Ю. Н. Корнилов геодезия топографические съемки
 Скачать 7.93 Mb.
|
|
неизвестны. Для разрешения многозначности используют волны разной длины. 3.2.5. Устройство зрительной трубы геодезических приборов Зрительная труба является важнейшей частью большинства геодезических приборов. Трубы бывают астрономическими и земными. Астрономические трубы дают обратное изображение рассматриваемых предметов, земные - их прямое изображение. Кроме того, зрительные трубы различаются устройством фокусирующих приспособлений и бывают с внутренней фокусировкой и с внешней. Астрономическая зрительная труба с внешней фокусировкой является оптической системой, состоящей из объектива 1 и окуляра 7 риса Объектив зрительной трубы за своей фокальной плоскостью строит действительное обратное и уменьшенное изображение. Построенное изображение можно уввдеть через О10'ляр, играющий роль лупы, которая создает его мнимое прямое и увеличенное изображение. Для наведения на визирную цель имеется сетка нитей. В простейшем случае это стеклянная пластинка 5 в металлической оправе, на пластинку нанесены два тонких взаимно- перпендикулярных штриха Юстировочные винты 8 J L Рис. Астрономическая зрительная труба с фокусировкой а - внешней, б - внутренней 54 служат для надлежащей установки сетки в трубе Визирной осью зрительной трубы называется линия, проходящая через заднюю главную точку объектива и перекрестие сетки. На риса это линия 2. Сетка нитей должна располагаться в плоскости изображения, построенного объективом. Это достигается перемещением окулярного колена 4 при вращении винта кремальеры (фокусирующего винта) 3. Указанная операция называется установкой трубы то предмету. Вращением окулярного (диоптрийного) кольца 6 достигается качественное изображение сетки и объекта при рассматривании их через окуляр. Эту операцию называют установкой трубы то глазу. Таким образом, при визировании нацель трубу обязательно устанавливают по глазу и «ио предмету Это устраняет смещение перекрестия сетки с изображения наблюдаемой цели при перемещении глаза относительно окуляра и повышает точность измерений. Трубе с внешней фокусировкой предпочитают трубу с внутренней фокусировкой (рис, б, у которой для наведения по предмету вместо окулярного колена используется фокусирующая линза 9, расположенная внутри трубы. Такая труба компактнее и лучше защищена от воздействия атмосферы. Основными характеристиками зрительной трубы являются увеличение, поле зрения и яркость изображения Видимым или угловым увеличением называют отношение угла, под которым изображение рассматривается в трубу, к углу, под которым оно видно невооруженным глазом. Практически увеличение равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра и составляет 15-30* у технических и 40-60" у высокоточных приборов. Угол поля зрения у зрительных труб изменяется от 30' до 2°. Для увеличения яркости изображения применяют просветленную оптику. Отметим, что увеличение и поле зрения трубы легко оценить с помощью рейки с делениями, вертикально установленной недалеко от прибора. 3.2.6. Нитяный дальномер Нитяный дальномер предназначен для измерения расстояний с помощью дальномерной рейки, весьма прост по устройству и имеется в зрительных трубах большинства геодезических приборов. Сетка нитей таких труб имеет две нити (/ и т ) , называемые дальномерными (рис. 55 Рис. Принцип измерения расстояний нитяным дальномером Пусть L - искомое расстояние между точками Аи В на местности. Установим над точкой А геодезический прибор, труба которого имеет дальномерные нити, а над точкой В — дальномерную рейку с сантиметровыми делениями. Пусть Г к т' -точки на рейке, куда проецируются дальномерные нити при визировании, и расстояние между ними равно п сантиметровым делениям (с точностью до десятых деления. Обозначим отрезок между дальномерными нитями на сетке буквой р Из рисунка имеем L = L' + / + 6. Из подобия треугольников Fml и FmT следует, что L'^fnlp. Обозначим сумму f+S через с она называется постоянной дшьно- мера; а дробь - через к это коэффициент нитяного дачьномера. В результате получим L=kn+c. (20) Отметим, что в зрительных трубах с внутренней фокусировкой постоянная дальномера мала и ею часто пренебрегают. Фокусное расстояние объектива и отрезок между дальномерными нитями на сетке стараются подобрать так, чтобы коэффициент дальномера был равен 100 или 200, что не всегда удается. Перед работой значение коэффициента дальномера следует уточнить. С этой целью на сравнительно ровной площадке в створе примерно через 20 м закрепляют колышки и мерной лентой измеряют отрезки между ними они служат эталонами, так как измерения лентой на порядок точнее. Затем на одной из крайних точек устанавливают прибор с нитяным дальномером, а на других точках последовательно - дальномерную рейку. Расстояния по нитяному дальномеру измеряют в несколько приемов, приняв коэффициент дальномера равным 100. Сравнивая результаты, полученные мерной лентой и дальномером, составляют таблицу поправок в дальномерные расстояния для отрезков 20; 40; 60 ми т.д. 3.3. УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ. Принцип измерения горизонтального угла Кроме расстояний геодезисту приходится измерять и углы, как горизонтальные, таки вертикальные (например, в комплексе работ при создании государственных астрономо-геодезических сетей, сетей сгущения, при построении съемочного обоснования, в процессе съемок местности и т.д.). Получить представление о том, что такое горизонтальный угол и как его измерить, можно, воспользовавшись рис. Пусть А, В, Сточки местности, образующие угол с вершиной в точке В Горизонтальная проекция этого угла на уровенной поверхности Я есть угол аЬс=^. Его и называют горизонтальным углом. Другими словами, интересующий нас угол является линейным углом двугранного угла, образованного двумя отвесными плоскостями Q к Т, проходящими соответственно через отрезки местности ВА и ВС. Указанные отвесные плоскости называются KOJUlUMOlfUOHHblMU. Предположим, что горизонтальный оцифрованный почасовой стрелке круг установлен над вершиной угла так, что его центр совпадает с ребром двугранного угла (как показано на рис. Тогда по кругу с помощью коллимационных плоскостей Рис. Схема построения горизонтального угла 57 можно взять два отсчета — о и си очевидно, что искомый угол равен разности этих отсчетов, теса Горизонта1ьный оцифрованный круг называют лгшбом (от лат limbus - кромка, кайма. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что прибор для измерения горизонтальных углов должен иметь следующие устройства - неподвижный круг с нанесенной по его краю шкалой (лимб - приспособление для установки центра лимба над вершиной угла, те центрирования прибора - устройство для приведения лимба в горизонтальное положение, те горизонтирования прибора подвижную часть, определяющую вертикальную (коллимационную) плоскость с устройством для визирования и взятия отсчета по лимбу. Прибор, обладающий указанными выше устройствами, назвали теодолитом Современный теодолит имеет вертикальный круги дальномерные нити для измерения углов наклона и расстояний. 3.3.2. Устройство и классификация теодолитов Теодолит — это прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов, а также расстояний с помощью нитяного дальномера и дальномерной рейки (рис. Коллимационная плоскость в теодолите создается в процессе вращения визирной оси W\ зрительной трубы вокруг горизонтальной оси НН\ вращения трубы. Вертикальная ось ZZi вращения прибора, иногда называемая основной осью, проходит через центры лимба 4 и алидадного круга (алидады), расположенного над лимбом. На алидаде и находится приспособление 1 для отсчитывания по шкале лимба. Лимб приводится в горизонтальное положение с помощью цилиндрического уровня 3 и трех подъемных винтов 5 подставки. Эта операция носит название горизонтирование нивелирование прибора. Вертикальный круг 2 предназначен для измерения углов наклона. Для установки прибора над вершиной угла центрирования используется отвес 6. Зрительная труба теодолита имеет диоптрийное кольцо и винт кремальеры для установки трубы по глазу и по предмету. Теодолит 58 F i Рис. Схема теодолита обеспечен системой зафегш- тельных, наводящих и исправительных винтов. Первые гарантируют неподвижность лимба, алвдады и зрительной трубы, когда этого требует технология работ. Наводящие винты нужны для точного совмещения перекрестия сетки нитей с целью исправительные - позволяют обеспе- чшъ в теодолите необходимые геометрические соотношения между осями. Перед измерением теодолит устанавливают на штативе и прикрепляют к нему становым винтом. Классифицировать теодолиты можно по различным признакам поточности, конструкции, устройству зрительной трубы, типу отечественного приспособления и т.д. Поточности различают приборы высокоточные (средняя квадратическая ошибка измерения углов шр = ч точные (mp=2-f-5") и технические (Яр = По конструкции их подразделяют на металлические, оптические, электронные и лазерные Первые имеют металлические лимб и вертикальный круг. Их продолжают использовать на производстве, но уже в течение многих лет не выпускают. Оптические теодолиты имеют стеклянные угломерные круги электронные - обеспечены устройствами для автоматического считывания отсчета, его запоминания и хранения. Лазерные теодолиты снабжены встроенным лазером. Теодолиты бывают повторительными и простыми {непо- вторительными). У повторительного теодолита лимб и алидаду можно вращать вместе, при этом отсчет не изменяется, а можно вращать только алидаду при закрепленном лимбе, что приводит к изменению отсчета. Это позволяет поочередным вращением лимба и 59 алидады несколько раз отложить на лимбе измеряемый угол, что повышает точность результата. У простого теодолита совместное вращение лимба и алидады невозможно. Бывают теодолиты, имеющие зрительную трубу с прямыми обратным изображением. По способу стабилизации отсчетного индекса вертикального круга различают приборы с уровнем при вертикальном круге, с уровнем при горизонтальном круге и с компенсатором угла наклона. Компенсатор обеспечивает (в пределах своей работы) постоянство отсчетов по вертгикальному кругу при наклонах вертикальной оси теодолита. По конструкции отсчетных приспособлений выделяют теодолиты верньерные, со штриховым микроскопом, со шкаловым микроскопом, с оптическим микрометром и с электроцифровой индикацией. Следует отметить, что в названии теодолита отражены некоторые его характеристики. Например, теодолит 2Т5КП - точный (шр = 5"), с компенсатором при вертикальном круге и зрительной ; трубой с прямым изображением 4Т15П - теодолит без компенсатора. В названии электронного теодолита присутствует буква Э или D), лазерного - LD. 3.3.3. Угломерные круги и устройства для отсчитывания В геодезических приборах угломерные круги (лимб и вертикальный круг) служат эталонами для измерения горизонтальных Hi вертикальных углов. Как правило, это стеклянные диски, на края которых через равные расстояния нанесены деления или кодовые дорожки (у электронно-цифровых теодолитов, которые в данном курсе не рассматриваются. Отметим, что часто под лимбом понимают саму круговую шкалу, нанесенную на горизонтальном или вертикальном круге. Диаметр кругов составляет от 46 до 270 мм, и чем диаметр круга больше, тем точнее теодолит. В зависимости от системы отсчета штрихи круга подписываются через каждые 10; 2 или 1°. Деления круга оцифрованы, как правило, походу часовой 60 стрелки Ценой деления угломерного круга называется центральный угол, опирающийся на дугу между двумя смежными штрихами. Она может быть равна 4, 5, 10, 20, 30' и 1°. Встречаются круги с децимальной системой отсчета. Круг делится на 400 гон, в гоне 100 сан- тигон и 10 ООО сантисантигон. Деления на угломерные круги наносят специальными делительными машинами. Приспособления для отсчитывания состоят из двух частей устройства для оценки доли наименьшего деления шкалы и оптической части, служащей для увеличения изображения (например, лупы или микроскопа. Наиболее простым отсчетным приспособлением является штриховой микроскоп (риса В фокальной плоскости микроскопа помещена стеклянная пластинка с нанесенным штрихом, который называется указателем (индексом для взятия отсчета. В этой же плоскости расположено изображение круга. Отсчет Е складывается из количества градусных делений Е, расположенных до указателя, и доли градуса, равной произведению числа п наименьших делений шкалы и цены их деления ц, причем п оценивается на глаз с точностью доте На риса цена наименьшего деления круга равна 10', а отсчет £:=8°36'. Для повышения точности определения долей делений применяются шкаловые мшдхюкопы и верньеры. У шктового микроскопа рис б в фокальной плоскости, где строится изображение круга, помещена стеклянная пластинка с нанесенной на ней шкалой. Цена деления шкалы в к раз меньше цены деления круга. Оценкой на глаз можно отсчитать десятую часть деления. Поле зрения шкалового микроскопа рис б имеет цену деления круга 1°. При взятии отсчета вначале в качестве указателя используют нулевой штрих шкалы и по лимбу определяют число градусных делений (на рис б значение £^=9°). Рис.ЗО. Отсчетные приспособления а - штрихо- Затем в качестве указателя вой микроскоп (теодолит ТЗО); б - шкаловый мик- принимают штрих лимба роскоп(2ТЗ) 61 а Указатель пересекающий 1икач>', и устанавливают с точностью до десятых число п делений шкалы, начиная от нулевого штриха на рис 6 значения ц Рис Верньер (нониус " = ^ '5)- Таким образом, отсчет У верньера (нониуса) дугу угломерного круга в п делений переносят на прилегающий к ней круг, называемый алидадой, у которого кили и - 1 деление. Полученное приспособление в первом случае называют прямым верньером во втором - обратным В геодезических приборах чаще применяют прямые верньеры. Разность между ценой деления X круга и ценой деления ц верньера называется точностью верньера /, те. /=Л,/{А7 + 1). Из устройства прямого верньера следует, что Ал=ц,(и+1), откуда IJ. = nv(n +1) . Подставляя два последних равенства в первое, получим Таким образом, точность верньера равна цене деления угломерного круга, поделенной на число делений верньера. На рис Ли, значит, fi=9'. При взятии отсчета вначале в качестве указателя принимают нулевой штрих верньера и определяют с точностью дона рис отсчет 49°40'). Затем находят штрих верньера, который совпадает с каким-либо штрихом угломерного круга. Далее считают число k делений между нулевым штрихом и совпадающими штрихами (на рисунке А. Окончательный отсчет Е+ kt =49°47'. 3.3.4. Уровни Уровни служат для приведения осей или плоскостей приборов в горизонтальное или отвесное положение, а также для наблюдения за их положением в процессе измерений. Применяют их и как самостоятельные приборы, например в строительном деле. Существуют цилиндрические и круглые (сферические) уровни. 62 ^ 1 2 3 ^ О о Рис. Устройство цилиндрического уровня Цилиндрический уровень (рис) состоит из стеклянной трубки 1, называемой ампулой, и металлической оправы 3, служа- шей для предохранения ампулы от повреждений и крепления уровня к приборам. Внутренняя поверхность вдоль продольной оси ампулы имеет форму окружности радиуса R (рис б Ампула наполнена спиртом или серным эфиром, а небольшое пространство ее занято парами наполнителя и образует пузырек 2. Будучи легче наполнителя, пузырек занимает наивысшее положение. Точка О в средней части ампулы называется нуль-пунктом. На наружной поверхности ампулы слева и справа от нуль-пункта через 2 мм нанесены штрихи. Когда концы пузырька располагаются симметрично относительно штрихов, говорят, что пузырек находится в нуль- пункте (посередине. Касательная ищ к внутренней поверхности ампулы в нуль-пункте вдоль продольной оси называется осью цилиндрического уровня Ценой деления уровня называется угол, на который наклонится ось при перемещении пузырька на одно деление ампулы. Это мера его чувствительности. Чем меньше цена деления уровня, тем выше его чувствительность. Цилиндрические уровни выпускают сценой деления от 1 "высокоточные) до технические. Круглый уровень (рис) имеет стеклянную ампулу в виде цилиндрического резервуара с крышкой, внутренняя поверхность которой - сфера радиуса R. Ампула заключена в металлическую 63 о оправу. На наружной по- верхноспги стеклянной крышки выгравированы две окружности с общим центром О и радиусами 2 и 4 мм. Указанный центр является нуль- пунктом уровня. Нормаль СО к внутренней сферической поверхности крышки ампулы называется осью круглого уровня. Она отвесна, когда пузырек находится в нуль-пункте. Круглые уровни имеют цену деления от 5', те. они грубее цилиндрических, и используются только для приближенной установки осей и плоскостей в вертикальное или горизонтальное положение. Рис. Схема устройства круглого уровня разрез и вид сверху) 3.3.5. Устройство вертикального круга Вертикальный круг служит для измерения углов в вертикальной плоскости, началом отсчета которых может служить как горизонтальная плоскость, таки отвесная линия. Угол между визирной осью и ее проекцией на горизонтальную плоскость называется вертикальным углом (углом наклона, а между визирной осью и отвесной линией - зенитным расстоянием Они дополняют друг друга до 90°. Вертикальный угол может быть и положительными отрицательным. Вертикальный ? круг (рис) жестко при укреплен к зрительной трубе и вращается вместе с ней вокруг ее горизонтальной оси вращения 1. При этом алидада 2 остается неподвижной. Ее положение контролиру- 64 Рис. Схема вертикального круга ется прикрепленным к ней цилиндрическим уровнем. Перед отсчиты- ванием по вертикш1ьному кругу пузьфек этого уровня должен быть приведен в нуль-пункт при помощи наводящего винта 4 алидады. Предполагается, что при горизонтальном положении визирной оси трубы и при условии, что пузырек уровня находится в нуль-пункте, отсчет по кругу равен нулю. Практически этого никогда не бывает, и отсчет при указанных выше условиях называется местом нуля вертикального круга. Вертикальный угол v можно измерять и при круге |