10036

41

10. УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

На планах изображаются проекции пространственных углов ВАС на го-

ризонтальную плоскость. Представить их можно, если над точкой А расположить горизонтально, например, круг и провести через стороны угла АВ и АС вертикальные плоскости Р1 и Р2 . Линии пересечения этих плоскостей с горизонтальным кругом зафиксируют угол β , который и будет являться проекцией пространственного угла ВАС на горизонтальную плоскость.

Для измерения горизонтальных углов β служат специальные угломерные приборы – теодолиты.

Принцип действия теодолита заключается, во-первых, в проектировании сторон АВ и АС пространственного угла ВАС на горизонтальный градуированный круг с помощью визирного приспособления. И, вовторых, в измерении угла между этими проекциями с помощью отсчётного устройства. Сам процесс измерений заключается в

1. Над вершиной А измеряемого угла устанавливают горизонтально круг с градусными делениями – лимб , центр которого должен располагаться

42

строго над вершиной А (это проверяется с помощью нитяного или оптического отвеса, а операция называется центрированием).

2.Наводят визирное приспособление ВП на правую точку С и замечают на лимбе положение отсчётного устройства ОУ в точке 1 (операция называется: отсчёт на точку С ).

3.Наводят визирное приспособление ВП на точку В и замечают на лимбе новое положение отсчётного устройства ОУ в точке 2 (берут отсчёт на точку В).

4.Вычисляют угол β как разность отсчётов на точку С и на точку В.

Лимб – это рабочая мера геодезического прибора в виде круговой шкалы.

Всовременных оптических теодолитах это стеклянное кольцо с нанесенными на нём градусными делениями. Он предназначен для определения величины измеряемого угла. В процессе измерений лимб должен быть горизонтален и неподвижен, а его центр должен располагаться над вершиной измеряемого угла. Величина центрального угла, определяемого наименьшим делением лимба, называется ценой деления лимба. У теодолита Т30 градусные деления на лимбе были разделены на 6 частей, значит, цена деления лимба 10'. У других теодолитов (Т5, Т15, 2Т30, 4Т30) цена деления лимба 1°. Оцифровка делений лимба возрастает по направлению хода часовой стрелки от 0 до 360о.

Алидада – часть геодезического прибора, расположенная соосно с лимбом и несущая элементы отсчётного устройства. Она предназначена для фиксирования на лимбе отдельных положений зрительной трубы. Это фиксирование (отсчёт по лимбу) осуществляется с помощью различных отсчётных устройств: верньеров, отсчётных микроскопов, оптических

микрометров.

Верньеры применялись в теодолитах с металлическими кругами и своим устройством напоминали отсчётное устройство штангенциркуля. В настоящее время такие теодолиты не выпускаются.

Отсчётный микроскоп – это оптическая система, которая даёт изображения градусных делений одновременно двух лимбов теодолита: горизонтального 8 и вертикального 7. Это достигается тем, что луч света, отражаясь от зеркала 1, проходит через окно 2 и, преломляясь призмами 3, 4, 5 и 6, освещает деления вертикального круга 7 и горизонтального круга 8, изготовленных из стекла.

43

Поэтому деления вертикального В и горизонтального Г кругов видны одновременно в поле зрения микроскопа 10. На конденсоре 9 нанесён либо штрих, либо шкала, поэтому различают штриховой микроскоп и шкаловый микроскоп, служащие в качестве отсчётного устройства. Они также видны в поле зрения микроскопа 10.

Штриховым микроскопом были снабжены

теодолиты Т30.

Утеодолита Т30 цена деления вертикального В и горизонтального Г кругов 10'. Отсчёты берут по неподвижному штриху до десятых долей наименьшего деления. Следовательно точность такого отсчётного устройства

1'.

Теодолиты 2Т30 и последняя их модификация 4Т30 снабжены шкаловым микроскопом в виде неподвижной шкалы, разделенной через 5'. Цена деления В

иГ кругов этих теодолитов 1°, причём длина шкалы равна градусному делению лимба. Точность отсчитывания может быть 0,5', если оценивать на глаз десятые части пятиминутных делений шкалы.

Утеодолитов Т5, Т15 шкала микроскопа разделена на 60 частей, наименьшее деление составляет 1', поэтому, оценивая на глаз десятые доли такой шкалы, можно брать отсчёты по кругам с точностью 0,1–0,2'.

Теодолиты Т1, Т2 снабжены оптическими микрометрами, с помощью которых отсчёты по В и Г кругам можно брать с точностью до десятых долей секунды.

Рен отсчётного приспособления – это несовпадение длины шкалы и наименьшего деления лимба. Его исправление производится в мастерской.

10.1. ТЕОДОЛИТЫ

Все теодолиты по точности делятся на три группы:

44

1. Высокоточные – Т1 (ошибка измерения угла одним приёмом составляет 1").

2. Точные – Т2, Т5 (ошибка измерения угла одним приёмом составляет 2" или 5" соответственно).

3. Технические – Т15, Т30 (ошибка измерения угла одним приёмом составляет 15" или 30" соответственно).

В этих обозначениях Т – от слова «теодолит».

По конструкции теодолиты разделяются на две группы:

1. Простые – у таких теодолитов лимб и алидада не имеют совместного вращения, что исключает ошибки за счёт несоосности при высокоточных измерениях.

2. Повторительные – у таких теодолитов лимб и алидада могут вращаться независимо друг от друга или совместно. Это позволяет, например, измерять горизонтальный угол способом повторений, откладывая его заданное число раз на лимбе.

Для обозначения дополнительных характеристик теодолитов применяются индексы: К – в отсчётную систему вертикального круга введён маятниковый компенсатор; П – зрительная труба прямого изображения. Последующие модификации базовых моделей имеют перед буквой Т цифру 2, 3 или 4. Шифр, например, 4Т30П означает теодолит «четвёртого поколения», технический, со зрительной трубой прямого изображения.

10.2. ПОВТОРИТЕЛЬНЫЙ ТЕОДОЛИТ 2Т30П

Его основными частями являются: подставка 20 с тремя подъёмными винтами 21 (она служит основанием прибора); цилиндрический уровень 3 с

исправительными винтами 1 (он предназначен для приведения теодолита в рабочее положение); 4 – кремальера; закрепительный 5 и наводящий 18

винты зрительной трубы (служат для закрепления и точного наведения трубы в вертикальной плоскости); 6 – визир (для наведения на цель «от руки»);

закрепительный 8 и наводящий 9 винты горизонтального круга 7 (служат для закрепления лимба и точного наведения зрительной трубы в горизонтальной плоскости); 10 – окуляр микроскопа; 11 – зеркало подсветки; вертикальный круг 12 (предназначен для измерения углов наклона); 13 – посадочный паз для буссоли; 14 – уровень при трубе и его юстировочная гайка 15 (для установки трубы в горизонтальное положение); 16 – защитный колпачок исправительных винтов сетки нитей; 17 – окуляр зрительной трубы; 22- закрепительный винт буссоли (она предназначена для ориентирования теодолита по магнитной стрелке); 23 – винт арретира магнитной стрелки.

45

Теодолит 2Т30П: а – положение «круг-право»; б – положение «круг-лево»; в – сетка нитей; г – поле зрения микроскопа; д – ориентир-буссоль

Теодолит крепится на штативе с помощью станового винта 25 с крючком 24 для крепления нитяного отвеса.

Зрительная труба может вращаться не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости вокруг оси SS . Перевести трубу через зенит –

значит повернуть её вокруг оси SS так, чтобы объектив занял место окуляра (или наоборот).

46

Если вертикальный круг 12 расположен слева от зрительной трубы, то такое положение называется «круг-лево» и обозначается КЛ, если справа, – то «круг-право» или КП. Положение КЛ основное из-за секторной оцифровки вертикального круга и при нём более удобное расположение закрепительных и наводящих винтов прибора.

Основные оси и плоскости теодолита следующие:

•ОО – основная ось вращения прибора, это линия, проходящая через центр горизонтального круга и точку пересечения визирной оси VV и оси вращения трубы SS.

•SS – горизонтальная ось вращения зрительной трубы в вертикальной плоскости.

•VV – визирная ось зрительной трубы.

•UU – ось цилиндрического уровня.

Во время измерений ОО должна быть отвесна (плоскость горизонтального круга должна занимать действительно горизонтальное положение) , а коллимационная плоскость, образованная VV при её вращении вокруг SS, должна быть вертикальна. Эта коллимационная плоскость реализует вертикальные плоскости Р1 и Р2 , рассмотренные нами ранее. Основная ось ОО должна проходить через вершину измеряемого горизонтального угла, что проверяется с помощью нитяного или оптического отвеса. У теодолита 2Т30П в качестве оптического отвеса служит визирная ось установленной вертикально зрительной трубы.

Приведение теодолита в рабочее положение предусматривает выполнение двух операций:

1. Центрирование теодолита над вершиной измеряемого угла с помощью отвеса.

2. Горизонтирование – приведение ОО в вертикальное положение (или плоскости лимба в горизонтальное положение) с помощью цилиндрического уровня и подъёмных винтов. Для этого устанавливают уровень по направлению любых двух подъёмных винтов и, вращая их в разные стороны, приводят пузырёк уровня в нульпункт. Затем поворачивают верхнюю часть теодолита на 90° и, вращая только третий винт, вновь приводят

пузырёк в нуль-пункт.

Такие действия повторяют до тех

пор, пока пузырёк уровня не будет оставаться в нуль-пункте при любом положении уровня относительно подъёмных

винтов.

47

10.3. ПОВЕРКИ И ЮСТИРОВКИ ТЕОДОЛИТОВ

Выполнить поверки теодолита – значит проверить соблюдение идеальной геометрической схемы прибора. Перед производством поверок теодолит должен быть горизонтирован.

Если пузырёк сместился с нуль-пункта на некоторую величину d , то действуя исправительными винтами уровня, пузырёк перемещают по направлению к нуль-пункту на половину смещения d/2, а на другую половину – подъёмными винтами и поверку повторяют. Поверка считается выполненной, если пузырёк остаётся в нуль-пункте при любом положении уровня относительно подъёмных винтов.

2-я поверка – визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси вращения трубы Неперпендикулярность приводит к так называемой коллимационной ошибке с

.

Приводят теодолит в рабочее положение, затем, при закрепленном винтом 8 лимбе, визируют (например, при КЛ) на удалённую на 200-500 м точку А, расположенную примерно на одном уровне с теодолитом, и берут отсчёт Л1. Снова визируют при закреплённом лимбе (уже при КП) на точку А и берут отсчёт П1.

48

При закреплённой алидаде открепляют лимб, переводят трубу через зенит и лимбом (винты 8 и 9) визируют на точку А при КЛ и берут отсчёт Л2. Визируют при закреплённом лимбе (при КП) на точку А и берут отсчёт П2.

S

S S

Вычисляют коллимационную ошибку с :

с = 0,25[Л1 – (П1 ± 180о) + Л2 – (П2 ± 180о)],

которая не должна быть больше двойной точности теодолита 2t . Если величина

спревышает допуск, то производят юстировку:

1.Вычисляют отсчёт Писпр = П2 + с , который соответствует взаимно перпендикулярному положению осей VV и SS .

2.Наводящим винтом алидады 19 устанавливают на лимбе этот отсчёт. При этом перекрестие сетки сместится с точки наводки А.

3.Боковыми исправительными винтами сетки возвращают её вертикальную нить в точку А и для контроля поверку повторяют.

3-я поверка – горизонтальная ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна основной оси вращения прибора (SS ОО).

49

Вместо отмечания точек bКП и bКЛ можно установить в этом месте линейку (рейку) и брать по ней отсчёты.

4-я поверка – горизонтальная нить сетки должна быть перпендикулярна основной оси вращения прибора (mm ОО). Приводят теодолит в рабочее поло-

жение, наводят перекрестие сетки на точку А, расположенную примерно на уровне прибора.

винтом 19 алидады поворачивают трубу влево – вправо. Если нить mm не сходит с точки А , то условие поверки выполнено. Если сходит, то окуляр с сеткой надо развернуть так, чтобы нить mm стала горизонтальна.

Эту поверку можно выполнить по-другому, если, приведя теодолит в рабочее положение, навести вертикальную нить сетки на нить свободно висящего отвеса. Если они совпадают, то mm ОО.

10.4. ИЗМЕРЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ УГЛОВ ТЕОДОЛИТОМ

Для измерения горизонтальных углов применяют способ приёмов,

способ круговых приёмов, способ повторений.

50

Способ приёмов

осуществляется следующим образом. Теодолит устанавливают в вершине измеряемого угла А и приводят его в рабочее положение, то есть центрируют с помощью шнурового или оптического отвеса и горизонтируют с помощью уровня

В точках В и С устанавливают вешки, на которые осуществляется визирование в процессе измерений. Измерения ведут при закреплённом лимбе, отсчёты по которому записывают в журнал установленной формы. При обработке журнала осуществляется контроль измерений горизонтального угла.

Способ приёмов состоит из двух полуприёмов. В первом полуприёме

измерения ведут при КЛ, во втором полуприёме – при КП, предварительно повернув лимб на 2–5° относительно его первоначального положения. Такое смещение лимба выполняют для того, чтобы в полуприёмах угол измерялся на различных частях лимба. Для исключения возможных ошибок, особенно когда измеряемый угол близок к 180°, измерения следует начинать с правой точки

(в нашем примере это точка С ).

Первый полуприём (КЛ)

1.Закрепив лимб винтом 8, визируют на правую точку С, пользуясь винтами алидады 2, 19 и трубы 5, 18 и берут отсчёт по горизонтальному кругу

СКЛ.

2.Визируют на левую точку В , пользуясь винтами алидады 2, 19 и трубы

5, 18 и берут отсчёт по горизонтальному кругу ВКЛ.

3. Вычисляют величину угла βКЛ из первого полуприёма:

βКЛ = СКЛ – ВКЛ .

Второй полуприём (КП)

Переводят трубу через зенит. Открепив винт 8, смещают лимб на 2–5° и винт 8 закрепляют.

4.При закреплённом лимбе визируют на правую точку С , пользуясь винтами алидады 2, 19 и трубы 5, 18 и берут отсчёт по горизонтальному кругу

СКП.

5.Визируют на левую точку В , пользуясь винтами алидады 2, 19 и трубы

5, 18 и берут отсчёт по горизонтальному кругу ВКП.

6. Вычисляют величину угла βКП из второго полуприёма:

βКП = СКП – ВКП .

Контроль: значения βКЛ и βКП не должны различаться более чем на 2t . 7. Находят окончательное значение угла β как среднее арифметическое

из двух полученных значений:

β = (βКЛ + βКП):2 .