Угловые измерения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Угловые измерения

1. Измерение углов на местности

Измерения углов выполняют для определения взаимного положения точек в пространстве. Пусть на местности имеем вершину угла точку О и точки А и В, образующие угол АОВ. На сторонах ОА и ОВ построим вертикальные плоскости N и р', а через вершину угла О проведем горизонтальную плоскость Q.

Для определения положения точек в плановом отношении измеряют горизонтальный угол. Горизонтальным называют двухгранный угол между отвесными плоскостями, проходящими через его стороны. Он определяется углом в между проекциями сторон ОА и ОВ на горизонтальную плоскость Q, т.е. углом А'ОВ'. Горизонтальный угол отсчитывают по ходу часовой стрелки от 0 до 360є.

Для определения высот точек и превышений между ними измеряют вертикальные углы (углы наклона). Вертикальным называют угол между стороной угла и ее проекцией на горизонтальную плоскость. На рис. 46 вертикальный угол н_a образован сторонами ОА и ОА'. Вертикальные углы отсчитываются от проекции к стороне. Если сторона угла расположена выше проекции, то угол называют положительным, если ниже - отрицательным. На рис. 46 вертикальный угол ВОВ' (н_b) отрицателен. Вертикальные углы могут принимать значение в пределах от -90^о до +90є.

Для измерения горизонтального угла над его вершиной располагают градуированный круг (лимб). Центр круга совмещают с отвесной линией, проходящей через вершину угла О, а сам круг размещают в горизонтальной плоскости. Тогда угол в между радиусами оа и оb - сечениями круга вертикальными плоскостями N и Р - будет равен горизонтальному углу между направлениями местности ОА и ОВ. Если деления на круге подписаны по ходу часовой стрелки, а отсчеты по градуированной окружности обозначить через а и b, то в = a - b.

Описанный принцип измерения углов на местности реализуется в угломерном приборе, называемом теодолитoм.

Теодолит имеет металлический или стеклянный круг, называемый лимбом 1, по скошенному краю которого нанесены деления от 0 до 360є. Счет делений идет по ходу часовой стрелки. Центр лимба устанавливается на отвесной линии, проходящей через вершину О (см. рис. 46) измеряемого угла. На плоскость лимба проектируются стороны ОА и ОВ измеряемого угла. При измерении угла лимб неподвижен и горизонтален.

Над лимбом помещена вращающаяся вокруг отвесной линии верхняя часть теодолита, состоящая из алидады 2 и зрительной трубы 6. При вращении зрительной трубы вокруг горизонтально устанавливаемой на колонках 3 оси НН₁, образуется вертикальная плоскость, называемая коллимационной. Оси лимба и алидады совпадают, причем ось вращения алидады называют основной или вертикальной осью прибора. На алидаде есть индекс, позволяющий брать отсчет по шкале лимба. Для повышения точности отсчета имеется специальное отсчетное устройство. Для предохранения от повреждений алидада защищена металлическим кожухом.

Основная ось теодолита устанавливается в отвесное положение по цилиндрическому уровню 7 при помощи подъемных винтов 9 подставки 8 прибора. Зрительная труба может быть повернута на 180є вокруг своей оси вращения НН₁ или, как говорят, «переведена через зенит». На оси вращения трубы

Н Н₁ (горизонтальной оси прибора) укреплен вертикальный круг, лимб 5 который наглухо скреплен со зрительной трубой, а алидада 4 неподвижна. Вертикальный круг выполнен аналогично горизонтальному и служит для измерения вертикальных углов.

Вертикальный круг может располагаться справа и слева от зрительной трубы, если смотреть со стороны окуляра. Первое положение называют «круг право» (КП), второе - «круг лево» (КЛ).

В комплект теодолита входят буссоль, штатив и отвес. Буссоль служит для измерения магнитных азимутов и румбов. Штатив представляет собой треногу с металлической головкой. Теодолит крепится к головке штатива с помощью станового винта 10. Отвес служит для центрирования прибора над точкой, т.е. для установки центра лимба над вершиной измеряемого угла.

Вращающиеся части теодолита снабжены закрепительными винтами для фиксирования их в неподвижном состоянии и наводящими - для медленного и плавного вращения при наведении на цель.

Для измерения горизонтального угла при неподвижном лимбе вращением алидады последовательно наводят зрительную трубу на точки А и В местности (см. рис. 46); при этом коллимационная плоскость последовательно проходит через стороны ОА и ОВ измеряемого угла, т.е. совмещается с плоскостями N и Р. В обоих случаях с помощью отсчетного приспособления делаются отсчеты по лимбу а и b, а измеряемый угол вычисляют как разность отсчетов, т.е. в = b - а.

Отсчетные устройства служат для оценки долей делений лимба. В качестве отсчетных устройств используются штриховые и шкаловые микроскопы, микроскопы-микрометры и оптические микрометры.

Современные теодолиты имеют прозрачные лимбы, что позволяет применять оптические отсчетные устройства (рис. 48, а). Луч света, отражаясь от зеркала подсветки 8, проходит через лимб вертикального круга б и попадает на призму 2. Посеребренная поверхность отражает луч и направляет его на лимб горизонтального круга 1. После двукратного отражения в призме 9 он проходит через 3 призмы 7 и 3 и попадает на плоско-параллельную пластину 4. Изображение штрихов лимба горизонтального круга на пластине рассматривают через окуляр 5 отсчетного микроскопа.

Большую точность отсчета дают шкаловые микроскопы. На рис. 48, б 2 представлено поле зрения шкалового микроскопа с ценой деления лимба в 1є. Длина шкалы, нарезанной на стекле, равна одному делению лимба. Шкала разделена на 60 делений, следовательно, цена одного деления равна 1', оценивая десятые доли деления шкалы на глаз, можно взять отсчет по шкале с точностью 0,1'. На рисунке отсчет 95є 54,3'.

В высокоточных теодолитах в качестве отсчетных устройств применяют оптические микрометры с подвижными клиньями. На рис. 48, б 3 показано поле зрения такого микрометра. В поле зрения видно изображение диаметрально противоположных штрихов лимба с ценой деления 20', в нижней части - отсчетный диск с ценой деления 1». Оценивая десятые доли шкалы диска на глаз, можно взять отсчет с точностью 0,1». Шкала диска разделена на 10', что соответствует половине цены одного деления лимба.

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. 49, 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 см.

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

Оптический центрир изготавливается как часть теодолита, встроенная в алидаду горизонтального круга. Центрир имеет окуляр 4, прозрачную пластинку 3 с нанесенной на нее сеткой нитей, фокусирующую линзу 5 с кремальерой 2, объектив 6 и призму 1, поворачивающую луч на 90є и направляющую его вниз. При центрировании алидаду теодолита при помощи цилиндрического уровня приводят в горизонтальное положение. При этом визирная ось центрира О'О» занимает горизонтальное положение, а луч О' О располагается строго отвесно. В поле зрения центрира видны изображения вершины угла точки О и креста нитей. Передвигая подставку теодолита по головке штатива, добиваются совмещения креста сетки с изображением точки О. Средняя квадратическая погрешность центрирования подобными устройствами оценивается величиной порядка 0,5 мм.

теодолит маркшейдерский угловой

2. Типы теодолитов