§ 18. Основные части теодолита

Зрительная труба

В современных геодезических приборах применяют зрительные трубы с внутренней фокусировкой (рис. 21, а). Оптическая схема такой трубы с ходом лучей в ней пока­зана на рис. 21, б.

При выполнении работ трубу обычно наводят (визи­руют) на предметы, значительно удаленные от прибора, поэтому предмет АВ всегда находится вне фокусного рас­стояния O_xF объектива, а изображение А_%В_г предмета, полученное через объектив 1 (см. рис. 20, а), будет дей­ствительным и обратным. Чтобы увеличить это изображе­ние, в трубу вводят окуляр 5.

Окуляр устанавливается таким образом, чтобы рас­стояние с0₂ было меньше фокусного расстояния 0₂/v В таком случае изображение Л₃В₃ получится мнимым и увеличенным. Между объективом и окуляром ставится плосковогнутая линза 2 (см. рис. 21, а), 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 А%В_Ъ помещается диафрагма, в отверстие которой вставлена стеклянная пластинка с нанесенной на ней сеткой нитей 4.

^: Зрительная труба имеет две оси: визирную и оптиче­скую. Прямую, соединяющую оптический центр объектива о центром сетки нитей, называют визирной осью трубы.

Рис. 21. Зрительная труба с внутренним фокусированием:., а — устройство; 6 — ход лучей; в — упеличение; г — поле зрения

Прямую, соединяющую оптические центры объектива и -окуляра, называют оптической осыо трубы.

• Установка зрительной т р у б,ы д. л я и аблюдения. Перед наведением трубы на предмет окуляр должен быть установлен «по глазу», а. изображе-

• ние 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 не будут четко видны.

Совмещение изображения предмета с плоскостью сетки нитей, т. е. фокусировка производится перемещением фо- кусирующей линзы в трубе при помощи кремальеры; при ' этом добиваются такого положения, чтобы изображение предмета получилось резким. Если изображение предмета _;,не совпадает с плоскостью сетки нитей, то при перемеще­нии глаза относительно окуляра точка; пересечения ниг тей сетки будет проектироваться на разные точки изобра- жени я предмета. Такое явление называется паращаксом. Паралдзкс сетки нитей устраняется небольшим поворо­том кремальеры. ‘

Уве л и ч е п п е т р у б ы. Увеличением трубы о на­зывается отношение угла Р, под которым • изображение предмета А'В' видно в трубу, к углу а, под которым пред­мет'Л/? виден невооруженным глазом (рис. 21, в), т. е.

V ~

П р а кт 11 чес к и, у вел и че и не тр у б ы п рши i м а етс я р а в 11 ым отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра

v = /„Г./Д.Ц.

Трубы геодезических приборов имеют увеличение от 15 до 50^х,

П о л е з р е и и я труб ы. Пространство, видимое в трубу при неподвижном ее положении, называется полем зрения. Его определяют углом зрения ф (рис. 21, г), вер­шима которого находится в оптическом центре объектива, а стороны опираются па диаметр ah сеточной диафрагмы. Величина поля зрения определяется но формуле

Ф = 38,2%, (25)

где v — увеличение трубы.

Из (25) следует, что чем больше увеличение трубы, тем меньше ее поле зрения.

В геодезических приборах поле зрения трубы обычно колеблется в пределах от 30' до 2°.

Т о ч и о с т ь в и з и р о в а н и я з р и т е л ь и о й т р у б о й. Разрешающая способность глаза человека (пре­дельно малый угол, при котором две точки еще восприни­маются раздельно) примерно равна одной минуте дуги. Поэтому погрешность визирования невооруженным гла­зом принимается равной 60".

При рассматривании изображения предмета в зритель­ную трубу погрешность визирования уменьшается обратно пропорционально увеличению трубы v и равна

т„ — 60 "lv. (26)

У р о в н и

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

Ц и л и и д р и ч е с к и й у р о в е и ь (рис, 22, а) представляет собой стеклянную трубку (ампулу) 1, вну­тренняя поверхность которой отшлифована по дуге опре­деленного радиуса. Радиус кривизны в зависимости от назначения уровня бывает от 3,5 до 200 м. Стеклянная

и

\ IR

\ I

Рис. 22. Цилиндриче­ский уровень:

а — устройство; б — йена делении; а —• изображение ко/шоп контактной» уршшя

и

трубка заполняется нагретым до +60 ^СС спиртом или эфиром и запаивается. После охлаждения жидкость сжи­мается, и в трубке образуется небольшое пространст во, заполненное парами спирта или эфира, которое называют пузырьком уровня. Трубка помещается в металлическую оправу 2. Для регулирования уровень снабжен исправи­тельным винтом 3. На наружной поверхности трубки через 2 мм нанесены штрихи. Точка О в средней части ампулы называется нуль-пунктом уровня. Прямая «//,, касательная к внутренней поверхности уровня в ею нуль-пункте, называется осью уровня.

Пузырек уровня всегда стремится запять паи высшее положение, поэтому когда концы пузырька расположены симметрично относительно нуль-пункта, ось уровня зани­мает горизонтальное положение. Этим свойством поль­зуются для приведения отдельных частей прибора в гори­зонтальное положение. Уровни различаются в зависи­мости от цены деления, чувствительности и конструкции.

Ценой деления уровня т (рис. 22, б) называют угол, на который наклонится ось уровня, если пузырек сме­стится на одно деление, т. е.

т = lp/R.

Линейная величина одного деления данного уровня I постоянна, поэтому его цена зависит от радиуса R душ внутренней поверхности трубки. Чем больше радиус, тем 66

Рис. 23. Круглый уровень:

а — О'НЦиП нид; 0 -г~ уетроГютии

цепа деления уровня меньше и тем уровень чувствитель­нее, н наоборот. Под чунствшпельнрстыо уровня г] пони­мают линейное перемещение пузырька, соответствующее единице угла наклона оси уровня, т. е.

dl

с

di

где di — изменение угла наклона оси уровня; dl — пере­мещение пузырька, соответствующее di, с — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц изме­рения .

Минимальный угол наклона оси уровня, при котором перемещение пузырька можно заметить невооруженным глазом, называется порогом чувствытельности. В качестве наименьшего принимают перемещение в 0,1 деление, т. е. 0,2 мм. Чувствительность уровня должна соответствовать точности прибора. В технических теодолитах цена деле­ния уровнен колеблется в пределах 45—60".

Для более точной установки пузырька в нуль-пункт, а также для большего удобства в работе применяются контактные уровни (рис. 22, в). В них над уровнем уста­навливается система призм, через которую изображение коинов пузырька передается в поле зрения глаза наблю­дателя. При перемещении пузырька к нуль-пункту изобра­жении его концов движутся навстречу друг другу. Когда пузырек уровня будет находиться в нуль-иуикте, изобра­жения его коп нов совместятся (см. рис. 21, р). Точность установки пузырька в пуль-пункт в контактном уровне в 5-6 раз выше, чем у ооычных уровней.

К р у г л ы й у р о в е и ь (рис. 23, а) представляет си'ой стеклянную ампулу 1 (рис. 22, б) с отшлифованной внутренней сферической поверхностью определенного ра­диуса. Ампула помещена в металлическую оправу 2.

За нуль-пункт 0 круглого уровня принимается центр окружности» выгравированной в середине верхней по­верхности ампулы. Осью круглого уровня (рис. 23, б) яв­ляется нормаль ыи|, проходящая через нуль-пункт О перпендикулярно к плоскости, касательной внутренней поверхности уровня в его нуль-пункте. Круглый уровень имеет, как правило, небольшую чувствительность (цепа деления порядка 3—5') и применяется там, где не тре­буется большой точности, а также для предварительной у с т a 11 о в к 11 и р п б о р а.

Отсчет' п ы е у с т р о й с т в а

Отсчетные устройства служат для опенки долей деле­ний лимба. В качестве ото четных устройств используют с я штриховые и шкаловые микроскопы, микроскопы-микро­метры н оптические микрометры.

Современные теодолиты имеют прозрачные лимбы, что позволяет применять оптические отсчетпые уетройст i а (рис. 24, а). Луч света, отражаясь от зеркала подсветки Я, проходит через лимб вертикального круга 6 и попадает на призму 2. Посеребренная поверхность отражает л\ ч и направляет его па лимб горизонтального круга /. После двухкратного отражения в призме 9 он проходит через призмы 7 и 3 и попадает на плоско-параллельную пла­стину 4. Изображение штрихов лимба горизонтальною круга на пластине рассматривают через окуляр 5 отсчет- ного микроскопа.

На рис. 24, б 1 показано поле зрения штрихового микроскопа с изображением штриха и лимба с ценой деле­ния в 10': Оценивая десятые доли деления лимба па глаз, можно сделать отсчет по штриху микроскопа с точностью до Г. На рисунке отсчет 39° 23'.

Большую точность отсчета дают шкаловые микроскопы. На рис. 24, б 2 представлено поле зрения шкалового микроскопа с ценой деления лимба в Г. Длина шкалы, нарезанной на стекле, равна одному делению лимба. Шкала разделена па 60 делений, следовательно, цена одного деления равна Г, оценивая десятые доли деления шкалы на глаз, можно взять отсчет по шкале с точностью

1. Г. На рисунке отсчет 95" 54,3'.

В высокоточных теодолитах в качестве отсчетных устройств применяют оптические микрометры с подвиж­ными клиньями. На рис. 24, б 3 показано поле зрения такого микрометра. В ноле зрения видно изображение 68

|i I I'TTTi

Рис.. 24. Отсчетиое устройство теодолита:

5!)

(I 10 W 5f] 40 50

9LZ	91Z
95 ^ ^	96

а — оптическая с .чем а; в — поле ар синя: 1 — штрихового микроскопа, 2 шкялоиога м л K)>cjcK<m;i, 3 — оптического микрометра

диаметрально противоположных штрихов лимба с ценой деления 20', в нижней части — отсчетиый диск с ценой деления 1". Оценивая десятые доли шкалы диска на глаз, можно взять отсчет е точностью 0,1". Шкала диска раз­делена на 10', что соответствует половине цены одного деления лимба.

П р а в н л о о т с ч и т ы в а и и я. При отсчете со­вмещают изображения видимых в поле зрения нижних и верхних штрихов лимба и находят одноименные, отли­чающиеся на 180°, диаметрально противоположные штрихи градусов, например (см. рис, 24, б 3) 95° и 275°. Число делений между этими штрихами (в нашем случае 5), у множенное па 10', дает количество десятков минут (50'). Дальнейший отсчет минут, секунд и их десятых долей производят по отсчетному диску (2' 43,5"). Полный отсчет будет 95° 52' 43,5".

Приспособления для центрирования

Установку центра лимба теодолита над вершиной изме­ряемого угла (центрирование) осуществляют при помощи отвесов или оптических центриров.

Простейшим приспособлением для центрирования яв­ляется нитяный отвес. Он состоит из гибкой нити (шнура), на конце которой закреплен груз (рис. 25, а). При цен­трировании нить отвеса прикрепляют к дужке станового винта и перемещением подставки теодолита по головке штатива добиваются того, чтобы заостренный конец груза установился над вершиной угла О. Под влиянием ветра нить отвеса отклоняется от вертикального положения. Иногда это вызывает погрешности, которые превышают 1—2 см. В безветренную погоду теодолит центрируют при помощи нитяного отвеса с погрешностью порядка 0,5 ем.

Для повышения точности и исключения влияния ветра используют так называемый механический центрир (рис. 25, б). Он представляет собой раздвижную (телеско­пическую) трубку 3 с круглым уровнем /. Ннжпнй конец трубки заострен, а верхний соединяется со становым пии­том 2 теодолита. При центрировании заостренный конец трубки совмещают с вершиной угла О, а подставку теодо­лита вместе со становым винтом перемещают на головке штатива до тех пор, пока пузырек круглого уровня на цеитрире не установится в нуль-пункт. Средняя квадра­тическая погрешность центрирования составляет вели­чину порядка 1—2 см.

Оптический центрир изготавливается как часть теодо­лита, встроенная в алидаду горизонтального круга. Цеп-

Рис. 25. Приспособления для центрирования:

а — нитяный отвес; 6 — механический центрир; в — оптический центрир 70

трир (рис. 25, в) имеет окуляр 4, прозрачную пластинку 3 с нанесенной на нее сеткой нитей, фокусирующую линзу 5 с кремальерой 2, объектив б и призму /, поворачивающую луч на 90’ п направляющую его вниз. При центрировании алидаду теодолита при помощи цилиндрического уровня приводят в горизонтальное положение. При этом визир­ная ось цептрпра О'О" занимает горизонтальное положе­ние, а луч О'О располагается строго отвесно. В поле зре­ния цептрпра видны изображения вершины угла точки О п креста нитей. Передвигая подставку теодолита но го­ловке штатива, добиваются совмещения креста сетки с изображением точки О. Средняя квадратическая по грешность центрирования оптическими центрирами оце­нивается величиной порядка 0,5 мм.