Зрительные трубы

3.2 лімб закріплений нерухомо

3.3 алідада зєднана з зоровою трубою трубою

3.4.фіксуючий гвинт труби

3.5 мікрометричний гвинт зорової труби

4.1 зорова труба

4.2 окуляр з діотрильним кільцем

4.3 сітка ниток

4.4 лінза кремальєре

4.5обєктив

4.6 приціл

 

Повірки та істовуння теодоліта

1. Вісь циліндричного рівня при алідаді горизонтального круга має бути перпендикулярно до вертикальної вісі обертання теодоліта.

Перевірка.

Установлюєм циліндричний рівень паралельно двом піднімальним гвинтам, бульбашку рівня виводимо в нуль пункт.Повертаєм теодоліт на 180⁰. Бульбашка рівня повинна бути в 0 пункті. В противному випадку виправними гвинтами рівня повертаєм бульбашку на половину відхилення,повірку виконуємо повторно.

2. Вертикальна нитка сітки ниток має бути встановленя прямовисно.

Перевірка

На відстані 10-15 м. від теодоліта в захищиному від вітру місці підвішуємо висок, вертикальну нитку сітки ниток наводимо на нитку виска. В противному випадку ослаблюємо її до співпадання ниток (сітки ниток і виска).

3. Візирна вісь зорової труби має бути перпендикулярна до горизонтальної труби.

Перевірка

На відстані 50-60 м від теодоліта вибираємо точку і наводимо на неї центр сітки ниток. Злічуєм відлік при круз з ліва аналогічну операцію виконуєм при крузі з права. За формулою кільмінаційної похибки (С=КЛ-КП±180⁰/2) якщо С небільше 2t(t-точність інструмента) то умова виконана. В противному випадку за формулами(КП₀=КП+С;КЛ₀=КЛ-С±180⁰) визначаємо правильний відлік який повинен бути по горизонтальному крузі, щоб С було менше або рівне t.

Горизонтальними виправними гвинтами сітки ниток переміщаєм її до співпадання центру сітки ниток з токкою.

Повторно виконуємо 2,3 повірку.

4. Перевірка місця нуля вертикального круга.

Місцем нуля називають відлік по вертикальному крузі при горизонтальному положенні візирної вісі і вісі циліндричного рівня, він має бути близький до нуля.

Перевірка.

На точку розташовану від теодоліта на відстані 50-60 м наводимо центр сітки нитоок злічуєм відлік по вертикальному крузі при КЛ,аналогічну операцію виконуємо при крузі права за формулою (М₀=КЛ+КП±180⁰) якщо місце нуля менше або рівне 2t,то умова виконана. В противному випадку за формулами (КЛ₀=КЛ-М₀, КП₀=КП-М₀±180⁰),установлюєм його мікрометричним гвинтом на вертикальному крузі, тоді центр сітки ниток зійде з точки. Виправними вертикальними гвинтами сітки ниток переміщаєм її до співпадання її з точкою, повторно виконуєм 2,3,4 повірки.

5. Горизонтальна вісь обертання зорової труби має бути перпендикулярна до обертання теодоліта.

Перевірка

На стіні на відстані 10-20 м вибираєм точку і при крузі права наводимо на неї центр сітки ниток, опускаєм трубу на 5-6 градусів униз і ценром сітки ниток ставимо точкі при крузі ліва наводимо центр сітки на верхню точку,центр сітки ниток повинен співпасти з нижньою точкою.

 

Порядок вимірювання горизонтального кута

Установлюєм,центруєм теодоліт над вершиною кута, приводимо його в горизонтальне положенн,наводимо на ліву точку злічуєм відлік по ГК і записуєм в журнал, повертаємо теодоліт за годинниковою стрілкою, наводимл на праву точку,злічуєм відлік по ГК і записуємо у журнал.різниця відліків дасть кут при КП, аналогічну операцію виконуємо при крузі з права.

Журнал виміру горизонтальних кутив

Точки	Відліки по ГК	Горизонталь. кут	Серед. Горизонт кут	примітки
стояння	вязування

 

Вимірювання верикального кута

Кут нахилу виміряється для проведення горизонту, визначення перевищень між точками і визначення висоти недоступної точки.

Порядок вимірювання вертикального кута

1.Установлюється теодоліт на точку А. 2.Установлюємо відлік по ВК=0 на тичці або на рейці відміряється висота інструмента. 3.Тичку установлюємо на точку В.4.Центр сітки ниток при крузі (наприклад) права наводимо на позначку висоти інструмента і злічуєм відлік по ВК, аналогічно операцію виконуємо при КЛ.5. Зщитані відліки записуємо в журнал.

Журнал виміру вертикального кута

Точки	Відліки по ВК	М0=КО+КП-1800/2	Вертикальний кут
стояння	візув	КЛ	КП

Якщо кут нахилу не більше 1⁰5^’, то ним нехтують.

 

Нівелювання

Нівелювання виконується для визначення перевищень між точками,планування території прокладки різноманітних лінійних інженерних споруд в процесі СМР, в процесі спостереження за деформаціями обєктів.

Способи нівелювання

1. геометричне основне на горизонтальності візирного променя.

2.тригонометричне нівелювання, основне на куті нахилу візирного променя

3. барометричне нівелювання, основне на перепаді атмосферного тиску в залежності від висоти точок.

4.гідростатичне,основане та законі зєднаних посудин

5.механічне,основане на прямовисності маятника.

Будова нівеліра

- підставка (3 піднімальні гвинти)

- круглий рівень (сферичний)

- фіксуючий гвинт

- мікростатичний гвинт

- еліваційний гвинт (піднімається і опускається труба)

- окуляр з діоптричним кльцем

- гвинт,лінза кремонєре

- приціл

- коробка з циліндричним рівнем

В комплект нівеліра входить:

-штатив

-становий гвинт

-2 геодезичні рейки

-нівелір

-бленда

Геометрична схема нівеліра.

ОО₁-вертикальна вісь обертання нівеліра.

КК₁- вісь сферичного рівня

NN₁-ісь циліндричного рівня

ММ₁-візирна вісь зорової труби

Повірки

1. призми які передають зображення кінців бульбашки циліндричного рівня мають бути установлені правильно.

Виконання

Установлюєм нівелір і приводимо його в горизонтальне положення,елеваційним гвинтом бульбашку циліндричного рівня приводимо в 0 пункт, то контакт кінців бульбашки має бути посередині «віконечка» В противному випадку нівелір відправляємо в майстерню.

2. Вісь сферичного (круглого) рівня має бути паралельна вертикальній вісі обертання нівеліра.

Виконання

Установлюємо труби паралельно двом підйомним гвинтам і бульбашку сферичного рівня виводимо в 0 пункт, повертаємо нівелір на 180⁰ бульбашка повинна бути в 0 пункті. В противному випадку виправними гвинтами круглого рівня напрямляємо бульбашку на половину відхилення до 0 пункту. Повірку виконуємо повторно.

3. Вертикальна нитка сітки ниток має бути прямовисною.

Виконання

На відстаня 10-15 м підвішуємо висок у місці захощеному від вітру,висок підвішуємо на рівні нівеліра. Наводимо трубу і суміщаємо вертикальну нитку сітки ниток з ниткою виска,вони мають співпасти. В противному випадку ослабляєм окулярну частину труби нівеліра і повертаємо її до спів падання вертикальної нитки сітки ниток до нитки виска.

4. Головна умова нівеліра.

 

 

Зрительные трубы

При многих геодезических измерениях приходится наблюдать далекие предметы или рассматривать очень мелкие деления. Разрешающая способность человеческого глаза ограничена; критический угол зрения у человека в среднем равен 60" (у разных людей он колеблется от 40" до 120"). Критическим углом называют предельный угол зрения, при котором две точки начинают сливаться в одну. Для увеличения угла зрения, когда он меньше критического значения, применяют различные оптические приспособления, одним из которых является зрительная труба.

Зрительные трубы бывают астрономическими и земными. Астрономические трубы дают обратное, то-есть, перевернутое изображение предметов; земные трубы дают прямое изображение. В геодезических приборах чаще применяют астрономические трубы, так как они имеют более простое устройство и в них меньше потери света. По конструкции зрительные трубы бывают прямые и ломаные.

Основными деталями зрительных труб являются линзы - стеклянные пластинки различной формы; линзы бывают собирательные и рассеивающие. Все собирательные линзы выпуклые: двояковыпуклые, плосковыпуклые, вогнутовыпуклые; все рассеивающие линзы вогнутые: двояковогнутые, плосковогнутые, выпукловогнутые. Линза имеет оптический центр; лучи, проходящие через него, не изменяют своего направления; все остальные лучи, проходя через линзу, испытывют преломление и изменяют свое первоначальное направление.

Линия, соединяющая центры сферических поверхностей линзы, называется главной оптической осью линзы. По обе стороны от оптического центра на главной оптической оси есть точки, называемые главными фокусами линзы: передний фокус F и задний фокус F1. Расстояние от оптического центра до фокуса называется фокусным расстоянием. Если поместить в главный фокус точечный источник света, то лучи, пройдя через линзу, выйдут из нее пучком, параллельным главной оптической оси. И наоборот, пучок света, параллельный главной оптической оси, пройдя через линзу, собирается в точке главного фокуса. Плоскость, перпендикулярная главной оптической оси и проходящая через точку фокуса, называется фокальной плоскостью линзы.

Для построения изображения предметов в линзе обычно используют три луча:

луч, проходящий через оптический центр линзы,

луч, идущий параллельно главной оптической оси,

луч, проходящий через передний фокус линзы.

Изображение считается действительным, если оно получается на пересечении лучей в прямом направлении; изображение считается мнимым, если оно получается на пересечении лучей в обратном направлении.

Для всякой линзы справедлива формула:

(3.6)

где: a - расстояние от оптического центра до предмета,
b - расстояние от оптического центра до изображения предмета в линзе,
f - фокусное расстояние линзы.
При действительном изображении предмета в формуле нужно ставить знак "плюс", при мнимом - "минус".

Ход лучей в трубе Кеплера. Астрономическая труба Кеплера является простейшей зрительной трубой; она состоит из двух собирательных линз - объектива и окуляра, имеющих общую главную оптическую ось, и корпуса; объектив трубы Кеплера - длиннофокусный, а окуляр - короткофокусный. При этом изображение, даваемое объективом, должно располагаться между передним фокусом окуляра и его оптическим центром;

Построим в трубе Кеплера изображение отрезка BC, то-есть, нарисуем ход лучей от точек B и C, используя два из трех перечисленных выше лучей (рис.3.7).

Рис.3.7.

Объектив дает действительное обратное уменьшенное изображение предмета - отрезок bc. Изображение, даваемое окуляром, - мнимое, обратное, увеличенное - отрезок b'c'. Сам окуляр дает прямое изображение, но поскольку оно уже было обратным, то обратным и остается.

Под увеличением трубы понимают отношение угла зрения, под которым изображение предмета видно в трубе, к углу зрения, под которым предмет виден невооруженным глазом, то-есть, без трубы. Обозначим первый угол через α, а второй - через β и напишем формулу увеличения трубы

V =α / β. (3.7)

Из треугольника DF'1O2 имеем:

(3.8)

а из треугольника MO1F:

(3.9)

Углы α и β обычно малые, так как расстояние до предмета несравнимо больше размеров трубы, поэтому вместо тангенсов этих углов можно взять их значения в радианной мере:

tg(α/2) = α/2 и tg(β/2) = β/2,

откуда следует, что отношение углов α и β равно отношению тангенсов их половинных значений:

Подставим в эту формулу выражения тангенсов углов из (3.8) и (3.9) и получим:

(3.10)

Увеличение трубы Кеплера равно отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра.

Высокоточные геодезические приборы имеют сменные окуляры с разными фокусными расстояниями, и смена окуляра позволяет изменять увеличение трубы в зависимости от условий наблюдений.

Определение увеличения зрительной трубы с помощью рейки. Если навести трубу на близкостоящую рейку,то можно сосчитать, сколько делений рейки N, видимой невооруженным глазом, соответствуют n делениям рейки, видимой в трубу. Для этого нужно смотреть поочередно в трубу и на рейку, проектируя деления рейки из поля зрения трубы на рейку, видимую невооруженным глазом.

Обозначим через γ угол, под которым видны n делений в трубу и N делений без трубы (рис.3.8). Тогда одно деление рейки видно в трубу под углом:

α = γ / n,

а без трубы - под углом:

β = γ / N.

Рис.3.8

 

Отсюда: V = N / n.

Этот способ определения увеличения трубы называется способом Галилея.

Увеличение трубы можно приближенно вычислить по формуле:

V = D / d, (3.11)

где D - входной диаметр объектива;
d - диаметр выходного отверcтия трубы (но не диаметр окуляра).

Поле зрения трубы. Полем зрения трубы называют участок пространства, видимый в трубу при неподвижном ее положении. Поле зрения измеряют углом ε, вершина которого лежит в оптическом центре объектива, а стороны касаются краев отверстия диафрагмы (рис.3.9). Диафрагма диаметром d1 устанавливается внутри трубы в фокальной плоскости объектива.Из рисунка 3.11 видно, что:

откуда

Рис.3.9.

 

Обычно в геодезических приборах принимают d1 = 0.7 * fок, тогда в радианной мере:

ε = 0.7 / V.

Если ε выразить в градусах, то:

ε = 40o / V. (3.12)

Чем больше увеличение трубы, тем меньше ее угол зрения. Так, например, при V = 20x ε = 2o, а при V = 80x ε = 0.5o.

Разрешающая способность трубы оценивается по формуле:

(3.13)

Например, при V = 20x ψ = 3"; под таким углом виден предмет размером 5 см на расстоянии 3.3 км; человеческий глаз может видеть этот предмет на расстоянии всего 170 м.

Сетка нитей. Правильным наведением зрительной трубы на предмет считается такое, когда изображение предмета находится точно в центре поля зрения трубы. Чтобы исключить субъективный фактор при нахождении центра поля зрения, его обозначают сеткой нитей. Сетка нитей - это в простейшем случае два взаимно перпендикулярных штриха, нанесенных на стеклянную пластинку, которая крепится к диафрагме трубы. Сетка нитей бывает разных видов; на рис.3.10 показаны некоторые из них.

Сетка нитей имеет исправительные винты: два боковых (горизонтальных) и два вертикальных. Линия, соединяющая центр сетки нитей и оптический центр объектива, называется визирной линией или визирной осью трубы.

Рис.3.10

 

Установка трубы по глазу и по предмету. При наведении трубы на предмет нужно одновременно четко видеть в окуляре сетку нитей и изображение предмета. Установкой трубы по глазу добиваются четкого изображения сетки нитей; для этого передвигают окуляр относительно сетки нитей, вращая рифленое кольцо на окуляре. Установка трубы по предмету называется фокусированием трубы. Расстояние до рассматриваемых предметов бывает разным, и согласно формуле (3.6) при изменении a расстояние b до его изображения также меняется. Чтобы изображение предмета при рассматривании его в окуляр было четким, оно должно располагаться в плоскости сетки нитей. Передвигая окулярную часть трубы вдоль главной оптической оси, изменяют расстояние от сетки нитей до объектива до тех пор, пока оно станет равным b.

Трубы, у которых фокусирование выполняется путем изменения расстояния между объективом и сеткой нитей, называются трубами с внешней фокусировкой. Такие трубы имеют большую и притом переменную длину; они негерметичны, поэтому внутрь них попадают пыль и влага; на близкие предметы они вообще не фокусируются. Зрительные трубы с внешней фокусировкой в современных измерительных приборах не применяются

Более совершенными являются трубы с внутренней фокусировкой (рис.3.11); в них применяется дополнительная подвижная рассеивающая линза L2, образующая вместе с объективом L1 эквивалентную линзу L. При перемещении линзы L2 изменяется расстояние между линзами l и, следовательно, изменяется фокусное расстояние f эквивалентной линзы. Изображение предмета, находящееся в фокальной плоскости линзы L, также перемещается вдоль оптической оси, и когда оно попадает на плоскость сетки нитей становится четко видным в окуляре трубы. Трубы с внутренней фокусировкой короче; они герметичны и позволяют наблюдать близкие предметы;в современных измерительных приборах применяются в основном такие зрительные трубы.

Рис.3.11

Уровни

Уровни служат для приведения осей прибора в вертикальное или горизонтальное положение и для измерения малых углов наклона. Применение уровней основано на свойстве пузырька газа занимать в жидкости наивысшее положение. Уровни бывают цилиндрические и круглые.

Цилиндрический уровень состоит из чувствительного элемента - ампулы и металлической оправы для ее крепления и защиты от внешних воздействий. Ампула цилиндрического уровня - это стеклянная трубка, запаянная с обоих концов и заполненная спиртом или серным эфиром; небольшое пространство занимают пары этой жидкости, оно называется пузырьком уровня.

Ампула имеет форму дуги большого радиуса; касательная к дуге в середине пузырька всегда горизонтальна, так как выталкивающая сила, действующая на пузырек, направлена по вертикальной линии (пузырек принимает форму дуги окружности, выталкивающая сила на правлена по радиусу дуги, касательная перпендикулярна радиусу). На ампуле нанесены деления, на точных уровнях деления подписаны.

Ценой деления уровня t называется центральный угол, соответствующий дуге в одно деление шкалы на ампуле. Точка O в середине шкалы называется нульпунктом уровня, а касательная, проведенная в нульпункте, называется осью цилиндрического уровня U-U (рис.3. 12). Если пузырек находится в нульпункте, то ось уровня занимает горизонтальное положение. Если пузырек уровня находится не в нульпункте, то ось уровня занимает наклонное положение. Чтобы приводить какую-либо линию или плоскость в горизонтальное положение, нужно закрепить уровень так, чтобы ось уровня была строго параллельной искомой линии или плоскости. Чтобы приводить линию или плоскость в вертикальное положение, нужно закрепить уровень так, чтобы ось уровня была строго перпендикулярна искомой линии или плоскости. Без выполнения этих условий применение уровня не имеет смысла.

Рис.3.12

Если же условия выполняются, то при положении пузырька уровня в нульпункте ось уровня займет горизонтальное положение, а искомая линия или плоскость - горизонтальное положение в первом случае и вертикальное положение во втором случае.

Внутренняя поверхность ампулы имеет форму, получающуюся при вращении дуги AB радиуса R вокруг хорды AB (рис.3.12). Радиус дуги R вычисляют по расчетной цене деления τ. Обозначив через l длину одного деления шкалы на ампуле, напишем формулу для длины дуги в функции центрального угла:

откуда

(3.14)

При τ = 10", l = 2 мм и ρ = 206265" получим R = 41 м.

При наклоне уровня на угол ε пузырек отклонится от нульпункта на n деления, то-есть,

ε = n * τ. (3.15)

Отсюда следует второе определение цены деления уровня: цена деления уровня - это угол, на который наклонится ось уровня при смещении пузырька на одно деление шкалы.

Определение цены деления уровня по рейке. Из формулы (3.15) следует, что:

τ = ε / n,

т.е. для определения цены деления нужно знать угол ε и сосчитать число делений, на которое сместится пузырек (рис.3.13).

Угол наклона ε можно определить разными методами, например, с помощью рейки. Наведем трубу на рейку и возьмем отсчеты: по рейке - b1 и по уровню.

Рис.3.13

 

Затем немного наклоним трубу и снова возьмем отсчеты: по рейке - b2 и по уровню. Угол наклона ε вычисляется по формуле:

где S - расстояние от нивелира до рейке.

Число делений уровня n, на которое переместился пузырек, подсчитывают по разности отсчетов по уровню при первом и втором наведениях на рейку.

Более точное определение цены деления уровня производят на специальном устройстве - экзаменаторе; при этом одновременно выполняют исследование качества шлифовки внутренней поверхности ампулы уровня.

По конструкции цилиндрические уровни бывают простыми, компенсированными и камерными.

У простых уровней ампула заполнена жидкостью и имеет один пузырек.

У компенсированных уровней внутри ампулы помещена стеклянная трубка с запаянными концами. При изменении температуры объемы жидкости и пузырька газа изменяются неодинаково вследствие разных коэффициентов расширения. Это приводит к тому, что при понижении температуры пузырек удлиняется, при повышении - укорачивается. Наличие стеклянной трубки в ампуле уменьшает объем жидкости, и поэтому влияние изменения температуры на длину пузырька ослабляется.

У камерных уровней внутри ампулы есть перегородка с отверстием внизу, которая делит ампулу на две камеры - основную и запасную. Запасная камера намного меньше по объему, и в ней помещается запасной пузырек. При изменении длины основного пузырька наклоняют уровень и либо убирают часть пузырька в запасную камеру, либо добавляют некоторое количество газа из запасной камеры. Согласно Инструкции [18] длина пузырька должна составлять 0.4 - 0.5 длины шкалы на ампуле.

По точности уровни бывают малой точности (τ > 1'), средней точности (5" < τ < 1') и высокой точности (τ < 5"). Цилиндрические уровни имеют цену деления меньше 1'.

Круглый уровень - это часть стеклянной сферы, на которую нанесены концентрические окружности. Центр окружностей является нульпунктом круглого уровня. Осью круглого уровня называется нормаль к сферической поверхности ампулы, проведенная в нульпункте. Если пузырек уровня находится в нульпункте, то его ось занимает вертикальное (отвесное) положение. Круглые уровни относятся к уровням малой точности.

Поверка установки цилиндрического уровня. Пусть цилиндрический уровень предназначен для приведения в вертикальной положение оси вращения геодезического прибора; тогда условие их взаимного положения читается так: ось уровня должна быть перпендикулярна оси вращения прибора.Теоретическое положение оси уровня и оси вращения прибора изображено на рис.3.14; на нем UU1 - ось уровня, ZZ1 - ось вращения прибора, она вертикальна и составляет с осью уровня угол 90o; пузырек уровня находится в нульпункте. При повороте прибора вокруг своей оси ось уровня описывает в пространстве горизонтальную плоскость, и после поворота прибора на 180o пузырек остается в нульпункте.

 

Рис.3.14

 

Пусть угол между осью уровня и осью вращения прибора равен не точно 90o, а (90o - i) (рис.3.15). Если установить прибор так, чтобы пузырек уровня был в нульпункте, то ось уровня займет горизонтальное положение, а ось вращения прибора будет наклонена на угол i относительно своего правильного положения. Задача поверки - найти угол i и устранить его.

Повернем прибор на 180o (рис.3.16). Ось уровня опишет коническую поверхность с углом при вершине конуса 180o-2i и займет не горизонтальное положение, а наклонится относительно горизонта на угол 2i; пузырек отклонится от нульпункта на n делений, следовательно,

2 * i = n * τ,

откуда

Рис.3.15 Рис.3.16

 

Чтобы условие выполнялось, нужно, во-первых, изменить угол между осью уровня и осью вращения прибора на величину i и, во-вторых, наклонить прибор также на угол i. Практически поступают так: сначала подъемными винтами наклоняют прибор на угол i; при этом пузырек должен приблизиться к нульпункту на половину отклонения. Затем, пользуясь исправительными винтами уровня, изменяют положение ампулы в корпусе прибора; при этом пузырек должен установиться точно в нульпункте. Таким образом, последовательность действий при поверке установки уровня следующая:

Вращая прибор, установить уровень параллельно двум подъемным винтам.

Этими подъемными винтами привести пузырек уровня в нульпункт.

Повернуть прибор точно на 180o.

Сосчитать количество делений n отклонения пузырька уровня от нульпункта.

Подъемными винтами сместить пузырек обратно на n/2 делений.

Исправительными винтами уровня привести пузырек в нульпункт.

Если угол i большой, то после поворота прибора на 180o пузырек уходит за пределы шкалы, и количество делений n сосчитать нельзя. В этом случае отклонение пузырька от нульпункта можно измерить в более крупных единицах, например, в оборотах подъемных винтов, и исправлять уровень способом последовательных приближений.

Существуют и другие способы исправления уровня; один из них - способ Г.Лысова - позволяет исправить сильно разъюстированный уровень за одно приближение.

Последовательность операций в способе Г.Лысова.

Умеренно вывернуть (или завернуть) любой из подъемных винтов, чтобы наклон прибора был заметен глазом (i> 1o).

Плавно вращая прибор, зафиксировать такое его положение, при котором пузырек уровня находится точно в нульпункте; взять отсчет по горизонтальному лимбу N1.

Плавно вращая прибор, зафиксировать второе его положение, при котором пузырек уровня также находится точно в нульпункте; взять отсчет по горизонтальному лимбу N2.

Вычислить отсчет N = 0.5 (N1 + N2) + 90o и, плавно вращая прибор, установить его на горизонтальном лимбе.

Исправительными винтами уровня привести пузырек в нульпункт.