4.4.2. Уровни
Уровни служат для приведения отдельных осей и плоскостей геодезических приборов в горизонтальное или вертикальное положение. Они состоят из ампулы, оправы и регулировочного приспособления.
В зависимости от формы ампулы уровни бывают цилиндрические и круглые. Ампулу цилиндрического уровня, внутренняя поверхность которой отшлифована по дуге круга радиуса R, заполняют нагретым серным эфиром или спиртом и запаивают. Свободную от жидкости часть ампулы, заполненную парами жидкости, называют пузырьком уровня. На внешней поверхности рабочей части такой ампулы через 2 мм нанесены штрихи. Точка, соответствующая средней части центрального деления ампулы, называется нуль-пунктом уровня.
Рис. 43. Цилиндрический уровень
Прямая uu1 – касательная к внутренней поверхности ампулы в нуль-пункту О, называется осью цилиндрического уровня (рис. 43). При любом положении ампулы уровня его пузырек будет всегда занимать наивысшее положение, а касательная, проведенная к самой высокой точке О' пузырька, будет горизонтальна. Если совместить точки О и О', то ось цилиндрического уровня тоже займет горизонтальное положение.
Центральный угол τ соответствующий одному делению ампулы, определяет чувствительность уровня, т.е. способность пузырька быстро и точно занимать в ампуле наивысшее положение. Величину этого угла называют ценой деления уровня и рассчитывают по формуле
τ = ρ'' ∙ l / R ,
где R – радиус внутренней поверхности ампулы, мм; ρ'' – величина радиана в секундах; l – длина деления ампулы, мм.
Чем больше R, тем меньше цена одного деления и тем точнее уровень. У точных теодолитов цена деления уровня колеблется в пределах 15 – 40" на 2 мм, а у технических – в пределах 45 – 60" на 2 мм.
4.4.3. Зрительные трубы и их установка
Для наблюдения удаленных предметов в теодолите используют зрительную трубу. Геодезические приборы, как правило, снабжают трубой Кеплера, которая дает увеличенное перевернутое изображение. Такие трубы называют астрономическими.
Оптика простейших зрительных труб состоит из двух собирательных линз: объектива (1), направленного на предмет, и окуляра (2). Изображение всегда получается при прохождении лучей через объектив, действительным, обратным и уменьшенным. Чтобы увеличить его, в трубу вводят окуляр, действующий как лупа. Получаем мнимое, увеличенное изображение.
Рис. 44. Зрительная труба: 1 – объектив; 2 – окуляр; 3 – фокусирующая линза; 4 – сетка нитей; 5 – кремальерный винт (кольцо)
Так как при визировании на разные расстояния изображение будет перемещаться, то для получения ясного изображения необходимо, чтобы окуляр мог перемещаться относительно объектива вдоль оси трубы.
Новейшие геодезические трубы снабжаются трубой постоянной длины, в которой объектив и сетка нитей закреплена в одной оправе. Фокусирование производится при помощи фокусирующей линзы (3) – рассеивающего стекла, перемещающегося в трубе между объективом и сеткой нити (4) при вращении особого кремальерного винта или кольца (5), охватывающего зрительную трубу около её окуляра.
Простые зрительные трубы обладают двумя существенными недостатками: сферической и хроматической аберрациями.
Явление сферической аберрации вызывается тем, что лучи света после их преломления в стекле не собираются в одной и той же точке, отчего изображения предметов получаются неясными и расплывчатыми. Сферической аберрации особенно подвержены лучи, падающие на края линзы. Бесцветные лучи света, преломляясь в стекле, разлагаются на цвета и окрашивают края изображения в цвета радуги. Это явление называется хроматической аберрацией.
Для ослабления сферической аберрации берут линзы разной кривизны, а для устранения хроматической аберрации линзы устанавливают на некотором расстоянии друг от друга.
Полная установка зрительной трубы для наблюдения складывается из установки её по глазу и по предмету.
Сначала устанавливают окуляр по глазу, для чего направляют трубу на какой – либо светлый фон и перемещают диоптрийное кольцо так, чтобы нити сетки были видны резко очерченными. Затем наводят трубу на предмет и добиваются четкого его изображения кремальерным винтом, т.е. фокусируют.
После этого устраняют параллакс сетки нитей. Точка пересечения нитей не должна сходить с наблюдаемой точки при передвижении глаза относительно окуляра. Если она сходит с наблюдаемой точки, то такое явление называется параллаксом. Он происходит от несовпадения плоскости изображения предмета с плоскостью сетки нитей и устраняется небольшим поворотом кремальеры.
При оценке качества зрительной трубы существенное значение имеют следующие показатели: увеличение, поле зрения и яркость трубы.
Увеличение трубы есть отношение угла, под которым в окуляре видно изображение предмета, к углу, под которым этот же предмет наблюдают невооруженным глазом.
Допустим, что глаз рассматривает изображение предмета в трубе из центра окуляра О1 под углом β, а сам предмет из центра объектива О под углом α.
Рис. 45. Увеличение зрительной трубы
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, т.е. Оc = foб, а cО1 = foк. Из треугольников a0O1b0 и a0Оb0 имеем
Вследствие малости углов α и β можно отношение тангенсов заменить отношением углов, т.е.
Следовательно, можно сказать, что увеличение трубы есть отношение фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра.
Увеличение зрительных труб технических теодолитов Т30 равно 20x, точных теодолитов Т5 колеблется в пределах 25 – 30x.
Поле зрения – это пространство, которое можно видеть через трубу при неподвижном её положении .
Из этой формулы видно, что чем больше увеличение, тем меньше поле зрения. Поэтому для быстрого наведения на предмет наблюдения зрительную трубу снабжают визирной трубочкой или оптическим прицелом.
Яркость изображения трубы – это то количество света, которое глаз получает от одного квадратного миллиметра площади видимого изображения за единицу времени. Яркость изображения прямо пропорциональна квадрату отверстия объектива и обратно пропорциональна квадрату увеличения трубы. В связи с этим при геодезических работах не следует применять приборы с трубами большого увеличения, так как они имеют небольшую яркость изображения.