Перевірки та юстировки технічних теодолітів. Тема «Вимірювання горизонтальних і вертикальних кутів»

Лекція

Тема «Вимірювання горизонтальних і вертикальних кутів»

План

Принцип вимірювання горизонтальних та вертикальних кутів

Класифікація теодолітів

Електронні теодоліти та тахеометри

Перевірки та юстировки технічних теодолітів

Вимірювання горизонтальних кутів

Вимірювання вертикальних кутів

Джерела похибок вимірювання кутів

 

Принцип вимірювання горизонтальних та вертикальних кутів

Горизонтальним кутом називають поворот між ортогональними проекціями Оа і Оb ліній місцевості ОА і ОВ в горизонтальній площині Р (рис. 1,а).

Вертикальним кутом називають поворот в вертикальній (прямовисній) площині лінії місцевості ОА до її проекції Оa на горизонтальну площину Р (рис. 1,б).

 

 

a б

 

Рис. 1. Схема вимірювання горизонтальних (а) та вертикальних (б) кутів

 

Вимірювання кутів b та n виконують за допомогою теодолітів-тахеометрів

За принциповою схемою вимірювання горизонтальних та вертикальних кутів (рис. 5.1, а,б) теодоліт має геометричні осі та площини (рис. 5.2):

- вертикальна вісь обертання теодоліта (ZZ);

- вісь візування зорової труби (VV);

- вісь обертання зорової труби (НН);

- вісь циліндричного рівня (LL);

- площина горизонтального кутовимірного круга (ГК);

- площину вертикального кутовимірного круга (ВК).

За геометричною схемою осі та площини теодоліта повинні бути взаємно перпендикулярними або паралельними. Так повинні виконуватись умови: LL ^ ZZ; VV ^ HH; HH ^ ZZ; LL ГК; ВК ^ ГК та ВК || ZZ.

 

 

Рис. 2. Принципова схема побудови теодоліта

 

Класифікація теодолітів

Теодоліти розрізняють по конструкції, точності, призначенню та іншим ознакам.

За призначенням і сферою використання розрізняють: астрономічні, геодезичні, маркшейдерські, автоколімаційні та спеціальні теодоліти.

За конструкцією: прості, повторні, механічні, оптичні, електронні.

За стандартом теодоліти позначають літерою Т далі йдуть літери, які позначають конструкцію теодоліта:

- К – з компенсатором вертикального круга.

- П – з прямим зображенням зорової труби;

- М – маркшейдерське виконання;

- А – з автоколімаційним окуляром.

За точністю теодоліти поділяють на

- високоточні Т05, Т1;

- точні Т2, Т5, Т10;

- технічні Т15, Т20, Т30, Т60.

 

 

 

Рис. 3. Технічний теодоліт Т30.

 

1 – зорова труба; 2,30 – вертикальний круг; 3,29 – колонки труби; 4,26 – горизонтальний круг; 5,22 – підставка теодоліта; 6,23 – підйомний гвинт; 7,24 – платформа; 8 – становий гвинт; 9 – закріпний гвинт лімба горизонтального круга; 10 – виправні гвинти циліндричного рівня; 11 – закріпний гвинт алідади горизонтального круга; 12 – циліндричний рівень; 13,19 – гвинт фокусування; 14,18 – закріпний гвинт труби; 15,17 – візир зорової труби; 16 – зорова труба; 20 – мікрометрений (навідний) гвинт зорової труби; 21 – мікрометрений гвинт алідади горизонтального круга; 25 – мікрометрений (навідний) гвинт лімба горизонтального круга; 27 – окуляр відлікового мікроскопа; 28 – дзеркало; 31 – паз для бусолі.

 

Основними конструктивними елементами оптичних теодолітів є:

1. Зорова труба

Зорова труба призначена для візування на віддалені предмети місцевості та споруд. Вони дають обернене або уявне і збільшене зображення.

 

 

Рис. 5.4. Зорова труба

1 – об’єктив; 2 – окуляр; 3 – фокусуюча лінза; 4 – сітка ниток; 5 – кремальєра для фокусування.

 

Діафрагма 4 має закріплену плоскопаралельну скляну пластину з сіткою ниток (рис. 5.5).

 

 

Рис. 5.5. Сітка ниток

1 – перехрестя сітки ниток; 2 – віддалемірні штрихи;

3-3, 4-4 – виправні гвинти; 5 – біссектор.

 

Уявну лінію, яка з’єднує оптичний центр об’єктива і центр сітки ниток називають візирною віссю зорової труби. Подовжену візирну вісь до цілі (предмета) називають лінією візування.

Збільшенням труби Г* називають відношення кута b, під яким зображення предмета видно в трубу до кута a, під яким предмет видно неозброєним оком (рис. 5.6).

. (5.1)

 

 

Рис. 5.6. Схема збільшення зорової труби

 

, або , (5.2)

де f _об, f _ок – фокусні відстані об’єктива та окуляра;

D, d – діаметр вхідних отворів об’єктива та окуляра.

Поле зору труби – це простір, видимий в трубу при нерухомому її положенні. Воно визначається кутом з вершиною в центрі об’єктива і променем, які спираються на діаметр діафрагми (рис. 5.7).

Величину поля зору визначають за формулою

. (5.3)

 

 

Рис. 5.7. Зображення поля зору труби

 

2. Циліндричний рівень

 

Рис. 5.8. Циліндричний рівень

1 – ампула; 2 – рідина; 3 – точка нульпункта рівня; 4 – вісь рівня; 5 – металева оправа; 6 – бульбашка рівня.

 

Основними параметрами циліндричного рівня є:

- ціна поділки рівня – це центральний кут t, який утворюється радіусом R між двома суміжними поділками.

- чутливість рівня – це найменший кут, на який необхідно нахилити вісь рівня, щоб помітити переміщення бульбашки.

 

3. Відлікові пристрої

Відлікові пристрої призначені для оцінки долей найменшої поділки лімба горизонтального та вертикального кругів.

Лімб – це робоча міра теодоліта у вигляді поділок кругової шкали, нанесеної на скляний круг оптичних теодолітів. Поділки лімба наносять через 1^о або 10¢.

В оптичних теодолітах технічної точності застосовують шкалові або штрихові відлікові мікроскопи (рис. 5.9).

 

 

а б в

 

Рис. 5.9. Поле зору відлікового мікроскопа

 

3. Електронні теодоліти та тахеометри

 

Електронні теодоліти та тахеометри є сучасними високоточними геодезичними засобами вимірювань і дозволяють високоефективно виконувати виміри в автоматизованому режимі.

Електронні теодоліти це кутомірний прилад призначений для напівавтоматичного виконання геодезичних вимірів. Вони можуть складатися із комбінацій оптичних теодолітів, кодових теодолітів, вмонтованих світловіддалемірів і електронних віддалемірних насадок.

Кодові теодоліти є оптичними приладами, які мають лімб з нанесеним штриховим кодом, за допомогою якого відлік передається на електронне табло (дисплей) (рис. 5.10, а).

За допомогою спеціальних програм визначаються горизонтальні відстані, перевищення, прирости координат та ін. з висвітленням результатів на світловому табло.

Електронні тахеометри – багатофункціональні геодезичні прилади, які складаються із кодового теодоліта, вбудованого світловіддалеміра та спеціалізованого міні-комп’ютера.

Розвинуті зарубіжні країни: Японія, Німеччина, Швеція, США, Швейцарія, Росія та ін. випускають багато типів електронних тахеометрів, які різняться конструктивними рішеннями, точністю, призначенням і надійністю.

 

 

а - Електронний теодоліт DТ 500 (Японія)

 

 

Вигляд з боку Вигляд спереду

б) Електронний тахеометр “Elta-50” (Німеччина)

Рис.5.10. Електронні прилади

 

1 – візир грубого наведення; 2 – позначка висоти приладу; 3 – кремальєра; 4 – навідний гвинт зорової труби; 5 – окуляр; 6 – закріпний гвинт зорової труби; 7 – дисплей; 8 – закріпний гвинт трегера; 9 – клавіатура; 10 – підйомний гвинт; 11 – навідний гвинт алідади горизонтального круга; 12 – трегер; 13 – закріпний гвинт лімби горизонтального круга; 14 – підставка; 15 – об’єктив; 16 – замок акумулятора; 17 – циліндричний рівень; 18 – акумулятор; 19 – круглий рівень; 20 – колонка; 21 – оптичний центрир; 22 – юстировочні гвинти оптичного центрира; 23 – інтерфейсний порт.

 

Тахеометр “Elta-50” забезпечує виконання таких функцій:

- вимірювання горизонтальних та вертикальних кутів;

- вимірювання відстаней;

- визначення: горизонтальних прокладань виміряних ліній, координат точок (Х, Y, H); площ;

- виконання прямої та оберненої геодезичних засічок;

- виконання геодезичних розмічувальних робіт і т.і.

Електронні тахеометри “Elta-50” забезпечують вимірювання горизонтальних і вертикальних кутів з середньою квадратичною похибкою m _b = 5², а відстаней

m_L = 5 мм + 3´10^-6 × S, (5.4)

де S – довжина виміряної лінії в км.

Для вимірювання відстаней додається дзеркально-призменні відбивачі.

Для виконання будівельних робіт в тонелях і метро розроблено комп’ютерний тахеометр “Geodimeter 468 DR” з вмонтованим червоним лазером наведення (рис.5.11). Визначає відстані без відбивача до бетонних, кам’яних, стальних поверхонь, а також до відбивачів (рис. 5.11).

Комп’ютерні тахеометри мають такі функції:

- сервопривід для поворотів тахеометра за допомогою сервомотора;

- ручне та дистанційне управління комп’ютерне управління;

- автоматичне стеження за рухомою ціллю;

- записування результатів вимірів як у внутрішні так і до зовнішніх блоків пам’яті;

- обробка результатів вимірів і розв’язання інженерних задач за допомогою пакетів універсальних польових програм;

- оперативний обмін інформацією через інтерфейси з польовими та базовими комп’ютерами.

- повної сумісності з приймачами систем супутникової навігації “GPS”.

 

Рис. 5.11. Комп’ютерний тахеометр “Geodimeter 468 DR”

 

Середня квадратична похибка вимірювання кутів складає 2², а відстаней до 2 км ± (5 + 5×10^-6 Д км)мм, де Д – в кілометрах

Перевірки та юстировки технічних теодолітів

 

За конструкцією геометрична схема теодолітів повинна задовольняти вимогам взаємного перпендикулярного (^) або паралельного () розташування осей і площин, окремих частин і елементів.

Комплекс заходів по контролю за дотриманням геометричних умов називається перевірками теодоліта. Виправлення виявлених відхилень від ^ або осей і площин називають юстировкою.