2.1. Какие приборы применяют для измерения только горизонтальных и только вертикальных углов? С помощью каких приборов измеряют горизонтальные и вертикальные углы?
Инструменты, предшествующие теодолиту, такие как геометрический круг или различные градуированные круги (угломер или курвиметр) и полукруги (графометр) использовались для измерения либо вертикальных, либо горизонтальных углов.
Для производства угловых измерений в геодезической сети используют угломерные приборы разного вида и разной точности. Классификация и выпуск угломерных приборов осуществляется в соответствии с действующими государственными стандартами (ГОСТами).
Горизонтальные круги теодолита предназначены для измерения горизонтальных углов и состоят из лимба и алидады.
Лимб является основной частью угломерного прибора в оптических теодолитах, представляет собой стеклянное кольцо. На скошенном крае лимба при помощи автоматической делительной машины нанесены равные деления. Величина дуги лимба между двумя ближайшими штрихами называется ценой деления лимба.
Цена деления лимба определяется по оцифровке градусных (или градовых) штрихов. Оцифровка лимбов обычно производится по часовой стрелке от 0 до 360°.
Алидадой в современных теодолитах может являться полный горизонтальный круг или часть круга. Алидада может вращаться вокруг своей оси совместно с верхней частью теодолита относительно неподвижного лимба; при этом отсчет по горизонтальному кругу изменяется. Если алидада вращается вокруг оси совместно с лимбом (закрепительный винт алидады закреплен, а лимба — откреплен), то отсчет по горизонтальному кругу остается неизменным.
Вертикальный круг служит для измерения вертикальных углов наклона и зенитных расстояний. Вертикальный круг теодолита состоит из лимба и алидады. Лимб вертикального круга жестко закреплен на оси вращения зрительной трубы и вращается вместе с ней; при этом нулевой диаметр 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 при помощи наводящего винта алидады.
Уровень укрепляется на алидаде таким образом, чтобы его ось была параллельна линии нулей (нулевому диаметру) алидады. При соблюдении этого условия после установки на лимбе нулевого отсчета и приведения пузырька уровня в нуль-пункт визирная ось зрительной трубы будет горизонтальна.
В современных теодолитах используются две основные системы оцифровки вертикальных кругов:
1) азимутальная (круговая), деления круга подписаны от 0 до 360°;
2) секторная, при которой вертикальный круг разбит на четыре сектора. Из них два диаметрально противоположных сектора имеют положительную оцифровку, а два других – отрицательную.
Подобная система надписей более удобна, так как отсчеты градусов получаются одинаковыми по обеим сторонам вертикального угла, что упрощает вычисления углов наклона.
2.2. Покажите на рисунке поле зрения штрихового микроскопа. Как сделать правильный отсчет?
В современных точных и технических теодолитах применяются штриховые микроскопы (отсчет по штриху-индексу) и шкваловые микроскопы. Штриховой микроскоп — это отсчетное устройство, в котором интервал между младшим штрихом и индексом оценивается на глаз до десятых долей делений лимба (рис. 1). Изображения шкал и индекс рассматривают через окуляр микроскопа, который располагается рядом с окуляром зрительной трубы.
В теодолите, например, Т30 в поле зрения штрихового микроскопа строятся одновременно изображения шкал горизонтального и вертикального кругов с общим индексом. Отсчеты берут по одной стороне кругов с точностью до 1’.
Микроскоп через систему призм и линз выводит в окуляр изображения градусных делений горизонтального и вертикального кругов. На рис.1 показано поле зрение штрихового микроскопа с изображением штриха и лимбов с ценой деления в 10′: вертикального В и горизонтального Г. Визуально оценивая десятые доли делений лимбов с точностью до 1′, отсчеты на рисунке В=70 45′ и Г=3450 54′.
Рис.2.1 Поле зрения штрихового микроскопа.
В теодолитах со штриховыми микроскопами отсчеты производят по одному концу диаметра лимба. Для уменьшения влияния эксцентриситета горизонтального круга (рис.2)- несовпадения оси вращения прибора С’ с центром кольца делений лимба C — измерение горизонтального угла производят дважды: при круге лево (отсчет М’) и при круге право (отсчет N’).
Рис.2.2 Схема влияния эксцентриситета
Так как при этом отсчеты берутся по диаметрально противоположным концам лимба, то среднее из полученных результатов не содержит погрешности от влияния эксцентриситета (M+N)/2 =(M’+N’)/2.
2.3. Что называется местом нуля (М0) вертикального угла и для чего его надо знать?
Измерение вертикальных углов производится при помощи вертикального круга теодолита. Лимб вертикального круга жестко скреплен с осью трубы и вращается вместе с ней, алидада расположена на оси вращения трубы, но не скреплена с ней и при вращении трубы остается неподвижной. Алидада имеет два верньера и снабжена цилиндрическим уровнем для приведения линии нулей верньера в определенное положение относительно горизонта.
Отсчет по вертикальному кругу, когда визирная ось трубы горизонтальна, а пузырек уровня при алидаде находится в нуль — пункте, называется местом нуля вертикального круга и обозначается М0.
Приведение пузырька уровня в нуль-пункт осуществляют установочным винтом алидады вертикального круга. В теодолите уровень при алидаде вертикального круга отсутствует. В технических теодолитах вертикальный круг разделен полностью круга с оцифровкой от 0° до 360°.
Диаметр 0—180° располагается параллельно визирной оси трубы, вместе с которой он вращается. Для удобства вычисления вертикальных углов ставят условие: когда визирная ось зрительной трубы и ось уровня при алидаде горизонтальны, нулевые деления алидады должны совпадать с нулевыми делениями вертикального круга. В действительности это условие нарушается, и визирная ось трубы может занимать горизонтальное положение, пузырек находится на середине трубки, а отсчет по вертикальному кругу не равен нулю.
Для удобства вычисления вертикальных углов место нуля должно быть близко к нулю.
Для выполнения этого условия несколько раз определяют значение места нуля путем наведения горизонтальной нити сетки зрительной трубы на ряд точек при двух положениях вертикального круга. Если вычисленное значение места нуля превышает двойную точность отсчетного устройства, то его нужно уменьшить следующим образом. С помощью установочного винта при алидаде вертикального круга устанавливают пузырек уровня на середину.
Действуя установочным винтом трубы, ставят на вертикальном круге отсчет, равный среднему вычисленному значению места нуля.
Визирная ось трубы в этом случае будет занимать горизонтальное положение; теперь необходимо так повернуть алидаду чтобы при горизонтальном положении оси уровня и визирной оси трубы отсчет был равен 0°. Для этого установочным винтом алидады совмещают нули отсчетного приспособления и вертикального круга (пузырек уровня, естественно, сместится с середины). Действуя исправительными винтами уровня, пузырек приводят на середину. Для контроля поверка повторяется.
2.4. Какова последовательность работы при измерении угла наклона теодолитом?
Угол наклона представляет собой угол между горизонтальной плоскостью и направлением визирной оси в данный момент. Измерение угла наклона теодолитом выполняется следующим образом:
Установив прибор в рабочее положение, зрительную трубу при КЛ (левый) наводят на наблюдаемую точку. Приводят пузырек уровня в нуль-пункт, берут отсчеты и вычисляют из них среднее арифметическое. Затем трубу переводят через зенит, и все действия повторяют при КП (правый).
При измерении углов наклона теодолитом перед отсчитыванием по вертикальному кругу необходимо с помощью подъемных винтов привести на середину ампулы пузырек уровня при алидаде горизонтального круга.
Поскольку ось этого уровня расположена параллельно коллимационной плоскости трубы, то при измерении угла наклона прибор целесообразно устанавливать так, чтобы один из подъемных винтов располагался в направлении линии визирования. При измерении вертикальных углов теодолитом Т5К с компенсатором, заменяющим уровень при алидаде вертикального круга, отсчет берут спустя 2 с после наведения трубы на предмет. Дополнительные действия при этом не производятся.
Точность измерения вертикальных углов в основном зависит от погрешности отсчета. Из других погрешностей на точность измерения угла наклона заметное влияние оказывает вертикальная рефракция — неодинаковое преломление луча света в неоднородных слоях атмосферы. Это влияние при значительных расстояниях может достигать в летнее время десяти секунд.
При длине визирного луча до 300 м влияние рефракции можно не учитывать