Содержание
1.Что такое нивелир?
2. История нивелира.
3.Различия и преимущества современных нивелиров.
4.Нивелиры фирмы «Nikon»
Что такое нивелир?
Нивелир (от франц. niveler — выравнивать, niveau — уровень), геодезический инструмент для измерения превышения точек земной поверхности — нивелирования, а также для задания горизонтальных направлений при монтажных и т.п. работах. Наибольшее распространение имеют оптико-механические нивелиры, снабженные зрительной трубой, при помощи которой производят отсчёт по рейке. Перед отсчётом визирную линиюзрительной трубы устанавливают горизонтально при помощи уровня; в Нивелир с самоустанавливающейся линией визирования это осуществляется автоматически.
Главное требование, предъявляемое к нивелиру с уровнем, — обеспечение близкого к параллельному и достаточно стабильного по времени и при изменениях температуры взаимного положения визирной линии и оси уровня, достигаемого при выверке инструмента, которую приходится часто повторять. Главным образом для упрощения выверки были созданы весьма разнообразные и многочисленные типы нивелиров, различающиеся родом соединения между собой трёх основных частей нивелира — зрительной трубы, уровня и подставки. Так, уровень может быть скреплен с трубой, перекладываемой на подставке, или с этой подставкой и т.д. Однако оказались наиболее стабильными и получили наибольшее распространение так называемые глухие нивелиры, в которых уровень и труба наглухо соединены с подставкой. Для облегчения установки пузырька уровня в нуль-пункт и повышения её точности глухие нивелиры часто снабжают элевационным винтом. Подставкой в этой схеме являются все детали, соединяющие зрительную трубу с горизонтальной осью. По точности нивелиры делятся на высокоточные, точные и технические, дающие на 1 км хода ошибки, не превышающие, соответственно, 0,5—1,0 мм, 4—8 мм и 15 мм.
Изредка применяют гидростатические нивелиры, в которых используется свойство сообщающихся сосудов. Многочисленные попытки создания так называемых нивелиров-автоматов, определяющих превышения интегрированием по пройдённому пути углов наклона движущейся по местности повозки (велосипеда, автомобиля и т.д.), пока не дали приемлемых результатов.
История нивелира.
Одним из первых геодезических инструментов можно считать нивелир. Герон Александрийский в своем сочинении во II веке до н.э. описывает устройство, состоящее из двух сообщающихся сосудов, заполненных жидкостью – простейшего нивелира. В 17 веке произошел ряд существенных доработок нивелира: Галилей в 1609 году изготовил зрительную трубу, Кеплер в 1611 году дал нивелиру сетку нитей, Монтенари в 1674 году – дальномерные нити. Но апофеоз развития нивелиров в строительстве, топографо-геодезических работах и инженерных изысканиях был достигнут после разработки перекладного уровня, разработанного Амслером-Лаффоном в 1857 году, и создания высокоточного оптического нивелира Русским геодезистом Д.Д.Гедеоновым в 1890 году.
Для измерения превышений употребляют главным образом оптико-механические нивелиры с горизонтальным лучом визирования: ими производят отсчёт по рейкам, устанавливаемым на точках, разность высот которых надо определить. Известны также нивелиры с наклонным лучом визирования, позволяющие с одной установки определять значительные превышения, но из-за меньшей точности они не получили широкого распространения. В некоторых случаях, например для привязки островов к материку, употребляют т. н. гидростатические нивелиры, основанные на свойстве сообщающихся сосудов сохранять на одной высоте уровень наполняющей их жидкости.
Первые упоминания о нивелирах связаны с именами Герона Александрийского и римского архитектора Марка Витрувия (1 век до н. э.). Современные очертания нивелиры начали приобретать с появлением уровней и зрительных труб - с 17 века.
Нивелиры с горизонтальным лучом визирования отличаются схемой соединения между собой трёх основных частей нивелира: зрительной трубы с сеткой нитей - фиксирующей визирный луч; уровня - служащего для приведения этого луча в горизонтальное положение, и подставки - несущей трубу и соединённой с вертикальной осью вращения. С середины 20 века применяются преимущественно нивелиры с наглухо соединёнными между собой трубой, уровнем и подставкой, получившие название глухих нивелиров.
С середины 20 века широкое распространение получили нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования, в которых для горизонтирования визирной оси взамен уровня применяют компенсатор, представляющий собой оптическую деталь зрительной трубы, подвешенную на маятниковом подвесе. Впервые в мире такой нивелир был изготовлен в СССР в 1946.
При нивелировании употребляют рейки длиной от 1,5 до 4 м. Шкалы реек для точного нивелирования, где расстояние визирования не превосходит 50 м, имеют штрихи шириной в 1 мм, нанесённые через 5 мм на инварной ленте, натянутой в деревянном корпусе пружинами, обеспечивающими постоянство длины шкалы при колебаниях температуры. Для нивелирования низших классов, когда расстояние визирования может достигать 100 м, употребляют деревянные рейки со шкалами из шашек шириной в 1 см с таким же просветом между ними.
Специалисты и ученые из разных стран мира продолжали совершенствовать устройство нивелира и далее. Швейцария дала нивелиру устройство внутренней фокусировки в зрительной трубе, контактный уровень и оптический микрометр, Германия – самоустанавливающуюся линию визирования, Россия – автоматические компенсаторы Стодолкевича и Гусева.
В настоящее время совершенствованием и производством нивелиров занимаются практически во всех развитых или развивающихся странах – в России, Японии, США, Китае, Германии, Швейцарии и др. В настоящий момент основным производителем оптических нивелиров в России является Уральский оптико-механический завод (УОМЗ), продукция которого стала традиционной. Не менее известна в России и продукция Украинского Изюмского приборостроительного завода (ИПЗ). Основная доля рынка занята нивелирами зарубежных производителей и торговых марок: geo-Fennel (Германия), Robotoolz (США), Sokkia/Topcon и Nikon (Япония), Zeiss (Германия), Trimble/Spectra precision (США) и др.
Совершенствование устройства нивелира продолжается и по сей день. В 20 веке появились две новые группы нивелиров на ряду с оптическими: электронные и лазерные. Методика работы с этими приборами, а так же принцип устройства и работы отличаются в принципе, но преследуют одну и ту же цель.
Различия и преимущества современных нивелиров.
Оптические нивелиры в современном исполнении имеют следующие отличительные черты:
- пылезащищенный и влагозащищенный корпус,
- автоматический компенсатор (воздушный или воздушный с магнитным демпфером)
- прямое изображение зрительной трубы
- некоторые производители заполняют визирную трубу инертным газом (азот) для влагозащиты и профилактики запотевания
- некоторые производители ставят линзы со специальным покрытием для создания эффекта «просветленной оптики»
- увеличение трубы от 20х до 50х с минимальным фокусным расстоянием от 0,3 м
Автоматический компенсатор стал традиционным и используется в большинстве нивелиров, так как позволяет ускорить работу. Принцип устройства прост,но отличается по типу демпфера, прикрепленного к компенсатору:
- воздушный (колебания гасятся весом компенсатора)
- магнитный (колебания гасятся магнитным полем)
- жидкостной (колебания гасятся сопротивлением жидкости)
Наиболее распространенными являются нивелиры с воздушным демпфером (как простейший и дешевый прибор для работы на небольших строительных площадках) и магнитным (магнитный демпфер более эффективно, чем воздушный, гасит колебания на ветру и при вибрациях, что актуально для больших строительных площадок, где работает тяжелая техника). Воздушный компенсатор можно найти в нивелирах ADA Basis или аналогичных, а магнитный используется в нивелирах BOIF AL120/AL132, ADA PROF-X20/X32, SOKKIA, NIKON и других. В модели BOIF дополнительно используется винт с двойным ходом для предварительного и точного наведения резкости. Некоторые нивелиры оснащены пылезащитным (спрятанным в корпус) лимбом и «бесконечными» наводящими винтами. Для прямого отображения пузырька круглого уровня используется зеркало или призма, закрепленная на боковой части визирной трубы снаружи.
Практически все компании размещают производство нивелиров в Китае, что позволяет снизить производственные издержки и предоставлять клиентам приборы высокого качества, но по доступной цене. Но не только западные компании разместили свое производство в Китае, а есть и Китайские производители зарекомендовавшие себя с лучшей стороны. Например, марка Пекинского оптико-механического завода BOIF стала очень популярной в России за последние 5 лет, а ассортимент включает не только нивелиры, но и оптические и электронные теодолиты, тахеометры, GPS приемники и другое оборудование.
Основное преимущество оптического нивелира – невысокая цена, простота и неприхотливость в работе в сочетании с высокой точностью. Из недостатков можно перечислить необходимость работы двух человек (нивелир и рейка), полностью ручное выравнивание и контроль по уровню, отсутствие наглядности. Он идеально подходит для внешних работ при земельных и планировочных работах, работах по обустройству дорог и фундаментов сооружений, при установке оборудования на больших площадях. Казалось бы, что еще можно изменить в конструкции или добавить для повышения скорости/удобства/набора функциональных возможностей? Логическим этапом развития нивелиров стало появление электронных или цифровых нивелиров.
Электронный нивелир или цифровой нивелир – это оптическая часть, которая в большей части унаследована от оптических нивелиров, и электронный модуль, который позволяет производить считывание показаний через оптическую систему со специальных инварных реек с BAR-кодом (или штрихкодом). Эта группа нивелиров оснащена встроенными вычислительными функциями (измерение по определенной методике), которые позволяют обрабатывать и редактировать результаты измерений, выдавая результаты на дисплей, хранить данные в памяти или передавать на ПК, используя интерфейс RS232 или FLASH карты памяти. Функция измерения расстояний позволяет соблюдать равенство плеч в нивелирных ходах используя измерение и контроль расстояний до передней и задней реек. Цифровая клавиатура и электронная часть позволяют вносить номера или названия нивелируемых точек, отметки нивелирных реперов и т.д.
Основное преимущество электронного нивелира – функциональность, автоматическое измерение, которые позволяют снизить «человеческий фактор» при измерении (штрихкод на рейке уникален и не повторяется от пятки до верхней части рейки, при достаточной освещенности измерение расстояния может быть измерено с точностью до 0,5м).
А из недостатков – очень высокая цена и ограниченная возможностями электроники дальность работ. Отлично подходит для дорожных работ, особенно на больших расстояниях.
Цифровые нивелиры отлично подходят при нивелировании для определения уклонов и профилирования, съемки зон проседания, наблюдения за деформациями сооружений, проложение нивелирных ходов вдоль Ж/Д путей, нивелирование проезжей части дорожного полотна, русловые съемки и т.д.
В настоящее время в России широко представлены цифровые нивелиры Trimble, Leica, Topcon, Sokkia, но все чаще стала появляться и продукция Китайских производителей BOIF, KOLIDA и др.
Рост конкуренции среди производителей приборов и исполнителей работ, рост требований к функциональности, развитие технологий обусловили приход на рынок нового типа нивелиров, принципиально по методике применения отличающихся от своих предшественников.