2.1.2. Устройство теодолита

Наряду с лимбами и алидадами горизонтального и вертикального кругов основными частями теодолита являются:

- зрительная труба;

- уровни;

- отсчетное устройство.

Зрительная труба

В современных геодезических приборах применяют зрительные трубы с внутренней фокусировкой. Устройство и оптическая схема таких труб с ходом лучей в ней показаны на рисунке 2.3 а, б.

Зрительная труба состоит из объектива, окуляра и сетки нитей. При наведении трубы на предмет АВ объектив 1 дает действительное обратное его изображение А₂В₂. Чтобы увеличить это изображение, в трубу вводят окуляр 5. Он играет роль лупы и дает мнимое увеличенное изображение предмета А₃В₃. Между объективом и окуляром ставится двояковогнутая линза 2, перемещаемая внутри трубы с помощью фокусирующего кольца 3, называемого кремальерой. Перемещением линзы добиваются совмещения изображения предмета в трубе с плоскостью изображения сетки нитей 4, которая представляет собой стеклянную пластину с нанесенными делениями. Различные системы сеток нитей, применяемых в современных геодезических приборах, показаны на рисунке 2.4.

Линия, проходящая через оптический центр объектива и центр сетки нитей (пересечение вертикальной и средней горизонтальной нитей), называется визирной осью трубы.

П рямую, соединяющую оптические центры объектива и окуляра, называют оптической осью трубы.

Зрительные трубы характеризуются увеличением, полем зрения и точностью визирования.

Увеличением трубы  называется отношение угла , под которым видно изображение предмета АВ в трубу, к углу , под которым виден предмет АВ невооруженным глазом (рисунок 2.5 а)

. (2.2)

Практически увеличение трубы принимается равным отношению фокусного расстояния объектива (объектив плюс фокусирующая линза) к фокусному расстоянию окуляра:

. (2.3)

Трубы геодезических приборов имеют увеличение от 15 до 60^х.

Полем зрения трубы называется пространство, видимое в трубу при неподвижном ее положении и измеряемое углом , вершина которого находится в оптическом центре объектива, а стороны опираются на диаметр ab сеточной диафрагмы (рисунок 2.5 б).

, (2.4)

г де v - увеличение зрительной трубы.

Точностью визирования трубы m_v называется отношение разрешающей способности глаза человека к увеличению трубы v.

Под разрешающей способностью глаза человека понимается предельно малый угол, равный одной минуте дуги, при котором две точки еще воспринимаются раздельно. Поэтому и погрешность визирования невооруженным глазом принимается 60.

, (2.5)

где v - увеличение зрительной трубы.

Для приведения плоскостей и осей теодолита в горизонтальное (вертикальное) положение применяются цилиндрические и круглые уровни.

Уровни

Цилиндрический уровень (рисунок 2.6 а) состоит из ампулы 1, металлической оправы 2 и регулировочных винтов 3.

А мпула представляет собой стеклянную трубку, верхняя внутренняя поверхность которой отшлифована по дуге определенного радиуса. Радиус кривизны в зависимости от назначения уровня бывает от 3,5 до 200 м. По наружной поверхности трубки через 2 мм нанесены штрихи. Середина шкалы называется нуль-пунктом уровня, а касательная ии₁ к внутренней поверхности уровня в нуль-пункте - осью уровня. Стеклянная трубка заполняется нагретым до +60⁰С спиртом или эфиром и запаивается. После охлаждения жидкость сжимается и в трубке образуется небольшое пространство, заполненное парами спирта или эфира, которое называется пузырьком уровня. Пузырек уровня всегда стремится занять наивысшее положение, поэтому, когда он расположится симметрично относительно нуль-пункта, ось уровня займет горизонтальное положение. Это свойство и используется для приведения частей прибора в горизонтальное положение.

Ампула уровня вставляется в металлическую оправу, которая с помощью регулировочных винтов крепится к теодолиту.

Уровни различаются ценой деления, чувствительностью и конструкцией.

Ценой деления уровня  называется угол, на который наклонится ось уровня при смещении пузырька на одно деление.

В соответствии с рисунком 2.6 б цена деления  определится

,

где l - длина дуги;

R – радиус дуги внутренней поверхности ампулы.

Из полученного равенства следует

.

Обозначив , получим

. (2.6)

Линейная величина одного деления уровня l постоянна, поэтому его цена зависит от радиуса R дуги внутренней поверхности ампулы. Чем больше радиус, тем цена деления уровня меньше и тем уровень чувствительнее, и наоборот.

Чувствительностью уровня  называется линейное перемещение пузырька уровня, соответствующее единице угла наклона оси уровня.

, (2.7)

где di - изменение угла наклона оси уровня;

dl - перемещение пузырька, соответствующее di;

с - коэффициент пропорциональности.

В технических теодолитах и теодолитах средней точности цена деления уровней колеблется в пределах 45-60.

Для большего удобства в работе и повышения точности установки пузырька в нуль-пункт применяются контактные уровни (рисунок 2.6 в). Над уровнем устанавливается система призм, с помощью которой изображение концов пузырька передается в поле зрения наблюдателя. Уровень будет находиться в нуль-пункте, когда изображения его концов совместятся.

Для предварительной установки прибора, а также в случае, когда не требуется большой точности установки, применяются круглые уровни, имеющие малую чувствительность (цена деления 3…5).

Круглый уровень состоит из круглой коробки 2 и стеклянной ампулы 1, имеющей сферическую форму и отшлифованную по внутренней поверхности (рисунок 2.7).

За нуль-пункт круглого уровня принимается центр окружности, выгравированной в середине ампулы. Осью круглого уровня является нормаль ии₁, проходящая через нуль-пункт. Круглые уровни имеют малую чувствительность.

Отсчетные устройства

Отсчетные устройства служат для оценки долей деления лимба. В современных оптических теодолитах в качестве отсчетных устройств используются штриховые и шкаловые микроскопы, микроскопы-микрометры и оптические микрометры, основанные на свойстве прозрачной плоскопараллельной пластинки смещать проходящие через нее лучи света.

Теодолиты имеют прозрачные лимбы, что позволяет применять оптические отсчетные устройства (рисунок 2.8 а). Луч света, отражаясь от зеркала подсветки 8, проходит через лимб вертикального круга 6 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 призмы 7 и 3 и попадает на плоскопараллельную пластину 4. Изображение штрихов лимба горизонтального круга на пластине рассматривают через окуляр 5 отсчетного микроскопа.

На рисунке 2.8 б показаны поля зрения отсчетных микроскопов современных теодолитов.