Что такое алидада в теодолите

Принцип работы теодолита

Теодолит – оптико-электронный прибор, производящий угломерную съемку с измерениями вертикальных и горизонтальных углов.

Сфера применения теодолитов:

• построение сети геодезических точек на местности, образованной треугольниками (триангуляция);
• построение топографических планов и карт;
• определение расположения точек земной поверхности относительно друг друга (полигонометрия);
• проведение общестроительных работ: фиксация горизонтальности и вертикальности всевозможных конструкций – свай, колонн, фундамента, панелей и т.д.

Виды и классификация

• 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.

• Лазерные теодолиты также достаточно просты в использовании, в основе их действия лежит применение лазерного луча в качестве точного указателя. Объединение в одном корпусе двух функциональных устройств – высокоточного электронного измерительного инструмента и визира несет определенные удобства для пользователя. Все вычисления осуществляются автоматически мощным процессором и выводятся на дисплей прибора – удобство и легкость в работе налицо.
• Цифровые теодолиты отличаются использованием вместо горизонтального и вертикального кругов с поградусной разметкой штрих-кодовых дисков. Все замеры выполняются в автоматическом режиме. Классическая конструкция электронных теодолитов включает в себя запоминающее устройство, позволяющее во внутренней памяти инструмента хранить полученные информационные данные. Имеющие элементы питания и жидкокристаллический дисплей электронные теодолиты не предназначены для работы в условиях низких температур и сложных климатических условиях.
• Фототеодолиты, представляющие собой конструктивное объединение теодолита и фотокамеры для определения топографических координат;
• Кинотеодолиты, предназначенные для фиксации траектории движения различных объектов на земной поверхности и в воздушной среде.

Общее устройство

• оптическая визирная труба с определенной кратностью увеличения, в окуляр которой смотрит пользователь, закреплена на двух установленных на трегере колонках;
• два отсчетных механизма: вертикальный круг — по вертикальным углам, расположенный в колонке; лимб или горизонтальный круг — по горизонтальным углам, расположенный в основании теодолита;
• отсчетное устройство, используемое в инструментах механического типа – шкаловой (отсчет по шкале) или штриховой (отсчет по штриху-индексу) микроскоп, с помощью которого считываются показания с лимбов;
• алидада – жестко соединенная с корпусом лимба поворотная линейка с отсчетными приспособлениями (нониусами или верньерами);
• наводящие (микрометренные) и закрепительные (зажимные) винты, сообщающие механизмам теодолита малое плавное движение при выполнении настроек и юстировки;
• встроенный оптический отвес (центрир) для точного центрирования над точкой;
• геодезический штатив-тренога для работы на местности, на который устанавливается теодолит.

Принцип действия

Принцип работы теодолита механического типа основан на наблюдении пользователем через окуляр зрительной трубы изображения контрольных точек конструкции.

После наведения визира на искомую точку наблюдения в окуляре микроскопа со шкальной или штриховой разметкой фиксируются значения горизонтального и вертикального углов: угол направления и угол наклона.

Наводясь последовательно на разные точки инженерно-строительной конструкции, специалист измеряет углы, занося эти показатели в полевой журнал (при использовании оптического типа устройства).

Выполненные геодезистом замеры углов также помогут проконтролировать правильность выполнения проекта.

Использование в работе электронных приборов делает ненужным пункт визуальной фиксации углов: цифровые датчики вертикального и горизонтального кругов автоматически передают отснятые данные в привычном цифровом представлении на жидкокристаллический дисплей инструмента и сохраняют эти показания во внутренней памяти.

Видео по теме

Устройство теодолита – составные части и их назначение

Это приспособление позволяет замерять углы в пространстве с высокой точностью, работает как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной.

Обычно действует относительным методом, то есть за основу берется какой-то эталонный объект, а уже по нему ведется отсчет искомого угла.

Шкала, по которой наблюдается результат, представлена в виде горизонтального и вертикального кругов.

Находится вся конструкция на подставке, на которой имеются регулировочные винты для управления основными узлами.

Человек производит измерение углов теодолитом через зрительную трубу, которая управляется винтами.

Они позволяют правильно навести окуляр на объект и закрепить саму трубу в нужном положении, когда контрольная точка была найдена.

Лимб и алидада – это функциональные части горизонтального круга, которые активно используются, когда мы делаем измерение горизонтальных углов теодолитом.

Лимб – неподвижное стеклянное кольцо с делениями на 360 градусов, а алидада вращается вместе с примыкающей частью прибора и выставляет таким образом отсчет.

Чтобы зафиксировать отсчет и дальше проводить измерения относительно него, следует закрепить специальный винт и отпустить лимб, тогда корпус будет статичен, а лимб и алидада – двигаться.

Основные части теодолита нам уже известны, но нельзя игнорировать приспособления, с помощью которых мы можем быть уверены в надежности снимаемых показаний. Например, контролировать степень горизонтальности установки прибора помогает цилиндрический уровень, а оптический центрир не даст нам упустить точку отсчета и убедит нас в том, что мы центрированы ровно над ней. А сами отсчеты снимаются по микроскопу, это финальный этап работы замерщика.

Теодолит его составные части

Устройство теодолита основано на законах оптики, механики, электроники.

Устройство теодолита 2т30

Схема теодолита включает следующие основные части:

• оптическую часть устройства составляет зрительная труба;
• два, перпендикулярно расположенных круга (один вертикальный, другой горизонтальный);
• трагерные системы (позволяющие находится длительное время в устойчивом состоянии);
• встроенный микроскоп (способ измерения может быть штриховой или шкаловой);
• специальная поворотная линейка (именуемая алидадой);
• закрепительный и наводящий винты;
• регулируемый штатив (с его помощью происходит установка на местности и подготовка прибора к работе).

Электронный теодолит

Работа с теодолитом

Горизонтирование теодолита

Измерение горизонтальных углов теодолитом предполагает установку прибора в вершине определяемого угла.

Для этого сначала ставят штатив так, чтобы центр площадки для установки штатива был примерно над точкой, а плоскость площадки – горизонтальна.

Только после этого теодолит закрепляют на штативе, центрируют и горизонтируют прибор.

Центрирование теодолита — это проецирование оси вращения алидады и лимба по отвесной линии на вершину определяемого угла с точностью для механического отвеса ± 5 мм, ± 1-2 мм для оптического отвеса.

Сначала проводится центрирование штатива с помощью механического отвеса с точностью 10-15 мм.

При этом необходимо установить штатив горизонтально, чтобы регулировка подъемных винтов позволила произвести горизонтирование прибора.

При установке прибора на штатив, производим окончательное центрирование теодолита, передвигаем оптический теодолит, ослабив становой винт.

Горизонтирование теодолита – это последовательное горизонтирование плоскости лимба горизонтального угломерного круга (ГУК) и приведение вертикальной оси вращения в отвесное положение. Процесс горизонтирования контролируется по цилиндрическому уровню алидады ГУК и производится посредством подъёмных винтов теодолита.

Поворачивая алидаду, направляют ось уровня по двум подъёмным винтам и перемещают пузырёк уровня в центр. Затем следует повернуть алидаду на 90 ° и, используя третий подъёмный винт, вновь перевести пузырёк в центр.

Действия необходимо повторять до тех пор, пока пузырек не станет сходить с середины при всех позициях алидады горизонтального круга.

Допустимое его отклонение не больше двух делений шкалы цилиндрического уровня.

Устройство теодолита и его назначение

С точки зрения входящих в комплект частей, устройство теодолита простое. Трудности возникают в процессе настройки прибора. Дело это тонкое и требуют постоянные проверки. Однако в строительстве и проектировании прибор просто незаменим. Геодезисты знают об этом, мы же попробуем описать, так сказать, строение теодолита и его работу более популярным языком.

Основные части теодолита

Приспособление позволяет с высокой точностью замерять углы в пространстве и работать в горизонтальной или вертикальной плоскости. Как правило, выбирается относительный метод, когда за основу принимается эталонный объект, а по нему уже отсчитывается искомый угол. Измерение таким способом известно с XIX века, но сегодняшние теодолиты — это усовершенствованные приспособления, которых существует несколько разновидностей.

Шкала. Этот элемент, представленный горизонтально или вертикально расположенным кругом, показывает результат. Находится на подставке, имеющей регулировочные винты для управления главными узлами. Измеритель смотрит в окуляр, управляемый винтами, которые позволяют навести окуляр на объект и закрепить его, когда найдена контрольная точка.

Лимб и алидада. Части горизонтального круга, активно использующиеся при измерении горизонтальных углов.

• Лимб — это стационарное стеклянное кольцо с делениями на 360°.
• Алидада — элемент, вращающийся с примыкающей частью прибора и выставляющий отсчет.

Для фиксации отсчета и дальнейшего проведения измерений относительно него закрепляется специальный винт и отпускается лимб, корпус в этом случае останется неподвижным, двигаться же будут лимб и алидада.

Это и есть главные части теодолита. Но снимать показания помогают и другие устройства, с которыми тоже будет полезно познакомиться. Степень горизонтальности установки теодолита контролируется с помощью цилиндрического уровня, а точку отсчета потерять не дает оптический центрир. Отсчеты снимаются по микроскопу, и это финальная стадия работы замерщика.

Виды устройств

Имеются следующие виды устройств:

• Механические. Наиболее простой по конструкции и самый дешевый тип, однако у него и самая низкая точность, поэтому для серьезной работы он не подходит.
• Электронные. Электронный теодолит удобен, потому что оснащен устройством для считывания и обработки результатов, геодезисту остается правильно выставить его, а остальное прибор сделает сам.
• Оптические. Наиболее широкое распространение получил теодолит оптический. Он не производит расчеты, как электронный, но стоимость устройства и качество измерения привлекают.
• Лазерные. Эти теодолиты самые дорогие, но и более совершенные устройства. Позволяют делать измерения с большой точностью и удобны в использовании, но приобретать их имеет смысл лишь для постоянных работ, где высоки требования к результату.

Два принципиально разных вида теодолитов отличаются по подвижности алидады и лимба. В повторительных типах данные элементы могут закреплять поочередно, а показания снимать методом последовательных повторений. Обыкновенные варианты этого не допускают, так как алидада с осью представляют в них единое неподвижное целое, и для каждого измерения требуется отдельная настройка.

Маркировка

Марка теодолита — это совокупность букв и цифр. В каждой есть связка литеры «Т» с какой-либо цифрой. Буква указывает на то, что прибор — теодолит, цифры показывают погрешность измерения в секундах, чем они больше, тем больше и погрешность.

• Цифрой 1 маркируются высокоточные приборы.
• Цифрами 2 и 5 маркируются точные теодолиты.
• Цифрами 15 и 30 маркируются технические приборы.

Стоит цифра точности после литеры «Т», а если перед буквой есть другая цифра, она служит для обозначения поколения прибора или его модификации в категории марки.

Требования перед работой

Перед измерением углов теодолит проверяется. Нужно проверять специальную отметку или пломбу, а также периодически — геометрические параметры, так как ошибка в пару градусов со временем может привести к катастрофе!

• Важна абсолютная вертикальность оси алидады и ее перпендикулярность цилиндрическому уровню.
• Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна ей, не выполнив этого коллимационного условия, четкая система отсчета невозможна.
• Оси трубы и алидады должны быть перпендикулярными.
• Проверяем, насколько измерительная сетка расположена в вертикальной коллимационной плоскости.

Использование теодолита

Приемов профессионального использования приборов много, и им учат на специальных курсах, здесь же приведем основные из них.

• Установка теодолита. Первым шагом станет нахождение точки отсчета. На местности находим ровную поверхность, по которой центрируем прибор на подставке уровнями и зажимными винтами. В итоге положение прибора должно получиться строго горизонтальным.
• Ловим объект. Визиром отыскиваем цель и точнее наводим винтами измерительную сетку, чтобы установить центр объекта. На это смотрим через окуляр, а если света недостаточно, улучшить ситуацию поможет специальное зеркальце (как в случае с микроскопом). После выставления центра окуляром фиксируется его значение.
• Обработка результатов. Лучше сделать не одно, а несколько измерений. Новый отсчет рекомендуется на известную величину, к примеру, 90°. Если новые измерения отличаются от предыдущих на 90°, то результат можно фиксировать, если нет — производится еще пара подобных измерений с разным отсчетом и вычисляется среднее значение.

История приборов

Первые теодолиты в центре угломерного круга на острие иголки имели линейку, способную вращаться на этом острие свободно (подобно стрелке компаса). В линейке делались вырезы, в которых натягивались нити, служащие отсчетными индексами. Центр угломерного круга помещался в вершину измеряемого угла, где и закреплялся.

Поворачивая линейку, ее совмещали с первой стороной угла и по шкале круга брали отсчет N1. Потом линейку совмещали со второй стороной угла и брали отсчет N2. Разность N2 и N1 равнялась значению угла. Подвижную линейку назвали алидадой, а угломерный круг — лимбом. Совмещение линейки-алидады со сторонами угла осуществлялось с помощью примитивных визиров.

Современные теодолиты существенно отличаются от предшественников.

• Совмещение алидады со сторонами угла производится с помощью зрительной трубы, которая может вращаться по высоте и азимуту.
• Для отсчета по шкале лимба применяется отсчетное приспособление.
• Конструкцию покрывает прочный металлический кожух.
• Прочее.

Плавное вращение алидады и лимба обеспечивает система осей, а регулируются вращения наводящими и зажимными винтами.

Установки теодолита производятся с помощью специального штатива. Центр лимба с отвесной линией, которая проходит через вершину измеряемого угла, осуществляется оптическим центриром или нитяным отвесом.

Коллимационная плоскость образуется визирной осью окуляра при вращении зрительной трубы вокруг собственной оси. Стороны угла проектируются на лимб подвижной вертикальной плоскостью, называющейся коллимационной плоскостью. Плоскость эта образуется визирной осью зрительной трубы, когда труба вращается вокруг своей оси.

Визирной осью трубы (визирной линией) называется воображаемая линия, которая проходит через центр сетки нитей и оптический центр объектива трубы.

Теодолит

Теодолит – геодезический прибор для измерения на местности горизонтальных и вертикальных углов посредством оптических систем, лимбов и отсчетных устройств.

Основными частями теодолита являются: лимб, алидада, зрительная труба, уровни, вертикальный круг, трегер, штатив.

Лимб – угломерный круг с делением от 0° до 360°.

Цена деления лимба – величина центрального угла, опирающегося на дугу, соответствующую наименьшему делению лимба.

Алидада – подвижная часть теодолита, несущая систему отсчитывания по лимбу.

Зрительная труба – служит для визирования на наблюдаемые предметы, крепится на подставках алидадной части инструмента.

Уровни – служат для приведения осей инструмента в горизонтальное или вертикальное положение. Бывают цилиндрические и круглые, состоят из ампулы, оправы и регулировочного приспособления.

Нуль-пункт уровня – точка в середине шкалы ампулы.

Система осей теодолита – обеспечивает вращение алидадной части вокруг вертикальной оси. Вертикальный круг – служит для измерения вертикальных углов.

Трегер – подставка с тремя подъемными винтами.

Винты – закрепительные и микрометренные (наводящие). Служат для фиксации отдельных частей теодолита: трубы, алидады, лимба.

Сетка нитей – взаимно перпендикулярные штрихи, нанесенные на стеклянную пластинку. Биссектор – две вертикальные близко расположенные параллельные линии сетки нитей. Штатив – приспособление в виде треноги для крепления теодолита в процессе работы.

Укомплектован нитяным отвесом и становым винтом.

Исследование теодолита – это комплекс действий с целью установления качества изготовления и сборки как отдельных частей, так и всего инструмента в целом и правильности их взаимодействия.

Поверки теодолита – это комплекс действий по проверке соответствующих геометрических и оптико-механических условий. Выполняются в определенной последовательности. Юстировка теодолита – это исправление инструмента посредством юстировочных (исправительных) винтов.

Основные оси теодолита

1. Визирная ось (VV’) – мнимая линия, соединяющая перекрестие сетки нитей и оптический центр объектива.

2. Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга (UU’) – это касательная к дуге продольного сечения внутренней поверхности ампулы в нуль-пункте.

3. Ось вращения алидады горизонтального круга (ZZ’) – основная ось, около которой осуществляется поворот прибора в горизонтальной плоскости.

4. Ось вращения зрительной трубы теодолита (HH’) – мнимая линия, вокруг которой происходит вращение зрительной трубы.

Расположение основных осей теодолита приведено на рис. 2.1. Рис. 2.1. Схематическое расположение основных осей теодолита Геометрические условия основных осей теодолита

Коллимационная плоскость – плоскость, образуемая визирной осью зрительной трубы при вращении ее вокруг горизонтальной оси.

Коллимационная ошибка (с) – угол между фактическим и теоретическим положением визирной оси, которую вычисляют по формуле

(2.1) где КЛ, КП – отсчеты по горизонтальному кругу на хорошо видимую, четко очерченную цель при двух положениях вертикального круга. Основное условие вертикального круга теодолита заключается в том, чтобы визирная ось зрительной трубы была параллельна оси цилиндрического уровня при алидаде вертикального круга, когда отсчет на этом круге равен нулю.

Место нуля (МО) – угол, образованный не параллельностью визирной оси и оси уровня при алидаде вертикального круга. Вычисляют по формуле для теодолита 2Т30

(2.2)где КЛ, КП – отсчеты по вертикальному кругу на хорошо видимую, четко очерченную цель при двух положениях вертикального круга.

Угол наклона (ν) – угол между горизонтальной плоскостью и направлением визирной линии трубы.

Угол наклона (ν) для теодолита 2Т30 вычисляют по формулам

(2.4)где МО – значение места нуля. Если МО ≤ 2t, где t – точность инструмента, то ν = КЛ; КЛ, КП – отсчеты по вертикальному кругу.

Рис. 2.2. Теодолит Т30:

1 – наводящий (микрометренный) винт горизонтального круга; 2 – окуляр микроскопа;

3 – зеркало подсветки;

4 – посадочный паз для буссоли;

5 – закрепительный винт зрительной трубы;

6 – наводящий (микрометренный) винт зрительной трубы;

7 – наводящий (микрометренный) винт алидады;

8 – трегер (подставка);

9 – подъемный винт;

Рис. 2.4. Поле зрения микроскопа теодолита 2 Т 30

Нивелирование – процесс измерения превышения одних точек местности над другими.

Нивелир – геодезический прибор, предназначенный для измерения превышения между двумя точками при помощи горизонтального визирного луча и двухсторонних шашечных реек с сантиметровыми делениями на обеих сторонах.Основными частями нивелира являются:

— цилиндрический уровень при трубе;

— установочный круглый уровень;

— закрепительный и микрометренный винты азимутального вращения;

Репер – постоянный знак закрепления нивелирного хода.

Геометрическое нивелирование – определение превышений горизонтальным лучом визирования при помощи нивелира и нивелирных реек.

Неравенство плеч на станции – расхождение в расстояниях от нивелира до задней и передней реек.

Главное условие нивелира – ось уровня при трубе должна быть параллельна визирной оси трубы.

Превышение одной точки относительно другой – разность отметок этих точек.

Станция нивелирования – точка стояния нивелира, на которой выполняется измерение превышения.

Рис. 2.5. Станция нивелирования:

h – превышение точки В относительно А; a – отсчет на заднюю рейку;

b – отсчет на переднюю рейку

Рис. 2.6. Нивелир Н 3:

1 – элевационный винт уровня; 2 – зрительная труба; 3 – корпус контактного цилиндрического уровня; 4 – целик; 5

– винт фокусировки трубы; 6 – закрепительный винт зрительной трубы; 7 – наводящий (микрометренный) винт трубы; 8 – круглый установочный уровень; 9 – подъемный винт; 10 – пружинящая пластинка

Рис. 2.7. Поле зрения нивелира Н 3

Перед измерением угла необходимо привести теодолит в рабочее положение, то-есть, выполнить три операции: центрирование, горизонтирование и установку зрительной трубы.

Центрирование теодолита — это установка оси вращения алидады над вершиной измеряемого угла; операция выполняется с помощью отвеса, подвешиваемого на крючок станового винта, или с помощью оптического центрира.

Горизонтирование теодолита — это установка оси вращения алидады в вертикальное положение; операция выполняется с помощью подъемных винтов и уровня при алидаде горизонтального круга.

Установка трубы — это установка трубы по глазу и по предмету; операция выполняется с помощью подвижного окулярного кольца (установка по глазу — фокусирование сетки нитей) и винта фокусировки трубы на предмет (поз.15 на рис.4.4).

Измерения угла выполняется строго по методике, соответствующей способу измерения; известно несколько способов измерения горизонтальных углов: это способ отдельного угла (способ приемов), способ круговых приемов, способ во всех комбинациях и др.