В настоящее время во многих областях науки, техники и промышленности требуется проводить работы, связанные с привязкой объекта к местности. Это предполагает измерение трёх координат: вертикальных и горизонтальных углов, дальности до стационарного объекта. Они необходимы для подготовки строительных площадок, географической съёмке местности, установке орудийных батарей, зенитных ракетных дивизионов, радиолокационных станций. Особое внимание уделяется этим измерениям на аэродромах. Для решения таких задач применяют различные измерительные устройства. К ним относится теодолит.

Устройство теодолита

Устройство теодолита

Описание самого теодолита

С его помощью производятся достаточно точные измерения горизонтальных и вертикальных угловых величин.

Внешне он выполнен в виде U-образного оптического устройства, расположенного на вращающейся платформе. Платформа устройства выполнена в форме круга, на котором нанесены угловые деления. Кроме горизонтального, имеется в наличии вертикальный круг с такими же угловыми делениями. Для измерения дальности его оснащают различными дальномерами. Современные теодолиты имеют электронные блоки, которые позволяют повысить точность измерений.

Теодолит его составные части

Устройство теодолита основано на законах оптики, механики, электроники.

Устройство теодолита 2т30

Устройство теодолита 2т30

Схема теодолита включает следующие основные части:

  • оптическую часть устройства составляет зрительная труба;
  • два, перпендикулярно расположенных круга (один вертикальный, другой горизонтальный);
  • трагерные системы (позволяющие находится длительное время в устойчивом состоянии);
  • встроенный микроскоп (способ измерения может быть штриховой или шкаловой);
  • специальная поворотная линейка (именуемая алидадой);
  • закрепительный и наводящий винты;
  • регулируемый штатив (с его помощью происходит установка на местности и подготовка прибора к работе).

Основные узлы теодолита

Несмотря на многообразие таких измерительных устройств, строение теодолита сохраняется прежним:

  • визирная труба, которая закреплена между двух вертикальных колонок;
  • отсчётные приспособления (выполнены в форме кругов с нанесёнными по периметру измерительными шкалами);
  • в механических аппаратах отсчётные устройства имеют штриховую или шкаловую систему;
  • оптический отвес (называется «центрир»);
  • настроечное приспособление (называется «кремарьера»);
  • все перечисленные системы устройства расположены на штативе.
Электронный теодолит

Электронный теодолит

Кремарьера теодолита позволяет решать следующий круг задач:

  • жёстко фиксировать положение визирного оптического устройства (это необходимо для точного снятия показаний с лимба);
  • измерять дальность до выбранного объекта;
  • производить точное визирование на объекты не зависимо от дальности;
  • осуществлять регулировку фокусирующей линзы;
  • приводить в строго вертикальное положение главную ось всего аппарата;
  • способствует получению так называемого «мнимого изображения».

Отсчётные приспособления

Эти приспособления позволяют отсчитывать деления лимба устройства вплоть до разрешённых долей. Они делятся на три категории: штриховые, шкаловые, микрометры. Угловая шкала может быть расположена на окружности. В этом случае её называют угломерным кругом или лимбом. У каждого из них угловая цена деления лимба имеет свою величину. В реальных приборах точность деления изменяется в интервале от одного градуса до пяти угловых минут. Размер лимба (диаметр) определяется конструкцией теодолита. Величина может изменяться от 72 мм до 270 мм.

Отсчётные приспособления

Отсчётные приспособления

В качестве отсчётного индекса могут использоваться: одиночный штрих, двойной штрих, который носит название бисектор, нулевой штрих, штрих основной шкалы имеющегося лимба.

Самым простым отсчётным приспособлением является верньер.

Уровни

Они необходимы для точной юстировки теодолита относительно его вертикальной направляющей. С их помощью производят замеры углов небольшой величины в вертикальной плоскости. Любой уровень состоит из следующих элементов:

  • небольшой стеклянной колбы, внутри которой находится специальная жидкость;
  • корпуса, которые предохраняет колбу от механических воздействий.

Они изготавливаются круглые или цилиндрические.

Колбы цилиндрических уровней производят из специального стекла, в состав которого введён молибден. Жидкость внутри колбы является этиловым спиртом. На её поверхность наносят не смываемые штрихи с интервалом в 2 мм. Величина минимального угла наклона в любую сторону, при котором наблюдается смещение пузырька, называется величиной предельной чувствительности.

На поверхность стекла цилиндрических уровней наносят окружности от цента к краю с таким же интервалом.

Разновидности теодолитов

Современные образцы отличаются многообразием конструктивных особенностей. В основу классификации устройств положены следующие признаки:

  • принцип действия;
  • допустимая точность проводимых измерений (типы теодолитов);
  • конструкции;
  • видовым особенностям.

По принципу действия устройства выпускаются:

  • механические;
  • оптические (отсчёт производится на основе оптической системы);
  • цифровые (отсчёт производится с помощью электронных устройств);
  • лазерные (заложен принцип лазерных измерителей).

Типы теодолитов:

  • высокоточные;
  • точные;
  • технические.
Цифровой теодолит

Цифровой теодолит

Конструктивно устройства выполняются двух вариантов: повторительный, неповторительный.

Виды теодолитов бывают:

  • традиционный;
  • с встроенным компенсатором;
  • автокаллимационный;
  • прямого видения;
  • маркшейдерский;
  • электронный.

Сегодня принята следующая система обозначения подобных устройств. Буквами обозначают отношение по принятой классификации:

  • «Т» — наименование устройства, то есть теодолит. Следующие буквы указывают на отношение к определённому классу.
  • М – это, так называемый маркшейдерский теодолит. Их применяют в шахтах, тоннелях, пещерах, горных проходах.
  • К – свидетельствует о наличие специального компенсатора, который всецело заменяет уровни.
  • П – оснащение инструмента зрительной трубой прямого видения (изображение получается не перевёрнутым).
  • А – встроенный автокаллиматор.
  • Э – электронные теодолиты.
Оптический маркшейдерский теодолит 2Т30М

Оптический маркшейдерский теодолит 2Т30М

Высокоточные позволяют производить угловые измерения с допустимой погрешностью в интервале от 0,5 угловых секунд, но не более одной угловой секунды. Второй тип (точные) приборы производят такие измерения с точностью от двух до пятнадцати угловых секунд. Точность технических агрегатов находится в интервале от двадцати до шестидесяти угловых секунд.

Принцип измерения горизонтального угла

Основной принцип измерения угла заключается в определении градусной величины между направлениями на два выбранных объекта. Прежде чем приступить к измерению необходимо повести подготовительные операции, включая горизонтирование.

Далее следует нулевую отметку угломерного круга расположить в направлении на ось измеряемого угла. После этого производят отсчёт угла по шкале горизонтального круга.

Наиболее распространёнными методами измерения считаются:

  • метод последовательных повторений;
  • метод круговых приёмов.

Последовательность реализации первого метода заключается в следующем. Подготовка и установка в указанном месте. Оптический визир наводится сначала на один выбранный объект. Затем его направляют в направлении на другой объект. Перед этим производится предварительная визуальная наводка. Применяя винт фокусировки, одновременно регулируя диоптрийное кольцо, производят точное наведение на каждый объект. Точность операции оценивают, используя вертикальные нити. Закрепив направление на первый объект, считывают показания, нанесённые на горизонтальном круге. Далее ослабляют закрепляющий винт, переводят направление оптического устройства на второй объект. Повторяют операцию фиксации данных. С него считывают показания и фиксируют.

Второй метод пригоден для измерения горизонтальных углов, находясь в одной точки. Используя алидаду, устройство ориентируют на первый выбранный объект и устанавливают нулевые показания лимба. Далее перемещают зрительную трубу в выбранном направлении (по часовой стрелке). По данным горизонтального круга считываю показания. Расчёт итогового результата производится с учётом установленной погрешности конкретного прибора.

Геометрические параметры теодолитов

Под геометрическими параметрами понимается строгое соблюдение геометрического положения каждого элемента теодолита.

Такими параметрами являются:

  • Положение цилиндрического уровня (располагается перпендикулярно оси грандштока).
  • Направление линии вращения (вертикальная по отношению к линии самого грандштока).
  • Ориентация центральной оси визирной трубки (горизонтирована, не зависимо от направления и величины угла поворота).
  • Ориентация зрительной трубы и грандштока (всегда взаимно перпендикулярны).

Инструкция по приведению теодолита в рабочее положение

Подготовка устройства является очень важным этапом перед проведением измерений.

Центрирование

Действие предполагает предварительный выбор, последующую установку теодолита точно над центром известного геодезического пункта. Обычно его проводят, используя оптический центрир. В иных случаях используют обычный строительный отвес.

Горизонтирование

Предполагает установку горизонтального круга, используя показания уровней в горизонтальное положение.

Горизонтирование теодолита

Горизонтирование теодолита

Его выполняют, завершив дополнительную проверку уровня алидады. Регулировку производят подъёмными винтами.

Фокусировка

Фокусировка устройства предполагает установку чёткого изображения. Точность установки оценивается по чёткости наблюдаемой сетки нитей. Её проводят медленным изменением положения диоптрийного кольца. Перемещение продолжается, пока не будет получено отчётливое изображение каждой нити.

Измерение теодолитом

Измерения горизонтальных и вертикальных углов производят на проверенном устройстве. Перед проведением измерений необходимо проверить плавность движения всех движущихся частей аппарата. Производят поворот алидады устройства, винтов, кремарьеры. Снижение возможных погрешностей достигается при вращении алидады в выбранном направлении. Движения должны быть плавные без резких рывков. Не целесообразно проводить возвратно-поступательные движения.

Перед тем, как приступить к измерениям угла в горизонтальной плоскости, устройство устанавливают вертикально над точкой отсчёта. Затем производят необходимые подготовительные действия. Для получения хороших результатов следует повторить эти действия несколько раз. Это позволит устранить возможные ошибки и неточности, которые могут негативно повлиять на результат измерений.

Процессы измерения углов в разных плоскостях принципиально отличаются. Эти отличия заключаются:

  • Горизонтальный угол вычисляется как арифметическая разность между измеренными величинами. Вертикальный угол определяется между плоскостью и величиной подъёма зрительной трубы.
  • Измерение горизонтального угла производится на заранее выбранных участках круга, измерение вертикального производится без проведения перестановок.
  • Число приёмов определения горизонтальных углов превышает это число для вертикальных углов.

Обработка проведенных измерений заключается в проведении расчётов средних значений. Результат вычитают из других результатов. Таким образом получают «приведенное направление». В качестве подтверждающего контроля точности проведенных измерений используется оценка коллимационной ошибки. Она получается на основании имеющихся паспортных данных о точности теодолита.

Если необходимо получить боле точные вычисления можно воспользоваться методами теории вероятности и математической статистики. Вычислить математическое ожидание и дисперсию.

Правильная эксплуатация

Соблюдение правил эксплуатации теодолита позволит не допустить серьёзных ошибок при проведении измерений. Эти правила включают последовательность действий на различных этапах эксплуатации аппарата:

  • во время хранения;
  • при подготовке к работе;
  • во время проведения измерений;
  • последовательность оценки полученных результатов;
  • порядок сборки теодолита после работы.
Применение теодолита

Применение теодолита

Особое внимание следует уделять всем этим правилам в особых условиях окружающей среды: температуре, влажности, силе ветра, освещённости. Практически все теодолиты имеют интервал разрешённых для эксплуатации температур от -25 °С до +50 °С любой влажности. Однако следует помнить, что слишком низкие или высокие температуры влияют на точность снимаемых показаний.

Поверки теодолита

Как и любой измерительный прибор, теодолит должен периодически проверяться. Эта операция в метрологии называется поверкой. Периодичность поверки для каждого типа теодолитов устанавливается индивидуально. В каждую поверку входит перечень наиболее важных параметров, влияющих на точность измерений.

К этим параметрам устройств относятся:

  • механические (отсутствие деформации на основных механических деталях, сохранность шкал измерения, надёжность резьбовых соединений, отсутствие элементов коррозии);
  • характеристики оптической системы устройства;
  • геометрические параметры измерительных элементов;
  • работоспособность цилиндрического или кругового уровня алидады;
  • величина коллимационной ошибки;
  • равенство длины всех элементов штатива;
  • точность положения и фокусировка сетки нитей;

Во время проведения поверок производят регулировку параметров устройства оказавшихся за границами допуска.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

 
Порекомендуйте эту статью:
Оцените статью:
Очень плохоПлохоСреднеХорошоотлично (голосов: 3, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
 
 
Наверх!

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Подпишитесь на нашу рассылку! Будьте в курсе новинок, современных трендов, технологий!