Изучение теодолита

Изучение теодолита

Лабораторная работа

Тема: Изучение теодолита

Введение

Цель работы: изучить основные элементы теодолита

Теодолит - это геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов. Происхождение слова «теодолит», связано с греческими словами theomai смотрю, вижу и dolichos - длинный, далеко.

Теодолиты различаются по точности, способу отсчитывания по лимбу, по конструкции, назначению и другим признакам.

По точности теодолиты делятся на:

высокоточные, с помощью которых горизонтальный угол измеряется одним полным приемом со средней квадратической погрешностью от ± 0,5" до ± 1", например теодолит Т1;

точные, позволяющие измерять горизонтальный угол одним приемом со средней квадратической погрешностью от ± 2" до ± 15", например теодолит Т2, Т5;

технические - со средней квадратической погрешностью от ± 20" до ± 60", например теодолит Т15, Т30.

Средняя квадратическая погрешность измерения горизонтального угла указывается в шифре теодолита цифрами, например, Т2, Т5, Т30. В случае применения зрительной трубы с прямым изображением в шифре теодолита добавляется буква П, например, 2Т30П и 4Т30П - теодолиты со средней квадратической погрешностью измерения горизонтального угла ± 30" и с трубой прямого изображения. Цифра 2 и 4 впереди шифра обозначает, что это теодолиты соответственно второго и четвертого поколений, то есть более совершенный, чем теодолит марки Т30.

В данной работе мы будем рассматривать устройство теодолит Т30, которые применяются в инженерно-геодезических работах.

Задание 1. Изучение основных частей, деталей, осей теодолита

Теодолит Т30 (рис.1) и его модификации (2Т30, 2Т30П, 4Т30П) относятся к разряду технических, с повторительной системой вертикальной оси. Система отсчитывания односторонняя. Технические характеристики теодолита Т30 приведены в табл.1.

Таблица 1- Технические характеристики теодолита Т30

Данные теодолиты применяются для прокладывания теодолитных и тахеометрических ходов, плановых и высотных съемок.

Рисунок 1 - Теодолит Т30

1 - основание; 2 - горизонтальный круг; 3 - закрепительный винты алидады,

- окуляр зрительной трубы; 11 - окуляр отсчетного микроскопа; 12 - колонка;

- подставка; 14 - закрепительный винт лимба; 15 - подъемный винт; 16 - зеркальце;

- объектив зрительной трубы; 18 - посадочный поз для буссоли; 19 - вертикальный круг;

- наводящий винт лимба; 22 - буссоль; 23 - окулярные насадки

Теодолит Т30 состоит из следующих частей: горизонтального (2) и вертикального (19) стеклянных кругов с градусными делениями (под кожухом), по которым и измеряются углы; зрительной трубы состоящей из окуляра (10) и объектива (17).

В теодолите Т30 подставка 13 жестко скреплена с основанием 1, служащим одновременно донцем футляра, что позволяет закрывать теодолит футляром, не снимая его со штатива. Для того чтобы теодолит плавно поворачивался вместе с горизонтальным кругом (лимбом), необходимо вращать наводящий винт лимба (20) на подставке. При этом закрепительный винт лимба (14) должен быть зажат.

Ось вращения теодолита устанавливается в отвесное положение с помощью подъемных винтов 15 и цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга 5.

Зрительная труба вращается вокруг горизонтальной оси, укрепленной на колонках (12) алидады горизонтального круга. Она может переводиться через зенит и окуляром, и объективом. Для предварительного наведения зрительной трубы на цель на трубе закреплен визир (9), в поле зрения которого виден светлый крест. Этот крест совмещается с предметом, который должен попасть в поле зрения зрительной трубы, но изображение предмета может быть размытым (иногда его изображение вообще не будет видно).

Для получения четкого изображения предмета необходимо с помощью кремальеры 7 перемещать в трубе специальную фокусирующую линзу до тех пор, пока его изображение не станет четким. Зажимные винты зрительной трубы 8 и алидады горизонтального круга 3 закрепляются, и микрометренными винтами алидады горизонтального круга 4 и зрительной трубы 6 центр сетки нитей наводится на предмет.

Отчетливость изображения сетки нитей получают вращением диоптрийного кольца окуляра трубы 10. Рядом со зрительной трубой находится отсчетный микроскоп (11), в который передаются изображения отсчетов по вертикальному (В) и горизонтальному (Г) кругам.

Для получения этих отсчетов нужно при помощи зеркальца подсветки (16), находящегося на одной из колонок, запустить свет в оптическую систему теодолита.

К теодолиту предъявляется ряд требований, связанных с взаимным расположением его основных осей. Основные оси теодолита (рис. 2):

Рисунок 2 - Основные оси теодолита

H₁ - вертикальная ось (ось вращения алидады горизонтального круга);

НН₁ - горизонтальная ось (ось вращения зрительной трубы);₁ - ось уровня горизонтального круга (касательная к внутренней поверхности ампулы в нуль-пункте);₁ - визирная ось (прямая, проходящая через оптический центр объектива и крест нитей сетки).

Все теодолиты созданы по одной геометрической схеме, основанной на принципе раздельного измерения горизонтальных и вертикальных углов. Для верного измерения углов необходимо, чтобы у теодолита в рабочем положении выполнялись следующие  условия:

) вертикальная ось прибора должна быть отвесна;

) плоскость лимба должна быть горизонтальна;

) визирная (коллимационная) плоскость должна быть вертикальна. А чтобы теодолит можно было установить в рабочее положение, у него должны выполняться определенные геометрические условия, касающиеся взаимного расположения осей теодолита.

. Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна оси вращения трубы (UUGG).

. Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна горизонтальной оси вращения трубы (VV GG).

. Вертикальная нить сетки нитей должна быть параллельна вертикальной оси прибора (YY ║OO).

. Ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна вертикальной оси вращения прибора (GGOO).

. Ось визира должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы.

Рисунок 3 - Геометрические условия

Выполнение перечисленных геометрических условий необходимо для правильного измерения горизонтальных и вертикальных углов. Однако правильное расположение осей теодолита может быть нарушено в процессе работы или во время транспортировки прибора. В связи с этим возникает необходимость в выполнении поверок и юстировок теодолита.

Проверки выполнения верных геометрических условий у теодолита называются поверками. Если же какое-то условие не выполняется, необходимо сделать соответствующее исправление, то есть юстировку.

Задание 2. Изучение устройства цилиндрического уровня

Уровни служат для ориентирования прибора или отдельных его частей относительно горизонта (отвесной линии). Ампулы цилиндрических уровней изготавливают из молибденового стекла, которое является более твердым, имеет меньшую шероховатость шлифованной поверхности, на внутренней поверхности ампулы меньше образуется твердых налетов перекисных соединений. Ампулы высокой и средней точности заполняют этиловым наркозным эфиром или его смесью с этиловым ректифицированным спиртом, ампулы низкой точности (τ = 5-10') - этиловым спиртом. Заполненную горячей жидкостью ампулу запаивают, при остывании жидкости ее объем уменьшается и появляется пузырек с парами жидкости. Внутреннюю поверхность ампулы шлифуют по сферической поверхности. На ампулы наносят штрихи, обычно через 2 мм. Среднюю точку между центральными штрихами называют нуль-пунктом. Касательную к внутренней поверхности ампулы в нуль-пункте называют осью цилиндрического уровня. Радиус кривизны r ампулы зависит от цены деления τ уровня и расстояния Δl между штрихами на ампуле, его определяют по формуле

= (ρ / τ) Δl

где ρ - в угловых секундах.

В геодезических приборах используют ампулы: цилиндрические простые (АЦП) с τ = 10-90" (рис. 4, а); компенсированные (АЦК) с τ = 4-40" (рис. 1.71, б); регулируемые (АЦР) (рис. 1.71, в). Внутри ампулы АЦК помещают стеклянную палочку, которая уменьшает объем жидкости и величину температурных колебаний длины пузырька. В конце ампулы АЦР имеется камера, в которую при наклоне ампулы перемещается часть пузырька, регулируя таким образом его длину.

Рисунок 4 - Цилиндрический уровень с ампулой

Минимальный угол наклона уровня, при котором происходит еле заметное смещение пузырька, называют чувствительностью уровня, считают, что она равна 0,1τ. При работе в поле уровень (и теодолит) необходимо защищат от солнечных лучей, так как одностороннее нагревание ампулы приводит к сдвигу пузырька к источнику тепла Иногда, например, для подвесного маркшейдерского теодолита, используют реверсивные ампулы, имеющие одинаковые шкалы на противоположных поверхностях ампулы.

Высокоточные приборы имеют главный уровень, относящийся к оси вращения теодолита, и уровень при алидаде вертикального круга. Главный уровень используют для приведения основной оси теодолита в отвесное положение, а при алидаде вертикального круга - для приведения в горизонтальное положение нулевого диаметра вертикального круга.

Для более точной установки пузырька в нуль-пункт применяют контактные уровни (рис. 5, а). Изображение концов пузырька уровня передают в поле зрения окуляра (рис. 1.72, б) с помощью системы призм, установленной над уровнем. Пузырек уровня находится в нуль-пункте, когда изображения концов пузырька уровня совпадают. Точность установки контактных уровней в нуль-пункте в 4-5 раз выше, чем в обычных уровнях.

а - схема действия призменной системы; б - изображение концов пузырька цилиндрического уровня в поле зрения окуляра

Основное свойство оси цилиндрического уровня - ось цилиндрического уровня должна быть перпендикулярна к вертикальной оси вращения прибора.

геодезический теодолит цилиндрический отсчетный

Рисунок 6 - Основное свойство оси цилиндрического уровня

Задание 3. Принципы отсчетного устройства теодолита Т30

Приспособление, несущее единицу измерения, называется рабочей мерой. Отсчитывание по шкале рабочей меры производят по отсчетному индексу (начало и конец отрезка линии, сторона угла, штрих логарифмической линейки, стрелка весов и т.п.). В общем случае отсчетный индекс (на рис.7) устанавливается между двумя штрихами шкалы; один из них называют младшим штрихом (мл.), другой - старшим (ст.).

Рисунок 7 - Установка отсчетного индекса

Отсчет N по шкале равен сумме двух величин:

= Nмл + x,

где Nмл - значение младшего штриха шкалы, мл = 55,- доля цены деления шкалы от младшего штриха до отсчетного индекса, x = 0,6

В теодолитах Т30 для снятия отсчётов по горизонтальному и вертикальному кругам используются отсчётные устройства в виде штрихового микроскопа. Окуляр отсчётного устройства расположен рядом с окуляром зрительной трубы. В штриховом микроскопе в середине поля зрения виден штрих, относительно которого осуществляется отсчет по лимбу (рис. 8, а).

Рисунок 8 - Поле зрения отсчетных устройств: штрихового микроскопа с отсчетами по вертикальному кругу - 358° 48' , по горизонтальному - 70° 05' (а);

Перед отсчетом по лимбу необходимо определить цену деления лимба. Цена деления лимба составляет 10 угловых минут, т.е. градус разделен на шесть частей. Число минут оценивается на глаз. Точность отсчета составляет 1'.

Отсчетным индексом в штриховом микроскопе является неподвижный штрих, выгравированный на стеклянной пластинке, помещенной на пути хода лучей, идущих от осветительного окошка через штрихи лимба в отсчетный микроскоп. Оценка доли деления лимба выполняется на глаз.

Из опыта установлено, что при отсчитывании на глаз наибольшая точность достигается при видимом расстоянии между штрихами 2.00 мм и толщине штрихов 0.10 мм; при таких условиях ошибка отсчета составляет 0.1 деления.

В поле зрения окуляра штрихового микроскопа видны деления лимба и отсчетный индекс - штрих (рис.9).

Список используемой литературы

1.      Михелев Д.Ш. Инженерная геодезия / Д.Ш. Михелев. - М.: Академия, 2004. - 481 с.

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

3.      Практикум по инженерной геодезии: пособие по выполнению лабораторных работ и учебной геодезической практики для студентов безотрывного о бучения / Е.К. Атрошко, М.М. Иванова, Г.М. Куновская и др. - Гомель: БелГУТ, 2004. - 107 с.

.        Стебнев В.И. Методические указания для изучения теодолита / В.И. Стебнев. - Казань: Казанский государственный архитектурно-строительный университет, 2005. - 16 с.