Работа с теодолитом

Содержание

Основные части теодолита и их назначение

Прибор для измерения на местности горизонтальных и вертикальных углов называется теодолитом.

У первых теодолитов в центре угломерного круга на острие иголки помещалась линейка, которая могла свободно вращаться на этом острие (как стрелка у компаса); в линейке были сделаны вырезы и в них натянуты нити, играющие роль отсчетных индексов. Центр угломерного круга помещали в вершину измеряемого угла и надежно его закрепляли. Поворачивая линейку, совмещали ее с первой стороной угла и брали отсчет N1 по шкале угломерного круга. Затем совмещали линейку со второй стороной угла и брали отсчет N2. Разность отсчетов N2 и N1 равна значению угла. Подвижная линейка называлась алидадой, а сам угломерный круг назывался лимбом. Для совмещения линейки-алидады со сторонами угла применялись примитивные визиры.

Современные теодолиты, сохранив идею измерения угла, конструктивно значительно отличаются от старинных теодолитов. Во-первых, для совмещения алидады со сторонами угла используется зрительная труба, которую можно вращать по высоте и по азимуту; во-вторых, для отсчета по шкале лимба имеется отсчетное приспособление, в третьих, вся конструкция теодолита закрыта прочным металлическим кожухом и т.д. Для плавного вращения алидады и лимба имеется система осей, а сами вращения регулируются зажимными и наводящими винтами. Для установки теодолита на земле применяется специальный штатив, а совмещение центра лимба с отвесной линией, проходящей через вершину измеряемого угла, осуществляется с помощью оптического центрира или нитяного отвеса.

Стороны измеряемого угла проектируются на плоскость лимба подвижной вертикальной плоскостью, которая называется коллимационной плоскостью. Коллимационная плоскость образуется визирной осью зрительной трубы при вращении трубы вокруг своей оси.

Визирная ось трубы (или визирная линия) — это воображаемая линия, проходящая через центр сетки нитей и оптический центр объектива трубы.

Перечислим основные части теодолита (рис.4.4):

Лимб — угломерный круг с делениями от 0o до 360o; при измерении углов лимб является рабочей мерой (на рис.4.4 не показан).

Алидада — подвижная часть теодолита, несущая систему отсчитывания по лимбу и визирное устройство — зрительную трубу. Обычно всю вращающуюся часть теодолита называют алидадной частью или просто алидадой (2 на рис.4.4).

Зрительная труба крепится на подставках на алидадной части (3).

Система осей — обеспечивает вращение алидадной части и лимба вокруг вертикальной оси.

Вертикальный круг служит для измерения вертикальных углов (4).

Подставка с тремя подъемными винтами (5).

Зажимные и наводящие винты вращающихся частей теодолита: лимба (8,9), алидады (6,7), трубы (10,11); зажимные винты называют также закрепительными и стопорными, а наводящие — микрометренными.

Штатив с крючком для отвеса, площадкой для установки подставки теодолита и становым винтом.

12 — винт перестановки лимба;

13 — уровень при алидаде горизонтального круга;

14 — уровень вертикального круга;

15 — винт фокусировки трубы;

16 — окуляр микроскопа отсчетного устройства.

Рис.4.4

В теодолитах различают три разных вращения: вращение зрительной трубы, вращение алидады и вращение лимба; при этом вращение трубы и вращение алидады снабжаются двумя винтами каждое — зажимным и наводящим. Что касается вращения лимба, то оно оформляется по-разному. В повторительных теодолитах лимб может вращаться только вместе с алидадой; в теодолите Т30 (2Т30 и т.п.) для вращения лимба имеются два винта: зажимной и наводящий, причем они работают только при зажатом винте алидады. В теодолите Т15 первых выпусков лимб скреплялся с алидадой с помощью специальной защелки и в таком положении совместное вращение алидады и лимба регулировалось винтами алидады. В точных и высокоточных теодолитах вращение (перестановка) лимба выполняется специальным бесконечным винтом (позиция 12 на рис.4.4-б).

Теодолит

Билет 1.

Теодолит – геодезический прибор для измерения на местности горизонтальных и вертикальных углов посредством оптических систем, лимбов и отсчетных устройств.

Основными частями теодолита являются: лимб, алидада, зрительная труба, уровни, вертикальный круг, трегер, штатив.

Лимб – угломерный круг с делением от 0° до 360°.

Цена деления лимба – величина центрального угла, опирающегося на дугу, соответствующую наименьшему делению лимба.

Алидада – подвижная часть теодолита, несущая систему отсчитывания по лимбу.

Зрительная труба – служит для визирования на наблюдаемые предметы, крепится на подставках алидадной части инструмента.

Уровни – служат для приведения осей инструмента в горизонтальное или вертикальное положение. Бывают цилиндрические и круглые, состоят из ампулы, оправы и регулировочного приспособления.

Нуль-пункт уровня – точка в середине шкалы ампулы.

Система осей теодолита – обеспечивает вращение алидадной части вокруг вертикальной оси. Вертикальный круг – служит для измерения вертикальных углов.

Трегер – подставка с тремя подъемными винтами.

Винты – закрепительные и микрометренные (наводящие). Служат для фиксации отдельных частей теодолита: трубы, алидады, лимба.

Сетка нитей – взаимно перпендикулярные штрихи, нанесенные на стеклянную пластинку. Биссектор – две вертикальные близко расположенные параллельные линии сетки нитей. Штатив – приспособление в виде треноги для крепления теодолита в процессе работы.

Укомплектован нитяным отвесом и становым винтом.

Исследование теодолита – это комплекс действий с целью установления качества изготовления и сборки как отдельных частей, так и всего инструмента в целом и правильности их взаимодействия.

Поверки теодолита – это комплекс действий по проверке соответствующих геометрических и оптико-механических условий. Выполняются в определенной последовательности. Юстировка теодолита – это исправление инструмента посредством юстировочных (исправительных) винтов.

Основные оси теодолита

1.Визирная ось (VV’) – мнимая линия, соединяющая перекрестие сетки нитей и оптический центр объектива.

2.Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга (UU’) – это касательная к дуге продольного сечения внутренней поверхности ампулы в нуль-пункте.

3.Ось вращения алидады горизонтального круга (ZZ’) – основная ось, около которой осуществляется поворот прибора в горизонтальной плоскости.

4.Ось вращения зрительной трубы теодолита (HH’) – мнимая линия, вокруг которой происходит вращение зрительной трубы.

Расположение основных осей теодолита приведено на рис. 2.1. Рис. 2.1. Схематическое расположение основных осей теодолита Геометрические условия основных осей теодолита

Классификация устройств

Теодолиты имеют несколько разновидностей. Это:

  1. Оптические теодолиты. Устройства этого типа являются наиболее распространенными. Они точны и надежны для использования в полевых условиях. Теодолиты этого вида пользуются популярностью среди геодезистов. Они имеют ряд преимуществ перед электронными собратьями: не нуждаются в элементах питания для работы и их легко применять. Оптические теодолиты могут выполнять работу в достаточно широком температурном диапазоне, даже при отрицательной температуре. Теодолиты этого вида имеют минимальные возможности. Отчеты выполняются по угломерной шкале. Если инструмент не содержит внутреннюю память, то необходимо будет обзавестись полевым журналом, в который будут заноситься все данные.
  2. Лазерные теодолиты тоже не отличаются сложностью эксплуатации. В таком приборе используется лазерный луч, который служит точным указателем. В устройстве объединены функции двух устройств – визира и высокочастотного электронного инструмента для измерений. Прибор оборудован мощным процессором, который выполняет все расчеты и результаты выводит на дисплей устройства. Легкость использования и удобство такого теодолита очевидны.
  3. В цифровых теодолитах не применяют вертикальные и горизонтальные круги, содержащие поградусную разметку. Вместо них используются штрих-кодовые диски. Прибор выполняет замеры автоматизированным способом. Конструкция такого прибора содержит запоминающее устройство. Теодолит хранит данные во внутренней памяти. С цифровыми теодолитами не следует работать в условиях сложного климата и при низких температурах, поскольку эти устройства содержат источники питания и ЖК-дисплей.
  4. Фототеодолиты и кинотеодолиты относятся к категории инструментов, имеющих специфическое назначение. Конструкция первых объединяет в себе теодолит и фотокамеру, которая определяет топографические координаты. Основное назначение кинотеодолитов – фиксация траектории перемещения объектов как на земле, так и в воздухе.

Общее устройство

Теодолит содержит следующие элементы:

  • Визирная труба. Она имеет некоторую кратность увеличения. Эта деталь зафиксирована на двух колонках, которые установлены на трегере.
  • Отсчетные механизмы. К ним относят вертикальный и горизонтальный круг (лимб). Первый находится в колонке, а второй в основании прибора.
  • Штриховой или шкаловой микроскоп. Это отсчетное устройство теодолита применяется в механических инструментах. В первом отсчет выполняется по штриху индексу, а во втором – по шкале. Микроскоп предназначен для считывания показаний с лимбов.
  • Алидада. Представляет собой поворотную линейку, которая имеет жесткое соединение с корпусом лимба. Содержит отсчетный механизм — нониусы.
  • Закрепительные и наводящие винты. В ходе настойки и юстировки эти винты сообщают механизмам прибора мягкое движение.
  • Центрир. С помощью этого встроенного оптического отвеса выполняется точное центрирование над точкой.
  • Штатив-тренога. Этот элемент применяется при выполнении работ на конкретной местности. На него устанавливают теодолит.

По какому принципу работает устройство

Механический теодолит работает по следующему принципу. Пользователь наблюдает изображения различных точек конструкции через окуляр подзорной трубы. Когда визир будет наведен на наблюдаемую точку, в окуляре микроскопа, который имеет штриховую либо шкальную разметку, фиксируется как вертикальный, так и горизонтальный угол. Первый является углом наклона, а второй – углом направления.

Специалист последовательно наводит трубу на контрольные точки конструкции, измеряет углы, а затем записывает в журнал данные показатели. Все это выполняется, когда применяется оптический теодолит. Замеры углов, выполненные геодезистом, играют важную роль. Они позволяют выяснить, насколько правильно выполняется проект.

При применении электронных устройств в работе отпадает необходимость зрительной фиксации углов. Ведь электронные датчики горизонтального и вертикального кругов в автоматически передают все данные на ЖК-дисплей прибора в привычном для человека цифровом виде. Также все данные сохраняются в памяти устройства. Применение теодолитов электронных обеспечивает повышение производительности труда специалиста и исключение ошибок, связанных с неправильным визуальным отсчетом имеющихся показаний в случае измерения углов на оптической модели.

Отечественный теодолит

Теодолит 4Т30П – это наиболее популярный геодезический прибор отечественного производства. Его изготавливает Уральский оптико-механический завод. Этот теодолит относится к категории инструментов технической точности. Теодолит 4т30п имеет следующие преимущества:

  • отсчеты снимаются с помощью шкалового микроскопа;
  • можно применять трехштативный метод. В этом случае используют съемную подставку с встроенным оптическим центриром;
  • содержится зрительная труба прямого изображения;
  • перестановка лимба выполняется при вращении особого винта прибора;
  • присутствует съемный трегер;
  • прибор можно использовать в разных климатических регионах;
  • малый вес;
  • небольшие габариты устройства.

Теодолит с успехом применяется в следующих сферах:

  • сельское хозяйство;
  • геодезия;
  • ландшафтный дизайн;
  • геология;
  • лесное хозяйство.

Этот прибор теодолит часто используется в тяжелых полевых условиях. Цена теодолита составляет примерно 50-60 тысяч рублей.

Таким образом, выбор теодолита остается за вами, что непосредственно зависит от сферы проведения работ.

Теодолит (середина XX века)

Теодоли́т — измерительный прибор для определения горизонтальных и вертикальных углов при топографических съёмках, геодезических и маркшейдерских работах, в строительстве и т. п. Основной рабочей мерой в теодолите являются лимбы с градусными и минутными делениями (горизонтальный и вертикальный). Теодолит может быть использован для измерения расстояний нитяным дальномером и для определения магнитных азимутов с помощью буссоли.

Альтернативным развитием конструкции теодолита является гиротеодолит, кинотеодолит и тахеометр.

Устройство теодолита

Теодолит 1866 г.Теодолит 1840 г.

Конструктивно теодолит состоит из следующих основных узлов:

  • Корпус с горизонтальным и вертикальным отсчётными кругами, и др. технологическими узлами;
  • Подставка (иногда употребляют термин «трегер») с тремя подъёмными винтами и круглым уровнем (для горизонтирования теодолита);
  • Зрительная труба;
  • Наводящие и закрепительные винты для наведения и фиксации зрительной трубы на объекте наблюдения;
  • Цилиндрический уровень;
  • Оптический центрир (отвес) для точного центрирования над точкой;
  • Отсчётный микроскоп для снятия отсчётов.

Принцип действия теодолита

Горизонтальный круг теодолита

Горизонтальный круг теодолита предназначен для измерения горизонтальных углов и состоит из лимба и алидады.

Лимб представляет собой стеклянное кольцо, на скошенном крае которого нанесены равные деления с помощью автоматической делительной машины.

Цена деления лимба (величина дуги между двумя соседними штрихами) определяется по оцифровке градусных (реже градовых) штрихов. Оцифровка лимбов производится по часовой стрелке от 0 до 360 градусов (0 — 400 гон).

Роль алидады выполняют специальные оптические системы — отсчётные устройства. Алидада вращается вокруг своей оси относительно неподвижного лимба вместе с верхней частью прибора; при этом отсчёт по горизонтальному кругу изменяется. Если закрепить зажимной винт и открепить лимб, то алидада будет вращаться вместе с лимбом и отсчёт изменяться не будет.

Лимб закрывается металлическим кожухом, предохраняющим его от повреждений, влаги и пыли.

Геометрические условия теодолита, их поверка

Геометрические условия

  • Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к оси вращения алидады.
  • Ось вращения алидады должна быть установлена отвесно (вертикально).
  • Визирная ось трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения трубы.
  • Ось вращения трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения алидады.
  • Вертикальная нить сетки нитей должна лежать в коллимационной плоскости.

Поверка теодолитов

Поверками теодолита называют действия, имеющие целью выявить, выполнены ли геометрические условия, предъявляемые к инструменту. Для выполнения нарушенных условий производят исправление, называемое юстировкой инструмента.

Ось цилиндрического уровня алидады горизонтального круга должна быть перпендикулярна к оси вращения алидады

Это условие необходимо для приведения оси вращения инструмента (алидады) в рабочее положение, то есть чтобы при измерениях углов она была вертикальна. Для проверки выполнения условия поворотом алидады устанавливают ось проверяемого уровня по направлению каких-либо двух подъёмных винтов и одновременным вращением их в разные стороны приводят пузырек уровня в нуль пункт (на середину ампулы), тогда ось уровня займет горизонтальное положение. Повернем алидаду, а вместе с ней и уровень точно на 180 градусов.

Если после приведения пузырька уровня в нуль пункт и поворота алидады на 180° пузырек уровня останется на месте, то условие выполнено.

Для выполнения других поверок необходимо привести прибор в рабочее положение.

Одна из нитей сетки должна находиться в вертикальной плоскости

Поверку и юстировку этого условия можно выполнить при помощи отвеса, установленного в 5—10 м от инструмента. Если поверяемая нить сетки не совпадет с изображением отвеса в поле зрения трубы, то снимают колпачок, слегка ослабляют (примерно на пол-оборота) четыре винта, крепящих окулярную часть с корпусом трубы, и поворачивают окулярную часть с сеткой до требуемого положения. Закрепляют винты и надевают колпачок.

После юстировки вторая нить сетки должна быть горизонтальна. Убедиться в этом можно, наведя эту нить на какую-либо точку и вращая алидаду наводящим винтом по азимуту; нить при этом должна оставаться на данной точке. В противном случае юстировку надо повторить. Установив правильно сетку, в дальнейшем при повторении поверок эту можно не повторять.

Визирная ось должна быть перпендикулярна оси вращения зрительной трубы

Это условие необходимо для того, чтобы при вращении трубы вокруг её оси визирная ось описывала плоскость, а не конические поверхности. Визирную плоскость называют также коллимационной. Вертикальный круг вращается вокруг оси вместе с трубой. Для перевода трубы из положения КП в положение КЛ или наоборот надо перевести её через зенит при неподвижном лимбе и повернуть алидаду на глаз на 180°, чтобы можно было наводить трубу на один и тот же предмет при различных её положениях. При этом на том месте относительно лимба, где находится верньер 1, теперь будет расположен диаметрально противоположный верньер 2, а отсчёты числа градусов, взятые по верньеру I до поворота алидады и по верньеру II после поворота алидады на 180°, должны быть одинаковы. Если визирная ось перпендикулярна оси вращения зрительной трубы, то при наведении её при КП и КЛ на удалённую точку, расположенную приблизительно на уровне оси вращения зрительной трубы, по закреплённому горизонтальному лимбу получим верные отсчёты дуги с помощью I (при КП) и II (при КЛ) верньеров. Если же визирная ось не перпендикулярна оси вращения трубы и занимает при КП и при КЛ неверное положение, то в отсчёты по горизонтальному лимбу войдет ошибка, соответствующая повороту визирной оси на угол, называемый коллимационной ошибкой. Проекция этого угла на горизонтальную плоскость лимба меняется в зависимости от угла наклона визирной оси. Поэтому при выполнении этой поверки линия визирования должна быть по возможности горизонтальна.

Юстировка: ослабив слегка один вертикальный, например верхний, исправительный винт при сетке нитей, передвигают сетку, действуя боковыми исправительными винтами при ней до совмещения точки пересечения нитей с изображением наблюдаемой точки.

После юстировки надо повторить поверку и убедиться, что условие выполнено.

Ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна оси вращения инструмента (алидады)

Это условие необходимо для того, чтобы после приведения инструмента в рабочее положение коллимационная (визирная) плоскость была вертикальна. Для поверки выполнения данного условия приводят инструмент в рабочее положение и направляют точку пересечения сетки нитей на высокую и близкую (на расстоянии 10—20 м от инструмента) точку, выбранную на какой-нибудь светлой стене. Не поворачивая алидады, наклоняют трубу объективом вниз до примерно горизонтального положения её оси и отмечают на той же стене точку, в которую проецируется точка пересечения нитей. Переведя трубу через зенит, при другом положении круга снова направляют визирную ось на ту же точку и подобно предыдущему, наклонив трубу до приблизительно горизонтального положения, отмечают точку.

Если обе точки совместятся в одной точке, то условие выполнено.

Выполнение рассматриваемого условия обеспечивается заводом или производится в мастерской, так как современные теодолиты не имеют соответствующих исправительных винтов.

Место нуля вертикального круга теодолита должно быть постоянным

Для поверки горизонтируют теодолит и 2-3 раза определяют место нуля. Определение места нуля включает визирование на одну и ту же точку при КЛ и КП. При каждом наведении на выбранную точку производят отсчет по вертикальному кругу теодолита. Если нет компенсатора, то предварительно пузырёк уровня при алидаде вертикального круга обязательно устанавливают в нуль-пункт. Если колебания места нуля не превышают двойной точности отсчета по кругу, то можно считать, что поверка выполняется, в исключительных случаях производится дополнительный замер через баланс осей.

Стандартный ряд теодолитов России в соответствии с ГОСТ 10529-96

Типы теодолитов:
ОТ-02, ОТБ, ОТС, ТБ-1, Theo-010, TE-B1, Т1, Т2 — высокоточные
Т5, ОТШ, Theo-020, TE-C1, ТТ-4, ОМТ-30, ТТ-5, ТТП, ТН, ТГ-5 ,Т15 — точные
Т30, Theo-120, TE-E4, ТТ-50, ТОМ, Te-5 — технические
Т60, ТМ-1 — технические (в настоящее время не выпускается) (применялись для учебного пособия и рекогносцировки местности в экспедиции).

Литера Т — обозначает «теодолит», а последующие числа — величину средней квадратической погрешности в секундах, при измерении одним приёмом в лабораторных условиях. Обозначение теодолита, изготовленного в последние годы может выглядеть так: 2Т30МКП. В данном случае первая цифра показывает номер модификации («поколения»).

М — маркшейдерское исполнение (для работ в шахтах или тоннелях; может крепиться к потолку и использоваться без штатива, помимо этого, в маркшейдерском теодолите в поле зрения визирной трубы есть шкала для наблюдения за качаниями отвеса при передаче координат с поверхности в шахту).

К — наличие компенсатора, заменяющего уровни.

П — зрительная труба прямого видения, то есть зрительная труба теодолита имеет оборачивающую систему для получения прямого (не перевернутого) изображения.

А — с автоколлимационным окуляром (автоколлимационные);

Э — электронные.

Неповторительные теодолиты

В неповторительных теодолитах лимбы наглухо закреплены с подставкой, а поворот и закрепления его в разных положениях осуществляется при помощи закрепительных винтов либо приспособления для поворота.

Фототеодолит

Фототеодолит или кинотеодолит — разновидность теодолита, объединённого с фото- и/или кинокамерой и другими оптическими системами. Служит для точной фотосъёмки с угловой привязкой геологических объектов и искусственных сооружений, а также для измерения угловых координат летательных аппаратов. Конструктивно может представлять собой кинокамеру, независимую от оптического канала теодолита и жёстко скреплённую с ней или однообъективную зеркальную камеру, видоискатель которой служит оптическим каналом теодолита. Выпускавшиеся ранее кинотеодолиты осуществляли съёмку на крупноформатные фотопластинки высокой разрешающей способности. В настоящее время выпускаются плёночные, пластиночные и цифровые фототеодолиты. Если объект фотографируется двумя и более фототеодолитами, то возможно получить приблизительные данные относительно размера объекта, высоты и скорости полёта.

Модели теодолитов

  • В России первую кинофототеодолитную станцию для фотографирования летающих объектов и измерения параметров траектории полёта выпустил Красногорский завод им. С. А. Зверева
  • Звенигородская обсерватория оборудована кинотеодолитом КСТ-50 (D 450 мм, F 3000мм)
  • Высокоточные кинотеодолиты «ВИСМУТИН» производства БелОМО находятся на космодроме «Байконур».

Гиротеодолиты

Гиротеодолит

Гиротеодолит — гироскопическое визирное устройство, предназначенное для ориентирования туннелей, шахт, топографической привязки и др. Гиротеодолит служит для определения азимута (пеленга) ориентируемого направления и широко используется при проведении маркшейдерских, геодезических, топографических и др. работ. По принципу действия гиротеодолит является и принадлежит к типу гирокомпасов. Ряд схем гиротеодолитов выполнен на принципе гирокомпаса Фуко. Помимо гироскопического чувствительного элемента, гиротеодолит включает угломерное устройство для снятия отсчётов положения чувствительного элемента и определения азимута (пеленга) ориентируемого направления. Угломерное устройство состоит из лимба с градусными и минутными делениями, жёстко связанного с его алидадой. Наблюдение ведётся по штриху, проектируемому на зеркале, которое укреплено на чувствительном элементе. При этом визирная линия зрительной трубы будет располагаться параллельно оси гироскопа. Определение азимута (пеленга), ориентируемого с помощью гиротеодолита направления, производится по шкале, связанной с теодолитом. При наблюдениях гиротеодолитом все измерения относят к отвесной линии в точке наблюдений и к плоскости горизонта. Следовательно, азимут, определённый гироскопически, тождественен астрономическому азимуту. Обычно по конструктивным соображениям отсчётное устройство по горизонтальному кругу располагают под некоторым углом по отношению к оси вращения ротора гироскопа.

Гиростанция

В сущности, тот же гиротеодолит с гирокомпасом Фуко на основе электронного тахеометра.

Электронный

Электронный теодолит — вид теодолита, оснащённого электронным отсчетным устройством.

Тахеометр

См. также: Тахеометр

Разновидность электронного теодолита, оснащенная электронным устройством для вычисления и запоминания координат точек на местности и лазерным дальномером. В отличие от оптического неповторительного, полностью исключает ошибки снятия и записи отсчёта благодаря микропроцессору, выполняющему автоматические расчёты. Электронный теодолит позволяет работать в тёмное время суток.

Тотал станция (Total station)

См. также: Тахеометр См. также: Тотал станция (Total station)

Электронный тахеометр или оптический теодолит, оснащённый дополнительными устройствами (дальномер, GPS-приемник, контроллер (процессор и/или клавиатура), отдельно вынесенными за основной корпус инструмента.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *