3. Структурные схемы углоизмерительных приборов

На рис. 3.1. изображены основные плоскости и оси теодолита. ГГ, ВВ — следы плоскостей горизонтального и вертикального кругов; LL, ll, l'l' - ось цилиндрического накладного уровня, цилиндрического уровня при алидаде горизонтального и вертикального кругов; vv, hh, рр — вертикальная ось теодолита, ось вращения зрительной трубы и оси вращения подъемных винтов соответственно; zz — визирная ось, проходит через перекрестие сетки нитей и оптический центр объектива.

Рис. 3.1. Геометрическая схема высокоточного теодолита

Плоскость горизонтального круга и ось вращения трубы должны быть перпендикулярны к вертикальной оси теодолита. Визирная ось трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения трубы. Ось вращения алидады и ось вращения горизонтального круга должны проходить через центр кольца делений лимба. При угловых измерениях вертикальная ось теодолита должна совпадать с отвесной линией в точке его стояния. Нарушения геометрической схемы теодолита приводят к ошибкам в отсчетах и в итоге — к ошибкам в конечных результатах угловых измерений.

В теодолите должны быть согласованы точность изготовления осевой системы, точность нанесения делений, точность визирования, точность изготовления и компоновки узлов отсчетного устройства, точность изготовления цилиндрических уровней, компенсаторов и т. д.

Горизонтальный и вертикальный круги являются главными частями теодолита — угломерного прибора, при помощи которого измеряют горизонтальные и вертикальные углы.

На рис. 3.2 приведена схема теодолита.

Рис. 3.2. Схема теодолита: 1 — стеклянный горизонтальный круг; 2 — стеклянный вертикальный круг; 3 — алидада; 4 — зрительная труба; 5 — колонка; 6 — цилиндрический уровень; 1 — окулярная часть отсчетного микроскопа; 8 — подъемный винт; 9 — подставка; 10 — головка штатива; 11 — закрепительный винт

В настоящее время горизонтальный и вертикальный круги (лимбы) изготавливают из стекла, на скошенных краях лимбов нанесены деления от 0 до Зб0°, интервал между делениями обычно равен 5,10, 20, 30' или 1° и называйся ценой деления лимба. Над лимбом помещают вращающуюся вокруг вертикальной оси верхнюю часть теодолита, состоящую из алидады 3 и зрительной трубы 4 (рис. 3.2).

При вращении зрительной трубы вокруг горизонтальной оси HH₁ установленной на подставке (колонке) 5, образуется вертикальная плоскость, которую называют коллимационной. Оси вращения zz₁ алидады и лимба, называемые вертикальной осью прибора, должны совпадать. Для фиксирования отсчета по лимбу на алидаде имеется индекс. Для повышения точности отсчета используют специальные отсчетные устройства. Угломерные круги закрывают металлическими кожухами.

Вертикальную ось zz₁ теодолита приводят в отвесное положение, а плоскость лимба — в горизонтальное положение по цилиндрическому уровню 6 с помощью подъемных винтов 8.

Зрительная труба жестко скреплена с лимбом вертикального круга и вращается вокруг горизонтальной оси HH₁ ее поворот на 180° называют переводом трубы через зенит, при этом вертикальный круг, если смотреть от окуляра, относительно зрительной трубы может располагаться справа (круг право П) или слева (круг лево Л).

Вращающиеся части теодолита имеют закрепительные и наводящие винты, закрепительными винтами фиксируют соответствующую часть в неподвижном положении, а наводящие — плавно вращают при точном наведении перекрестия нитей на визирную цель.

В комплект теодолита входят штатив, буссоль и другие принадлежности. На штатив (тренога с металлической платформой) устанавливают теодолит, который крепят к платформе треноги с помощью станового винта 11. Центрирование, т. е. установку центра лимба на одной отвесной линии с вершиной измеряемого угла, выполняют с помощью отвеса металлического (нить с закрепленным на одном ее конце грузом, второй конец нити закрепляют на вертикальной оси теодолита) или оптического, оптическая ось которого совпадает с вертикальной осью теодолита. Буссоль используют для ориентировки нулевого диаметра лимба по магнитному меридиану.

Структурную схему можно представить в виде

Рис.3.3. Структурная схема углоизмерительного прибора:

1 – объектив;

2 – оборачивающая система (для некоторых приборов отсутствует);

3 – сетка;

4 – окуляр;

5 – отсчетное устройство для определения горизонтальных углов;

6 – механизм горизонтального наведения;

7 – механизм вертикального наведения;

8 – отсчетное устройство для определения вертикальных углов;

9 – осветитель сетки;

10- блок питания осветителя сетки и шкал отсчетных устройств;

11-ориентир-буссоль.

Основным элементом любого измерительного прибора является оптическая схема. Для повышения точности совмещения визирной оси с предметом увеличение системы выбирают большим. Оптическая схема строится на основе телескопической системы Кеплера. Если прибор предназначен только для измерения угла, то оборачивающая система может отсутствовать в схеме. Оборачивающая система, как правило, используется призменная (Порро 11 рода, призма Лемана и т.д.). Сетка – это плоскопараллельная пластинка, на которую нанесен прицельный знак, угломерные шкалы; могут также наноситься дальномерные шкалы

В качестве отсчетных устройств применяются шкаловые или со стеклянным лимбом. В шкаловых отсчетных устройствах отсчитывание производится по индексу или по нонису. В отсчетных устройствах со стеклянных лимбов широко используется снятие отсчетов с двух диаметрально противоположных сторон лимба, при этом совмещают штрихи лимба, с обеих сторон

Механизмы наведения используются винтового и червячного типов. Для проведения точных угловых измерений используются механизмы винтового типа с микроскопическим винтом. При работе на таких приборах нельзя прикладывать больших усилий к маховичкам механизмов. Как правило, используются механизмы с выключением винта и червяка.

В условиях пониженной освещенности местности с помощью блока питания можно осуществлять подсветку штрихов сетки и отсчетных шкал. В состав блока питания входят: аккумуляторная батарея, которая размещается, как правило, в корпусе, лампочки подсветки и соединительные провода. В отсчетных устройствах со стеклянных лимбов для подсветки шкал в дневных условиях используются зеркала.

Ориентир – буссоль служит для ориентирования зрительной трубы и отсчетного устройства по направлению магнитного меридиана. Она может закрепляться с помощью приливов на корпусе прибора (ПАБ-2, ДС-1М_ или устанавливается на кронштейн перед проведением измерений (2Т10ВП).

Таким образом, рассмотрена общая структурная схема углоизмерительного прибора. Простейшим углоизмерительным прибором является прибор, у которого в поле зрения установлена сетка с углоизмерительными шкалами (бинокль). Структурная схема таких приборов, как правило, включает в себя оптическую схему и корпус.

Естественно, что в зависимости от назначения углоизмерительных приборов, конструирование оптических узлов и механизмов будет различным. Эти особенности будут изучаться в следующих темах.