Устройство теодолита

На более подробной схеме (рис. 2, б) показаны основные части и детали механической основы и опти­ческой системы теодолита. Зрительная труба 6 и жестко соединенный с ней угломерный круг 5 вращаются вокруг горизон­тальной геометрической оси ТТ ₁, перпендикулярной к геометри­ческой оси ZZ₁ Вся верхняя часть прибора, закрепленная на алидаде 9, может вращаться вокруг вертикальной оси теодоли­та. Для получения отсчетов по шкалам градусных делений угло­мерных кругов предназначен отсчетный микроскоп, окулярная трубка которого 4 находится рядом со зрительной трубой. Под­ставка служит основанием теодолита, три ее подъемных винта 1 используются для горизонтирования прибора. Закрепительным винтом 11 прибор присоединяется к головке 10 штатива.

В комплект теодолита входят штатив (для установки прибора над вершиной угла), отвес (для центрирования над точкой), ориен­тир-буссоль в виде съемной приставки (для измерения магнит­ных азимутов), отвертка и шпилька (для юстировки), капсула со специальным маслом (для периодической смазки механических осей).

В оптико-механических геодезических приборах применяют­ся многие принципиально сходные узлы и детали, которые рас­смотрим на примере теодолита.

Зрительная труба предназначена для высокоточного визиро­вания на удаленные точки (визирные цели) при измерениях уг­лов и для воспроизведения вертикальной плоскости при враще­нии вокруг горизонтальной оси ТТ₁ (см. рис. 2). В зрительной трубе с внутренней фокусировкой (рис. 3, а) фокусирующая линза 3 расположена между объективом 1 и окуляром 6. Линза перемещается внутри трубы при вращении головки 2 фокусиру­ющего устройства, называемого также кремальерой. Изображе­ние предмета рассматривают через окуляр зрительной трубы од­новременно с изображением сетки нитей — визирной сетки штри­хов, нанесенных на стеклянную пластинку 5 (рис. 3, б), поло­жение которой в трубе регулируется котировочным (исправитель­ным) винтом 4.

В зрительной трубе различают оси оптическую и визирную. Оптическая ось зрительной трубы — это прямая, проходящая через оптический центр объектива О и оптический центр окуля­ра O ₁ (см. рис. 3, а). Визирная ось зрительной трубы проходит через оптический центр объектива О и центр сетки нитей W (точка W находится в пересечении центральных штрихов).

Световые лучи, пересекающие нити п и т визирной сетки, проецируются в точках N и М на плоскость предмета Р, находя­щегося дальше от переднего фокуса F на конечном расстоянии от него (рис. 4, а). Оптическая система объектива и фокусирующей линзы создает изображение плоскости предмета Р в фокаль­ной плоскости AA₁ которая должна быть совмещена с плоско­стью сетки.

Рис. 3. Зрительная труба с внутренней фокусировкой: а — схемы; б — визирная сетка

Это изображение является действительным и обрат­ным. Окуляр обеспечивает получение мнимого и увеличенного изображения M₁N₁ предмета Р, видимого одновременно с изоб­ражением сетки (рис. 4, б). Зрительные трубы с обратным изображением несколько не­удобны для наблюдения визирных целей. Поэтому в последних конструкциях геодезических приборов применяются зрительные трубы прямого изображения. Для получения прямого изображе­ния в оптическую систему трубы вводится специальная призма. При подготовке зрительной трубы для визирования сначала окуляр вращением устанавливают в постоянное положение, при котором получается четкое изображение сетки.

Рис. 4. Ход лучей в зрительной трубе: а - ход лучей; б - изображение визирной цепи

В дальнейшем при визировании на предметы Р их изображение фокусируют вращением головки винта, расположенной сбоку от трубы (см. рис. 3, а), в других конструкциях — вращением кольцевой го­ловки в окулярной части трубы. При неточной фокусировке фо­кальная плоскость АА ₁ (см. рис. 4, а) изображения предмета Р не совмещается точно с плоскостью сетки. В этом случае при перемещениях глаза поперек окуляра наблюдаются смещения изображения предмета относительно сетки. Этот оптический эффект называется параллаксом изображений. Параллакс уст­раняется небольшим поворотом головки фокусирующего уст­ройства.

Оптические качества зрительной трубы характеризуются ви­димым увеличением, полем зрения и точностью визирования.

Видимое увеличение зрительной трубы Г равно отношению угла ос, под которым предмет виден в трубу, к углу р, под кото­рым этот же предмет виден невооруженным глазом (рис.5):

(1)

Для определения величины Г в 10—15 м от прибора ставят вертикальную рейку с делениями. Одновременно одним глазом рассматривают деления через трубу, другим — наблюдают деле­ния неувеличенными и подсчиты­вают их число, умещающееся в од­ном увеличенном трубой делении. Это число представляет видимое уве­личение трубы. В технических тео­долитах Г =18 - 25х.

Поле зрения трубы — это кону­сообразная часть пространства, ви­димая под углом β (см. рис. 5) через неподвижно установленною зрительную трубу (угол β = 0,5 — 2°). Точность визирования зрительной трубой, подготовленной для наблюдений, характеризуется средней квадратической погреш­ностью

Рис. 5. Видимое увеличение зрительной трубы

(2)

где 60" — средняя погрешность визирования невооруженным гла­зом человека. При Г = 20^х находим т _в = 3".

Уровни предназначе­ны для установки геодези­ческого прибора и его час­тей в рабочее положение относительно отвесной ли­нии. Они могут приме­няться для измерения ма­лых углов наклона. Стек­лянная ампула уровня по­мещена неподвижно в оп­раве. Оправа крепится к геодезическому прибору и снабжается исправитель­ными (котировочными) винтами.

Цилиндрический уро­вень (рис. 6, а) представ­ляет собой стеклянную трубчатую ампулу, запол­ненную легкоподвижной жидкостью (серным эфи­ром или этиловым спир­том). Пузырек уровня, со­стоящий из паров напол­нителя, должен занимать 0,3-0,4 длины ампулы. Для уменьшения темпера­турных влияний на длину пузырька внутрь ампулы помещают компенсацион­ный стеклянный стер­жень, уменьшающий объем наполнителя, или внутри ампулы делают пе­регородку, за которую пе­ремещают часть пузырька, наклоняя уровень.

Внутренняя поверх­ность ампулы в продольном сечении имеет вид дуги оп­ределенного радиуса R, а на ее наружной поверхности нанесены штрихи через равные отрезки l = 2 мм (рис. 6, б). Нуль-пункт уровня — это средняя точка О шкалы делений.

Рис. 6. Цилиндрический уровень:

1,2 — исправительные винты; а — разрез;

б — вид ампулы сверху; в — радиус и цена

деления уровня

Осью цилиндрического уровня называется прямая UU ₁, ле­жащая в плоскости продольного вертикального сечения ампулы и касательная к ее внутренней поверхности в нуль-пункте. Ось цилиндрического уровня будет горизонтальной, когда пузырек находится в нуль-пункте (т.е. концы пузырька находятся на рав­ных расстояниях относительно точки О на рис. 6, б).

Цена деления уровня определяется величиной угла τ, на ко­торый нужно наклонить уровень, чтобы пузырек сместился на 1 деление ампулы. Согласно рис. 6, в, формула (3)

где ρ" = 206 265 - число секунд в радиане.

В геодезических приборах используются цилиндрические уров­ни с ценой деления τ от 6 до 60". Для повышения точности уста­новки уровня в нуль-пункте применяют призменное оптическое устройство (рис. 7, а), которое передает изображение двух кон­цов уровня в место, удобное для наблюдателя. В окуляре такого устройства видны два конца пузырька, разделенные оптической гранью (рис. 7, б). Пузырек считается установленным в нуль-пункт, если его концы видны совмещенными (рис. 7, в). Дан­ный уровень называется контактным.

Рис. 7. Контактный (а—в) и круглый (г, д) уровни:

а — ход лучей в оптической системе уровня; б —

несовмещенные; в — совмещенные концы пузырька;

г — общий вид; д — вертикальный разрез

Во многих типах теодолитов и других геодезических прибо­ров применяются дополнительные — круглые уровни, предназна­ченные для предварительного горизонтирования прибора.

Основная часть круглого уровня — его стеклянная ампула, верхняя внутренняя поверхность которой сферическая постоян­ного радиуса R (рис. 7, г, д). Нуль-пункт уровня находится в центре кольцевых делений ампулы. Ось круглого уровня КК₁ перпендикулярна внутренней сферической поверхности ампулы в нуль-пункте. Круглые уровни обычно бывают с ценой делений от 5 до 20'.

Угломерный круг изготавливается из металла или стекла. На поверхность круга наносится круговая шкала градусных де­лений, образующих лимб — рабочую меру угломерного круга. Деления лимба оцифровываются через 1 или 10° по ходу часо­вой стрелки. Угловую величину дуги, равную одному делению на алидаде, называют ценой деления алидады, а на лимбе — це­ной деления лимба. На лимбе она обычно равна 5', 10', 20', 30' или 1°.