Отсчетные приспособления

ЗРИТЕЛЬНАЯ ТРУБА

В современных геодезических инструментах применяют зритель­ные трубы с внутренней фокусировкой (рис. 2.6, а). Оптическая схема такой трубы показана на рис. 2.6, б.

При производстве работ обычно визируют на предметы, значи­тельно удаленные от инструмента, поэтому предмет АВ всегда находится вне фокусного расстояния O1F объектива, а изображение А2В2 предмета, полученное

 

 

Рис. 2.6. Зрительная труба:

а — общий вид; 1 — объектив; 2—фокусирующая линза; 3 —кремальера; 4-нитей; 5 — окуляр; б — ход лучей в зрительной трубе

полученное через объектив, будет действительным и обратным. Чтобы увеличить это изображение, в трубу вводят окуляр. Окуляр устанавливают таким образом, чтобы расстояние О2С было меньше фокусного расстояния O1F. В таком случае изображе­ние А3В3 получится мнимым и увеличенным,

Между объективом и окуляром ставится двояковогнутая линза, перемещаемая внутри трубы с помощью кремальеры 3. Изменение положения этой линзы меняет положение фокуса объектива, поэто­му она называется фокусирующей линзой.

В окулярной части зрительной трубы, в том месте, где получает­ся действительное изображение предмета Л2В2, помещается ди­афрагма 4, в отверстие которой вставлена стеклянная пластинка с нанесенной на ней сеткой нитей. Различные системы сеток ни­тей, применяемых в со­временных геодезиче­ских инструментах, показаны на рис. 2.7.

Зрительная труба имеет три оси: визир­ную, оптическую и геометрическую.

 

 

Рис. 2.7. Системы сеток нитей

Прямая, соединяющая оптический центр объектива с центром сетки нитей, называется визирной осью трубы.

Прямая, соединяющая оптические центры объектива и окуляра, называется оптической осью трубы.

Прямая, проходящая через центры поперечных сечений объек­тивной части трубы, называется геометрической осью трубы.

Установка зрительной трубы для наблюдений. Перед наведением трубы на предмет окуляр должен быть установлен по глазу, а изо­бражение предмета совмеще­но с плоскостью сетки нитей. Для установки окуляра по глазу трубу наводят на свет­лый фон и передвигают оку­лярную трубочку до тех пор, пока нити сетки будут видны резко очерченными.

Совмещение изображе­ния предмета.с плоскостью сетки нитей, т. е. фокусировку, производят перемещением фокуси­рующей линзы в трубе при помощи кремальеры; при этом добива­ются такого положения, чтобы изображение предмета получилось резким. Если изображение предмета не совпадаете плоскостью сет­ки нитей, то при перемещении глаза относительно окуляра точка пересечения нитей сетки будет проектироваться на разные точки изображения. Такое явление называется параллаксом. Па­раллакс сетки нитей устраняется небольшим поворотом кре­мальеры.

Увеличение трубы. Увеличением трубы v называется отношение угла р, под которым изображение предмета видно в трубу, к углу а, под которым предмет виден невооруженным глазом (рис. 41), т. е.

(VI.1)

Практически увеличение трубы принимается равным отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра

Рис. 2.8. К определению увеличения трубы

 

Трубы геодезических инструментов имеют увеличение от 15 до 50 и более.

Поле зрения трубы. Пространство, видимое в трубу при непо­движном ее положении, называется полем зрения. Поле зрения определяют углом а (угол зрения) (рис. 42), вершина которого находится в опти­ческом центре объектива, а стороны опираются на диа­метр аЬ сеточной диафраг­мы. Величину поля зрени определяют по формуле

(VI.3)

Где v—. увеличение трубы.

Из формулы (VI.3) следует, что чем больше увеличение трубы, тем меньше ее поле зрения. В геодезических инструментах поле зрения трубы обычно колеблется в пределах от 30' до 2°.

Точность визирования зрительной трубой. Разрешающая спо­собность * глаза человека примерно равна одной минуте. Поэтому ошибка визирования невооруженным глазом принимается равной ±60.

При рассмотрении изображения предмета в зрительную трубу ошибка визирования уменьшается пропорционально увеличению трубы, и будет равна

(VI.4)

В последнее время в геодезических инструментах применяются трубы с зеркально-линзовыми объективами системы Д. Д. Максу­това. Применение зеркально-линзовых объективов позволяет при большом диаметре выходного отверстия освободиться от влияния хроматической аберрации. Кроме того, такие трубы имеют малую длину (около 210 мм) и большое увеличение (до 65х).

УРОВНИ, ИХ УСТРОЙСТВО

В геодезических инструментах применяются уровни двух типов: цилиндрические и круглые.

Разрешающая способность — предельно малый угол, при котором глаз наблюдателя еще воспринимает раздельно две точки.

Цилиндрический уровень (рис. 2.9) представляет собой стеклян­ную трубку, верхняя внутренняя поверхность которой отшлифована по дуге определенного радиуса. Радиус кривизны в зависимости -от назначения уровня бывает от 3,5 до 200 м. Стеклянная трубка за­полняется нагретым до +60° С спиртом или эфиром и запаивается. После охлаждения жидкость сжимается, и в трубке образуется. небольшое пространство, заполненное парами спирта или эфира, которое называют пу­зырьком уровня. Трубка помещается в ме­таллическую оправу. Для регулирования уровень снабжен исправительным винтом М. На наружной поверхности трубки нане­сены штрихи. Согласно ГОСТ 2386—73 расстоя­ние между соседними штрихами равно 2 мм. Точка О в средней части ампулы называется нуль-пунктом уров­ня.

Прямая uu1, касатель­ная к внутренней поверх­ности уровня в его нуль-пункте, называется осью уровня.

Пузырек уровня всег­да стремится занять наи­высшее положение, поэто­му когда концы пузырька расположены симметрично относительно, нуль-пункта, ось уровня занимает горизонтальное положение. Этим свойством пользуются для приведения отдельных частей инстру­мента в горизонтальное положение.

Уровни различают в зависимости от цены деления, чувствитель­ности и конструкции.

Ценой деления уровня т (рис. 2.9, б) называют угол, на который наклонится ось уровня, если пузырек сместится на одно деление т. е.

. (VI.5)

Линейная величина одного деления данного уровня 00 постоян­на, поэтому его цена зависит от радиуса R дуги внутренней поверх­ности трубки. Чем больше радиус, тем цена деления уровня мень­ше и тем уровень чувствительнее, и наоборот. Под чувствительностью уровня понимают наименьший угол, на который необходимо наклонить его ось, чтобы пузырек переместился-

Рис. 2.9. Цилиндрический уровень: а —общий вид (разрез); 6 — к определению це­ны деления

 

на заметную невооруженным глазом величину. Чувствительность должна coответствовать точности инструмента. В технических тео­долитах цена деления уровней колеблется в пределах 15—60".

Для более точной установки пузырька в нуль-пункт, а также для большего удобства в работе применяются контактные уров­ни. В них над уровнем, устанавливается система призм, через ко­торую изображение концов пузырька передается в поле зрения глаза наблюдателя. При перемещении пузырька к нуль-пункту изображения его концов движутся навстречу друг другу (рис. 44, а). Когда пузырек уровня будет находиться в нуль-пункте, изображения его концов совместятся (рис. 44, б). Точ­ность установки пузырька в нуль-пункт в контактном уровне в 5—6 раз выше, чем у обычных.

Для регулирования длины пузырька на одном из концов уровня имеется запасная камера, в которую можно перегонять часть жид­кости из ампулы, и наоборот.

Круглый уровень (рис. 2.10, а) представляет собой стеклянную ампулу, помещенную в оправу, отшлифованную по внутренней сферической поверхности определенного радиуса.

а) 5)

Рис. 2.10. Контактный уровень

 

. За нуль-пункт О круглого уровня (рис. 45, б) принимают центр окружности, выгра­вированной в середине ампулы. Осью круглого уровня является, нормаль ищ, проходящая через нуль-пункт О, перпендикулярно к плоскости, касательной внутренней поверхности уровня в его нуль-пункте. Круглый уровень имеет, как правило, небольшую чувстви­тельность и применяется там, где не требуется большая точность, а также для предварительной установки инструмента.

Рис. 2.11. Круглый уровень: а — общий вид; б — разрез

 

ОТСЧЕТНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

Отсчетные приспособления служат для оценки долей делений лимба. В качестве отсчетных приспособлений используют верньеры, штриховые и шкаловые микроскопы, микроскопы-микрометры и оптические микрометры. Рассмотрим устройство отсчетных приспо­соблений первых трех типов, обычно используемых в теодолитах малой и средней точности.

Верньер устроен следую­щим образом. Возьмем на лим­бе (рис. 2.12) дугу АВ, равную п делениям. Перенесем ее на алидадный круг и разделим на п+1 частей. Полученная таким образом на алидаде шкала и называется верньером. Угловая величина дуги, равная одному делению на алидаде, называет­ся цен ой деления али­дады о, а на лимбе — ценой деления лимба /. Разность t между ценой деления лимба и ценой деления алидады называется точностью верньера, т.е.

t=l — v. (VI.6)

Величина дуги АВ на лимбе равна In, а величина дуги CD на алидаде v(n+l). По построению AB = CD, следовательно, In =v(n+1)

= v(n+l), отсюда v =ln/(n+1). Подставляя выражение для v в фор-

мулу (VI.6), получим

Рис. 2.12. Верньер

т. е. точность верньера равна цене деления лимба, деленной на чис­ло делений верньера. Индексом верньера служит его нулевой штрих.

Рассмотрим порядок отсчитывания по лимбу с помощью вернь­ера. Положим, что первый штрих верньера совпадает с одним из штрихов лимба (например, со штрихом 52) (рис. 2.13, а), тогда от­счет по лимбу будет

Если совпадает второй штрих верньера; то из рис. 2.13, б А2=51+2t

При совпадении третьего штриха (рис. 2.13, в) А3=51 +3t

Основные.геометрические условия, которые должны быть соблюдены в теодолите, вытекают из принципиальной схемы измерения горизонтального угла и заключаются в следующем 1) верти­кальная ось инструмента должна быть отвесна;. 2) плоскость лимба должна быть горизонтальна; 3) визирная плоскость должна быть вертикальна. ' *-.

Для соблюдения этих условий выполняются следующие поверки теодолита.

1. Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального" круга должна быть перпендикулярна к основной оси инструмента.

Положим, что ось цилиндриче­ского уровня ии' не перпендикулярна основной оси инструмента zt.

Повернем алидаду на 180° вокруг оси zz тогда ось уровня займет по­ложение \i\U\y т. е. отклонится от правильного положения где/..на тот же угол, но в противоположную сто­рону. Изменение наклона оси уров­ня, которое может быть выражено разностью отсчетов по уровню при двух его положениях, даст удвоен­ное значение угла между правиль­ным положением уровня и2и2' и не­правильным ии' (или и1и1). Следо­вательно, для устранения рассмат­риваемой неперпендикулярности ось

уровня относительно оси zz следует изменить (наклонить) на по­ловину угла, соответствующего упомянутой разности отсчетов по уровню. -

Практически поступают так: ставят уровень параллельно двум подъемным винтам, с помощью которых пузырек уровня приводят на середину; середина уровня будет в центре его шкалы; взаимное положение осей уровня и вращения алидады остается неизменным. После поворота алидады на 180° исправляют положение оси уровня на половину дуги отклонения пузырька от середины шкалы при вто­ром его положении; это делается при помощи специального испра­вительного винта уровня М (см. рис. 43). Поверку повторяют до полного выполнения требуемого условия.

Приведение основной оси в отвесное положение (нивелирование теодолита). В отвесное положение основную ось теодолита приводят, следующим образом. Устанавливают уровень по направлению двух подъемных винтов и пузырек приводят на середину трубки, Алидаду поворачивают на 90е и пузырек снова приводят на середину треть­им подъемным винтом. Такие действия повторяются до тех пор, пока пузырек уходит от середины не более чем на одно деление..

2 Визирная ось трубы должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси вращения трубы Угол отклонения визирной оси трубы от перпендикудяра к горизонтальной оси вращения называется коллимационной погрешностью трубы (рис. 2.14).,,

Для проверки данного условия выбирают удаленную, находя­щуюся на горизонте ясно видимую точку М, визируют на нее, например, при положении КП и делают от­счет R по лимбу. Затем переводят трубу че­рез зенит, визируют на точку М при поло­жении КЛ и снова берут отсчет L по лимбу. При отсутствии коллимационной погрешно­сти

(VI. 10)

Если коллимационная погрешность име­ет место (рис. 56), то при первом наведении трубы (КП) визирная ось займет положе­ние и»', а правильный отсчет N по лимбу бу­дет

(VI. 11)

При втором наведении (КЛ) визирная ось займет положение v\Vi, а правильный отсчет по лимбу составит

(VI 121

Сравнивая формулу (VI.11) с (VI.12),

видим, что коллимационная погрешность влияет на отсчеты по лимбу с разными знаками, следовательно,

(VI. 13)

т. е. среднее из отсчетов свободно от влияния коллимационной по­грешности. Для определения коллимационной погрешности вычтем (VI.11) из (V1.12)

 

Рис.2.14 К определению коллимационной погрешности

Для исключения влияния коллимационной логрешности устанав­ливают на лимбе средний отсчет N. Центр сетки нитей при этом сойдет с точки М. С помощью исправительных винтов сетки пере­двигают ее до совмещения центра сетки нитей с изображением точки М. Эту поверку повторяют несколько раз до тех пор,

пока колли­мационная погрешность, не будет превышать двойной точности ин­струмента.

3. Горизонтальная ось вращения трубы должна быть перпенди­кулярна вертикальной оси инструмента.

Установив теодолит в 30—40 м от стены какого-либо здания и приведя лимб в горизонтальное положение, центр сетки нитей на­водят на некоторую высоко расположенную точку А стены (рис. 57). При закрепленной алидаде наклоняют трубу примерно

до горизонтального положения ее визирной оси и отмечают карандашом на стене точку а1, в которую проектируется центр сетки ни­тей. Переводят трубу через зенит, открепля­ют алидаду и при втором положении трубы снова наводят центр сетки нитей на точку А и далее аналогично намечают точку а2. При совпадении точек а1и а2 условие считается выполненным. В противном случае ось вра­щения трубы будет неперпендикулярна к основной оси инструмента. Эта погрешность вызвана неравенством подставок, на кото­рых располагается труба. Среднее из отсче­тов по лимбу, взятых после наведения на точку А при двух положениях трубы (КП и КЛ), свободно от влияния данной погреш­ности. В современных конструкциях инстру­ментов подставки трубы не имеют исправи­тельных винтов, с помощью которых можно было бы на месте лик­видировать погрешность, поэтому приходится устранять ее в завод­ских условиях или мастерских.

4. Одна из нитей сетки должна быть горизонтальна, другая вер­тикальна.

После выполнения описанных выше поверок и юстировки наво­дят центр нитей сетки «ча какую-нибудь точку и медленно поворачи­вают алидаду вокруг ее оси вращения, наблюдая за положением точки. Если при перемещении алидады изображение точки не будет сходить с горизонтальной нити, то условие выполнено. В противном случае производят исправление положения сетки нитей путем ее по­ворота. После выполнения этой поверки необходимо повторить по­верку перпендикулярности визирной оси к горизонтальной оси вра­щения трубы.