Тема. Устройство теодолита.

Принцип измерения горизонтального угла

Горизонтальный угол β образуется в результате ортогонального проектирования на горизонтальную плоскость Нугла местности, составленного двумя направлениями BC и BA исходящими из вершины B (точки A,В,С расположены на разных высотах).

Через направления проводят отвесные плоскости Q и R которые в пересечении с горизонтальной плоскостью H образуют угол abc = β,

являющийся мерой двугранного угла между плоскостями R и Q.

Для измерения угла β необходимо угломерный круг со шкалой установить горизонтально так чтобы его центр b* находился на отвесной линии Bb, проходящей через вершину измеряемого угла.

Если на этом круге получить следы от пересечения его плоскостями Q и R

и взять отсчеты с с* a * , то искомый угол будет равен разности отсчетов

β= с*- a *

Рис. 1. Измерение горизонтального угла.

Принцип измерения вертикального угла (угла наклона)

Рис. 2. Измерение вертикального угла.

Вертикальный угол или угол наклона ν это угол образованный заданным направлением BC и горизонтальным направлением в вертикальной плоскости Q, проведенной через направление BC.

Для измерения угла наклона необходимо установить угломерный круг в вертикальной плоскости Q так чтобы центр круга b₁ находился над вершиной угла точкой B . Для получения направления b₁ с || BC угломерный круг должен находиться на высоте i равной высота визирования v.

Значение угла наклона ν будет соответствовать отсчету с₁ (при оцифровке вертикального круга, когда отчет ноль на линии горизонта, положительные значения углов наклона для направлений выше линии горизонта, а отрицательные для направлений ниже линии горизонта).

Тема. Устройство теодолита.

Для измерения на местности горизонтальных и вертикальных углов применяют теодолиты.

Рис. 3. Схема устройства теодолита.

Как следует из теории измерения горизонтальных и вертикальных углов теодолит должен в себя включать следующие функциональные устройства:

1. Устройство, предназначенное для установки прибора (точнее - его вертикальной оси ) над вершиной угла;

2. Визирное устройство (для задания направлений);

3. Горизонтирующее устройство (предназначенное для мнимого построения на местности горизонтальной плоскости, перпендикулярной отвесной линии проходящей через вершину угла).

4. Измерительное устройство располагаемое в горизонтальной плоскости и дающее возможность определить величину измеряемого угла .

5.Устройство теодолита должно обеспечивать измерение не только горизонтальных углов, но и углов лежащих в вертикальной плоскости (вертикальных углов), в частности - углов наклона.

Конструкция теодолита должна также обеспечивать возможность наведения (визирования) на разные направления без изменения положения проекции вершины угла на горизонтальную плоскость.

Схематическое устройство теодолита показано на рисунке.

Вертикальная ось теодолитаZZ1 (вертикальная геометрическая ось его вращения) закрепляется в подставке 3с подъёмными винтами 4. Роль горизонтальной плоскости выполняет горизонтальный круг 2, на котором нанесена градусная шкала (лимб горизонтального круга). Градусные деления подписаны по ходу часовой стрелки. Центр лимба горизонтального круга должен находиться на вертикальной оси теодолита.

Над горизонтальным кругом располагается алидада 1, на которой имеются несущие колонки 6, на которых расположена горизонтальная ось НН₁ вращения зрительной трубы и вертикальный круг. На алидаде горизонтального круга 1расположен цилиндрический уровень 5 и отсчетное приспособление (на рисунке не показано). Ось вращения алидады горизонтального круга должна совпадать с вертикальной осью теодолита. В случае несовпадения говорят о наличии у теодолита «эксцентриситета» горизонтального круга.

Вертикальный круг, закреплённый на горизонтальной оси теодолита, служит для измерения вертикальных углов. Конструкция вертикального круга, как правило, аналогична конструкции горизонтального круга, только лимб 8 жестко скреплен со зрительной трубой 7 и вращается относительно неподвижной алидады 9. Существенное отличие имеет только оцифровка лимба вертикального круга. Заметим, что в некоторых типах теодолитов при вертикальном круге имеется так называемый компенсатор, который обеспечивает неизменность отсчета по вертикальному лимбу при небольших наклонах вертикальной оси теодолита (в шифре типа такого теодолита имеется буква «К»).

Рис.4. Цилиндрический уровень

Цилиндрический уровень 5, размещаемый на алидаде представляет собой стеклянную ампулу с верхней сферической поверхностью, заключенную в оправу (рис 4). В ампулу заливают смесь этилового спирта и эфира таким образом, чтобы в ампуле остался пузырёк воздуха, который всегда занимает верхнее положение в ампуле. На верхней поверхности ампулы имеется шкала уровня - система равноотстоящих друг от друга штрихов. Два средних штриха, середина между которыми совпадает с верхним положением оси пузырька, составляют «нуль-пункт» уровня. Косательная к дуге цилиндрического уровня называется осью цилиндрического уровня UU_1.

Подставка теодолита 3 имеет три подъёмных винта 4 и втулку для закрепления в ней вертикальной оси теодолита ZZ₁.

При измерениях теодолит устанавливается на геодезический штатив 11 и крепится к нему становым винтом 12.

Для центрирования теодолита над точкой используют прикрепляемые к становому винту шнуровые отвесы, а также оптические отвесы, как правило, встроенные в теодолит.

Рис. 5 Устройство зрительной трубы.

В современных теодолитах применяют зрительные трубы с внутренней фокусировкой (Рис 5). Между объективом 1 и окуляром 4 трубы с внутренним фокусированием устанавливается фокусирующая линза 6. Эта линза перемещается с помощью кремальеры 2, что обеспечивает четкое изображения визирной цели. Перед линзой окуляра установлена сетка нитей3. представляющая собой стеклянную пластину, на которой нанесены тонкие взаимно перпендикулярные штрихи. Вращением диоптрийного кольца5добиваются отчетливого изображения сетки нитей.

Линия, проходящая через центр сетки нитей и оптический центр объектива, называется визирной осью зрительной трубы.

Рис. 6. Сетка нитей зрительной трубы.

Важными составными частями теодолита являются наводящие устройства, с помощью которых осуществляется «грубое» и «точное» наведение зрительной трубы теодолита на визирную цель в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Теодолит имеет следующие основные оси и плоскости:

Основная ось (ось вращения) теодолита ZZ₁ – линия, перпендикулярная к горизонтальному кругу и проходящая через его центр.

Визирная ось VV₁ ­­­­─ линия, проходящая через заднюю главную точку объектива и перекрестие сетки нитей.

Ось цилиндрического уровня UU₁ – касательная к внутренней поверхности ампулы уровня в нульпункте (нульпункт уровня – наивысшая точка ампулы, середина делений на ампуле).

Ось вращения трубы НН₁ – линия, вокруг которой вращается зрительная труба в вертикальной плоскости.

Рис. 7. Схема осей теодолита

Плоскость лимба – плоскость, проходящая через внутренние концы делений лимба.

Коллимационная (визирная) плоскость – плоскость, образованная визирной осью при вращении зрительной трубы вокруг ее оси НН₁.