Что такое теодолит и для чего он нужен. Для чего нужен теодолит?

Основной принцип определения угла заключается в установлении величины градуса между направлениями двух выбранных объектов. Прежде чем проводить измерения, необходимо выполнить предварительные работы, включая выравнивание.

Какова роль теодолита?

Теодолиты применяются в различных областях: для измерения земной поверхности во время строительства, создания топографических карт и проведения съемки местности с разными целями.

• • Что представляет собой геодезия?
  • Что такое теодолит и какова его функция?
  • Какое устройство имеет теодолит?
  • Какова цель горизонтального круга теодолита?
  • Каковы компоненты горизонтального круга теодолита?
  • Что означает конец и что такое айда?
  • Какие геометрические условия существуют для теодолита?
  • Как можно проверить работоспособность теодолита?
  • Какие стандарты существуют для серии теодолитов по ГОСТу?
• Что собой представляет повторный теодолит?
• Как правильно подготовить теодолит к эксплуатации?
• Какие шаги необходимо предпринять для подготовки теодолита?

Определение геодезии

Геодезия — это научная дисциплина, занимающаяся точным измерением поверхности Земли, созданием рабочих чертежей и карт, а также решением других практических задач. Существуют различные специализированные области внутри геодезии, но наиболее значимой и актуальной для повседневного использования является инженерная геодезия.

Инженерная геодезия охватывает такие аспекты, как съемка местности для строительства сооружений, прокладка дорог, а также проверка точности шахт и туннелей. Деятельность в данной области имеет чисто технический характер и тесно взаимодействует с гражданским строительством и картографическими работами.

Определение теодолита и его применение

Теодолит – это высокоточный оптический инструмент, предназначенный для измерения как вертикальных, так и горизонтальных углов. Он является ключевым оборудованием, используемым геодезистами при проведении топографических съемок местности.

Определение теодолита заключается в измерении угла между двумя точками с помощью визирования на эти точки. Для этого осуществляется поочередное наведением на каждую из них, и результаты фиксируются с использованием шкалы прибора или линейки, которую удерживает ассистент на заданном расстоянии.

1. Точность измерений.
2. Метод закрепления вертикальной шкалы.
3. Строительство теодолита.
4. Принцип работы инструмента.

Классическая конструкция теодолита была механической и достаточно простой, но не обеспечивала высокой точности. Со временем ей на смену пришел оптический теодолит, который остаётся самым популярным и широко применяемым инструментом до сегодняшнего дня.

Данное устройство обеспечивает высокую точность измерений и позволяет создать лазерную конструкцию с минимальной погрешностью, что делает его идеальным для самых требовательных проектов.

Существуют также электронные теодолиты, которые предоставляют возможность выполнять высококачественные измерения сложного характера, оснащенные собственным дисплеем. Главное преимущество данной конструкции заключается в наличии автоматических расчётов, что значительно уменьшает время, необходимое для обработки данных и минимизирует вероятность ошибок.

Важно. Основные элементы теодолита остаются неизменными, единственным усложнением является система прицеливания и измерения.

Принцип функционирования теодолита заключается в том, что разница между первоначальным измерением и значением, полученным после поворота целевой трубы к новому объекту, представляет собой угловое расстояние между ними. Это угловое значение может служить основой для множества расчетов.

Классификация теодолитов

Теодолиты делятся на разные группы исходя из их точности, назначения и конструктивных особенностей. Каждая из классификаций помогает определить цель использования прибора и задачи, для решения которых он наиболее эффективен. Они разделяются по уровню точности:

• высокоточностные — погрешность менее 1,5»,
• точные — погрешность от 1,5» до 10»,
• Оптические (технические) — точность 10» и больше.

Приборы также классифицируются по поводу их применения:

В зависимости от конструктивных особенностей оптической системы, трубки могут инвертироваться либо формировать прямое изображение.

Следует ясно различать теодолит и уровень. Основное отличие заключается в том, что теодолит подходит не только для горизонтального нивелирования, но также позволяет измерять вертикальные углы.

Конструктивные характеристики

Теодолиты претерпели изменения на протяжении времени. Ранние образцы имели линейку с иглой в центре углового колеса, которое могло свободно вращаться. Линейка была снабжена насечками и натянутыми нитями, выполнявшими функции меток для считывания. Центр измерительного круга располагался на вершине угла и надежно фиксировался.

При повороте линейки она устанавливалась вдоль одной из сторон угла, после чего считывался показатель угломера. Затем линейка корректировалась по другой стороне угла для получения второго показания. Разница между этими двумя значениями и представляет собой величину угла. Для более точного выравнивания линейки в различных местах угла применялись простые окулярные устройства.

В настоящее время конструкция данного инструмента претерпела значительные улучшения. Например, для того чтобы выровнять линейку по граням угла, применяется специальная трубка, которая может изменять свое положение как по высоте, так и по углам азимута. Для выполнения измерений используется современный прибор с инновационным дизайном, который, в отличие от своих предшественников, оснащён защитным металлическим корпусом.

Чтобы обеспечить плавное вращение подвижных компонентов, применяется осевая система, а движения контролируются направляющими механизмами и регулировочными винтами. Теодолит устанавливается на грунте при помощи штатива, и его центр точно выравнивается с помощью отвеса, изготовленного из проволоки, или оптического центра.

Плоскости, образующие измеряемый угол, проецируются на круговую плоскость с использованием вертикальной подвижной плоскости (интерферометрической плоскости). Эта плоскость формируется целью оси трубы при ее вращении вокруг своей оси. Воображаемая линия, проходящая через центр мишени и оптический центр объектива, называется осью мишени.

Элементы прибора

Теодолит состоит из следующих элементов:

• лимб — круг с делениями от 0 до 360 градусов, используемый для измерения углов.
• алидада — подвижная часть прибора, поддерживающая систему чтения по кругу и удерживающая телескоп.
• Телескоп — крепится к алидаде с помощью специальных кронштейнов.
• система вала — обеспечивает перемещение пулестойкой части и наконечника вдоль вала.
• Вертикальное колесо — предназначено для измерения вертикальных углов.
• Основание — оборудовано несколькими подъемными винтами для настройки устройства.
• дополнительные направляющие винты и винты для фиксации подвижных частей. Направляющие винты также известны как микрометрические, а фиксаторы — как затягивающие винты.
• штатив и отвес, а также опорная плита и винт отвеса для стабилизации устройства.
• винт для регулировки диска является важным элементом настройки инструмента.
• поверхности, предназначенные для горизонтальных и вертикальных дисков, обеспечивают надежность измерений.
• фокусировочный винт — позволяет точно настроить фокусировку наблюдений.
• мини-окуляр для чтения.

Существует три типа вращений на теодолитах:

• Движение трубки,
• перископический механизм,
• алидада.

Для перемещения трубки и алидады предусмотрены прицельный винт и зажимной винт. Движение наконечника может осуществляться различными способами. В ряде теодолитов лимб перемещается исключительно с помощью флэш-хайдера, в то время как в отдельных моделях лимб можно двигать при помощи двух винтов, которые функционируют только при закрученном винте флэш-хайдера. Также существуют конструкции, где маркер прикрепляется к молниеотводу посредством специальной защелки, а их совместное вращение регулируется винтами.

Области применения устройства

Эффективность использования теодолита определяется его точностью. Главные сферы применения прибора включают:

• геодезические сети конвергенции,
• триангуляция,
• полигонометрия,
• Прикладная геодезия,
• Индустрия (монтаж конструктивных частей механизмов и машин),
• промышленное строительство и множество других направлений.

Это оборудование применяется в процессе возведения многоквартирных домов и других высоких сооружений следующим образом:

• первоначально выполняется выравнивание столбцов,
• углы наклона колонн можно регулировать в зависимости от вертикального или горизонтального положения в определенной зоне здания,
• оператор наблюдает через окуляр трубы и видит изображение с перекрестием, указывающим на опорные точки,
• оператор также использует микроскоп устройства,
• здесь представлены две шкалы, позволяющие фиксировать определенные углы.

Таким образом, оператор имеет возможность измерять углы, направляя прибор на различные точки конструкции.

В современном мире теодолит занимает одно из ключевых мест среди инструментов, необходимых для строительства и научных исследований. Этот прибор востребован многими профессионалами, в частности геодезистами, поэтому правильный выбор теодолита является гарантией успешного завершения работ. Приобретая теодолит, необходимо уделить особое внимание бережному обращению с его оптическими элементами. Инструмент следует транспортировать с большой осторожностью, так как повреждения, которые иногда невозможно исправить, могут произойти из-за падений или ударов.

Основной принцип работы теодолита заключается в том, что разница между первоначальным измерением и показателем, полученным после поворота оптической трубы к иной точке, представляет собой угловое расстояние между двумя объектами, которое может стать основой для различных расчетов.

Принцип работы

Перед началом работы теодолит устанавливают на специальный штатив. Устройство выравнивается с помощью круглого и цилиндрического спиртового уровня, что обеспечивает его точное балансирование.

Принцип действия заключается в наблюдении за опорными пунктами через телескоп прибора. После выравнивания углы фиксируются в окуляре микроскопа. Находясь на контрольных точках последовательно, геодезист измеряет углы и заносит все данные в полевую книгу (в процессе работы с оптическим инструментом). В сфере гражданского строительства угловые измерения играют важную роль в проверке правильности геометрии конструкций.

Применение электронных устройств исключает необходимость визуального наблюдения за углами. Цифровые датчики автоматически измеряют значения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, после чего отображают результат на дисплее. Собранные данные также сохраняются во встроенной памяти. По завершении полевых мероприятий информация может быть перенесена на компьютер.

Компоненты теодолита

Теодолит состоит из следующих ключевых элементов:

1. Вертикальные и горизонтальные круги. Эти элементы служат стандартными механизмами.
2. Оптическая труба. Она может обладать различным масштабом увеличения. Специалист использует её для осмотра целевых объектов или точек на строительной конструкции.
3. Албедо — это поворотная линейка, надежно закрепленная на торцевой части устройства.
4. Настройочные и зажимные винты. Необходимы для точного выравнивания и настройки инструмента.
5. Оптический центр (имеется не во всех моделях). Он предназначен для тщательного центрирования над наконечником. Если наблюдателя нет, то обычно применяют стандартный отвес.
6. Штатив, на котором устанавливается теодолит.

На горизонтальных и вертикальных окружностях находятся насечки с градусами и долями.

Телескоп оснащён сеткой линий расстояния, которые пересекаются в центре. Это обеспечивает точное наведение телескопа на необходимую точку. Телескоп крепится на специальном U-образном кронштейне и способен наклоняться, что отображается на шкале вертикального круга.

Основание вращается в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси вместе с трубкой. Положение может меняться в горизонтальном круге. При помощи винтов можно выполнить точную регулировку и зафиксировать устройство в нужной позиции. Достоверность результата напрямую зависит от качества измерений.

Существует несколько категорий теодолитов, среди которых наиболее популярными являются:

Электронный

Электронные устройства оснащены измерительной системой и жидкокристаллическим экраном. После установки теодолита и его наведения на точки, для которых необходимо определить угол, прибор автоматически производит расчёты и выводит результаты на дисплей. Это значительно упрощает работу специалиста, так как ему больше не требуется внимательно изучать шкалу.

Оптический

Оптические теодолиты являются наиболее распространёнными. В отличие от электронных моделей, они самостоятельно не рассчитывают углы, однако их стоимость намного ниже. После выравнивания теодолита оператору необходимо вручную проводить замеры и фиксировать их значения.

Правила работы

Теодолит может использоваться одним из двух основных способов:

1. Полярный метод. Для его реализации необходимо иметь две точки с известными координатами. Устройство устанавливают в одной из известных точек, обозначенной как «точка — секунда». После выполнения замеров теодолит настраивают на вторую точку. Разница между полученными показаниями и будет окончательным значением. Далее измеряется расстояние. Данный способ отличается быстротой и отсутствием сложных вычислений.
2. Метод вертикалей. Этот подход применяется в процессе демаркации. Прямые углы укладываются на земле, и постепенно выполняется проход над каждой отметкой.

Перед началом работ устройство обязательно должно быть правильно настроено. Подготовительный процесс включает несколько этапов:

Учтите, что туннели обычно прокладываются с противоположных концов, и для их строительства используются стандартизированные элементы определенных размеров и форм. Ошибки в измерениях могут привести к серьезным последствиям.

Стандартный ряд теодолитов России в соответствии с ГОСТ 10529-96,

В России существует шесть моделей теодолитов: T1 — высокоточный, T2 и T5 — точные, T15 и T30 — технические, а модель T60 в настоящее время не производится.

Буква Т обозначает «теодолит», а числовое значение указывает на размер средней квадратической ошибки в секундах при выполнении измерений в лабораторных условиях. Наименование теодолита, изготовленного в последние годы, может выглядеть следующим образом: 2Т30МКП, где первая цифра соответствует номеру модификации («поколения»).

M в названии указывает на версию для горных маркшейдеров (которая предназначена для работы в шахтах или туннелях; данная модель может быть установлена на крыше и используется без штатива; кроме того, теодолит для горных маркшейдеров имеет шкалу в прицеле зрительной трубы, что позволяет наблюдать за колебаниями выемки при передаче координат с поверхности в шахту).

K — наличие компенсатора для корректировки уровней.

P — телескоп с прямым видением, то есть теодолит имеет систему поворота, обеспечивающую получение прямого (неинвертированного) изображения.

A — окуляр с автоматическим интерферометрическим контролем (автоматический контроль интерферометра).

Повторительный теодолит

Повторительные теодолиты оснащены специальной системой осей, которая позволяет лимбу и алидаде вращаться независимо или совместно вокруг своей оси. Использование такого теодолита дает возможность многократно перенастраивать значение измеренного горизонтального угла в конце процесса путем последовательных поворотов, что увеличивает точность измерений.

В случае нестандартных теодолитов наконечник надежно соединен с основанием и может вращаться и фиксироваться в различных позициях с помощью крепежных винтов или механизма поворота.

Фототеодолит

Фотографический или кинематографический теодолит представляет собой специализированный тип теодолита, который интегрирован с камерой и/или кинематографическими системами, а также другими оптическими устройствами. Он служит для получения высокоточными угловыми изображениями геологических объектов и искусственно созданных структур, а также для измерения коррелирующих угловых координат воздушных судов. Конструкция данного устройства может включать пленочную камеру, которая функционирует независимо от оптического канала теодолита и фиксируется к его корпусу, или зеркальную камеру, чий видоискатель выполняет роль оптического канала самого теодолита. В более ранних версиях кинематографических теодолитов изображения фиксировались на широкоформатных фотопластинах с высоким разрешением. На сегодняшний день доступны различные варианты, включая пленку, фотопластинки и цифровые теодолиты. Если объект запечатлён с помощью двух или более фотографических спутников, это даёт возможность получить приблизительные данные о его размерах, высоте и скорости движения.

Модели фототеодолитов

• В России была построена первая кинематографическая гиробашня, предназначенная для съемки летающих объектов и измерения их траектории. Постройка осуществлялась Красногорским заводом имени Зверева (КСТ-50 (D 450 мм, F 3000 мм), а комплектующие были изготовлены на космодроме Байконур.

Гиротеодолит

Гиротеодолит представляет собой гироскопическое визирное устройство, предназначенное для ориентирования в таких местах, как шахты, туннели и для геодезических исследований. Гироштатив служит для определения азимута (пеленга) выровненного направления и находит широкое применение в геодезии, топографии, картографии и смежных отраслях. Гироскоп здесь выполняет роль гирокомпаса и основан на принципах работы гирокомпасов. Некоторые конструкции гироскопов опираются на принципы, заложенные в гирокомпасе Фуко. Кроме гироскопа, гиробот также включает гониометрическое устройство, которое позволяет считывать положение датчика и определять азимут (пеленг) выровненного курса. Гониометр имеет карандашный конец с делениями в градусах и минутах, который надежно закреплен на парашюте. Наблюдение осуществляется через линию, которая проецируется на зеркало, закрепленное в измерительной ячейке. Линия визирования телескопа должна совпадать с осью гироскопа. Азимут (пеленг), определенный с помощью гироскопического метода, фиксируется по шкале теодолита. При наблюдениях с гиротеодолитом все измерения соотносятся с отвесом в точке наблюдения и горизонтальной плоскостью. Таким образом, азимут, полученный методом гироскопии, совпадает с астрономическим азимутом. Из конструктивных соображений горизонтальный индикатор, как правило, располагается под определенным углом D к оси ротора гироскопа.

Электронный

Это тип теодолита, который оборудован электронными компонентами, позволяющими вычислять и хранить координаты точек на поверхности Земли. В отличие от традиционных оптических приборов, ошибки в измерениях и регистрации сведены к нулю благодаря применению микропроцессора, который осуществляет автоматизированные расчеты. Электронный теодолит также предоставляет возможность работать в условиях низкой освещенности.

В рамках выполнении измерительных задач пользователь нацеливается на определенную точку с известными координатами, например, на тригонометрическую точку. Существуют и альтернативные варианты конструкции теодолита, такие как гиротеодолит, кинетотеодолит и тахеометр.

Характеристики и настройки

Существует концепция геометрических параметров инструмента. Ключевое правило состоит в том, чтобы все оси устройства были перпендикулярны и выровнены как по вертикали, так и по горизонтали. При смещении хотя бы одной оси точные замеры становятся невозможными. Поэтому перед началом работы важно отрегулировать инструмент, применяя отвес и спиртовой уровень для определения его положения. После завершения настройки теодолит подлежит калибровке для проверки соблюдения точности геометрических условий.

При выявлении несоответствий или ошибок, теодолит подлежит настройке для устранения выявленных проблем. Неполадки можно легко исправить с использованием регулировочных винтов. Они позволяют отрегулировать горизонтальное и вертикальное положение устройства, чтобы правильно позиционировать его в заданных пространственных координатах.

Рекомендация. Процесс настройки инструмента является довольно сложным и включает несколько этапов. Необходимо проверить соотношение между горизонтальной и вертикальной осями. Просмотр через телескоп позволяет увидеть разметку — как вертикальные, так и горизонтальные линии, а также сетку, которая помогает определить отклонение точки по отношению к контрольным маркерам.

Корректировка включает в себя приведение прядей к оптимальному состоянию. Например, вертикаль проверяется по отвесу, установленному на определенном удалении от теодолита (5-10 метров). Настройка устройства осуществляется в три ключевых этапа:

• Выравнивание. Теодолит устанавливается в точку, на которую максимально точно указывает штативный отвес. Положение корректируется с помощью центра.
• Настройка уровня. Убедитесь, что инструмент выровнен так, чтобы его конец был горизонтальным. Для этого воспользуйтесь спиртовым уровнем. После этого проверьте положение вала и при необходимости внесите коррективы.
• Сфокусируйте оптический прицел и убедитесь, что нить и мушка находятся в идеальной чистоте.

Эта последовательность остается неизменной. Данную процедуру выполняют после каждой перестановки инструмента, чтобы вернуть его в абсолютно идеальное состояние. Настройка занимает небольшое время, однако без её выполнения вы не сможете получить точные и правильные результаты.

Процесс работы

Использование инструмента требует четко определенного порядка действий. Его следует строго придерживаться, так как именно от этого зависит точность получаемых результатов.

Процесс осуществляется по нескольким этапам:

• Точная настройка и калибровка,
• идентификация точек для исследования,
• наведение на выбранные точки,
• Когда первая точка совмещена с вертикальной линией, фиксируется горизонтальное значение, которое затем заносится в журнал,
• После этого отпустите трещотку, инструмент плавно повернется по часовой стрелке к следующей точке. Совместите её с вертикальной линией, и результат также будет записан в журнал,
• Далее выполните второй проход — измените положение одного из кругов и повторите измерения. Показания, полученные на каждом этапе, суммируются и делятся пополам для вычисления среднего арифметического.

Данный способ оценки обладает более высокой точностью по сравнению с одиночным опросом. Тем не менее, в случае, если второй результат существенно отклоняется от первого, необходимо проверить настройки устройства — значительных расхождений быть не должно.

Устройство функционирует как нивелир со стержнем, который разделен на сантиметры. При помощи помощника стержень устанавливается и фиксируется в контрольной точке, после чего прибор поворачивается к нему, и производится снятие показаний вертикального круга. Аналогичная процедура выполняется для других контрольных точек. Полученные данные применяются для определения уклонов, горизонтального выравнивания, перепадов высот и других характеристик грунта или конструкций.

Проверка

Как и любой другой высокоточный измерительный инструмент, теодолит нуждается в регулярной проверке на свою точность и функциональность. Эта важная процедура установленна техническими требованиями и определенными условиями эксплуатации. Период калибровки варьируется в зависимости от модели и типа теодолита. Обычно эта информация содержится в техническом паспорте прибора.

Калибровка определяет уровень соответствия устройства основным эксплуатационным требованиям.

Данная процедура осуществляется в нескольких этапах:

• Оцените состояние устройства и проверьте наличие механических повреждений или дефектов в оптике. Особое внимание уделите корпусу на предмет трещин, царапин и вмятин, особенно на круглых шкалах. Также необходимо проверить состояние резьбы установочных и регулировочных винтов.
• Убедитесь, что оптика теодолита функционирует корректно.
• Проанализируйте точность и стабильность геометрической настройки прибора.
• Проверьте высоту тени от парашюта и убедитесь в правильности его работы.
• Измерьте интерферометрическую ошибку (отклонение от горизонтальной плоскости).
• Проверьте длину секций штатива (они должны быть равны).
• Оцените положение нитей телескопа, а также точность и качество их фокусировки.

Выявленные недостатки устраняются в процессе выравнивания. Если устранение оказывается невозможным, устройство направляется на ремонт или подлежит утилизации. Ввиду того, что для проведения проверок требуется специализированное лабораторное оборудование, лишь сертифицированные метрологические компании имеют право осуществлять данную процедуру.

Хотя вы можете попытаться выполнить проверку самостоятельно, получение официальных документов окажется невозможным. Все результаты, полученные при работе с некалиброванным устройством, считаются недействительными и не будут использованы для дальнейшего развития проекта.

Основой теодолита служит зрительная труба (или телескоп), которая является ключевым элементом всей конструкции. Телескоп установлен на специальном U-образном основании и способен вращаться вокруг горизонтальной оси. Изменения в наклоне телескопа отображаются на шкале вертикального круга.

Уникальные теодолиты

В случае с нестандартизированными теодоликами наконечник надежно закреплен на основании и может поворачиваться и фиксироваться в различных положениях с помощью крепежных винтов или поворотного механизма.

Фототеодолит

Фотографический или кинематографический теодолит представляет собой устройство, объединяющее теодолит с камерой и/или киноаппаратом, а также другими оптическими системами. Данное оборудование применяется для осуществления точной угловой съемки геологических объектов и искусственных сооружений, а также для измерения угловых координат авиационных средств. Конструкция может включать в себя пленочную камеру, которая работает независимо от оптического канала теодолита и закрепляется на нем, или зеркальную камеру, где видоискатель выступает в качестве оптического канала. В ранние времена кинематографические теодолиты использовали широкоформатные фотопластинки с высоким разрешением для фиксации изображений. На сегодняшний день устройства изготавливаются с применением пленки, пластин и цифровых фотографий. Если объект фиксируется одновременно с помощью двух и более фототеодолитов, это позволяет собирать ориентировочные данные о его размере, высоте и скорости в процессе геодезической съемки.

Модели теодолитов

Гиротеодолиты

Гиротеодолит

Гиротеодолит представляет собой устройство с гироскопом, предназначенное для точной ориентации в таких объектах, как туннели, шахты и топографические ориентиры. Гироскоп в этом приборе используется для вычисления азимута (пеленга) выровненного направления и нашел широкое применение в различных геодезических и топографических работах. Он выполняет функции гирокомпаса и работает по аналогии с принципами работы гирокомпасов, некоторые из которых основаны на методах Фуко. Этот прибор включает чувствительный элемент гироскопа, а также устройство для гониометрического считывания положения этого элемента и определения угла азимута (пеленга) выровненного направления. Устройство для измерения угла имеет шкалу с градусными и минутными делениями, которая прочно прикреплена к корпусу. Наблюдения проводятся через зеркало, встроенное в измерительную ячейку. Линия визирования телескопа должна быть строго параллельна оси гироскопа. Азимут (пеленг), определенный с помощью гироскопа, фиксируется с использованием шкалы, размещенной на теодолит. Все измерения проводятся относительно отвеса в месте наблюдения и горизонтальной плоскости. Таким образом, азимут, полученный посредством гироскопа, совпадает с астрономическим азимутом. В конструктивном плане горизонтальный индикатор обычно расположен под углом к вращающейся оси гироскопа.

Гиростанция

Фактически, это аналог гирокомпаса с гирокомпасом Фуко, основанный на использовании электронного тахометра.

Электронный

Электронный теодолит представляет собой разновидность теодолита, который оборудован устройством для электронного отсчета.

Тахеометр

Это тип электронного теодолита, который включает в себя электронное устройство для вычисления и хранения координат точек на местности, а также лазерный дальномер. В отличие от традиционных оптических приборов, погрешности при чтении и фиксации данных исключены благодаря микропроцессору, который осуществляет автоматические расчеты. Электронный теодолит также предоставляет возможность работы в условиях недостаточной видимости.

Тотальная станция

Это сочетание электронного теодолита или оптического теодолита с лазерным дальномером, GPS-приемником и управляющим блоком (процессор и/или клавиатура), размещенным отдельно от основного корпуса устройства.

Структура теодолита

Горизонтальный круг теодолита предназначен для определения горизонтальных углов и состоит из наконечника и устройства для защиты от молний.

На конце изделия имеется стеклянное кольцо, на скошенной поверхности которого размещены равномерные деления, созданные автоматическим делителем.

Градуировка наконечника (размер дуги между двумя соседними делениями) устанавливается путем оцифровки градуировочных столбиков (редко града). Деления наносятся по часовой стрелке от 0 до 360 градусов (от 0 до 400 гон).

Вместо парашюта используются специальные оптические системы, называемые референтными блоками. Парашют вращается вместе с верхней частью прибора вокруг своей оси относительно неподвижной базы; отображение горизонтального круга изменяется. Когда зажимной винт затянут, а шкала отпущена, каретка поворачивается в унисон со шкалой, а индикация остается неизменной.

Металлическая крышка предохраняет циферблат от повреждений, влаги и пыли.

Калибровка теодолитов

Перед началом осмотра необходимо выполнить общую проверку теодолита:

(a) Оптическая система телескопа должна быть чистой и обеспечивать четкое изображение;

(b) Инструмент должен вращаться легко и плавно;

(c) Подъемные, натяжные и регулировочные винты должны находиться в идеальном состоянии;

(d) Эталонные системы должны быть хорошо видны под микроскопом.

После выполнения общей проверки теодолита следует провести его калибровку:

1. Проверьте вращение подъемных винтов.

2. Ось цилиндрической плоскости в горизонтальном круге должна находиться перпендикулярно вертикальной оси устройства. Для этого необходимо установить спиртовой уровень на горизонтальном круге алидады и выровнять его по нулевой отметке с помощью подъемных винтов. Если пузырёк отклоняется от нулевой точки более чем на одну деление, его положение можно исправить, отрегулировав винт на ?

Вертикальная планка цели должна располагаться в интерферометрической точке.

Плоскость телескопа. Чтобы добиться этого, вертикальная планка прицела должна быть направлена на хорошо видимый объект. Прицельное устройство должно обеспечить возможность вращения телескопа вокруг горизонтальной оси. Если наблюдаемая точка смещается от вертикальной оси, ослабьте регулировочные винты окуляра и поверните сам окуляр. Повторите процесс калибровки.

4.4 Ось телескопа должна находиться в перпендикулярном положении относительно оси его вращения. Нарушение этого перпендикулярного согласования может привести к интерферометрической ошибке, обозначаемой как «c». Обычно величина этого отклонения составляет 2c. Для определения этой ошибки телескоп наводится на удаленный объект, и измерения проводятся в точках CL1 и KP1. Затем теодолит поворачивается на 180° и наводится снова на тот же объект для выполнения измерений на CL2 и KP2.

Величина 2c вычисляется по формуле 2c=/2.

Значение 2c должно быть меньше трехкратной разрешающей способности угловых измерений. Чтобы устранить ошибки параллельности, установите опорные значения, рассчитанные по формулам KL=KL2-c или KP=KP2+c, и отрегулируйте перекрестие до его совпадения с объектом. После этого повторите проверку. 5.

Ось вращения телескопа должна быть перпендикулярна вертикальной оси, вокруг которой вращается теодолит. Для начала выберите хорошо заметную точку на высоте 40° и на уровне инструментов. Телескоп следует переместить через зенит и направить на ту же самую точку. Если отмеченные ниже позиции совпадают, то наклон телескопа является приемлемым. В противном случае стоит сначала откорректировать перпендикулярность осей в лабораторных условиях.

Нулевая точка (НТ) вертикального круга должна оставаться стабильной и стремиться к 0°. Механизм настройки вертикального круга определяется, когда оптическая ось телескопа располагается в горизонтальной плоскости, а спиртовой уровень указывает на нулевую отметку горизонтального круга. Для вычисления значения МО наведите два различных положения вертикального круга на определенную точку и выполните соответствующие измерения. Для устройства 2T30P произведите расчет МО по формуле МО=(CL+KP)/2. Значение МО устанавливается путем наблюдения за разными целями от трех до четырех раз. Итоговое значение представляет собой среднее арифметическое всех полученных данных. Разница между результатами МО не должна превышать тройную величину точности теодолита. Достоверность вычислений МЭ проверяется с использованием формул n=KL-MO, n=KP-MO, n=0,5 (KP-KP). Все значения n должны быть идентичны.

Рисунок 10. Структура теодолита 2T30P: 1 — винт; 2 — крепежный винт телескопа; 3 — оптический прицел; 4 — колонна; 5 — винт для закрепления горизонтального круга (конец); 6 — горизонтальный круг; 7 — регулировочный винт; 8 — винт крепления парашюта; 9 — цилиндрическая площадка на парашюте; 10 — винт для настройки горизонтального круга; 11 — окуляр микроскопа; 12 — осветительное зеркало; 13 — боковая стойка; 14 — кронштейн для ручки визирования; 15 — вертикальный круг; 16 — регулировочная гайка; 17 — телескоп устройства; 18 — кольцо визирования окуляра; 19 — винт для настройки телескопа; 20 — винт для настройки трубки вспышки; 21 — треугольная база; 22 — подъемные винты; 23 — гнездо; 24 — основание; 25 — крышка.

M — это версия теодолита, специально разработанная для горных маркшейдеров. Она предназначена для использования в шахтах или туннелях и может устанавливаться на крыше, что позволяет применять её без штатива. Кроме того, в этом теодолите есть шкала в прицеле зрительной трубы, которая позволяет наблюдать за колебаниями выемки при передаче координат с поверхности в шахту.

Измерение теодолитом

Горизонтальные и вертикальные углы измеряются во время проверки прибора. Прежде чем начать измерения, убедитесь, что все подвижные части функционируют гладко. Прокрутите каретку прибора, винты и подвеску. Уменьшение возможных ошибок достигается за счёт поворота плоскости в нужном направлении. Все движения должны быть плавными и без резких рывков. Не рекомендуется выполнять движения вперёд и назад.

Перед началом измерения угла в горизонтальной плоскости необходимо установить прибор строго вертикально над опорной точкой. После этого выполните все подготовительные действия. Для обеспечения точных результатов рекомендуется повторить данный процесс несколько раз. Это поможет минимизировать риски возникновения ошибок и неточностей, которые могут негативно сказаться на итогах измерения.

Процедуры измерения углов различаются в зависимости от их типа. Основные отличия заключаются в следующем:

• Горизонтальный угол представляет собой числовое значение, отражающее разницу между измеренными величинами. Вертикальный угол определяется относительно плоскости и высоты телескопа.
• Горизонтальный угол измеряется на заранее определенных сегментах окружности, в то время как вертикальный угол фиксируется без смещения.
• Количество этапов для определения горизонтальных углов чаще всего больше, чем для вертикальных углов.

Обработка собранных данных осуществляется путем вычисления средних значений. Полученные результаты вычитаются из других показателей, что формирует «уменьшенное направление». Для оценки точности измерений проводится анализ интерферометрической ошибки. Эта ошибка вычисляется на основе имеющейся информации о точности теодолита.

Если есть необходимость в более высокоточном анализе, можно применять методики теории вероятностей и математической статистики. Следует рассчитать ожидаемое значение и дисперсию.

Корректное использование

Соблюдение эксплуатационных норм для теодолита помогает избежать значительных ошибок при проведении измерений. Эти нормы охватывают последовательность действий на различных этапах работы с прибором:

• во время хранения,
• при подготовке к работе,
• в процессе измерения,
• порядок анализа полученных результатов,
• как правильно очищать и укладывать теодолит после завершения работы.

Соблюдение всех этих правил крайне важно в зависимости от специфических условий окружающей среды: температура, влажность, ветер и уровень освещения. Почти все теодолиты функционируют в диапазоне температур от -25 °C до +50 °C при любой степени влажности. Тем не менее, необходимо учитывать, что крайне низкие или высокие температуры могут негативно сказаться на точности получаемых измерений.

Калибровка теодолита

Как и любой другой измерительный инструмент, теодолит требует регулярного контроля. В области метрологии этот процесс называется калибровкой. Частота проведения калибровки определяется индивидуально для каждого типа теодолита. Каждая проверка включает следующие ключевые параметры, которые значительно влияют на точность измерений.

Основные параметры прибора включают:

• механические характеристики (состояние основных механических компонентов без деформаций, обслуживание шкал измерений, надежность резьбовых соединений, отсутствие коррозионных элементов),
• особенности оптической системы устройства,
• геометрические параметры измерительных элементoв,
• функциональные свойства цилиндрической или круглой поверхности парашюта,
• значение ошибки в интерферометрии,
• одинаковая длина всех компонентов штатива,
• точность установки и фокусировки цели,

В процессе проверки необходимо внести изменения в параметры устройства, которые оказались вне установленного диапазона значений.