Теодолит. виды и работа. устройство и применение. как выбрать

Как устроен теодолит

Основными узлами теодолита являются:

1. Корпус.
2. Зрительная труба.
3. Система наведения (система регулирующих и настроечных винтов, позволяющих точно установить оси прибора по горизонтали и вертикали, навести зрительную трубу на определенную точку).
4. Отвес или оптический центрир, служащий для настройки вертикали и точного выбора положения прибора (установки на точку).
5. Штатив (тренога, трипод) для установки прибора в рабочем положении на грунт.

Основной элемент прибора — зрительная труба,

при помощи которой производится точное наведение на определенную точку, определение параметров ее расположения относительно вертикали, горизонтали или другой точки с известными параметрами.

Строение теодолитаосновано на системе наведения основного элемента конструкции — визирной трубки (или зрительной трубы) . Она установлена на специальной U-образной подставке и может перемещаться вокруг горизонтальной оси. Изменения наклона зрительной трубы отображаются на шкале вертикального круга.

В свою очередь, подставка вместе с трубой может поворачиваться вокруг вертикальной оси. Изменения положения или направления зрительной трубы отображаются на шкале горизонтального круга. Все положения трубы могут быть зафиксированы или скорректированы при помощи винтов тонкой настройки, от качества наведения зависит точность результата.

Установка на грунте производится с помощью штатива — треноги. Для настройки горизонтали используется отвес и настроечные винты, расположенные в нижней части корпуса.

Все, для чего предназначен теодолит, это определение вертикальных или горизонтальных углов, позволяющее вычислить расстояние между точками, разницу уровней точек по вертикали. Точность измерений зависит от двух параметров:

1. Качество прибора.
2. Точность вычислений.

Измерительные устройства

Основными наиболее распространёнными измерительными устройствами для вычисления разных расстояний, определения углов и азимута являются:

• тахеометры;
• теодолиты;
• нивелиры.

Самым простым по функциям устройством считается нивелир. Как правило, с его помощью вычисляют и определяют вертикальные углы.

Когда требуется узнать не только вертикальный, но и горизонтальный угол, применяется уже теодолит.

А самым универсальным измерительным прибором является тахеометр. С его помощью собрать и обработать данные, а после произвести расчёты на их основе, можно гораздо быстрее. Он к тому же позволяет вычислять расстояния до точек, различных объектов и прочих целей.

Теодолит

Главная задача теодолита определить направления и с максимальной точностью измерить между ними углы.

Применяется этот прибор в различных сферах:

• в геодезии;
• в горной инженерии;
• в строительстве (как зданий, так и дорог и прочего);
• в топографии.

Теодолит включает в себя следующие элементы:

• зрительную трубу оптическую: для наблюдения, наводя её на проектную точку;
  • обратное наблюдение: изображение перевёрнуто;
  • прямое наблюдение: изображение в нормальном положении.
• лимбы: шкалы (круглые), расположенные по горизонтали или вертикально;
• микрометр: микроскоп, чтобы снимать отсчёты;
• отвес: для точности расположения устройства относительно опорной проектной точки, может быть оптическим или механическим;
• цилиндрический уровень.

По назначению бывают:

• горные: в отличие от полевых более мобильные и прочные, так как созданы для съёмки в тяжёлых подземных условиях, по принципиальному устройству не отличаются от обычных;
• полевые.

По степени точности теодолиты могут быть:

• высокоточными;
• техническими;
• точными.

По принципу работы бывают:

• гиро-, кино- и фототеодолиты;
• оптические;
• электронные.

Тахеометр

Чаще всего тахеометры используют в своей работе геодезисты. Помимо них, приборы используют в следующих сферах:

• кадастровые работы и картография;
• строительство;
• топографические съёмки местности.

С их помощью определяют подробную информацию о нужном участке на местности. Они позволяют узнать:

• высоту объектов на расстоянии;
• параметры тех или иных измерений (относительно базовой линии);
• расстояние между отдельно стоящими объектами;
• точные координаты для заданной точки или какого-либо объекта.

По конструктивным особенностям приборы делятся на следующие типы:

• интегрированные: все элементы прибора составляют единую общую конструкцию;
• модульные: всё элементы прибора возможно поменять, благодаря отдельной сборке;
• неповторительные: лимбы и прочие детали закреплены наглухо, их самостоятельная замена невозможна.

По принципу работы тахеометры могут быть:

• автоматическими;
• оптическими (специалисты в основном предпочитают этот вид приборов);
• электронно-оптическими.

Среди ряда особенностей функционирования конкретных моделей теодолитов, стоит обращать внимание на возможность производить измерения против солнца, а также сквозь ветви деревьев, кустов или рабицу

Нивелир

Слово «нивелир» в переводе с французского значит «уровень». С его помощью можно определить превышение между проектными точками, то есть разницу высот между ними.

По степени точности измерений приборы также могут быть:

• точными;
• техническими;
• высокоточными.

Нивелиры можно разделить между собой на следующие виды:

• Электронные.
  • Лазерные. Измерения происходят с помощью луча лазера и особой рейки. Такой вид практически не применяют для съёмки мелкого масштаба, так как в этом случае результаты точнее дадут оптические приборы.
  • Цифровые. Чтобы процесс вычислений и измерений шёл автоматически, а также полученные данные сохранялись, они оснащены особой рейкой и встроенным процессором.
• Оптическо-механические. Прибор в основном фиксируется на штативе, имеет уровень особой чувствительности и зрительную трубу с поворотным механизмом. Расстояние определяется по рейке из дерева или металла со шкалой, с помощью нитяного дальномера.

Использование теодолита

Приемов профессионального использования приборов много, и им учат на специальных курсах, здесь же приведем основные из них.

• Установка теодолита. Первым шагом станет нахождение точки отсчета. На местности находим ровную поверхность, по которой центрируем прибор на подставке уровнями и зажимными винтами. В итоге положение прибора должно получиться строго горизонтальным.
• Ловим объект. Визиром отыскиваем цель и точнее наводим винтами измерительную сетку, чтобы установить центр объекта. На это смотрим через окуляр, а если света недостаточно, улучшить ситуацию поможет специальное зеркальце (как в случае с микроскопом). После выставления центра окуляром фиксируется его значение.
• Обработка результатов. Лучше сделать не одно, а несколько измерений. Новый отсчет рекомендуется на известную величину, к примеру, 90°. Если новые измерения отличаются от предыдущих на 90°, то результат можно фиксировать, если нет — производится еще пара подобных измерений с разным отсчетом и вычисляется среднее значение.

Разновидности теодолитов

Современные образцы отличаются многообразием конструктивных особенностей. В основу классификации устройств положены следующие признаки:

• принцип действия;
• допустимая точность проводимых измерений (типы теодолитов);
• конструкции;
• видовым особенностям.

По принципу действия устройства выпускаются:

• механические;
• оптические (отсчёт производится на основе оптической системы);
• цифровые (отсчёт производится с помощью электронных устройств);
• лазерные (заложен принцип лазерных измерителей).

Типы теодолитов:

• высокоточные;
• точные;
• технические.

Цифровой теодолит

Конструктивно устройства выполняются двух вариантов: повторительный, неповторительный.

Виды теодолитов бывают:

• традиционный;
• с встроенным компенсатором;
• автокаллимационный;
• прямого видения;
• маркшейдерский;
• электронный.

Сегодня принята следующая система обозначения подобных устройств. Буквами обозначают отношение по принятой классификации:

• «Т» — наименование устройства, то есть теодолит. Следующие буквы указывают на отношение к определённому классу.
• М – это, так называемый маркшейдерский теодолит. Их применяют в шахтах, тоннелях, пещерах, горных проходах.
• К – свидетельствует о наличие специального компенсатора, который всецело заменяет уровни.
• П – оснащение инструмента зрительной трубой прямого видения (изображение получается не перевёрнутым).
• А – встроенный автокаллиматор.
• Э – электронные теодолиты.

Оптический маркшейдерский теодолит 2Т30М

Высокоточные позволяют производить угловые измерения с допустимой погрешностью в интервале от 0,5 угловых секунд, но не более одной угловой секунды. Второй тип (точные) приборы производят такие измерения с точностью от двух до пятнадцати угловых секунд. Точность технических агрегатов находится в интервале от двадцати до шестидесяти угловых секунд.

Где купить теодолит

Учитывая важность задач, которые призван решать теодолит, а он должен работать безотказно, к выбору устройства надо подходить взвешенно, доверяя только проверенным поставщикам. В Твери его можно заказать в компании GEOTver, специализирующейся на поставках специализированного геодезического и строительного оборудования

Обратившись в нашу компанию, вы можете рассчитывать на профессиональную консультацию относительно выбора устройства, мы ответим на все ваши вопросы, поможем с установкой и настройкой. Доставка производится в любой регион России, причем по Твери и Москве (при заказе от 50 тыс. руб.), мы это сделаем бесплатно. Среди наших услуг также проверка работоспособности и ремонт геодезических приборов. К списку новостей

16.5. ИЗМЕРЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ УГЛОВ И МАГНИТНЫХ АЗИМУТОВ НАПРАВЛЕНИЙ

Непосредственно перед выполнением измерения теодолит приводится в рабочее положение путём последовательного выполнения трёх операций: центрирования, горизонтирования и установки трубы.Центрирование и горизонтирование теодолита подразумевает установку осей вращения алидады в горизонтальное положение над вершиной измеряемого угла. Установка трубы – операция выставления трубы по глазу и предмету (см. п. 16.4.3).
После установки теодолита в рабочее положение приступают к измерению горизонтальных углов. Различают следующие основные способы измерения горизонтальных углов: приемов; совмещения нулей лимба и алидады; повторений.

16.5.1. Способ приемов

Прием состоит из двух полуприемов. Первый полуприем выполняют при положении вертикального круга слева от зрительной трубы. Закрепив лимб и открепив алидаду, наводят зрительную трубу на правую визирную цель (точка А рис. 16.8). После того как наблюдаемый знак попал в поле зрения трубы, зажимают закрепительные винты алидады и зрительной трубы и, действуя наводящими винтами алидады и трубы, наводят центр сетки нитей на изображение знака и берут отсчёт по горизонтальному кругу (отсчет а). Затем, открепив трубу и алидаду, наводят трубу на левую визирную цель (точка В). и берут второй отсчёт (отсчет в). Разность первого и второго отсчётов даёт величину измеряемого угла.

β = а – b

Если первый отсчёт оказался меньше второго, то к нему прибавляют 360º°, тогда:

β = (а + 360°) – b

Второй полуприем выполняют при положении вертикального круга справа, для чего переводят трубу через зенит. Чтобы отсчёты отличались от взятых в первом полуприеме, смещают лимб на несколько градусов. Затем измерения выполняют в той же последовательности, как в первом полуприеме.
Если результаты измерения угла в полуприёмах различаются не более двойной точности прибора (то есть 1′ для теодолита Т30), вычисляют среднее, которое и принимают за окончательный результат.

Рис. 16.8. Схема измерения угла способом приемов:а – при размещении нуля лимба вне измеряемого угла;
б – при размещении нуля лимба внутри измеряемого угла

Во избежание появления ошибки, связанной с наклоном вех, визирование производят на нижнюю часть вехи или шпильки.

16.5.2. Способ совмещения нулей лимба и алидады

Этот способ используют, когда необходимо быстро оценить значение измеряемого угла. Совместив нули лимба и алидады, осуществляют точную наводку перекрестья нитей зрительной трубы на левую визирную цель (точка В). Закрепив лимб и открепив алидаду, визируют трубу на правую визирную цель (точка А). Отсчет по горизонтальному кругу непосредственно выразит значение измеряемого справа по ходу лежащего угла. Данный способ часто используют для быстрого контроля измерений.

16.5.3. Способ повторений

Рис. 16.9. Схема измерения угла способом повторений.

Каждый раз в ходе измерений фиксируют переход через нулевой штрих лимба добавлением к конечному отсчету 360°. Тогда искомое значение измеряемого угла определится:

,

где k – число переходов через нулевой штрих лимба.

В отдельных случаях такие измерения производят при двух кругах теодолита (KЛ и КП), принимая за окончательное среднее значение угла из двух, полученных в результате измерений.

16.5.4. Измерение магнитных азимутов направлений теодолитного хода

Магнитные азимуты в теодолитном ходе измеряют для ориентирования теодолитного хода по магнитному меридиану. Чтобы привязать стороны теодолитного хода к осевому меридиану зоны (вертикальной линии координатной сетки) магнитные азимуты пересчитывают в дирекционные углы (см

тему 6).
Обратите внимание на то, что сам теодолит не предназначен для измерения ориентирных углов, но если к нему прикрепить ориентир-буссоль (рис. 16.10), то можно определить магнитный азимут заданного направления. Рис

16.10. Ориентир-буссоль

Рис. 16.10. Ориентир-буссоль

Для определения магнитного азимута ориентир-буссоль устанавливают в специальный паз, имеющийся на вертикальном круге теодолита, и закрепляют ее винтом (рис. 16.11). Положение магнитной стрелки наблюдают в зеркале, которому придают нужный наклон. Магнитная стрелка показывает направление магнитного меридиана, от которого отсчитывают магнитный азимут или румб заданного направления.

Рис. 16.11. Теодолит с прикрепленной ориентир-буссолью

Виды и классификация

Как сложные высокотехничные приборы теодолиты имеют свою классификацию. Различают следующие виды теодолитов:

Оптические теодолиты – один из самых распространенных современных типов, точные и надежные для применения в полевых условиях устройства всегда популярны и востребованы среди геодезистов. В отличие от электронных собратьев не требуют для своей работы элементов питания и неприхотливы в эксплуатации: могут работать в широком диапазоне температур, включая низкие отрицательные температуры.

Оптические теодолиты обладают минимальным и ключевым набором возможностей, производя отсчеты по угломерной шкале. Следует понимать, что при отсутствии внутренней памяти инструмента в изысканиях необходимо будет вести полевой журнал работ.

• Лазерные теодолиты также достаточно просты в использовании, в основе их действия лежит применение лазерного луча в качестве точного указателя. Объединение в одном корпусе двух функциональных устройств – высокоточного электронного измерительного инструмента и визира несет определенные удобства для пользователя. Все вычисления осуществляются автоматически мощным процессором и выводятся на дисплей прибора – удобство и легкость в работе налицо.
• Цифровые теодолиты отличаются использованием вместо горизонтального и вертикального кругов с поградусной разметкой штрих-кодовых дисков. Все замеры выполняются в автоматическом режиме. Классическая конструкция электронных теодолитов включает в себя запоминающее устройство, позволяющее во внутренней памяти инструмента хранить полученные информационные данные. Имеющие элементы питания и жидкокристаллический дисплей электронные теодолиты не предназначены для работы в условиях низких температур и сложных климатических условиях.
• И отдельный класс инструментов специфического предназначения: фототеодолиты, представляющие собой конструктивное объединение теодолита и фотокамеры для определения топографических координат; кинотеодолиты, предназначенные для фиксации траектории движения различных объектов на земной поверхности и в воздушной среде.

Конструктивное строение теодолита тоже предполагает свое подразделение:

• простые, в которых лимб и алидада вращаются отдельно друг от друга;
• повторительные, в которых лимб и алидада могут вращаться как совместно, так и независимо друг от друга.

Устройство теодолитов Т30 и 2Т30

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

«Устройство теодолитов Т30 и 2Т30»

Теодолит

– это геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов. Происхождение слова «теодолит», связано с греческими словами theomai смотрю, вижу и dolichos — длинный, далеко.

Теодолиты различаются по точности, способу отсчитывания по лимбу, по конструкции, назначению и другим признакам.

По точности теодолиты делятся на:

— высокоточные (Т-1)

— точные (Т-2,Т-5)

— технические (Т-15, Т-30)

(цифры – это средняя квадратичная ошибка измерения углов).

ТЕОДОЛИТ Т30

Теодолит Т30 (рис.1) относится к разряду технических, с повторительной системой вертикальной оси. Система отсчитывания односторонняя. Увеличение трубы 18х, пределы визирования от 1,2 м до бесконечности, цена деления цилиндрического уровня 45″. Данный теодолит применяется для прокладывания теодолитных и тахеометрических ходов, плановых и высотных съемок.

Рис.1. Теодолит Т30 Рис.2.Отчетное устройство теодолита Т30(Штриховой микроскоп)

1 – основание; 2 – исправительный винт цилиндрического уровня; 3, 4 – закрепительный и наводящий винты алидады; 5 – цилиндрический уровень; 6 – наводящий винт зрительной трубы; 7 – кремальера; 8 – закрепительный винт зрительной трубы; 9 – визир; 10 – окуляр зрительной трубы; 11 – окуляр отсчетного микроскопа; 12 – колонка; 13 – подставка; 14 – закрепительный винт лимба; 15 – подъемный винт

В теодолите Т30 отсчетное устройство выполнено в виде штрихового микроскопа(рис.2), позволяющего брать отсчеты с точностью 1′.

На зрительной трубе имеется оптический визир 9 (рис.1), в поле зрения которого виден светлый крест. Этот крест совмещается с предметом, который должен попасть в поле зрения зрительной трубы, но изображение предмета может быть размытым (иногда его изображение вообще не будет видно). Для получения четкого изображения предмета необходимо с помощью кремальеры 7 перемещать в трубе специальную фокусирующую линзу до тех пор, пока его изображение не станет четким. Зажимные винты зрительной трубы 8 и алидады горизонтального круга 3 закрепляются, и микрометренными винтами алидады горизонтального круга 4 и зрительной трубы 6 центр сетки нитей наводится на предмет. Отчетливость изображения сетки нитей получают вращением диоптрийного кольца окуляра трубы 10.

В теодолите Т30 подставка 13 жестко скреплена с основанием 1, служащим одновременно донцем футляра, что позволяет закрывать теодолит футляром, не снимая его со штатива. Ось вращения теодолита устанавливается в отвесное положение с помощью подъемных винтов 15 и цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга 5.

Полая вертикальная ось теодолита позволяет центрировать прибор над точкой местности с помощью зрительной трубы. Прибор снабжается окулярными насадками для зрительной трубы и микроскопа, которые применяют при наблюдении предметов, расположенных относительно горизонта под углом более 45° .

В теодолитах Т30 имеется только один цилиндрический уровень при алидаде горизонтального круга 5, который прикрепляется к подставке зрительной трубы параллельно визирной плоскости. Положение уровня изменяется юстировочными (исправительными) винтами 2. При алидаде вертикального круга уровня нет.

Теодолит может быть укомплектован ориентир-буссолью и уровнем, который прикрепляется к трубе для нивелирования горизонтальным визирным лучом. Обычно к зрительной трубе прикрепляют два визира. При установке уровня на трубе один из визиров должен быть снят.

ТЕОДОЛИТ 2Т30

Теодолит 2Т30 (рис.3) также относится к разряду технических, с повторительной системой вертикальной оси. Является модификацией теодолита Т30. Система отсчитывания односторонняя. Увеличение трубы 20х (2Т30). Данный теодолит также применяется для прокладывания теодолитных и тахеометрических ходов, плановых и высотных съемок.

Геометрические условия теодолита их поверка

Геометрические условия

• Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к оси вращения алидады.
• Ось вращения алидады должна быть установлена отвесно (вертикально).
• Визирная ось трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения трубы.
• Ось вращения трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения алидады.
• Вертикальная нить сетки нитей должна лежать в коллимационной плоскости.

Поверка теодолитов

Поверками теодолита называют действия, имеющие целью выявить, вы­полнены ли геометрические условия, предъявляемые к инструменту. Для вы­полнения нарушенных условий производят исправление, называемое юстиров­кой инструмента.

Это условие необходимо для приведения оси вращения инструмента (алидады) в рабочее положе­ние, т. е. чтобы при измерениях углов она была вертикальна. Для проверки выполнения условия поворотом али­дады устанавливают ось проверяемого уровня по на­правлению каких-либо двух подъемных винтов и одно­временным вращением их в разные стороны приводят пузырек уровня в нуль пункт (на середину ампулы), тогда ось уровня займет горизонтальное положение. Повернем алидаду, а вместе с нею и уровень точно на 180.

Если после приведения пузырька уровня в нуль пункт и поворота алидады на 180° пузырек уровня останется на месте, то условие выполнено.

Для выполнения других поверок необходимо привести прибор в рабочее положение.

Одна из нитей сетки должна находиться в вертикальной плоскости.

Поверку и юстировку этого условия можно выполнить при помощи отвеса, установленного в 5—10 м от инструмента. Если поверяемая нить сетки не совпадет с изображением отвеса в поле зрения трубы, то снимают колпачок, слегка ослабляют (примерно на полоборота) четыре винта, крепящих окулярную часть с корпусом трубы, и поворачивают окулярную часть с сеткой до требуемого положения. Закрепляют винты и надевают колпачок. После юстировки вторая нить сетки должна быть горизонтальна. Убедиться в этом можно, наведя эту нить на какую-либо точку и вращая алидаду наводя­щим винтом по азимуту; нить при этом должна оставаться на данной точке. В противном случае юстировку надо повторить. Установив правильно сетку, в дальнейшем при повторении поверок эту можно не повторять.

Визирная ось должна быть перпендикулярна к оси вращения зрительной трубы

Это условие необходимо для того, чтобы при вращении трубы вокруг ее оси визирная ось описывала плоскость, а не конические поверхности. Визирную плоскость называют также коллимационной. Вертикальный круг вращается вокруг оси вместе с трубой. Для перевода трубы из положения КП в положение КЛ или наоборот надо перевести ее через зенит при неподвижном лимбе и повернуть алидаду на глаз на 180°, чтобы можно было наводить трубу на один и тот же предмет при различных ее положениях. При этом на том месте относительно лимба, где находится верньер1 , теперь будет расположен диаметрально противоположный верньер 2 к отсчеты числа градусов, взятые по верньеру I до поворота алидады и по верньеру II после поворота алидады на 180°, должны быть одинаковы. Если визирная ось перпендикулярна к оси вращения зрительной трубы, то при наведении ее при КП и КЛ на удаленную точку , расположенную приблизительно на уровне оси вращения зрительной трубы, по закрепленному горизонтальному лимбу получим верные отсчеты дуги с помощью I (при КП) и II (при КЛ) верньеров. Если же визирная ось не перпендикулярна к оси вращения трубы и занимает при КП и при КЛ неверное положение , то в отсчеты по горизонтальному лимбу войдет ошибка, соответствующая повороту визирной оси на угол, называемый коллимационной ошибкой. Проекция этого угла на горизонтальную плоскость лимба меняется в зависимости от угла наклона визирной оси. Поэтому при выполне­нии этой поверки линия визирования должна быть по возможности гори­зонтальна.

Юстировка: ослабив слегка один вертикальный, на­пример верхний, исправительный винт при сетке нитей, передвигают сетку, дей­ствуя боковыми исправительными винтами при ней до совмещения точки пересе­чения нитей с изображением наблюдаемой точки .

После юстировки надо повторить поверку и убедиться, что условие вы­полнено.