Структурная схема теодолита и его основные части

Цель данного раздела – изучить устройство оптических теодолитов, научиться отсчитывать и выполнять поверки и исследования теодолитов с целью выявления их пригодности к работе на примере теодолитов следующих типов: 2Т30, 2Т5, 2Т2, Т1(УВК); используя плакаты оптических схем теодолитов, макеты отсчетных устройств, обучающие стенды.

В соответствии с назначением теодолит является угломерным прибором, конструкция которого должна содержать в себе различные устройства, позволяющие однозначно производить измерение горизонтальных и вертикальных углов. Всю конструкцию теодолита можно разбить на три (см. рис. 2) основных блока (устройства): наведения, ориентирования и измерения. Назначение устройств наведения заключается в обеспечении надежного наведения визирной оси зрительной трубы на объект наблюдений (визирную цель).

Назначение устройств ориентирования заключается также в обеспечении однозначного ориентирования осей теодолита в гравитационном поле Земли и сохранении этой ориентировки в течение определенного промежутка времени. И, наконец, назначение рабочих мер заключается в обеспечении измерения горизонтального и вертикального углов. Эти рабочие меры входят в конструкцию теодолита.

Рис. 2. Структурная схема теодолита

Под процессом измерения горизонтального угла β (рис. 3) понимается процесс измерения горизонтальной проекции угла ВАС, который образован линиями (направлениями) АВ и АС на местности и лежит в наклонной плоскости АВС. Горизонтальной проекцией измеряемого угла ВАС = β является угол В′А′С′ = β′, находящийся в горизонтальной плоскости P. Угол В′А′С′ получается путем ортогонального проектирования направлений АВ и АС вертикальными плоскостями N и M на горизонтальную плоскость Р. Плоскость Р всегда перпендикулярна отвесной линии VV и поэтому она всегда занимает горизонтальное положение. Линией пересечения плоскостей N и M также является отвесная линия VV. Отвесная линия VV в любой точке Земли задается специальным устройством, называемым уровнем. Таким образом, определяемый угол β является линейным углом двухгранного угла, ребром которого и является отвесная линия VV.

Для измерения угла В′А′С′ =β′ применяется угломерный круг. Если расположить этот угломерный круг таким образом, чтобы его плоскость была горизонтальна (параллельна плоскости P), а его центр а′ находился на отвесной линии VV, то угол между радиусами а′с′ и а′b′, находящимися соответственно в плоскостях N и M, и есть исходный угол В′А′С′. Если подписи делений на круге возрастают от 0°по ходу часовой стрелки (рис. 3), то величина искомого угла β′ равна разности отсчетов с′ и b′ на угломерном круге β′= с′– b′.

Рис. 3. Принципиальная схема измерения горизонтального угла

Основными частями теодолита являются зрительная труба, осевые системы, уровни (компенсатор), горизонтальный и вертикальный круги (лимбы), отсчетные устройства и оптические центриры.

Для обеспечения процесса измерения горизонтальных и вертикальных углов применяются угломерные круги (лимбы). Материал для изготовления кругов должен обладать достаточной устойчивостью против деформации и коррозии, а также возможностью нанесения тонких и четких штрихов. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет оптическое стекло, и поэтому все современные теодолиты имеют стеклянные угломерные круги; раньше круги изготавливались из оловянистой бронзы. Стеклянный лимб, в отличии от металлического, является прозрачным, что позволяет при конструировании отсчетных систем рассматривать нанесенные деления на просвет. Современное оборудование позволяет наносить штрихи на угломерные круги с точностью около 1,0″.

В последнее время разработаны и выпущены различные модификации точных и технических теодолитов, способствующих усовершенствованию и унификации их конструкций, повышению производительности измерений. К данным образцам относятся теодолиты с компенсаторами углов наклона при алидаде вертикального круга – К, с прямым изображениям – П, с автоколлимационным окуляром – А. Наличие того или иного устройства вводится в обозначение теодолита, например 3Т2КП или 3Т2А (3-я модель выпускаемого образца теодолита). Таким же образом классифицируются и другие выпускаемые образцы отечественных теодолитов, например Т15М, Т30М (М – маркшейдерский).

К кодовым относятся теодолиты, позволяющие частично автоматизировать процесс измерения горизонтальных и вертикальных углов за счет использования цифровых преобразователей «угол-код» при снятии отсчетов. Результаты измерений, зашифрованные в соответствующих кодах на магнитной ленте, преобразуются с помощью ЭВМ в виде удобном для магнитной обработки и с выдачей их на цифровое табло. Однако частичная автоматизация измерений ограничила возможности их использования для работ различного класса точности. Наиболее оправдано их применение в приборах универсального назначения, типа тахеометров, отличающихся невысокой точностью измерения горизонтальных углов (m_β= ±5″).

К лазерным теодолитам можно отнести угломерные устройства, основанные на сканировании пучком лазерного излучения. Они позволяют автоматически регистрировать и обрабатывать результаты измерений, осуществляя поиск цели и наведение на нее. Однако в силу сложности их устройства созданные отечественные образцы данных приборов не получили широкого распространения и могут быть использованы лишь для конкретных задач, требующих при их решении автоматизации процесса измерений.

Гиротеодолиты позволяют автономно определять астрономические азимуты ориентирных направлений на поверхности Земли, в подземных тоннелях и закрытых помещениях. Их действие основано на использовании в конструкции трехстепенного маятникового гироскопа, позволяющего определять положение географического меридиана в любой точке стояния гиротеодолита и измерить астрономические азимуты на ориентирные пункты. Устройство, точностные характеристики и принцип работы гиротеодолитов подробно описаны в различных учебных пособиях и справочниках [4], [5].

Независимо от вида и особенностей конструкций различных угломерных приборов, в каждом из них имеется рабочая мера и отсчетное устройство.

К рабочей мере относятся лимбы горизонтального и вертикального кругов. Они в основном определяют габаритные размеры теодолита и точность измерений.

Отсчетные устройства оптических теодолитов представлены разными видами микроскопов – штриховой, шкаловый и микроскоп-микрометр. Они используются для разных точностных систем отсчитывания, осуществляющих передачу изображения отсчитываемых шкал в поле зрения микроскопа.

В состав отсчетного устройства теодолитов входит и алидада, непосредственно ориентирующая отсчетное устройство относительно лимба ГК (горизонтального круга) и ВК (вертикального круга), и укрепленная на подставках зрительная труба, ориентирующая теодолит (визирную ось) относительно объекта измерения.