Лекция по "Геодезии"

Если пузырек уровня находится в нуль-пункте, то ось  уровня горизонтальна. При наклоне оси уровня его пузырек перемещается. Центральный угол, соответствующий одному делению ампулы, называется ценой деления уровня

Следовательно, с помощью  уровня можно измерять небольшие углы наклона линий, связанных с его осью. Если пузырек отклоняется от нуль-пункта на п делений, то угол наклона оси уровня к горизонту

v = nµ.

В геодезических приборах используют цилиндрические уровни с ценой деления от 1^э до 2'. Цена деления зависит от радиуса внутренней поверхности ампулы уровня и служит мерой чувствительности уровня, т. е. способности его пузырька быстро и точно занимать наивысшее положение. Кроме того, чувствительность уровня зависит от качества шлифовки внутренней поверхности ампулы, свойств заполняющей жидкости, ее температуры и длины пузырька уровня (длинный пузырек обладает большей чувствительностью, чем короткий).

Нормальная длина пузырька уровня составляет 30 — 40% длины ампулы при температуре + 20°. Для сохранения длины пузырька при изменении температуры используют компенсированные уровни (рис. 42, б) либо уровни с запасной камерой — камерные уровни (рис. 42, в). Принцип устройства компенсированной ампулы основан на сокращении объема заполнителя путем помещения в ампулу стеклянной трубки 1 с запаянными концами.

Камерный уровень кроме  рабочей камеры имеет запасную камеру. Запасная камера 2 (см. рис. 42, в) такого уровня отделяется от рабочей стеклянной перегородкой с отверстием внизу. Наклоняя уровень, можно перемещать часть паров заполнителя из одной камеры в другую и тем самым регулировать длину пузырька. На некоторых приборах устанавливают реверсивные (оборотные) уровни, позволяющие наблюдать пузырек при опрокидывании его на 180°.

Для повышения точности установки пузырька в нуль-пункт  используют контактные уровни. В таких уровнях изображение концов пузырька с помощью призменной системы передается в поле зрения трубы (рис. 42, г). Несовмещенное положение концов пузырька уровня соответствует наклонному положению оси цилиндрического уровня, совмещенное — горизонтальному. Опыт показывает, что точность контактного уровня обычно в 3 — 4 раза выше точности цилиндрического.

Круглый уровень (рис. 43) представляет собой цилиндрический стеклянный резервуар, внутренняя сторона которой является частью сферической поверхности определенного радиуса. Резервуар заполнен серным эфиром или спиртом и заключен в металлическую оправу, прикрепляемую к прибору тремя винтами.

На наружной поверхности резервуара выгравировано несколько окружностей с общим центром 0, являющимся нуль-пунктом круглого уровня.

Линия радиуса  внутренней сферической поверхности, проходящая через нуль-пункт, называется осью круглого уровня. Если пузырек круглого уровня находится в нуль-пункте, т. е. расположен концентрично с окружностями, то его ось занимает отвесное положение.

Круглые уровни отличаются простотой конструкции и удобством  в работе, но менее чувствительны, чем цилиндрические; обычно цена деления  составляет 5' и более. Поэтому круглые уровни используются для предварительного приведения осей приборов в отвесное положение, а также в случаях, когда не требуется большой точности в установке приборов.

 

3. Вертикальный круг служит для измерения углов наклона и зенитных расстояний. В инженерной практике измеряют преимущественно утлы наклона.

Устройство  вертикального круга. Вертикальный круг теодолита состоит из лимба и алидады. Лимб вертикального крута жестко закреплен на оси вращения зрительной трубы и вращается вместе с ней; при этом нулевой диаметр лимба (0° - 180° или 0° - 0° в зависимости от оцифровки лимба) должен быть параллелен визирной оси трубы. Алидада вертикального круга при вращении трубы остается неподвижной.

 

На алидаде вертикального круга  закреплен цилиндрический уровень, который предназначен для приведения линий нулей (отсчетных индексов) алидады при измерении углов наклона в горизонтальное положение. С этой целью перед взятием отсчетов по вертикальному кругу пузырек уровня должен быть приведен в нуль-пункт с помощью наводящего винта алидады.

Уровень укрепляется  на алидаде таким образом, чтобы  его ось U₂ — U₂ была параллельна линии нулей (нулевому диаметру) алидады 00 (рис. 44, а). При соблюдении этого условия после установки на лимбе нулевого отсчета и приведения пузырька уровня в нуль-пункт визирная ось зрительной трубы будет горизонтальна алидаде горизонтального круга, пузырек которого устанавливается в нуль-пункт подъемными винтами теодолита.

У многих оптических теодолитов (Т15К, Т5К) уровень при алидаде  вертикального круга заменяет специальная оптическая система — компенсатор, который автоматически устанавливает указатель отсчетного микроскопа (индекс шкалы) в необходимое положение.

В современных теодолитах используются две основные системы оцифровки вертикальных кругов:

1)  азимутальная (круговая), при которой деления круга подписаны от 0 до 360° по ходу часовой стрелки (теодолит Т15, Т5) либо против хода часовой стрелки (теодолит ТЗО);

2)  секторная, при которой вертикальный круг разбит на четыре сектора, из которых два диаметрально противоположных сектора имеют положительную оцифровку, а два других — отрицательную (2Т30, Т15К, 2Т5 и др.). Подобная система надписей более удобна, так как отсчеты градусов получаются одинаковыми по обеим сторонам вертикального угла, что упрощает вычисления углов наклона.

Теория вертикального  круга. Угол наклона представляет собой разность двух направлений в вертикальной плоскости. Одно из направлений должно соответствовать горизонтальному положению визирной оси зрительной трубы. В случае совпадения нулевых диаметров лимба и алидады (отсчетного устройства) при горизонтальном положении визирной оси трубы и оси цилиндрического уровня отсчет по вертикальному кругу должен равняться нулю. Тогда отсчет по вертикальному кругу при визировании на наблюдаемую цель дает значение угла наклона v. Однако на практике при горизонтальном положении визирной оси трубы VV и оси цилиндрического уровня U₂U₂ отсчет по вертикальному кругу может оказаться равным не нулю, а некоторой величине, называемой местом нуля МО (рис. 44, б). Как следует из рис. 44, б, величина МО представляет собой угол, обусловленный непараллельностью нулевого диаметра алидады 00 и оси цилиндрического уровня, т. е. линии горизонта.

Местом нуля МО вертикального круга называется отсчет по вертикальному кругу при горизонтальном положении визирной оси трубы и оси цилиндрического уровня при алидаде вертикального круга.

Если место нуля заранее  неизвестно, то угол наклона v и МО можно определить по результатам двух отсчетов, полученных при визировании на наблюдаемую цель при двух положениях вертикального круга относительно зрительной трубы (со стороны окуляра): «круге право» (КП) и «круге лево» (КЛ). При этом вид формул, по которым вычисляют значения v и МО, зависит от системы оцифровки лимба вертикального круга.

1. Азимутальная оцифровка лимба (теодолиты Т15 и Т5). Как видно из рис. 44, в, при визировании на точку М при двух положениях трубы (КП и КЛ) угол наклона v можно определить из отсчетов по вертикальному кругу и значению МО

При вычислениях по всем в формулам следует руководствоваться  следующим правилом: к величинам отсчетов КП, КЛ и МО, меньшим 90°, необходимо прибавлять 360°.

       2. Секторная оцифровка лимба вертикального круга от нуля в обе стороны — по ходу и против хода часовой стрелки (теодолиты 2Т30, 2Т15,   2Т5 и др.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция № 10

Зрительные  трубы

 

1. Устройство зрительной трубы
2. Сетка нитей. Установка зрительной трубы для наблюдения
3. Технические показатели зрительных труб

 

1. Для визирования на удаленные наблюдаемые предметы в геодезических приборах используют зрительные трубы. Некоторые из них относятся к типу астрономических и дают обратное изображение предметов. Во многих случаях в оптических теодолитах используются трубы, обеспечивающие прямое изображение (например, 4Т30П и др.).

Перед наблюдением зрительная труба должна быть отфокусирована.

Фокусированием называется установка трубы таким образом, чтобы в поле зрения было отчетливо видно изображение визирной цели, т. е. наблюдаемого предмета. Различают трубы с внешним и внутренним фокусированием.

В современных геодезических  приборах применяют трубы с внутренним фокусированием, имеющие постоянную длину. Их конструкция обеспечивает большее увеличение при меньшей длине по сравнению с трубами с внешним фокусированием, а также предохраняет от проникновения в нее пыли и влаги.

Оптическая система  зрительной трубы с внутренним фокусированием (рис. 39, а) состоит из объектива 1, окуляра 2, внутренней фокусирующей линзы 3, которая перемещается внутри трубы вращением кремальеры 4 (кремальерного винта или кольца) и сетки нитей 5.

Совместное действие объектива и фокусирующей линзы  равносильно действию одной собирательной линзы с переменным фокусным расстоянием, называемой телеобъективом. Принципиально оптическая схема трубы с телеобъективом (рис. 39, б) не отличается от схемы простой зрительной трубы

(трубы Кеплера) с  внешним фокусированием, но обладает  более совершенной конструкцией.

Предмет АВ, расположенный за двойным фокусным расстоянием, рассматривается через объектив (см. рис. 39, б). Его изображение ab, получаемое с помощью телеобъектива, будет действительным, обратным и уменьшенным. Указанное изображение увеличивается окуляром, в результате чего получается мнимое и увеличенное изображение а'в' наблюдаемого предмета.

Изображение предмета, получаемое простой зрительной трубой, сопровождается оптическими искажениями, основными из которых являются сферическая и хроматическая аберрации.

Сферическая аберрация вызывается тем, что лучи света (особенно падающие на края линзы) после преломления не пересекаются в одной точке и дают тем самым неясное и расплывчатое изображение.

Хроматическая аберрация заключается в том, что лучи света после преломления в линзе разлагаются на составные цвета светового спектра и окрашивают края изображений. Для ослабления влияния оптических искажений в зрительных трубах применяют диафрагмы, задерживающие прохождение крайних лучей света, а также сложные объективы и окуляры, состоящие из 2 — 3 линз с различными коэффициентами преломления стекла.

 

2. Для визирования на наблюдаемые цели в зрительной трубе должна быть постоянная точка К — действительная или воображаемая между параллельными линиями. Для получения этой точки в окулярном колене вблизи переднего фокуса окуляра помещается металлическая оправа, в которой вставлена стеклянная пластинка с нанесенной на ней сеткой нитей (штрихов) (рис. 40, а). Виды сеток нитей, применяемых в оптических теодолитах, показаны на рис. 40, б, в.

Сетка нитей представляет собой систему штрихов, расположенных в плоскости изображения, даваемого объективом зрительной трубы. Основные штрихи сетки используются для наведения трубы в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Двойной вертикальный штрих называется биссектором нитей; визирование на наблюдаемую цель биссектором производится точнее, чем одной нитью. Точка пересечения основных штрихов сетки нитей (либо осей заменяющих их биссекторов) называется перекрестием сетки нитей.

Воображаемая  линия, соединяющая перекрестие  сетки нитей и оптический центр объектива, называется визирной осью трубы, а ее продолжение до наблюдаемой цели — линией визирования. Линия, проходящая через оптические центры объектива и окуляра, называется оптической осью трубы.

Зрительная труба имеет  также геометрическую ось, т. е. линию симметрии, проходящую через центры поперечных сечений цилиндра трубы.

Для правильной установки  сетки нитей ее оправа снабжена исправительными (юстировочными) винтами: двумя горизонтальными — 1 и двумя вертикальными — 2 (см. рис. 40, а), которые закрываются навинчивающимся колпачком. С помощью каждой из пар исправительных винтов сетку нитей можно перемещать в небольших пределах в горизонтальной и вертикальной плоскостях, изменяя тем самым положение визирной оси зрительной трубы.

При визировании на цель наблюдатель должен отчетливо видеть в поле зрения трубы штрихи сетки нитей и изображение рассматриваемого предмета. Для выполнения этого условия должны быть выполнены действия, составляющие установку зрительной трубы для наблюдения. Полная установка трубы для наблюдения складывается из установки ее по глазу и по предмету.

1. Установка трубы по глазу производится перемещением диоптрийного кольца окуляра до получения четкой видимости штрихов сетки нитей; она выполняется каждым наблюдателем соответственно остроте его зрения и периодически проверяется.

2. Установка  трубы по предмету (фокусирование) для получения отчетливого изображения визирной цели осуществляется перемещением фокусирующей линзы с помощью кремальеры (кремальерного винта или кольца). При наблюдении предметов, расположенных на различных расстояниях от прибора, фокусирование приходится проводить каждый раз заново. Перекрестие сетки нитей не должно сходить с изображения наблюдаемой цели при перемещении глаза относительно окуляра. В противном случае имеет место явление, называемое параллаксом сетки нитей, который возникает при недостаточно тщательном фокусировании трубы вследствие несовмещения изображения предмета с плоскостью сетки нитей. Параллакс устраняется небольшим поворотом кремальеры, что способствует повышению точности визирования.