Геометрическая схема теодолита

Рис. 4.6

В процессе измерений ось вращения теодолита ОО должна быть отвесной, проходить через центр шкалы горизонтального круга 1 и вершину измеряемого угла 8. Плоскость лимба 1 должна быть горизонтальной, а визирная (коллимационная) плоскость вертикальной.

Для выполнения этих условий оси теодолита должны занимать следующее положение:

* ось цилиндрического уровня UU должна быть перпендикулярна оси вращения прибора ОО;

* визирная ось трубы VV должна быть перпендикулярна горизонтальной оси вращения трубы НН; неперпендикулярность указанных осей называется коллимационной погрешностью;

* горизонтальная ось вращения трубы НН должна быть перпендикулярна оси вращения прибора ОО.

Действия, врезультате которых проверяется выполнение указанных геометрических условий, называются поверками теодолита.

Устранение обнаруженных несоответствий во взаимном положении осей называется юстировкой (исправлением).

Поверки и юстировка теодолитов описаны в Руководстве /5/.

Вертикальный круг 2 может располагаться слева или справа от трубы. Эти положения обозначают соответственно Л и П. Измерение горизонтальных и вертикальных углов выполняют симметрично: половину при круге Л, а вторую половину при круге П. Это приводит к повышению точности за счет устранения погрешностей, вносимых недостаточным соответствием взаимного положения осей теодолита.

Измерение углов

Перед измерением углов теодолит устанавливают в рабочее положение: центрируют, горизонтируют, фокусируют трубу по глазу. В точках, между которыми измеряют угол, устанавливают визирные цели. При измерении углов техническими теодолитами в качестве визирных целей используют вехи, при более точных работах – визирные марки.

4.4.1. Измерение горизонтальных углов и направлений

Горизонтальный угол bмежду направлениями на точки 1 и 3 равен разности отсчетов а₃ и а₁ по горизонтальному кругу теодолита (рис. 4.7):

b = а₃ – а₁ .

Для исключения влияния коллимационной погрешности и наклона оси вращения трубы каждый угол измеряют при двух положениях вертикального круга – слева (Л) и справа (П) от трубы.

Способ измерения зависит от количества направлений при вершине угла. Наиболее часто число направлений равно двум, т.е. при вершине измеряется один угол. Для измерения отдельного угла используют способ приемов, состоящий из двух полуприемов. В каждом полуприеме берут по два отсчета: а₃^л , а₁^л при расположении вертикального круга слева и а₃^п , а₁^п при круге справа. Получив два значения угла из двух полуприемов, сравнивают их. Если расхождение не превышает допуск, то вычисляют среднее значение угла. В противном случае один из полуприемов или весь прием повторяют. Допустимое значение расхождения угла в полуприемах зависит от типа теодолита и назначения работы и обычно не должно превышать удвоенной точности отсчета по лимбу (1¢ для теодолита 2Т30 и 0,2¢ для теодолита 3Т5К).

Методика установки теодолита в рабочее положение и измерения углов способом приемов подробно описана в /1, 2, 5/.

Если число направлений на пункте больше двух (рис. 4.8), то их измеряют способом круговых приемов. Как и в предыдущем способе, круговой прием состоит из двух полуприемов, один из которых выполняют при левом, а другой – при правом расположении вертикального круга. Одно из направлений (с наилучшей видимостью) выбирают в качестве начального – первого. Трубу по очереди наводят на все направления. Заканчивают полуприем замыканием горизонта – повторным наведением трубы на первое направление. Назначение замыкания горизонта – контроль неподвижности лимба в течение полуприема.

Если незамыкание горизонта D, т.е. разность отсчетов на первое направление в начале и конце полуприема, не превосходит допуск, то его распределяют с обратным знаком на все направления, но чаще просто вычисляют среднее из наблюдений на начальное направление.

В первом полуприеме алидаду вращают по ходу часовой стрелки, во втором – в обратном направлении с целью уменьшения влияния на результаты измерений внешних условий.

Повышение точности достигается измерением горизонтальных направлений несколькими приемами. Для равномерного распределения отсчетов по всей шкале лимба перед каждым следующим приемом горизонтальный круг смещают на угол 180^о /n + d , где n – число приемов, d – 5¢ или 10¢.

Обработка журнала состоит в вычислении средних значений измеренных при Л и П направлений и приведении их к нулю вычитанием из каждого направления среднего значения начального направления. Число приемов измерений, допустимые значения незамыкания горизонта и колебания направлений в отдельных приемах регламентированы для каждого типа теодолита и вида работ инструкциями /7, 8, 9/. Приемы, не удовлетворяющие допускам, повторяют. В результате обработки получают ряд равноточно измеренных направлений, разность любой пары которых дает ряд равноточно измеренных углов. Ниже приведен пример журнала измерений.

Журнал измерения горизонтальных направлений

способом круговых приемов

Пункт 182-й приемТеодолит 2Т5К

На точность измерения горизонтальных направлений влияют погрешности прибора и визирования, внешние условия, неточность центрирования прибора и визирных целей. Совместное их влияние не должно превосходить погрешности отсчета по лимбу.

4.4.2. Вертикальный круг теодолита, измерение углов наклона

Вертикальный круг теодолита устроен так же, как и горизонтальный, наглухо скреплен с трубой и вращается с ней на одной горизонтальной оси. Оцифровка вертикального круга в теодолитах 2Т30...3Т5КП секторная. При такой оцифровке (рис. 4.9) знак отсчета соответствует знаку угла наклона, если вертикальный круг располагается слева от трубы (Л), и противоположен знаку угла наклона при правом расположении круга (П).

Пример: Л = 5º 12′ ; П = – 5º 14′.

Угол наклона вычисляют по формуле

v = (Л – П)/2 . (4.1)

В примере v = + 5º 13′ .

Очевидно, что при горизонтальном положении визирной оси отсчет по вертикальному кругу должен быть равен нулю. Иногда это условие не выполняется: неточно посажен вертикальный круг на ось вращения трубы, неточно расположена сетка нитей.

Рис. 4.9

Отсчет по вертикальному кругу, когда визирная ось горизонтальна, а ось вращения прибора вертикальна, называется местом нуля(МО). Место нуля вычисляется по формуле

МО = (Л + П)/2 . (4.2)

В примере МО = – 1′.

Место нуля – это постоянная по величине, т.е. систематическая, погрешность отсчета по вертикальному кругу. Как любую систематическую погрешность, влияние места нуля можно устранить одним из трех способов:

* юстировкой: на вертикальном круге наводящим винтом трубы устанавливают отсчет, равный вычисленному значению угла наклона, а центр сетки нитей совмещают с наблюдаемой точкой с помощью вертикальных юстировочных винтов сетки нитей или поворотом оптического клина;

* применением правильной методики измерений: отсчеты берут при двух положениях вертикального круга – левом и правом, а угол наклона вычисляют по формуле (4.1);

* введением поправки в результаты измерений, выполненных при одном положении вертикального круга: из формулы (4.2) получим

П = 2МО – Л ; Л = 2МО – П ; (4.3)

подставляя (4.3) в (4.1), получим v = Л – МО ; v = МО – П. (4.4)

Погрешность измерения углов наклона несколько больше погрешности измерения горизонтальных углов вследствие влияния вертикальной рефракции. Уменьшение этого влияния достигают измерением прямых и обратных углов наклона.