Принцип измерения горизонтального угла, теодолит

Одним их основных измерений в геодезии является измерение угла. Так, например, создание плановых геодезических сетей, топографических карт и планов, процесс строительства и эксплуатации зданий невозможны без проведения угловых измерений. Пусть АВС (рис.13) угол местности, стороны которого не лежат в горизонтальной плоскости. При этом можно построить проекцию этого угла на горизонтальную плоскость путем проекций сторон ВА и ВС на горизонтальную плоскость. Таким образом, горизонтальный угол β – это угол на горизонтальной плоскости, соответствующий двугранному углу, образованному двумя вертикальными плоскостями, проходящими через стороны ВА и ВС. Мерой того же двугранного угла будет являться любой другой плоский угол, вершина которого находится на ребре двугранного угла, а стороны – в горизонтальной плоскости. Поэтому горизонтальный угол β можно измерять с помощью круга, разделенного на градусы

Рис. 13.Принцип измерения горизонтального угла.

и минуты. При этом круг должен находиться в горизонтальной плоскости, а его центр совмещен с ребром измеряемого двугранного угла.

Численное значение угла β можно определять, как разность отсчетов по кругу в соответствующих точках. Измерительный круг называется угломерным кругом, а его шкала в градусах и минутах носит название ЛИМБА. Для регистрации на лимбе градусных отсчетов соответствующих точек необходимо иметь вертикальную плоскость, вращающуюся в центре лимба вокруг ребра двугранного угла, проходящего через центр угломерного круга. Эта вертикальная плоскость называется визирной плоскостью, в которой расположена оптическая ось зрительной трубы. Зрительная труба механически связана со своим кругом, вращающимся в плоскости лимба вокруг вертикальной оси. Круг зрительной трубы называется алидадой. На алидаде располагается отсчетное устройство. Для приведения плоскости лимба в горизонтальное положение служат три подъемных винта и уровень. Фиксация вращающихся частей лимба, алидады и зрительной трубы производится с помощью закрепительных винтов. Точная наводка зрительной трубы на выбранную точку выполняется с помощью наводящих винтов.

Кроме измерения горизонтальных углов, с помощью зрительной трубы тем же принципом можно измерять и вертикальные углы. Для этого необходим соответствующий вертикальный круг, вращающийся вокруг горизонтальной оси. Такой прибор, в котором с помощью зрительной трубы, вращающейся как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, можно измерять горизонтальные и вертикальные углы называется теодолитом. При измерении углов теодолит с помощью станового винта прикрепляется к штативу, представляющему собой треногу с металлической головкой. Для центрирования теодолита, то есть установки центра лимба на оси двугранного угла, служит отвес.

В настоящее время промышленностью выпускаются оптические теодолиты, оснащенные оптической системой измерения углов. В этой системе изображение делений лимба и отсчетных устройств передается в поле зрения микроскопа, который расположен рядом с окуляром зрительной трубы. В Российской Федерации выпускаются высокоточные и технические теодолиты. Их маркировка состоит из буквы Т и цифры, характеризующей среднюю квадратическую ошибку измерения горизонтального угла одним приемом в секундах.

Отсчетные устройства. При измерениях углов с помощью теодолита отсчеты этих углов делаются по лимбу. Оцифровка делений шкалы лимба у оптических теодолитов выполняется через 1^О по ходу часовой стрелки. Угловая величина дуги, соответствующая одному делению шкалы лимба, называется ценой деления лимба. В оптических штриховых микроскопах теодолитов Т30 в верхней части поля зрения, обозначенной буквой В нанесены штрихи вертикального круга (рис.14). В нижней части, обозначенной буквой Г – штрихи горизонтального круга. Между подписанными штрихами равномерно нанесены еще шесть делений, каждое их которых соответствует 10^´ . Отсчет делений по лимбу производится с помощью вертикального штриха, индекса, общего для шкал обоих кругов. Численное значение угла регистрируется на глаз с точностью 0, 1^´ . Уровни. Для приведения плоскости лимба в горизонтальное положение, а также в других геодезических приборах используются уровни двух типов: цилиндрические и круглые Рис. Цилиндрический уровень представляет собой стеклянную трубку с внутренней поверхностью определенного радиуса. После наполнения трубки нагретым спиртом или эфиром она герметично запаивается. Охлажденная жидкость сжимается, образуя внутреннее вакуумное пространство, называемое пузырьком уровня. Трубка устанавливается в оправу, которая имеет один или два корректирующих винта. На верхней части трубки имеется шкала делений с точкой 0, расположенной в центре трубки. В поле силы тяжести Земли жидкость внутри трубки стремится к равновесию. При этом пузырек уровня будет занимать наивысшее из возможных положений, а когда ось уровня выйдет на плоскость горизонта, пузырек должен будет располагаться симметрично относительно нулевого деления, называемого нуль-пунктом уровня. В современных теодолитах цилиндрические уровни позволяют обеспечивать плоскость горизонтальной установки лимба с точностью до 10 секунд. Круглый уровень имеет низкую чувствительность, и не применятся в геодезических приборах.

Рис. 14. Поле зрения теодолита Т30 Рис. 15. Уровни

Зрительные трубы. Зрительная труба (рис. 16.)с внутренней фокусировкой состоит из объектива, окуляра и фокусирующей линзы, размещенной внутри трубы между окуляром и объективом. Кроме того, вблизи переднего фокуса окуляра располагается диафрагма со стеклянной пластинкой, на которой награвированы тонкие штрихи, образующие сетку нитей. Точка пересечения горизонтального и вертикального штрихов называется перекрестием сетки нитей. Два горизонтальных коротких штриха, расположенных выше и ниже перекрестия являются дальномерными нитями и служат для определения расстояний. Прямая, проходящая через перекрестие сетки нитей и оптический центр объектива, называется визирной осью зрительной трубы. Увеличение трубы теодолита определяется отношением фокусных расстояний объектива и окуляра. У теодолита Т30 увеличение зрительной трубы равно 20. Полем зрения трубы называется пространство, видимое в трубу при её неподвижном положении. Поле зрения трубы определяется углом, вершина которого находится в оптическом центре зрительной трубы, а стороны опираются на диаметр сеточной диафрагмы. Зная коэффициент увеличения трубы, можно определить точность визирования теодолита, которая для теодолита Т30 составляет 3″, а угол поля зрения ≈ 2⁰. Установка трубы для наблюдений состоит из установки её по глазу и по предмету. Установка по глазу заключается в получении резкого изображения сетки нитей. Для этого трубу направляют на выбранные светлый фон и перемещают диоптрийное кольцо до тех пор, пока нити сетки не станут резко очерченными. Установка трубы по предмету заключается в получении резкого изображения наблюдаемого предмета, для чего производится фокусирование трубы или совмещение изображения предмета с плоскостью сетки нитей. Фокусирование трубы выполняется посредством кремальеры, перемещающей фокусирующую линзу при неподвижном положении сетки нитей. При недостаточной фокусировке

Рис. 16. Зрительная труба с внутренней фокусировкой:

а – устройство трубы;

б – ход лучей в зрительной трубе;

в – сеточная диаграмма.

трубы изображение предмета не будет точно совпадать с плоскостью сетки нитей. Это проявляется при изменении положения глаза наблюдателя перед окуляром и называется параллаксом сетки нитей. Параллакс должен быть устранен дополнительным вращением кремальеры.

Устройство теодолита Т30 Оптический теодолит Т30(Рис. 17)

предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов, включает в себя подставку, соединенную с основанием упаковочного футляра с помощью пластинчатой пружины. Основание футляра после установки теодолита на головку штатива закрепляется становым винтом, внутри которого имеется крючок для центрирования теодолита с помощью отвеса. Кроме этого можно центрировать теодолит Т30 с помощью отверстия в основании, используя зрительную трубу. Вертикальную ось теодолита устанавливают в отвесное положение вращением трёх подъемных винтов подставки, наблюдая за состоянием цилиндрического уровня, расположенного на корпусе алидады. На колонках, жестко соединенных с корпусом алидады, установлена зрительная труба, которая может вращаться на 360^О вокруг горизонтальной оси. Более подробно устройство теодолита будет рассмотрено во время выполнения первой лабораторной работы.

Рис. 17. Теодолит Т30