Меню

Как определить увеличение зрительной трубы теодолита

Зрительная труба

Зрительные трубы делятся на:

  • астрономические (обратного изображения);
  • прямого изображения;
  • автоколлимационные.

В геодезических инструментах, предназначенных для наблюдения удаленных предметов, пользуются астрономической трубой. Она состоит из двух собирательных линз, заключенных в цилиндрическую трубу. Одна линза, обращенная к объекту наблюдения, называется объективом, а другая, в которую смотрит глаз наблюдателя, окуляром.

Зрительные трубы бывают с внутренней и внешней фокусировкой. Если фокусировка внутренняя, то внутри трубы помещена рассеивающая линза, с помощью которой можно получить изображение в одной плоскости и этим не менять расстояние между объективом и окуляром. Трубы с внешней фокусировкой состоят из 2-х частей: объективной и окулярной. Последняя с помощью зубчатки, называемой кремальерой может перемещаться и этим достигается изображение предмета. Ход лучей в трубе с внешней фокусировкой – на рисунке: М – объектив. N – окуляр, АВ — рассматриваемый предмет, от которого в трубу идут отраженные лучи. Рассмотрим только два луча, исходящие из точки А: один проходит через оптический центр объектива О, а другой – через главный фокус F. Оба они пересекаются по другую сторону объектива в точке A. Аналогично этому лучи, исходящие из точки В, дадут изображение в точке в. Предмет АВ изображается величиной AB. Это будет действительное обратное и уменьшенное изображение. Полученное в фокальной плоскости трубы изображение рассматривается через окуляр, действующий как лупа. Тогда глаз видит изображение размером АВ.

LL – объектив с фокусным расстоянием F и окуляр ℓℓ с фокусным расстоянием f. Действительное, обратное изображение предмета АВ получают от объектива за его главным фокусом F. Окуляр устанавливается таким образом, чтобы его главный фокус f оказался впереди изображения ав (точки F и f почти совпадают). Тогда перед окуляром получается обратное изображение а’в’, оно увеличенное, но мнимое и находится на расстоянии N наилучшего зрения от глаза. В плоскости ав помещается сетка нитей.

При визировании на бесконечность изображение удаленной цели строится в общей фокальной плоскости объектива и окуляра – задний фокус объектива будет совпадать с передним фокусом окуляра. Такая оптическая система называется телескопической.

В современных теодолитах применяют трубы только с внутренней фокусировкой, обладающими следующими преимуществами: постоянство длины трубы, малые размеры. Объектив и фокусирующая линза образуют телеобъектив. При фокусировании линза изменяет свое положение относительно объектива.

Изображение предмета проецируется на плоскопараллельную пластинку с нанесенной на ней сеткой нитей.

Оптические качества зрительной трубы:

  • увеличение трубы;
  • поле зрения трубы;
  • яркость трубы.

Увеличение трубы

Увеличением зрительной трубы называют отношение угла, под которым предмет виден в трубу, к углу, под которым виден тот же предмет невооруженным глазом.

Допустим, что глаз рассматривает изображение предмета в трубе из центра окуляра О1 под углом β, а предмет – из центра объектива О под углом α.

При наблюдении на большие расстояния можно считать, что изображение предмета в трубе удалено как от объектива, так и от окуляра на величину их фокусных расстояний, то есть можно записать ОС=Fоб., а О1С=fок.. Из ∆аО1в и аОв имеем:

По малости углов α и β – V=β:α=Fоб.:fок..

Увеличение трубы есть отношение фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра. Его можно определить в полевых условиях. На расстоянии 20 – 30 метров от прибора устанавливают рейку. Число делений рейки, видимых простым глазом, соответствующее одному делению рейки, видимому в трубу, дает увеличение трубы.

В приборах средней, высокой и наивысшей точности увеличение зрительных труб доходит до 60 крат. Кроме того, увеличение одной и той же зрительной трубы можно изменять путем изменения фокусного расстояния окуляра. Поэтому некоторые приборы комплектуются несколькими сменными окулярами с различными фокусными расстояниями.

Значения увеличения зрительной трубы указывается в паспорте на прибор. При отсутствии паспорта увеличение приходится определять экспериментально. Для этого используется несколько способов.

Поле зрения трубы

Полем зрения трубы называется пространство, видимое в трубу. Оно ограничивается круглым отверстием полевой диафрагмы (сетки нитей) и в пространстве предметов имеет вид конуса, образованного крайними главными лучами.

В геодезических приборах в фокальной плоскости трубы помещается диафрагма, которая не пропускает лучи, падающие на объектив под большим углом. В глаз наблюдателя попадут только те лучи, которые будут находится в пределах конуса аОв, основанием которого является отверстие диафрагмы, а вершина находится в оптическом центре объектива О. Измеряется поле зрения углом α, вершина которого лежит в оптическом центре.

Различают два поля зрения: объективное (истинное) и окулярное (субъективное, кажущееся). Они характеризуются соответственно углами 2u и 2u‘, под которыми мы видим диафрагму MN через объектив и через окуляр.

Отсюда видно, что объективное (истинное) поле зрения прямо пропорционально окулярному (субъективному) полю зрения и обратно пропорционально увеличению трубы.

Окулярное поле зрения зависит от оптической системы окуляра и может достигать 2u‘=60°.

Яркость трубы

Труба характеризуется субъективной яркостью, т.е. отношением освещенности изображения на сетчатке глаза при рассматривании предмета в трубу к освещенности изображения того же предмета на сетчатке при рассматривании его невооруженным глазом. Освещенность изображения на сетчатке глаза зависит от освещенности предмета и площади зрачка глаза, если предмет рассматривается невооруженным глазом, и площади зрачка выхода, если предмет рассматривается в трубу. Площади зрачков пропорциональны квадратам их диаметров, поэтому яркость трубы определяется по формуле:

Читайте также:  Гибка труб особенности инструменты приспособления приемы

Источник

Теодолитные работы ч.1

Авторы: Синицын Д.А., Сергеев Д.А., Канькова И.Е., Григорьев Д.О.
Автор идеи: Канд. пед. наук, Солнышкова О.В.

ИЗУЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ТЕОДОЛИТА

Теодолит — геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных углов, углов наклона и расстояний. Теодолит имеет принципиальную схему, приведенную на рис.1


Рис. 1 — Принципиальная схема теодолита

На подставке (1) с тремя подъёмными винтами (9) крепится угломерный круг (2), называемый лимбом, на котором нанесены деления от 0 до 360 о с возрастанием отсчётов по ходу часовой стрелки.

Над лимбом, соосно с ним, расположен второй круг — алидада (3). Лимб и алидада вместе называются горизонтальным кругом. Он предназначен для измерения горизонтальных углов.

На колонках алидады (4) крепится зрительная труба(5), которая может вращаться вокруг оси вращения трубы НН1. На одном из концов оси вращения зрительной трубы расположен вертикальный круг, состоящий из лимба (6) и алидады (7). Вертикальный круг предназначен для измерения углов наклона. При наблюдении в зрительную трубу наблюдатель смотрит в окуляр (11), противоположная часть трубы (10) называется объективом. В окуляре имеется нарезанная на стекле сетка нитей.

Зрительная труба может быть повернута вокруг своей оси вращения. Поворот зрительной трубы на 180 o называется переводом зрительной трубы через зенит. При расположении наблюдателя со стороны окуляра вертикальный круг находиться справа или слева от нее.

Первое положение при этом называется «круг право» и при измерениях обозначается КП, второе — «круг лево», обозначаемое при измерениях КЛ. Для приведения плоскости лимба (2) в горизонтальное положение на горизонтальном круге укреплен цилиндрический уровень (8). Ампула цилиндрического уровня заключена в оправу, предназначенную для крепления и защиты от внешней среды.

Теодолит имеет следующие основные оси и плоскости:
Основная ось (ось вращения) теодолита ZZ1 — линия, перпендикулярная к горизонтальному кругу и проходящая через его центр.
Визирная ось — воображаемая прямая, соединяющая пересечение сетки нитей и оптический центр объектива.
Ось цилиндрического уровня UU1 — касательная к внутренней поверхности ампулы уровня в нульпункте.
Нульпунктом уровня называется наивысшая точка ампулы (середина делений на ампуле).
Ось вращения трубы НН1 — линия, вокруг которой вращается зрительная труба в вертикальной плоскости.
Плоскость лимба — плоскость, проходящая через внутренние концы делений лимба.
Коллимационная (визирная) плоскость — плоскость, образованная визирной осью при вращении зрительной трубы вокруг ее оси НН1.


Рис.2. Общий вид теодолита 2 Т30

1 — кремальера; 2 — вертикальный круг; 3 — колонка зрительной трубы; 4 — наводящий винт лимба; 5 — основание футляра; 6 — исправительные винты цилиндрического уровня; 7 — закрепительный винт алидады; 8 — цилиндрический уровень; 9 — закрепительный винт лимба; 10 — зеркальце; 11 — закрепительный винт зрительной трубы; 12 — колпачок; 13 — диоптрийное кольцо; 14 — наводящий винт зрительной трубы;
15 — наводящий винт алидады; 16 — подставка; 17 — подъемный винт; 18 — окуляр шкалового микроскопа; 19 — объектив.

Под колпачком (12) находятся 4 винта под отвертку, называемые крепежными винтами зрительной трубы (юстировка второй поверки) и 4 исправительных винта под шпильку (юстировка третьей поверки).
На рис. 3 изображены исправительные винты стеки нитей и крепежные винты зрительной трубы, а также на самой зрительной трубе расположено устройство для грубого наведения на предмет — оптический визир.


Рис. 3. Исправительные винты сетки нитей и крепежные винты зрительной трубы. Оптический визир

ЦЕНА ДЕЛЕНИЯ ЛИМБА И ТОЧНОСТЬ ОТСЧИТЫВАНИЯ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОМУ И ВЕРТИКАЛЬНОМУ КРУГУ

Теодолит 2Т30 имеет шкаловой отсчётный микроскоп. В верхней части поля зрения микроскопа, обозначенного буквой В (рис. 4), видны штрихи лимба вертикального круга, а в нижней части поля зрения, обозначенного буквой Г, видны штрихи лимба горизонтального круга.


Рис. 4. Поле зрения отсчётного микроскопа теодолита 2Т30
отсчёт по вертикальному кругу: +1 о 36,0′;
отсчёт по горизонтальному кругу 8 о 03,5′.

На обоих кругах нанесены только градусные штрихи. Каждый градусный штрих подписан. Следовательно, цена деления лимбов составляет 1 о . На алидады кругов нанесены отсчётные шкалы с ценой деления 5′. Эти шкалы выведены в поле зрения микроскопа. Начальное деление шкалы горизонтального круга обозначено цифрой 0, а конечное — цифрой 6, что означает 60′. Шкала вертикального круга имеет два ряда цифр. В верхнем ряду — начальный штрих, обозначенный цифрой 0, расположен слева, а конечный, обозначенный цифрой 6, расположен справа. В нижнем ряду оцифровка выполнена наоборот и цифры имеют знак «-«.

Отсчёт по горизонтальному кругу проводится в следующем порядке: сначала считывается с лимба число градусов (по штриху лимба, попадающему на отсчётную шкалу), затем по отсчётной шкале берется отсчёт с точностью 0.1 деления шкалы, что соответствует 0.5′. Таким образом, точность отсчитывания по шкалам горизонтального и вертикального кругов составляет t = 0.5′.
Индексом для отсчитывания минут служит штрих градусного деления лимба, находящийся на отсчётной шкале. На рис. 4 отсчёт по горизонтальному кругу равен 125 о 06,0′.

Читайте также:  Выбираем трубы для системы отопления дома

При отсчитывании по вертикальному кругу различают два вида отсчётов. Если вертикальный круг находится справа от зрительной трубы (при расположении наблюдателя со стороны окуляра), то такой отсчёт называется отсчётом при «круге право» (КП). Если же вертикальный круг находится слева от зрительной трубы (при расположении наблюдателя со стороны окуляра), то такой отсчёт называется отсчётом при «круге лево» (КЛ).

Число градусов считывается так же, как и по горизонтальному кругу, при этом градусные деления вертикального круга имеют знак либо плюс. Либо минус. Если в пределах шкалы находится штрих лимба без знака, та на шкале отсчёт берется по верхнему ряду цифр (слева направо), и полный отсчёт записывается со знаком плюс. По нижнему ряду цифр шкалы отсчёт берется в том случае, когда в пределах шкалы находится штрих лимба вертикального круга со знаком «-«. Полный отсчёт записывается со знаком «-«. В обоих случаях отсчёт сопровождается записью соответствующего положения вертикального круга, теодолита, т.е. КП или КЛ.
При измерении горизонтальных углов предполагается, что основная ось прибора (ось вращения теодолита) совпадает с направлением отвесной линии, проходящей через точку на местности — вершину горизонтального угла.

ПОВЕРКИ И ЮСТИРОВКИ ТЕОДОЛИТА 2Т30

Для исключения возникновения условий, порождающих приборные ошибки, должны производиться поверки и юстировки (исправления) геодезических приборов.

Поверками геодезических приборов называется обследование приборов, устанавливающее выполнение конструктивных и геометрических требований к положению отдельных осей и блоков приборов. Поверки выполнения геометрических требований к положению отдельных осей теодолита состоят в проверке взаимной параллельности или взаимной перпендикулярности соответствующих пар осей прибора. У теодолитов 2Т30 и 2Т30П вышеуказанные требования проверяются для 4-х пар таких осей.

Геометрическое условие 1-й поверки:

ОСЬ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО УРОВНЯ ДОЛЖНА БЫТЬ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНА К ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСИ ВРАЩЕНИЯ ПРИБОРА.

Проверка выполнения условия:

Устанавливают уровень параллельно двум подъёмным винтам. Одновременно вращая их в разные стороны, приводят пузырёк уровня в нульпункт. Затем поворачивают алидаду на 180 o . Допускаемое отклонение от требований к выполнению условия: пузырёк уровня не должен отклоняться от середины (от нуль-пункта) более чем на одно деление после поворота алидады на 180 o .

Порядок исправления (юстировка):

При отклонении более чем на одно деление исправительными винтами цилиндрического уровня пузырёк перемещают к середине ампулы на половину дуги отклонения; на вторую половину дуги отклонения пузырёк уровня перемещают при помощи тех же подъёмных винтов. Для контроля поверку повторяют.

Прежде чем делать другие поверки, приводят плоскость лимба в горизонтальное положение (ось вращения прибора в вертикальное положение). Для этого устанавливают уровень параллельно двум подъёмным винтами с их помощью приводят пузырек уровня на середину. Поворачивают алидаду на 90 o и третьим подъёмным винтом приводят пузырёк уровня в нульпункт. После приведения плоскости лимба в горизонтальное положение, при вращении алидады вокруг основной оси прибора, пузырёк уровня не должен отклоняться от нульпункта более чем на одно деление.

Геометрическое условие 2-й поверки:

ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ НИТЬ СЕТКИ НИТЕЙ ДОЛЖНА БЫТЬ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНА К ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСИ ВРАЩЕНИЯ ПРИБОРА, А ВЕРТИКАЛЬНАЯ НИТЬ СЕТКИ НИТЕЙ ДОЛЖНА НАХОДИТЬСЯ В ПЛОСКОСТИ, ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОЙ К ОСИ ВРАЩЕНИЯ ЗРИТЕЛЬНОЙ ТРУБЫ.

Проверка выполнений условия:

Вертикальную нить сетки нитей наводят на нить отвеса. Если вертикальная нить будет совпадать с нитью отвеса, условие выполнено.

Порядок исправления (юстировка):

При отклонении вертикальной нити сетки нитей от нити отвеса отвёрткой ослабляют 4 крепёжных винта окуляра, расположенные под колпачком 12 (рис. 2). Затем поворачивают окулярную часть трубы до совмещения (или до параллельного положения) видимых в окуляр вертикальной нити отвеса и нити сетки, после чего винты вновь закрепляют. Поверку повторяют.

Геометрическое условие 3-й поверки:

ВИЗИРНАЯ ОСЬ ЗРИТЕЛЬНОЙ ТРУБЫ ДОЛЖНА БЫТЬ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНА К ОСИ ВРАЩЕНИЯ ЗРИТЕЛЬНОЙ ТРУБЫ.

Проверка выполнений условия:

Угол С между визирной осью и перпендикуляром к оси вращения трубы (рис. 5) называется коллимационной ошибкой.
Для выявления коллимационной ошибки выбирают удалённую, хорошо видимую точку, расположенную так, чтобы линия визирования была примерно горизонтальна. Наводят пересечение сетки нитей на эту точку визирования и производят отсчёт по горизонтальному кругу. Например, при КЛ отсчёт равен 18 o 30,0′ (КЛ = 18 o 30,0′). Переводят трубу через зенит, открепляют алидаду, наводят пересечение сетки нитей на ту же точку визирования при «круге право» и производят отсчёт. Например, КП = 198 o 36,0′.


Рис. 5. — Коллимационная ошибка

Величину коллимационной ошибки С вычисляют по формуле:

Допускаемое отклонение от требования к выполнению условия:
Коллимационная ошибка С не должна превышать двойную точность отсчёта по шкале прибора.
Рассчитаем коллимационную ошибку С для 2-х пар значений.

Порядок исправления (юстировка):

Вычисляют исправленный отсчёт по горизонтальному кругу, в котором число градусов берется из последнего отсчёта, а количество минут вычисляется как среднее арифметическое из числа минут обоих отсчетов.
В первом примере исправленный отсчёт будет равен:

Этот отсчёт наводящим винтом алидады устанавливают на горизонтальном круге. Пересечение сетки нитей сойдёт с точки визирования, на которую до этого была наведена точка пересечения сетки нитей. Следует переместить сетку нитей так, чтобы перекрестие сетки нитей вновь установилось на точку визирования. Для этого используются 4 исправительных винта с отверстиями для шпильки. Исправительные винты расположены под колпачком 12 (рис. 4). Шпилькой ослабляют вертикальные винты и боковыми винтами перемещают сетку нитей до того, пока перекрестие сетки не встанет на точку визирования. Вертикальные винты вновь затягивают и поверку повторяют.

Читайте также:  Соединение медных труб в сантехнике

Примечание. Значения углов, полученных как среднее из результатов измерений при двух положениях зрительной трубы (КП и КЛ), свободны от влияния коллимационной ошибки.

Геометрическое условие 4-й поверки:

ОСЬ ВРАЩЕНИЯ ЗРИТЕЛЬНОЙ ТРУБЫ ДОЛЖНА БЫТЬ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНА К ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСИ ВРАЩЕНИЯ ТЕОДОЛИТА.

Проверка выполнений условия:

Выбирают на стене точку, расположенную под углом 40-50 о к горизонту, наводят на неё зрительную трубу и закрепляют алидаду. Опускают трубу до горизонтального положения и отмечают на стене проекцию точки. Поворачивают теодолит на 180 о , переводят зрительную трубу через зенит, снова наводят перекрестие сетки нитей на верхнюю точку и опускают трубу до горизонтального положения. Снова отмечают проекцию точки. Допускаемое отклонение от требований к выполнению условия: Проекции при двух положениях вертикального круга теодолита должны совпадать.


Порядок исправления (юстировка):

Если это условие не выполняется, то следует провести исправление прибора в мастерской.

УСТАНОВКА ПРИБОРА В РАБОЧЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ

Перед измерением горизонтального угла теодолит устанавливается в рабочее положение. Точка установки прибора называется станцией.
Установка теодолита в рабочее положение складывается из:
а) центрирования теодолита, заключающегося в установке центра лимба над вершиной измеряемого угла с помощью нитяного отвеса;
б) приведение плоскости лимба в горизонтальное положение с помощью уровня горизонтального круга и подъёмных винтов;
в) установка зрительной трубы для наблюдения по глазу и по предмету.
Установка трубы по глазу производится вращением диоптрийного кольца окуляра до наилучшей видимости сетки нитей, при этом труба должна быть наведена на светлый фон.
Установка трубы по предмету производится с помощью кремальеры, вращая которую добиваются чёткого изображения предмета в поле зрения трубы.

ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВ

Измерение горизонтального угла

Измерение угла выполняется способом приёмов. При закреплённом лимбе, открепив закрепительный винт алидады, поворачивают алидаду, приблизительно наводят зрительную трубу (с учётом возрастания отсчётов по лимбу по ходу часовой стрелки) на правую точку 1 (рис. 6).


Рис.6. — Схема измерения горизонтального угла

Зажимают закрепительные винты алидады и зрительной трубы и окончательное наведение точки пересечения сетки нитей на точку местности выполняют с помощью наводящих винтов алидады и зрительной трубы. После этого производят отсчёт по горизонтальному кругу. Отсчёт записывается в журнал (табл. 1).


Таблица 1. — Страница журнала измерения горизонтальных углов

Открепив алидаду, наводят зрительную трубу на левую точку 2 и также производят отсчёт, записывая его в журнал. Значение угла равно разности отсчётов на правую и левую точки. Если отсчёт по правую точку окажется меньше отсчёта на левую точку, то к нему прибавляют 360 o . Таким образом, получают значение угла из первого полу приёма.

Далее переводят трубу через зенит и смещают лимб примерно на 1-2 o , для чего делают 2-3 оборота наводящим винтом лимба, и аналогично выполняют измерение угла вторым полу приёмом, записывая отсчёты в журнал. За окончательное значение угла берется среднее арифметическое, полученное из двух полу приёмов. Окончательное значение округляется до 0,1′.

Контроль: если расхождение значений угла в полу приёмах более двойной точности отсчитывания, т.е. более 1′ для теодолитов 2Т30 и 2Т30П, запись в журнале зачёркивается, отсчёт на лимбе сбивается и измерения повторяются.

Измерение вертикального угла

Вертикальным углом называется угол, составленный линией визирования с горизонтальной плоскостью, проходящей через ось вращения зрительной трубы (рис. 7).


Рис. 7 — схема измерения вертикального угла

Перед измерением вертикального угла теодолит устанавливают в рабочее положение и наводят среднюю горизонтальную нить сетки на точку, например, при КП. Если при этом пузырёк уровня отойдёт от середины, то его необходимо установить на середину подъёмным винтом, расположенным по направлению линии визирования, и затем проверить наведение горизонтальной линии на точку. Перед отсчётом горизонтальная нить должна быть наведена на точку местности, а пузырёк уровня должен быть в нуль-пункте. Производят отсчёт по вертикальному кругу и записывают его в журнал (табл. 2).


Таблица 2. — Страница журнала измерения углов наклона

Переводят трубу через зенит и аналогичные действия выполняют при другом положении вертикального круга при КЛ. Отсчёт записывают в журнал. Затем вычисляют место нуля (МО) вертикального круга.

Местом нуля (МО) называется отсчёт по вертикальному кругу, когда визирная ось зрительной трубы горизонтальна, а пузырёк уровня находится в нуль-пункте.

Место нуля (МО) и вертикальный угол вычисляются по следующим формулам:

Контроль: правильностью измерения вертикальных углов служит постоянство МО, колебание которого не должно превышать двойной точности отсчёта по шкале прибора, т.е. 1′ (для теодолитов 2Т30 и 2Т30П).

Источник

Adblock
detector