С учетом сказанного выше, теодолит должен обеспечивать выполнение определенных условий: он должен содержать в конструкции два оцифрованных круга, плоскости которых должны надежно устанавливаться специальными приспособлениями и приемами параллельно (ГК) и перпендикулярно (ВК) к плоскости горизонта.

На рис. 5.2 представлена схема теодолита с его основными осями, взаимосвязь которых определяет условия измерений углов.

Ось 1-1 называется осью вращения теодолита. При измерениях она должна располагаться по направлению отвесной линии в точке стояния, т.е.

перпендикулярно горизонтальной плоскости. Для придания этой оси отвесного положения служит специальный установочный элемент (уровень – см. § 42), ось 4-4 которого должна быть перпендикулярна оси 1-1. Плоскость горизонтального круга (ГК) должна быть перпендикулярна оси 1-1, а также и параллельна оси уровня 4-4. (Заводы-изготовители геодезических приборов гарантируют перпендикулярность оси вращения теодолита к плоскости горизонтального круга).

Рис. 5.2. Схема теодолита Ось 2-2 называется осью вращения зрительной трубы (о зрительной трубе см. § 41). Оси 2-2 и 1-1 должны быть взаимно перпендикулярны, кроме того, ось 2-2 должна быть перпендикулярна плоскости вертикального круга.

Визирная ось 3-3 зрительной трубы может перемещаться в вертикальной плоскости (вверх-вниз) относительно оси 2-2. Оси 2-2 и 3-3 должны быть перпендикулярны.

§ 41. Зрительные трубы

Зрительная труба служит для наблюдения удаленных объектов. При этом она дает возможность четко видеть сам объект и прицельную точку прибора.

Существуют зрительные трубы с обратным изображением (астрономические) и прямым изображением (земные). Основными конструктивными элементами зрительных труб являются (рис. 5.3) объектив 1, в который входит фокусирующая линза 2, имеющая возможность поступательного перемещения вдоль оптической оси трубы, сетка нитей 3, окуляр 4. В земных трубах перед сеткой нитей устанавливают призменную оборачивающую систему.

104

Оптическая ось О1О4 зрительной трубы определяется положением центра объектива О1 и центром окуляра О4. Визирная ось О1О3 зрительной трубы проходит через центр объектива О1 и центр сетки нитей О3. Геометрическая ось – это линия, на которой находятся центры всех оптических элементов.

Сетка нитей представляет собой тонкий стеклянный диск с нанесенными на него горизонтальной и вертикальной нитями. Часто половину вертикального штриха выполняют в виде биссектора (двойной линии). Сетки ни-

Рис. 5.3. Зрительная труба теодолита Т30

тей имеют дополнительные короткие штрихи, т.н. дальномерные нити, служащие совместно с рейкой с сантиметровыми делениями для измерения расстояний (нитяный дальномер). На рисунке приведены виды сеток нитей некоторых теодолитов.

В первых теодолитах сетка нитей представляла собой латунное кольцо с нанесенными на него диаметрально противоположными рисками, в которые укладывалась с некоторым натяжением нитка паутины. При порче сетки нитей геодезист восстанавливал ее нити, для чего в наборе инструментов и приспособлений у него имелся кокон паутины. Если этого не было, то он мог воспользоваться таким же материалом, отыскав необходимую паутину в природе, что не является сложным. Отсюда и сохранилось название – нити. В специальной лаборатории Московского межевого института (МИИГАиК, сейчас – Московский государственный университет геодезии и картографии) разводили особый вид пауков, а их паутину (только весеннюю) собирали в коконы и снабжали геодезические инструменты своеобразным ЗИПом.

Впервые предложил использовать сетку нитей в зрительной трубе в 1611 г. Иоганн Кеплер (Германия), но только в 1670 г. французским астрономом Пикаром выполнялись работы по градусным измерениям с применением сетки нитей вместо диоптров. Дальномерные нити в зрительных трубах стали использоваться только с 1810 г. по предложению немецкого оптика-механика Рейхенбаха.

Объектив 1 с помощью фокусирующей линзы 2 строит изображение в плоскости сетки нитей 3. Окуляр 4 может поступательно перемещаться вдоль оптической оси, что позволяет наблюдателю получить четкое изображение совмещенных предмета и сетки нитей с учетом остроты его зрения.

105

Элементы 1, 2, 3, конструктивно расположены в герметичном корпусе, что обеспечивает защиту оптических и механических деталей зрительной трубы от попадания пыли и влаги.

Важнейшими характеристиками зрительных труб являются ее увеличение, поле зрения, разрешающая способность и светопропускание.

Увеличение ГХ зрительной трубы определяется величинами фокусных расстояний объектива и окуляра:

ГХ = fоб / fок (5.3) Зрительные трубы технических приборов и приборов средней точности

имеют увеличение 20Х – 25Х. С повышением точности увеличение зрительных труб возрастает и достигает 60Х.

Поле зрения зрительных труб определяется угловым расхождением лучей от предметной плоскости, видимых на диаметрально противоположных концах сетки нитей. В современных геодезических приборах поле зрения труб находится в пределах 0,5о (высокоточные приборы) – 2о (технические приборы).

Разрешающей способностью зрительных труб определяется качество изображения предмета, в данном случае - способность трубы передавать без искажений необходимые детали предмета. На это влияют качество изготовления оптических деталей, установка деталей в корпусе трубы и т.п. У современных зрительных труб разрешение в центре поля зрения составляет 2" – 6", на краях поля зрения оно меньше (т.е. больше 6"). При работе с геодезическими приборами необходимо стремиться к тому, чтобы наблюдаемая точка находилась ближе к центру сетки нитей.

Светопропускание определяет видимую яркость изображения предмета при наблюдениях объектов различной освещенности. Для увеличения светопропускания на оптические детали наносят специальные тонкие многослойные покрытия.

При наблюдении в зрительную трубу после фокусирования предмета в плоскости сетки нитей может возникнуть т.н. параллакс нитей. Параллакс нитей обнаруживается при небольших перемещениях глаза наблюдателя относительно окуляра. Если изображение предмета не совпадает с плоскостью сетки нитей, то возникает ощущение разноудаленности нитей и изображения предмета. В таком случае необходимо дополнительно выполнить фокусировку изображения до исключения параллакса.

§ 42. Уровни и компенсаторы наклона

Уровни предназначены для ориентирования основных осей приборов относительно отвесной линии (параллельно или перпендикулярно к ней).

В зависимости от формы ампулы уровни подразделяются на круглые и цилиндрические (рис. 5.4).

Круглые уровни служат для грубой, предварительной установки прибора в рабочее положение. Их точность часто значительно ниже точности рабочих

106

цилиндрических уровней, используемых в том же приборе для точной установки осей.

Внутренняя часть стеклянной ампулы уровня имеет сферическую поверхность. Осью круглого уровня является вертикальная линия, проходящая через нуль-пункт О перпендикулярно к плоскости, касательной к сферической поверхности в нуль-пункте. Осью цилиндрического уровня является линия, касательная к сферической поверхности в точке нуль-пункта.

Ампула цилиндрического уровня имеет деления через каждые 2 мм. Угол, на который необходимо наклонить ось уровня, чтобы его пузырек пе-

а б

в

Рис. 5.4. Уровни а) цилиндрический; б) круглый; в) контактный

реместился на одно деление, называется ценой деления τ уровня, определяющей его точность. Из геометрических соображений

В геодезических приборах используют цилиндрические уровни с ценой деления от 2" до 20", в зависимости от точности самого прибора.

При измерениях на местности в различных температурных условиях длина пузырька уровня изменяется. В связи с этим в конструкциях точных уровней предусмотрено регулирование длины пузырька. В одних случаях это обеспечивается с помощью дополнительной камеры в ампуле уровня, в которую можно удалить часть пузырька, либо дополнить его длину. В других случаях внутрь ампулы помещают инородное тело, которое при изменении

107

температуры изменяет свой объем, компенсируя, тем самым изменение длины пузырька (компенсированные уровни).

Вбольшинстве геодезических приборов (в основном – нивелиров) используют т.н. контактные уровни (рис. 5.4 в). Сверху ампулы 4 над концами пузырька размещают блок призм 2 и 3, который создает совмещенное изображение концов пузырька, направляемое на призму-лупу. Это изображение

инаблюдается в зрительную трубу. Горизонтальное положение оси цилиндрического уровня соответствует совмещению концов пузырька в изображении.

Всовременных геодезических приборах (теодолитах и нивелирах) все большее применение находят компенсаторы наклонов, заменяющие ци-

линдрические уровни. В этом случае прибор снабжается только круглым уровнем, либо цилиндрическим уровнем сравнительно невысокой точности. При использовании таких уровней производят установку прибора в рабочее положение, при котором в рабочее положение выводится компенсатор наклона. В теодолитах компенсатор приводит в отвесное положение отсчетный индекс вертикального круга, по положению которого определяют значение места нуля (МО). В нивелирах компенсатор удерживает визирную ось зрительной трубы в положении, параллельном горизонтальной плоскости. В приборах вертикального проектирования компенсатор отрабатывает вертикальное направление визирной оси.

Рис. 5.5. Принцип работы компенсатора. Схема компенсатора

Принцип компенсации визирного луча геодезического прибора заключается в следующем (рис. 5.5). Если визирный луч занимает горизонтальное

108