Принцип работы теодолита

• для определения уклона рельефа
• контроль строительства на различных этапах
• строительство подземных сооружений
• разработка горных выработок
• контроль деформации зданий и сооружений
• создание геодезических сетей и т.д.

Теодолит- это геодезический инструмент, применяемый для измерения горизонтальных и вертикальных углов. Является одним из основных инструментов, используемых в строительных, геодезических и маркшейдерских работах. Подробнее об устройстве прибора и методике измерения углов можно ознакомиться в статье «Как работать с теодолитом?»

Теодолит применяется для выполнения следующих задач:

• для определения уклона рельефа
• контроль строительства на различных этапах
• строительство подземных сооружений
• разработка горных выработок
• контроль деформации зданий и сооружений
• создание геодезических сетей и т.д.

• простые, в которых лимб и алидада вращаются отдельно друг от друга;
• повторительные, в которых лимб и алидада могут вращаться как совместно, так и независимо друг от друга.

Виды и классификация

Как сложные высокотехничные приборы теодолиты имеют свою классификацию. Различают следующие виды теодолитов:

• Оптические теодолиты – один из самых распространенных современных типов, точные и надежные для применения в полевых условиях устройства всегда популярны и востребованы среди геодезистов. В отличие от электронных собратьев не требуют для своей работы элементов питания и неприхотливы в эксплуатации: могут работать в широком диапазоне температур, включая низкие отрицательные температуры.

Оптические теодолиты обладают минимальным и ключевым набором возможностей, производя отсчеты по угломерной шкале. Следует понимать, что при отсутствии внутренней памяти инструмента в изысканиях необходимо будет вести полевой журнал работ.

Конструктивное строение теодолита тоже предполагает свое подразделение:

• простые, в которых лимб и алидада вращаются отдельно друг от друга;
• повторительные, в которых лимб и алидада могут вращаться как совместно, так и независимо друг от друга.

По точности теодолиты делятся на высокоточные с допуском погрешности 0,5’’-1’’, точные (2’’-10’’), технические (15’’-30’’).

Электронный теодолит – это более современный прибор. Он имеет свои достоинства и недостатки.

Теодолиты, содержащие преобразователь «угол-код» и позволяющие во время наблюдений получать результаты измерений на цифровом табло, называют цифровыми или электронными. Они позволяют автоматизировать процесс угловых измерений.

В цифровых теодолитах используют не традиционную систему деления угломерных кругов на грады или градусы, а такую систему обозначений, чтобы число знаков для передачи информации было наименьшим и чтобы получаемую информацию можно было ввести автоматически в вычислительное устройство.

В отличие от оптических теодолитов, где измерения происходят по минутам, градусам, секундам, электронные теодолиты используют двоичную систему исчислений. Проще говоря, измеренный угол отображается в двоичном коде, при этом лимб делится на белые и черные полосы.

Когда эти полосы просвечиваются, возникают сигналы (0 и 1), которые обрабатываются и записываются в память прибора. Эта система исчислений позволяет существенно уменьшить объем информации и произвести автоматическую запись в память электронного теодолита.

Считывание закодированной информации проводится с помощью механических, индуктивных, магнитных, фотоэлектрических преобразователей и электроннолучевой трубки. В геодезическом приборостроении более рациональными оказались фотоэлектрические преобразователи.

Электронный теодолит – это более современный прибор. Он имеет свои достоинства и недостатки.

К достоинствам можно отнести:

• наличие дисплея (исключает ошибку снятия отчета);
• экономия времени;
• возможность работы в темное время суток.

К недостаткам относят:

• ограниченный температурный диапазон;
• необходимость иметь доступ к электрической сети для зарядки аккумуляторов.

В зависимости от допускаемой погрешности измерения горизонтального угла одним приемом в лабораторных условиях теодолиты подразделяют на следующие типы и группы (ГОСТ 10529-96):

Теодолит — прибор, служащий для измерения горизонтальных и вертикальных углов (ГОСТ 21830-76). Кроме этого основного назначения с помощью теодолита устанавливают горизонтальность и вертикальность линий и плоскостей, задают направления; применяя нитяной дальномер и рейку с делениями, определяют расстояния и превышения.

Своим названием теодолит обязан двум словам из греческого языка – theomai и dolichos, которые в переводе, соответственно, обозначают – «смотрю» и «далеко». Впервые этот прибор был упомянут как «теодолитос» в документальном источнике, датированным 1571 годом.

Современные теодолиты делятся на четыре вида:

Каждый из видов имеет свои конструктивные особенности, сферу использования и точность измерения.

В зависимости от допускаемой погрешности измерения горизонтального угла одним приемом в лабораторных условиях теодолиты подразделяют на следующие типы и группы (ГОСТ 10529-96):

• Высокоточный теодолит — с ошибкой измерения угла ≤ 1″
• Точный теодолит — с ошибкой измерения угла ≤ 5″
• Технический теодолит — с ошибкой измерения угла ≤ 15-60″

В условное обозначение теодолита входит обозначение типа и исполнения теодолита. В зависимости от конструктивных особенностей следует различать теодолиты следующих исполнений (ГОСТ 10529-96):

• С уровнем при вертикальном круге (традиционные, обозначение не применяется);
• С компенсатором углов наклона — К;
• С автоколлимационным окуляром (автоколлимационные) — А;
• С зрительной трубой прямого видения (изображения) — П;
• Маркшейдерский — М;
• Электронный– Э.

Допускается сочетание указанных исполнений в одном приборе. Если теодолит имеет зрительную трубу прямого изображения, то в условное обозначение теодолита добавляют букву П. Например:

• Теодолит с допускаемой погрешностью измерения горизонтального угла 2″ с компенсатором углов наклона, автоколлимационный: Т2КА.
• Теодолит с допускаемой погрешностью измерения горизонтального угла 30″ с уровнем при вертикальном круге и зрительной трубой прямого изображения, маркшейдерский: Т30МП.
• Теодолит с допускаемой погрешностью измерения горизонтального угла 5″, электронный: Т5Э.

Для модификаций теодолитов допускается перед условным обозначением теодолита указывать порядковый номер модели, например 3Т2КА.

Теодолиты по конструктивной особенности также разделяются:

Для более универсального использования теодолитов промышленность выпускает целый ряд приспособлений к ним: — комплекты визирных целей, оптические двухсторонние центриры, накладные уровни, буссоли, центрировочные плиты, комплект электрооборудования.

Нижняя область станового винта оснащена крючком, на который следует подвесить нитяной отвес. Наблюдая за остриём груза отвеса и передвигая ножки штатива, фиксируют прибор с точностью 3–5 см. Так, чтобы расстояние между остриём грузика и центром не превышало 3–5 см. Далее следует вдавить треногу в землю, осуществляя контроль по грузику за нахождением прибора относительно центра.

Подготовка теодолита к работе включает в себя три основных этапа: центрирование, горизонтирование и фокусировку.

Центрирование

Подразумевает установку прибора со штативом над центральной зоной измерительного пункта. Во время геодезических операций для центрирования используют нитяной отвес или оптический центрир. Точность выполняемой работы и точность центрирована взаимосвязаны. На глаз определяют центральную точку геодезического пункта. Над этим центральным сектором размещают прибор.

Нижняя область станового винта оснащена крючком, на который следует подвесить нитяной отвес. Наблюдая за остриём груза отвеса и передвигая ножки штатива, фиксируют прибор с точностью 3–5 см. Так, чтобы расстояние между остриём грузика и центром не превышало 3–5 см. Далее следует вдавить треногу в землю, осуществляя контроль по грузику за нахождением прибора относительно центра.

Последним шагом должно быть ослабевание станового винта штатива. При перемещении трегера пальцами правой руки острие грузика отвеса должно очутиться прямо над центром. Выполнив это, можно затянуть становой винт.

Горизонтирование

Конечная цель этого этапа — добиться, чтобы горизонтальный круг теодолита оказался в горизонтальной плоскости. Ось вращения же должна принять отвесное положение. Теодолит должен быть развернут так, чтобы цилиндрический уровень поворотной линейки расположился вдоль двух подъемных винтов.

Ослабевая или затягивая подъёмные винты, приводят уровневый пузырёк в нулевой пункт. Пузырёк может быть как с левой стороны от середины, так и с правой. От этого зависит, в каком направлении нужно вращать подъёмные винты.

Дальше теодолит разворачивают на 90 градусов. Подключают третий подъёмный винтик. Пузырь приводят к нулевому пункту.

Контроль горизонтирования проводят посредством разворачивания прибора в несколько различных положений. Горизонтирование считается выполненным успешно, если в любом произвольном положении пузырёк уровня отклоняется от середины не больше чем на одну риску.

Рассматриваемая схема применима, если алидада горизонтального круга оснащена цилиндрическим уровнем. Некоторые теодолиты при поворотной линейке имеют круглый уровень. При таком раскладе прибор фиксируют в произвольном положении. Начинают поочерёдно вращать три подъёмных винтика, приводя мембранную капсулу к нулевой отметке. Осуществляют контроль качества проделанного горизонтирования.

Выполнив последовательно центрирование и горизонтирование теодолита, можно обнаружить, что ось вращения прибора приняла отвесное положение и проходит через центр геодезического пункта.

Фокусировка

Фокусируют сетку нитей этого геодезического девайса перед самым началом измерительных работ. Вращают диоптрическое кольцо окуляра наблюдательной трубы прибора до того, пока не появится чёткая картина сетки нитей.

Фокусируют шкалу отсчетного механизма путём вращения диоптрического кольца микроскопа, пока не будет наблюдаться чёткая градация шкалы. Проводя фокусировку и последующие измерения, стараются добиться достаточного освещения шкалы, используя зеркало подсветки.

Есть два принципиально отличающихся вида теодолитов по конструкции корпуса, а именно, подвижности лимба и алидады. В повторительных типах эти элементы можно закреплять поочередно и снимать показания методом последовательных повторений. А вот в простых этого делать нельзя, алидада и ось представляют там одно неподвижное целое, каждое измерение потребует отдельной настройки. Теперь напоследок рассмотрим маркировку инструмента, чтобы не путаться и не ожидать от измерений чего-то большего, чем они могут дать.

Измерение углов теодолитом – изучаем марки приборов

Есть два принципиально отличающихся вида теодолитов по конструкции корпуса, а именно, подвижности лимба и алидады. В повторительных типах эти элементы можно закреплять поочередно и снимать показания методом последовательных повторений. А вот в простых этого делать нельзя, алидада и ось представляют там одно неподвижное целое, каждое измерение потребует отдельной настройки. Теперь напоследок рассмотрим маркировку инструмента, чтобы не путаться и не ожидать от измерений чего-то большего, чем они могут дать.

После точности идут еще несколько букв, они обозначают особенности конструкции и исполнения. (М – маркшейдерское назначение, Э – электронный, А – автоколлимация, П – дает прямое изображение, К – имеет компенсаторы).

Работать с таким устройством намного проще, чем с обычным. Некоторые электронные модели оснащены дополнительными функциями для автоматизации работы. Однако простые оптические конструкции в некоторых ситуациях все же более предпочтительны:

Конструктивные характеристики

Теодолиты менялись со временем. Самые первые образцы имели в центре угломерного круга линейку на острие иглы, которая свободно на нем вращалась. На линейке имелись вырезы, также на них были натянутые нити, выступающие в роли отсчетных индексов. А центр угломерного круга устанавливался в вершину угла и крепко закреплялся.

При повороте линейки ее совмещали с первой стороной угла, далее брался отсчет по шкале угломерного круга. А потом линейка совмещалась с другой стороной угла, и брался второй отсчет. Разница двух значений соответствует значению угла. С целью совмещения линейки с разными частями угла использовали простые визиры.

В наши дни конструкция прибора значительно усовершенствовалась. Так, для совмещения линейки со сторонами угла используют трубу, которая двигается по высоте и азимуту. Для отсчета также используется специальное приспособление, его современная конструкция, которая в отличие от своих «предков» покрыта защитным кожухом из металла.

Для обеспечения плавных вращений подвижных элементов применяется осевая система, сами же движения регулируются посредством наводящих и зажимных винтов. Теодолит устанавливается на земле на штативе, а центр с отвесной линией совмещен посредством нитяного отвеса или оптического центрира.

Стороны угла, который подлежит измерению, проектируется на плоскость круга с помощью вертикальной движущейся плоскости (коллимационной). Она образуется через визирную ось трубы при ее вращении вокруг своей оси. Визирная ось является воображаемой линией, что проходит через центр нитевой сетки и оптический центр объектива.

Элементы прибора

Теодолит включает в себя такие составные элементы:

Вращения в теодолитах имеют три разновидности:

• движение трубы;
• лимба;
• алидады.

Движение трубы и алидады при этом снабжено наводящим и зажимным винтом. Движение лимба может осуществляться разными путями. В теодолитах повторительного типа лимб двигается исключительно вместе с алидадой, а в некоторых моделях лимб двигается посредством двух винтов, которые работают только при зажатом алидадном винте. Есть также варианты, где лимб посредством специальной защелки скрепляется с алидадой, и их совместное вращение регулируется за счет винтов.

Особенности электронных моделей

Электронные теодолиты являются современными приборами для измерения углов. Их применение исключает ошибки при снятии отсчета, поскольку значения отображаются на специальном экране в виде цифр. Отображение осуществляется за счет того, что в горизонтальный и вертикальный круги встроены специальные датчики.

Работать с таким устройством намного проще, чем с обычным. Некоторые электронные модели оснащены дополнительными функциями для автоматизации работы. Однако простые оптические конструкции в некоторых ситуациях все же более предпочтительны:

• они не нуждаются в подзарядке;
• способны стабильно работать даже в экстремальных условиях.

А вот устройства электронного типа нельзя использовать в условиях низких температур (менее 30 градусов ниже нуля).

Стенд снабжен системой автоматического распознавания «ученик/учитель» для ограничения доступа к эксплуатации оборудования в отсутствие преподавателя и исключения выхода из строя вследствие его некорректного использования, а также строгого соблюдения техники безопасности при эксплуатации оборудования.

УП5102

Электрифицированный стенд представляет собой информационную панель с раздельной световой индикацией. На стенде представлена информация об устройстве и принципе работы теодолита, а также о его основных конструктивных элементах. В конструкцию учебного оборудования интегрированы магниточувствительные сенсоры для управления стендом при помощи интерактивного воздействия приемо-передающих устройств. Предусмотрено два режима работы со стендом: «Обучение» и «Контроль».

Стенд снабжен системой автоматического распознавания «ученик/учитель» для ограничения доступа к эксплуатации оборудования в отсутствие преподавателя и исключения выхода из строя вследствие его некорректного использования, а также строгого соблюдения техники безопасности при эксплуатации оборудования.

• Габариты: не более 1500 х 1000 х 50 мм.
• Температурный режим работы: 0…+30 о С.
• Электропитание: 220 В.
• Потребляемая мощность: не более 50 Вт.
• Вес: не более 15 кг.

1. Электрифицированный стенд.
2. Система автоматического распознавания «ученик/учитель».
3. Элемент управления.
4. Паспорт с руководством по эксплуатации.
5. Крепежные элементы.

Целью данного стенда является наглядное изучение конструкции теодолита и особенностей работы с данным видом оборудования.

Электронный теодолит — это современный геодезический прибор, имеющий свои плюсы и минусы. Преимущества использования цифрового теодолита:

Строение и принцип работы теодолита

Конструкция цифрового теодолита состоит из 7 основных элементов.

• Зрительная труба
• ЖК дисплей с панелью управления
• Корпус с двумя лимбами (горизонтальным и вертикальным отсчетными кругами)
• Микропроцессор для считывания и обработки данных
• Оптический или лазерный отвес
• Трегер — подставка, с винтами для горизонтирования прибора
• Цилиндрический уровень и/или датчик угла наклона

Значения углов в теодолитах считываются с лимбов. Это стеклянные круги, разделенные штрихами на равные доли (обычно градусы, минуты, секунды). В электронных теодолитах используется не градусная разметка, а цифровая. При ее просвечивании формируется код, который обрабатывается в микропроцессоре, а результат выводится в цифровом виде на дисплей.

На выбор инструмента влияют несколько факторов: сложность задач, климатические условия, в которых планируется использовать прибор, а также бюджетные возможности компании.

• механические (с механическими системами визирования);
• оптические (с оптическими отсчетными устройствами);
• электронные (с микропроцессорами и панелью управления);

Оптический теодолит 4Т30П – один из самых известных отечественных геодезических приборов — прибор, выпускаемый Уральским оптико-механическим заводом.
В зависимости от принципа работы, теодолиты можно разделить на следующие группы:

• механические (с механическими системами визирования);
• оптические (с оптическими отсчетными устройствами);
• электронные (с микропроцессорами и панелью управления);

— по точности измерений:

• технические,
• точные,
• высокоточные;

— по области применения:

• строительные,
• военные,
• астрономические,
• маркшейдерские.

Устройство теодолита 4Т30П обеспечивает квадратическую ошибку измерения одним приемом 20″ для горизонтального угла и 30″ для вертикального угла.

Геодезические приборы просты и удобны в работе, имеют высокую скорость снятия показаний. При выполнении измерений, используются, геодезический штатив S6-Z, встроенный оптический центрир, а также фонарь, с помощью которого осуществляется подсветка шкалы микроскопа.

I — кремальера; 2 — закрепительный винт трубы; 3 — окуляр микроскопа; 4 — зрительная труба; 5 — зеркало подсветки; 6 — колонка; 7 — подставка; 8 — рукоятка перестановки лимба; 9 — закрепительный винт алидады; 10 — юстировочный винт;
II — кольцо окуляра диоптрийное; 12 — колпачок; 13 — уровень при алидаде; 14 — наводящий винт алидады; 15 — наводящий винт трубы; 16 — визир