Основные части теодолита

З р и т е л ь н а я т р у б а. В современных геодезических приборах применяют зрительные трубы с внутренней фокусировкой, которая состоит из трех оптических систем: окуляра, объектива и фокусирующей линзы. Окуляр – это система линз, обращенная к глазу. Объектив – система линз, обращенная к наблюдаемому предмету. Между окуляром и объективом находится рассеивающая плосковогнутая линза (фокусирующая линза), перемещением которой с помощью винта кремальеры добиваются четкого изображения предмета.

При выполнении работ зрительную трубу обычно наводят (визируют) на предметы, значительно удаленные от прибора. Таким образом, предмет всегда находится вне фокусного расстояния объектива. При этом лучи света от предмета проходят через систему объектива, преломляются и дают обратное уменьшенное изображение. Чтобы увеличить это изображение, в зрительную трубу вводят окуляр.

В окулярной части зрительной трубы, в том месте, где получается действительное изображение предмета, помещается диафрагма, в отверстие которой вставлена стеклянная пластинка с нанесенной на ней сеткой нитей. Сетка нитей состоит из пересекающихся между собой под прямым углом зачерненных штрихов (рисунок 5.3).

При наведении на предмет центр сетки нитей совмещают с изображением точки местности, наблюдаемой в трубу.

Линия, проходящая через центр сетки нитей и оптический центр объектива, называется визирной осью зрительной трубы. Для правильной установки сетки нитей в зрительной трубе диафрагма, к которой прикрепляется стеклянная пластинка с сеткой нитей, делается подвижной при помощи специальных исправительных винтов сетки нитей.

Основными характеристиками зрительной трубы являются ее увеличение и разрешающая способность. Увеличением зрительной трубы V называется отношение угла, под которым изображение предмета видно в трубу к углу, под которым предмет виден невооруженным глазом. Практически увеличение трубы принимается равным отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра:

V = f_об /f_ок.

В современных теодолитах зрительные трубы имеют 20- – 50-кратные увеличение. От увеличения трубы зависит ее разрешающая способность. Обычно невооруженным глазом можно различить две точки до тех пор, пока угол, под которым видны эти точки, не будет меньше 60^''. При рассматривании изображения в зрительную трубу, увеличение которой V, угол будет β_о = 60^''/V. Следовательно, чем больше увеличение трубы, тем на большем расстоянии можно видеть предмет, или тем большую разрешающую способность имеет зрительная труба.

Установка зрительной трубы по глазу и предмету. Во время выполнения геодезических измерений зрительную трубу наводят на различные точки местности, совмещая пересечение штрихов сетки нитей с изображением точки. Перед этим нужно установить трубу «по глазу» и предмету. Для установки трубы «по глазу» наблюдатель наводит ее на какой-нибудь светлый фон, и вращает окулярную трубочку до тех пор, пока штрихи сетки нитей не будут четко видны. Для установки зрительной трубы по предмету при помощи кремальеры передвигают фокусирующую линзу, расположенную между объективом и окуляром, до тех пор, пока изображение наблюдаемого предмета не будет отчетливым. Установку зрительной трубы по предмету называют фокусировкой.

У р о в н и. Для приведения отдельных частей геодезических приборов в горизонтальное или вертикальное положение используют уровни. Геодезические уровни могут быть жидкостные стеклянные, электронные, а для погашения малого остаточного наклона – оптико-механические компенсаторы.

Жидкостные стеклянные уровни состоят из ампулы, оправы и регулировочного приспособления. В зависимости от формы ампулы различают цилиндрические и круглые уровни. Цилиндрический уровень представляет собой стеклянную ампулу, внутренняя поверхность которой отшлифована по дуге определенного радиуса. Радиус кривизны в зависимости от назначения уровня колеблется от 3,5 до 200 м. На внешней поверхности ампулы цилиндрического уровня через 2 мм нанесены штрихи. Точка, соответствующая средней части делений ампулы, называется нуль-пунктом уровня. Ампула (стеклянная трубка) заполняется нагретым до 60^о спиртом или эфиром и запаивается. После охлаждения жидкость сжимается, и в ампуле образуется небольшое пространство, заполненное парами спирта или эфира, которое называют пузырьком уровня. Ампула помещается в металлическую оправу.

Пузырек уровня всегда стремится занять наивысшее положение, поэтому, когда концы пузырька расположены симметрично относительно нульпункта, то плоскость, вдоль которой расположен уровень, будет горизонтальной. Это свойство используют для приведения отдельных частей инструмента в горизонтальное положение. Линия, касательная к ампуле уровня в его нуль-пункте, называется осью цилиндрического уровня.

Уровни характеризуются ценой деления. Ценой деления уровня τ называют угол, на который наклонится ось уровня, если пузырек сместится на одно деление (рисунок 5.4).

Если обозначить через l величину одного деления уровня, а через R – радиус дуги внутренней поверхности ампулы, то цена деления уровня

τ = ρ l/R,

где ρ – переводной коэффициент из радианной меры углов в градусную (ρ = 3438' = = 206265'').

Следовательно, чем больше радиус, тем меньше цена деления и тем точнее уровень. Цена деления уровня определяет ту точность, с которой данным уровнем можно привести линию или плоскость в горизонтальное положение.

Величина τ характеризует чувствительность уровня. Цена деления цилиндрических уровней, устанавливаемых на геодезических приборах, колеблется от 2 до 60''.

Для регулировки цилиндрического уровня имеются исправительные винты, при помощи которых один конец уровня можно перемещать в вертикальной плоскости.

Для более точной установки пузырька уровня в нульпункт, а также для большего удобства в работе применяют контактные уровни (рисунок 5.5). В них над цилиндрическим уровнем устанавливается система призм, с помощью которой изображение концов пузырька передается в поле зрения глаза наблюдателя. При перемещении пузырька к нуль-пункту изображение его концов движется навстречу друг другу, а когда пузырек уровня находится в нуль-пункте, изображения его концов совмещаются (контактируют) (см. рисунок 5.5). Точность установки пузырька уровня в нульпункт в контактном уровне в 5–6 раз выше, чем у обычных уровней.

Круглый уровень представляет собой стеклянную ампулу круглой формы, помещенную в оправу. Его сферическая внутренняя полость также заполнена эфиром с верхним пузырьком. Снаружи нанесена кольцевая маркировка с центральным нульпунктом. Осью круглого уровня является нормаль (перпендикуляр), проходящая через нуль-пункт, к плоскости касательной внутренней поверхности уровня. Если пузырек приведен в нуль-пункт, то нормаль вертикальна. Круглые уровни имеют небольшую чувствительность (цена деления круглого уровня 3–5') и применяются для предварительной установки прибора или там, где не требуется высокая точность.

Л и м б. Лимб представляет собой круг, разделенный по окружности на градусные или градовые деления (градус – 1/360 часть окружности, а град – 1/400 часть окружности). Центр лимба устанавливают на отвесной линии, проходящей через вершину измеряемого угла (см. рисунок 5.1).

Величина центрального угла, опирающегося на дугу, соответствующую наименьшему делению лимба, называется ценой деления лимба. Лимбы геодезических приборов изготавливают из прозрачного высококачественного стекла. Теодолиты, использующие такие лимбы, называют оптическими.

А л и д а д а. Алидадой называют круг или линейку для отсчитывания градусов и их долей по лимбу. Алидада располагается в плоскости лимба или над ним. Оси лимба и алидады совпадают, причем ось вращения алидады называют основной или вертикальной осью прибора. На алидаде имеется индекс, позволяющий фиксировать ее положение на шкале лимба. Для повышения точности снятия отсчета имеется специальное отсчетное устройство.

О т с ч е т н ы е у с т р о й с т в а. Отсчетные устройства служат для оценки долей делений лимба. В качестве отсчетных устройств используют штриховые и шкаловые микроскопы, оптические микрометры.

На рисунке 5.6 показано поле зрения штрихового микроскопа с изображением штриха на алидаде и лимба с ценой деления 10'. Оценку долей деления лимба осуществляют по неподвижному Т-образному индексу. Оцени

вая десятые доли деления лимба на глаз, можно сделать отсчет по штриху микроскопа с точностью до 1'. На рисунке 5.6 отсчет по горизонтальному (нижняя шкала, обозначенная буквой Г) будет равен 159^о46', а по вертикальному кругу (верхняя шкала, обозначенная буквой В) – 350^о48'.

Большую точность отсчета дают шкаловые микроскопы. На рисунке 5.7 показано изображение поля зрения шкалового микроскопа с ценой деления лимба в 1^о. Длина шкалы, расположенной на алидаде, равна одному делению лимба. Шкала разделена на 12 делений, следовательно, цена деления шкалы составляет 5'. Оценивая десятые доли деления шкалы на глаз, можно взять отсчет по шкале с точностью до 0,5'. В поле зрения шкалового микроскопа одновременно видны изображения горизонтального и вертикального круга. На рисунке 5.7 отсчет по горизонтальному кругов равен 183^о22', а по вертикальному – 1^о12'.

П р и с п о с о б л е н и е д л я ц е н т р и р о в а н и я. Установка центра лимба теодолита над вершиной измеряемого угла называется центрированием. Оно выполняется при помощи отвесов или центриров. Простейшим приспособлением для центрирования является нитяной отвес. Он состоит из гибкой нити (шнура), на конце которой закреплен груз. При центрировании нить отвеса прикрепляют к дужке станового винта. Центрирование выполняется перемещением штатива, а также подставки теодолита, добиваясь того, чтобы заостренный конец груза установился над вершиной измеряемого угла. Под влиянием ветра нить отвеса отклоняется от вертикального положения (точность центрирования составляет 1–2 см). В безветренную погоду точность центрирования составляет 5 мм.

Для повышения точности центрирования и исключения влияния внешних условий используют оптический центрир. Он изготавливается как часть теодолита, встроенная в алидаду горизонтального круга. Центрир имеет окуляр, прозрачную пластинку с нанесенной на ней сеткой нитей, фокусирующую линзу и призму, поворачивающую луч на 90^о и направляющую его вниз. При центрировании алидаду теодолита приводят в горизонтальное положение. В этом случае преломленный на 90^о луч будет располагаться строго отвесно. В поле зрения центрира видны изображение вершины угла и пересечение сетки нитей. Передвигая подставку теодолита по головке штатива, добиваются совмещения пересечения сетки нитей с изображением вершины угла. Средняя квадратическая погрешность центрирования оптическими центрирами составляет 0,5 мм.