штрихів 5-6 мкм. товщиною). Для штрихів товщиною до 2 мкм. різцем прорізають шар спеціального лаку і на прорізані штрихи напиляють хром.

2.Фотографічний.

Заготовлюють в великому масштабі зразок шкали, фотографують і одержують зменшений негатив. При зменшені негатива зменшуються похибки нанесення штрихів на оригіналі. З негатива ведуть копіювання на заготовку.

3.Фотомеханічний.

Заготовку шкали покривають світлочутливим шаром. Замість різця, що з часом затуплюється, використовують світлову щілину. Так можна отримати товщину штриха до 0,5 мкм. В США розроблена методика нанесення штрихів за допомогою лазерів з товщиною 0,1 мкм.

 

14. Поняття про похибки поділу кутів і методи їх визначення.

Всі операції по нанесенню штрихів повністю автоматизовані. Вони виконуються на розподілю вальних машинах. В основі такої машини лежить еталонне зубчате колесо, різець, мікроскоп та інші точні оптико-механічні деталі. Зубчате колесо має кількість зубців кратне 360˚(наприклад 1080, 1440). Це колесо має пристрій для рівномірного обертання. Під час його зупинки різець наносить штрих. Тиск різця всього 3 грами. Штрихи наносяться дуже близько один до одного. Наприклад, при нанесенні штрихів з кутовою поділкою 4˚ будемо мати 5400 штрихів. При діаметрі лімба 140 мм. відстань між штрихами буде дорівнювати 0,08 мм.

R=140/2=70 мм;c=2ΠR=439.8;2ΠR/5400=0.08 мм;

360˚(60΄/4)=5400 штрихів; ПД/5400=0,08мм.

Колесо обертається повільно. За 1 хвилину наноситься менш 10 штрихів. Є лічильник кількості штрихів. Гарантується, що похибка між штрихами не повинна перевищувати 1˝,5. ці похибки обумовлені:

а) ексцентриситетом – незбіганням центрів обертання зубчастого колеса з еталонним лімбом або деформацією лімба при закріпленні його в оправу;

б)неточністю виготовлення зубчастого колеса або похибками черв’ячної передачі, тобто похибками роздільної машини;

в) коливаннями температури.

Похибки з пункту „а” будуть мати періодичний характер, тобто їх крива буде мати вигляд синусоїди.

Для виключення періодичних похибок ліній при вимірюваннях кута між прийомами різець переставляють на , де - кількість прийомів.

Похибки, викликані пунктом „б”, будуть мати короткоперіодичний характер, але вони по своїй величині будуть в 3 і більше разів перевищувати періодичні похибки. Це значить, що на якомусь інтервалі лімба може бути відстань між штрихами, значно більшою або, значно меншою від нормативної. Ця похибка може проявитися при вимірюваннях кута якимсь одним прийомом. Якщо похибка проявляє себе неодноразово, то треба змінити установку лімба. Похибка з пункту „в” носять випадковий характер. Для їх дослідження необхідно було б за допомогою мікроскопа поміряти всі інтервали між штрихами. Але ця робота надто клопітна. Тому на виробництві використовуюють методи вимірювання еталонних кутів, по яких визначають випадкові похибки.

 

Лекція №5.

15. Типи і призначення відлікових улаштувань.

 

По типу відліку по лімбу улаштування розрізняють:

1. По верньєру (ноніусу);

2. По штриховому мікроскопу;

3. По шкаловому мікроскопу;

4. По мікроскопу з оптичним мікрометром.

Різні відлікові улаштування вирішують різні завдання. Це, як правило:

а) оцінка на око десятих частин інтервалу між штрихами лімбу;

б) коінцидентного сполучення штрихів (діаметральне сполучення).

 

Як правило, відлікові пристрої конструктивно розташовані поруч з зоровою трубою (для зручності зняття відліку). Нижче наведені відлікові пристрої.

Верньєр – допоміжна шкала, яка може переміщуватися вздовж основної шкали і служить для оцінки десятих частин основної шкали. На верньєрі на 1 штрих більше, ніж на лімбі, тобто сам інтервал між штрихами менший.

Рис.5.1. Принцип верньєра

1 – лімб;

2 – верньєр.

Верньєр - це прототип штангенциркуля.

(5.2)

-ціна поділки верньєра; - ціна поділки лімба; n-число поділок верньєра;

n-1 - число поділок лімба; t-точність верньєра.

 

Точність верньєра визначається:

Рис.5.2. Точність верньєра

Повірки верньєра:

1) При сполученні першого штриха останній також має збігатися;

2) Між шкалою лімба і шкалою верньєра зазор не повинен перевищувати половину товщини штриха.

Штриховий мікроскоп.

Він є найпростіший із сучасних оптичних відлікових пристроїв. Тут на сітку ниток наноситься штрих, що є індексом. Він знаходиться в площині зображення об’єктива мікроскопа на скляній пластинці. Оцінка десятих долей виконується до 0,1 поділки на око.

Така конструкція застосована в технічних теодолітах Т-30 і Th-51 фірми „Opton”.

Слід звернути увагу, що при такій конструкції знімають відліки тільки по одному краю лімба, тобто ексцентриситет не виключається.

Рис.5.3.Штриховий мікроскоп

Повірки і вимоги.

1.Зображення штрихів круга і штриха індексу повинні спостерігатися однаково чітко;

2.Штрих-індекс повинен розташовуватись паралельно штрихам круга (лімба).

Шкаловий мікроскоп.

Шкаловий мікроскоп –сучасний відліковий пристрій, який використовується в точних теодолітах типу Т5. Тут в фокальній площині мікроскопа на скляній пластинці встановлюють шкалу, довжина якої повинна відповідати відстані між сусідніми штрихами лімба.

Невідповідність довжини шкали найменшому видимому інтервалу лімба називається реном.

Рен можна змінити завдяки регулюванню збільшення мікроскопа. Точність відліку по цьому мікроскопу –0,1΄.

Відлік:5˚22,΄8.

Рис.5.4. Шкаловий мікроскоп

Вимоги до шкалового мікроскопу.

1.Рен має бути відсутній або знаходитись в допустимих межах.

2.Штрихи лімба і штрихи мікроскопа мають бути видно чітко при одному положенні окуляра мікроскопу, тобто повинен бути відсутній паралакс.

Така конструкція застосовується також в теодолітах Theo-020 фірми “Opton” і Т16 фірми “Вільд”.

Крім наведених вище є конструкція мікроскопа з гвинтовим мікрометром. Вона застосовується в теодоліті ТТ2/6 (теодоліт тріангуляційний). Така конструкція ще й сьогодні є в астрономічних приладах. Мікроскоп точний, але складний.

 

Найбільш сучасний відліковим улаштуванням є мікроскоп з оптичним мікрометром. Він застосовується в найбільш точних теодолітах Т1, Т2, Т0,5 а також в теодоліті Theo-010 фірми “Opton”.

Принцип дії мікроскопа з оптичним мікрометром полягає в тому, що за його допомогою відслідковують переміщення зображення ділянки шкали лімба.

Конструктивно мікроскоп з оптичним мікрометром має вигляд мінімум одного, а частіше 2 рухомих оптичних клинків, які при переміщенні барабаном оптичного мікрометра одночасно переміщують шкалу з поділками. Ця шкала має 600 поділок (10х60 штрихів-секунд, тобто 10΄х60˝).

Переваги мікроскопа з оптичним мікрометром:

1.Більш висока точність по відношенню до всіх інших;

2.Зручність в користуванні, так як окуляр оптичного мікрометра знаходиться поруч з окуляром зорової труби.

Оптичний мікрометр може бути конструктивно виготовлений так, що рухомий елемент може бути виконаний як:

а)плоско паралельна пластинка, що обертається відносно нерухомої вісі;

б)оптичний рухомий клин, що переміщується паралельно оптичній вісі;

в)обертаючий оптичний клин;

г)лінза, що переміщується перпендикулярно оптичній вісі та інше.

Оптичний мікрометр в точних теодолітах (наприклад в Т1,Т2,Т05) виконується у вигляді двох пар клинків: одна пара рухома, друга –нерухома. При цьому одна і друга пара мають клинки з однаковим кутом захоплення та орієнтовані один до одного так, що захоплюючі ребра направлені в протилежні сторони.

Оптичний мікрометр нівеліра.

В точних нівелірах застосовується мікрометр, який виконаний у вигляді плоско паралельної пластинки, що обертається перед об’єктивом на певний кут і. Так як пластинка плоско паралельна і знаходиться в паралельних пучках променів, то, відповідно до законів фізики, вона зміщує зображення рейки на величину h.

Рис.5.5. Оптичний мікрометр нівеліра

1-об’єктив нівеліра;

2-плоско паралельна пластинка;

3-барабан що нахиляє плоско паралельну пластинку.

Відлік по шкалі барабана змінюється від 0 до 100 поділок. При поділці рейки, на яку ми візуємо, яка, наприклад, має 5 мм, похідній поділці шкали буде відповідати зміщення h по рейці 0,05мм, коли 10мм – h=0,1мм. Така конструкція застосовується в точному нівелірі Н 1. Вона дає можливість більш точного зняття відліку по рейці. Наприклад, якби не було цієї пластинки, то ми десяті частини відліку знімали б на око, а при її наявності, знаючи ціну однієї поділки барабана і кількість поділок барабана, - більш точно визначаємо точність відліку.

 

16. Рівні геодезичних приладів, їх призначення. Види ампул.

Рівні в геодезичних приладах призначені для приведення вісі приладу в горизонтальне чи вертикальне положення, а іноді і для вимірювання кутів нахилу.

За принципом дії рівні розрізняють рідинні і електронні. За конструктивним виконанням рідинні рівні поділяють на круглі і циліндричні. Круглі - для грубого горизонтування; циліндричні – для точного горизонтування і для вимірювання кутових відхилень. Електронні рівні або приводять прилад в горизонтальне положення (автоматично), або точно вимірюють кут нахилу в невеликому діапазоні з точністю до десятих, сотих долей секунд. Електронні рівні повністю автоматизовані.

Види ампул. Відповідно ДЕСТу на ампули, в геодезичних приладах застосовують 4 типи ампул:

АК – ампула кругла;

АЦП – ампула циліндрична проста;

АЦР - ампула циліндрична регульована;

АЦК - ампула циліндрична компесаційна.

Три останні застосовуються в циліндричних рівнях.

АЦП має поділки двох типів:

 

Рис.5.6. Поділки ампул цілиндричних рівнів

а). Для вимірювання нахилу (поділки розташовані по всій довжині ампули);

б). Тільки для горизонтування (поділки даються по краях).

Відстані між штрихами в усіх рівнях – 2мм.

АЦР має в середині перегородку 1, яка дозволяє при збільшенні чи зменшенні довжини бульбашки регулювати її розмір. Для цього необхідно ампулу нахиляти в одну чи в іншу сторону.

Рис.5.6. Ампули АЦР,АЦК

АЦК має в середині компенсаційну паличку 1, яка при змінах температури сприймає на себе температуру, не дає можливості змінюватись бульбашці рівня.

Всі ампули заповнюються спирто-ефірними сумішами, що можуть бути зафарбовані жовтим або іншим кольором.

 

17. Круглий, циліндричний і контактний рівні, їх устрій.

Круглий рівень має такий устій:

Рис.5.7. Круглий рівень

Скляна ампула 1, верхня частина якої відшліфована по сферичній поверхні, закріплена в металеву оправу 2. По центру сфери є круглі поділки. Відстань між цими поділками є ціною поділки рівня. Так як ці рівні є грубими, то їх ціна поділки знаходиться в межах 4¢-8¢ і більше.

Ціна поділки кожного рівня залежить від радіуса шліфування внутрішньої поверхні ампули. Для грубих рівнів R=0,8м.

Нуль-пункт – це бульбашка в седині рівня при горизонтальному положенні посадочної площини. Юстування рівня виконують гвинтом 3.

Циліндричний рівень має такий устрій:

 

Рис.5.8.Циліндричний рівень

1 – оправа;

2 – ефір, що не замерзає при температурі -50⁰С;

3 – бульбашка;

4 – скляна ампула з молібденового скла;

5 – гель або віск;

6 – юстувальний гвинт.

Скляна ампула в якій внутрішня поверхня відшліфована у вигляді діжкоподібного типу, вільно (без натягу) встановлена в оправу 1. Якість роботи рівня багато в чому залежить від якості шліфування внутрішньої поверхні ампули.

Циліндричні рівні мають два призначення:

- для горизонтування;

- для вимірювання кутів.

У деяких геодезичних приладах циліндричні рівні можуть бути зйомними, а в основному вони жорстко з¢єднані з приладом.

Циліндричні рівні розташовані:

1.На корпусі приладу для приведення вертикальної вісі приладу в прямовисне положення, а приладу – в горизонтальне.

2.Рівні при вертикальному крузі для зняття відліку по відповідному індексу.

3.В деяких конструкціях теодолітів і нівелірів циліндричний рівень розташовується на зоровій трубі – для приведення її в горизонт.

4.В нівелірах для приведення візирної вісі зорової труби в горизонт.

 

Контактні рівні.

В конструкціях теодолітів для зняття відліку по вертикальному кругу, а також у нівелірах без компенсаторів зображення циліндричного рівня передається в поле зору у вигляді двох половинок: нижньої і верхньої. У випадку їх контакту рівень знаходиться в горизонті.

а). рівень не в горизонті; б). рівень в горизонті.

Рис.5.9. Контактні рівні

Точність встановлення бульбашки в нуль пункт у контактному рівні в 5-6 разів вища, ніж у звичайних. Для регулювання довжини бульбашки на одному із кінців рівня є запасна камера, в яку можна перегоняти частину рідини.

Лекція №6

18. Ціна поділки рівнів.

Під ціною поділки рівня розуміють виражену в кутових секундах величину нахилу при зміщенні бульбашки рівня на одну поділку, тобто на 2мм. Чим вище точність рівня тим менша ціна поділки . Тоді рівень стає найбільш чутливим до зміни його положення.

Зміна чутливості залежить від таких параметрів:

1.Довжини бульбашки;

2.Якості шліфування внутрішньої поверхні;

3.Наповнювача ампули;

4.Температури рівня

5.Довжини і товщини ампули.

Під чутливістю рівня розуміють найменший кут, на який необхідно нахилити його вісь, щоб бульбашка перемістилась на ледве замітну неозброєним оком величину.

Чутливість повинна відповідати точності приладу. В технічних теодолітах ціна поділки рівнів коливається в межах 15-60’’.

Рис.6.1. Ціна поділки рівня

Звичайно довжина і товщина ампули мають відношення . Відповідно до ДЕСТ може бути 10¢¢, 15¢¢, 20¢¢, 30¢¢, 60¢¢, 2¢. Найбільш точні ампули мають величину =2¢¢ і навіть, 1¢¢. Співвідношення визначається за формулою:

(6.1)

Значення r знаходиться в межах від 1 до 80м.

 

19. Методи визначення ціни поділки рівня.

Їх практично є два: польовий – спосіб Комстока; лабораторний – на екзаменаторі.

Перший спосіб передбачає в польових умовах встановлення рейки на відстані S від геодезичного приладу. Один з підіймальних гвинтів встановлюють по напряму на рейку. Величина S=20-50м. Цим підіймальним гвинтом переміщують бульбашку в інтервалі рівня і знімають відліки по рейці. Ціна поділки буде визначатись за формулою:

(6.2), де

l_n-l₁ – відліки по рейці;

n_n-n₁ – кількість поділок ампули.

Найбільш точним є метод визначення ціни поділки на екзаменаторі. Екзаменатор – спеціаль-

ний прилад, який має лагери під рівень, підійма-

льні гвинти і вимірювальний гвинт. Крок вимірювального гвинта має тонку різьбу, крок

якої вибирають в залежності

від довжини штанг і екзаменатора.

Екзаменатори можуть бути 2-х секундними і 10- секундними.

В залежності від кількості пройдених поділок при нахилі рівня, кількості штрихів на вимірювальному гвинту визначають ціну поділки.

20. Електронні рівні.

Рис.6.2. Принципова схема електронного рівня

1 – плоска пружина із берилієвої бронзи;

2 – маятник;

3 – дві катушки індуктивності L₁ і L₂;

4 – основа маятника.

Ця схема має доповнення у вигляді мостової

схеми:

Рис.6.3. Мостова схема електронного рівня

1 – підсилювач;

2 – прилад для вимірювання (амперметр, вольтметр);

L₁ і L₂ - індуктивність;

R₁ і R₂ - опори

Точність електронних рівнів може досягати 0¢¢,01. Принцип дії: при нахилі основи 4 маятник 2 переміщується між катушками індуктивності. Різниця нахилів електронною схемою передається на вимірювальний прилад, який проградуйований в секундах. Якщо маятник 2 знаходиться посередині між катушками, то вимірювальний прилад покаже “0” і прилад буде знаходитись в горизонті.

 

 

 

ІV семестр.

Лекція №7

21. Осьові системи геодезичних приладів.