Устройство теодолита и его принцип работы

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:

• лимб — это угломерный круг, имеющий деления от 0 до 360 градусов, во время измерений играет роль рабочей меры;
• алидада — подвижная часть конструкции, которая несет систему отсчитывания по кругу и удерживает визирную трубу;
• зрительная труба — она прикрепляется подставками к алидадной части;
• осевая система — помогает двигаться алидадной части и лимбу вокруг оси;
• вертикальный круг — помогает измерять вертикальные углы;
• подставка, оснащенная несколькими подъемными винтами;
• наводящие и зажимные винты подвижных частей. Наводящие также называются микрометренными, а зажимные — закрепительными;
• штатив и крючок для отвеса, вместе с площадкой под подставку и становым винтом;
• винт перестановки круга;
• уровни для вертикального и горизонтального круга;
• винт фокусировки;
• микроскопический окуляр для отсчетного прибора.

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).

Электронный тахеометр

_______ Электронный тахеометр – это универсальный оптико-электронный геодезический прибор, позволяющий выполнять, большинство основных геодезических работ с высокой точностью измерений. Данный геодезический прибор сочетает в себе теодолит, нивелир и светодальномер.

_______ Тахеометром можно производить отдельные геодезические измерения:

• горизонтальных и вертикальных углов;
• расстояний;
• определение полярных координат;
• определение превышений и абсолютных отметок точек;
• определение прямоугольных координат.

_______ Помимо базовых измерений электронный тахеометр способен решать определенные прикладные задачи, при выполнении которых при учете ввода исходных данных мы можем получить следующие выходные данные:

• координат точки стояния прибора, при осуществлении обратной геодезической засечки;
• наклонной расстояние, горизонтальные проложения, превышения между точками (при — выполнении функции по определению недоступного расстояния и высоты);
• площади ограниченной линиями, проходящими через точки с полученными координатами после полевых измерений в этой опции;
• координат теодолитного хода с линейной, угловой, относительной, координатными невязками, при уравнивании этого хода и получения истинных координат точек.

_______ С помощью электронного тахеометра можно выполнять следующие комплексные геодезические задачи:

• создания сетей планово-высотного обоснования;
• выполнения топографических съемок;
• выполнения исполнительных съемок;
• автоматизированного решения в полевых условиях различных геодезических и инженерных задач при помощи прикладных встроенных программ.

Разбивка фундамента на местности

      Разбивку фундамента на местности начинают с определе­ния его главных осей, под которыми понимают две взаимно перпендикулярные линии, точка пересечения которых долж­на совпадать с точкой пересечения диагоналей будущего здания. Главные оси для зданий небольшой площади и про­стой конфигурации можно не проводить. В этих случаях сра­зу приступают к определению габаритных осей.

    Положение осей на местности закрепляют временными знаками — коль­ями или штырями. После разбивки всех основных осей вре­менные знаки заменяют постоянными.

    Габаритные оси — это линии, указывающие общие раз­меры (в плане) и конфигурацию здания. Для их нахождения выносят в натуру две крайние точки, определяющие положе­ние наиболее длинной продольной оси здания. После этого на разбивочном чертеже указывают все расстояния между осями, привязку фундаментов к осям и приступают к устрой­ству обноски, которую устанавливают по всем четырем углам здания. При разбивке осей нужно соблюдать два основных требования. Первое: необходимо строго следить за тем, что­бы стены будущего дома примыкали друг к другу под прямым углом. Второе: фундамент под здание, перекрытие которого осуществляется крупнопустотными панелями, должен строго соответствовать размеру стандартных панелей. При этом нужно помнить, что строительные нормы требуют обеспечи­вать заделку плит в стены не менее чем на 120 мм

В связи с этим, важно проконтролировать правильность разбивки осей в направлениях укладки плит перекрытий

     Обноска состоит из двух деревянных столбов, между кото­рыми прибита горизонтальная доска(рис. 1).

Рис. 1. Конструкция обноски: 1 — угловая обноска; 2 — обноска для разбивки средней стены; 3 — отвес, подвешенный в точке пересечения проволок; 4 — проволока, ограничивающая пространство котлована; 5 — края котлована

       Обноску уста­навливают с учетом углов естественного откоса котлована на значительном расстоянии от его стен. На доски переносят все данные определения размеров котлована, месторасположе­ния стен, их толщины и т. д. Для этого в верхнюю горизонталь­ную плоскость (или грань) доски в соответствующих местах забивают гвозди, между которыми в последующем легко на­тянуть шнур (рис. 2).

 Рис. 2. Закрепление шнуров на обноске: 1 — доски обноски;

2 — гвозди; 3 — шнуры; 4 — разметка будущего фундамента

      Верхнюю часть горизонтальных досок выверяют по уровню. Колья обноски относят на расстояние не менее 1,5 м от наружных граней будущих стен дома, чтобы при рытье котлована обноска не была разрушена. Если строитель­ство фундамента предполагается с рытьем глубокого котло­вана, обноску выполняют сплошной (рис. 3).

Рис. 3. Разметка основных параметров фундамента при

помощи шнуров, закрепленных на обноске: 1 — обноска; 2 — шнур; 3 — стенки котлована; 4 — закладка фундамента будущего здания

      Оси фундамента переносят на обноску с помощью геоде­зического прибора — теодолита, принципиальная схема ко­торого показана на (рис. 4). Использование теодолита поз­воляет с высокой степенью точности определить углы зда­ния. Основными конструктивными элементами теодолита яв­ляются: зрительная труба 1 с осью вращения 2 относительно подставок 3, лимб 11 и алидада 9 горизонтального круга для измерения углов. При отсутствии теодолита прямые углы фундамента можно разбить при помощи египетского треу­гольника со сторонами, равными 3,4 и 5 м. При таком соотно­шении сторон треугольника угол между сторонами, равными 3 и 4 м, всегда будет прямой.

Рис. 4. Схема устройства теодолита: 1 — зрительная труба; 2 — ось вращения трубы;

3 — подставки; 4 — треножник; 5 — подъемные винты; 6 — штатив; 7 — становой винт; 8, 11 — лимбы; 9, 10 — алидады; Н — Н1 — горизонтальная ось трубы;

Z — Zt — вертикальная ось трубы

       Индивидуальные застройщики для определения прямого угла часто используют довольно простой метод пересечения двух кривых (рис. 5).

 Рис. 5. Метод получения перпендикуляра пересечением двух прямых:

1 — исходная точка; 2 — колышки; 3 — точка пересечения дуг; 4 — полученный перпендикуляр

      Для получения перпендикуляра по этому методу от точки 1 отмеряют с обеих сторон на прямой одинаковые расстояния (например, по 3 м). В полученные точки вбивают колышки 2, привязывают к ним веревку задан­ной длины и описывают дуги. Прямая, соединяющая точку пересечения дуг 3 с точкой 1 — является перпендикуляром, опущенным на основную прямую. Для увеличения точности измерения отдельные прямые отмеряют дважды с разных концов.

    Контроль за правильностью разбивки осей осуществляют замером диагоналей прямоугольника, которые должны быть равны. Если диагонали разные, выполняют соответствующую корректировку в обноске.

Основное отличие нивелира и теодолита при их практическом применении

Как отличается установка штатива измерительных инструментов

При установке штатива нивелира не требуется отвес. Нужно следить за головкой прибора, чтобы она приняла более или менее горизонтальное положение.

Если требуется установить теодолит, то штатив для него необходимо центрировать. С этой целью на становой винт крепят отвес. Установку штатива производят так, чтобы отвес находился ближе к центру колышка, который служит для отметки точки стояния инструмента.

Регулировка штатива должна производиться путем раздвигания и сдвигания ножек для более надежного крепления измерительного прибора, оснащенного зрительной трубой. После этого следует закрепить баранчики штатива и осуществить регулировку точнее, нажав ногой на выступ конкретной ножки.

Когда данная процедура подошла к концу, нивелир или теодолит вынимают из футляра или коробки, чтобы установить инструмент, совместив концы подъемных винтов со специальными выемками на головке штатива. Далее следует вывинтить на равную высоту винты, которые являются подъемными, а становым закрепить инструмент на штативе.

Как правильно установить инструмент на штатив

Подъемные винты и уровни позволяют проводить дальнейшую установку нивелира или теодолита. Это связано с необходимостью привести главную вертикальную ось в отвесное положение. Если устанавливают нивелир, то нажимают на выступ каждой ножки штатива, чтобы круглый уровень оказался в центральном положении.

Далее зрительная труба должна быть поставлена в положение, которое является параллельным линии двух подъемных винтов. При их вращении в разные стороны прикрепленный к зрительной трубе пузырек должен быть приведен в среднее положение.

После этого повторяют поворот зрительной трубы, установив ее параллельно линии, которая относится к двум другим винтам. В результате уровень снова должен оказаться в среднем положении. Тогда любой поворот зрительной трубы нивелира не выведет его пузырек из данного положения.

Отличительные характеристики погрешности проводимых измерений

Применение оптического нивелира связано с определением относительной величины, которая показывает степень занижения или превышения какой-либо отметки относительно точки, связанной с установкой нивелира. Используя оптический нивелир, производят необходимые измерения расстояния до рейки.

Важно точно определить углы в горизонтальной плоскости. Вместе с тем этого достаточно, чтобы осуществить разбивку фундамента для загородного дома

При этом использовать для этих целей дорогой оптический теодолит необязательно.

Зачастую оптический нивелир имеет погрешность измерений, которая ниже, чем погрешность самого дорогостоящего лазерного прибора, обладающего высокой точностью. Для обычных моделей приборов погрешность будет составлять около 2 мм на 1 км двойного хода. По этой причине использование оптического нивелира более обычно для больших расстояний и точного результата измерений.

Для оптики любого нивелира характерна минимальная степень удаления рейки от точки установки инструмента, что составляет 0,4 м. Данная величина является достаточной, чтобы можно было осуществлять производство строительных работ даже для объектов с минимальной значимостью.

Съёмка теодолитом методом створов и перпендикуляров

Метод створов и перпендикуляров хорошо подходит при разбивочных работах. В этом случае мы откладываем на местности прямые углы, последовательно переставляя инструмент на полученные точки на местности. К примеру, от базисной стороны 1-2 мы получаем контрольное направление 1. Сетка нитей в этом случае играет роль шнурки. Измерив, необходимое расстояние, попадаем в стартовую разбивочную точку, а дальше работаем согласно схеме.

Теодолитом можно разбить прямоугольный полигон или проконтролировать соосность разбитого полигона. Теоретическая сумма углов в замкнутом контуре должна быть равна 360°. Устанавливая последовательно инструмент в каждую из точек объекта, измеряем внутренние углы. К примеру, невязка в 1° на 10-метровом отрезке составляет примерно 20 см. Так что можно оценить допуски в зависимости от класса сооружения, и при необходимости внести коррективы в разбивку осей.

Разновидности теодолитов

Современные образцы отличаются многообразием конструктивных особенностей. В основу классификации устройств положены следующие признаки:

• принцип действия;
• допустимая точность проводимых измерений (типы теодолитов);
• конструкции;
• видовым особенностям.

По принципу действия устройства выпускаются:

• механические;
• оптические (отсчёт производится на основе оптической системы);
• цифровые (отсчёт производится с помощью электронных устройств);
• лазерные (заложен принцип лазерных измерителей).

Типы теодолитов:

• высокоточные;
• точные;
• технические.

Цифровой теодолит

Конструктивно устройства выполняются двух вариантов: повторительный, неповторительный.

Виды теодолитов бывают:

• традиционный;
• с встроенным компенсатором;
• автокаллимационный;
• прямого видения;
• маркшейдерский;
• электронный.

Сегодня принята следующая система обозначения подобных устройств. Буквами обозначают отношение по принятой классификации:

• «Т» — наименование устройства, то есть теодолит. Следующие буквы указывают на отношение к определённому классу.
• М – это, так называемый маркшейдерский теодолит. Их применяют в шахтах, тоннелях, пещерах, горных проходах.
• К – свидетельствует о наличие специального компенсатора, который всецело заменяет уровни.
• П – оснащение инструмента зрительной трубой прямого видения (изображение получается не перевёрнутым).
• А – встроенный автокаллиматор.
• Э – электронные теодолиты.

Оптический маркшейдерский теодолит 2Т30М

Высокоточные позволяют производить угловые измерения с допустимой погрешностью в интервале от 0,5 угловых секунд, но не более одной угловой секунды. Второй тип (точные) приборы производят такие измерения с точностью от двух до пятнадцати угловых секунд. Точность технических агрегатов находится в интервале от двадцати до шестидесяти угловых секунд.

Стандартный ряд теодолитов в соответствии с ГОСТ

Теодолит — ответственный измерительный прибор, от точности и качества работы которого зависит результат строительства, прокладки дорог или тоннелей и т.д. Поэтому все технические параметры теодолитов четко определены и регламентированы ГОСТ 10529-96. В частности, приборы подразделены на группы:

Литеры в обозначении приборов указывают на:

1. Т — теодолит.
2. М — маркшейдерский.
3. К — снабжен компенсатором положения плоскостей.
4. П — прямого видения (изображение не перевернуто).
5. А — автоколлимационный.
6. Э — электронный.

Цифры в обозначении указывают на среднюю погрешность. В новых образцах самая первая цифра — номер модификации. Каждая группа имеет свой перечень моделей, технические характеристики которых соответствуют определенным требованиям.

Как пользоваться теодолитом?

Данный инструмент, перед тем как начнет производить вычисления, должен быть правильно установлен. Надежность крепления напрямую влияет на точность показаний. Подготовительный этап включает в себя центрирование прибора, регулировку горизонтали и установку наблюдательной трубы.

Чтобы надежно и правильно установить теодолит, используют специальный геодезический штатив.

Центрирование производят с целью совместить лимб горизонтального круга и линию отвеса, которая, в свою очередь, проходит через точку расположения инструмента. Второй момент предназначен для того, чтоб оси вращения стали в отвесное состояние. Именно на том моменте лимб принимает горизонтальное состояние. Что касается горизонтирования, то сначала его делают «на глаз» во время того, как устанавливается штатив. После этого производится регулировка при помощи винтов и цилиндрического уровня, которая должна уже быть максимально точной.

Сразу стоит отметить, что пользоваться теодолитом будет сложно, если нет никаких навыков общения с такой техникой. Даже прочитав руководство к использованию прибора, будет трудно добиться точных результатов. Поэтому рекомендуется изначально пройти стажировочные курсы по ознакомлению с данным инструментом.

Разметка фундамента

Перед тем, как начинать строительные работы, первым делом необходимо перенести с бумаги на землю проект, сделав при этом разметку.

К этому делу надо подходить с ответственностью, т.к отклонения в неточной разметки, всплывёт при устройстве перекрытий и пола. Для того чтобы произвести разметку фундамента применяется теодолит, измерительная лента и вешки.

Перенос на землю линии фасада

Первое шаг – это перенос на землю линии фасада, которая переносится при помощи шнура, прикрепляемого к вбитым в землю кольям. Расстояние, на котором размещаются колья от дома должно быть около 2 метров, чтобы во время рытья траншеи не повредить их. Далее от ранее установленной линии фасада с помощью отвеса, надо отметить угол здания, после чего к нему прикладывается прямоугольный треугольник, для установки линий боковых фасадов, по которым натягивается шнур на колья.

Линии фасада определяют длину внешних стен фасадов, а точку угла здания определяют при помощи теодолита. Точность применяемой разметки можно проверить измерив расстояния по диагонали, если они будут равняться, значит углы прямые.

Разметку зданий сложной конструкции, ведут по разбивочным осям, указанных в чертежах. Можно также по углам здания на уровне 1 метра от земли, устраивать  обноску при помощи вбитых жердей с закреплёнными на них досками. В доски вбиваются гвозди, дальше шнурами размечаются основные размеры конструкции, такие, как размеры фундамента, поперечные стены, оси. После того как провели разметку  фундамента можно приступить к земляным работам.

Земляные работы

 Этот вид работ, который выполняется при строительстве зданий в первую очередь. Эта работа  предусматривает создания постоянных или временных земляных сооружений, а также насыпей и выемок. Постоянные сооружения, это выемки для дорог, каналов, и.тд. Временные земляные сооружения -фундаменты зданий, траншеи для прокладки труб и систем канализации.

Выемки ширина, которых более 3 метров считаются котлованами, а такие, как траншеи для ленточных фундаментов и инженерных сетей называются траншеями. Разбивка котлованов и траншей под фундаменты идёт сразу вместе с разбивкой зданий. С начало разбивают основные оси зданий, располагают их относительно сторон света, а также смежных зданий присутствующих рядом.

Разбивают котлован при помощи отвеса и натянутой проволоки, и отмечая при этом границы колышками. Во время разбивки траншей устанавливаются поперечные обноски, на которых крепят оси траншеи с указанием отметок дна траншеи.

Разрабатываются котлованы экскаваторами, с прямой или обратной лопатой в зависимости от вида грунта. Во время разработки котлованов и траншей необходимо предусмотреть обрушение откосов сооружения. Величина углов откосов должна учитываться при устройстве выемок и насыпей.

Если присутствует опасность затопления котлованов и траншей, то перед началом работ, необходимо предпринять работы, по отвода воды со стройплощадки, а также снизить уровень грунтовых вод.

Фундамент в выемках без креплений устраивается с наличием вертикальных стенок, сразу после отрывки грунта, чтобы не было обрушения.

В холодное время земляные работы предусматривают рыхление замёршего грунта, предохранения от замерзания грунта, а также оттаивание замёршего грунта. Способы выбирают, от условий работ, состояния грунта, сроки производства и имеющиеся в наличие оборудование.

Правильная эксплуатация

Не зависимо от того, какой моделью теодолита – электронной или классической, предстоит пользоваться, важно помнить, что это чувствительный прибор высокой точности, требующий аккуратного обращения и корректной эксплуатации. От пункта к пункту его следует перевозить в специальном, предназначенном для конкретной модели коробе или футляре, стараясь не допускать тряски и падения прибора с высоты

От пункта к пункту его следует перевозить в специальном, предназначенном для конкретной модели коробе или футляре, стараясь не допускать тряски и падения прибора с высоты.

Механические детали конструкции при вращении на осях или винтах должны свободно двигаться, но не должны быть разболтаны и при необходимости плотно фиксироваться во время эксплуатации устройства.

Рекомендуется также всегда внимательно следить за оптическими компонентами – окуляры и визиры необходимо беречь от пыли и грязи, и не допускать их деформации (сколы, трещины и т.п.)

Отдельное внимание уделяется штативу – при размещении следует убедиться, что тренога расположена устойчиво, а все ножки и площадка крепко зафиксированы

Основы эксплуатации и хранения

Перед началом работы следует установить теодолит в рабочее положение с помощью системы подъемных и зажимных винтов, с помощью цилиндрического уровня и оптического 2,5-кратного центрира выполняются центрирование и горизонтирование. Ножки штатива должны быть отрегулированы для устойчивого положения, исключающего вибрации, толчки, перекосы, которые могут сказаться на качестве производимых работ.

Отсутствие в конструкции устройства электронных элементов и независимость работы от элементов питания и аккумуляторных батарей делают этот теодолит незаменимым помощником специалистов геодезического профиля в самых сложных климатических и экспедиционно-полевых условиях. Незначительный вес и компактные габаритные размеры инструмента будут особенно ценны при дальних транспортировках.

К эксплуатации допускаются только те приборы, которые прошли процедуру поверки, призванной выявить отклонения и сбои в работе ключевых узлов теодолита, а также несоответствие рабочих характеристик заявленным производителем параметров. Если имеет место расхождение в условиях поверки, выполняются соответствующие регулировки – юстировка.

Некоторые процедуры поверки и юстировки пользователь, имеющий некоторый опыт, может выполнить самостоятельно. В более сложных случаях следует обратиться в специализированные центры, обладающие государственной лицензией на выполнение такого рода работ. По окончании поверочной процедуры выносится решение о пригодности инструмента для выполнения работ с необходимой точностью, что и фиксируется в свидетельстве о поверке конкретной модели.

Хранение прибора должно осуществляться в помещениях плюсовой комнатной температуры при показателях относительной влажности в пределах 65-67%. Воздушная среда хранения не должна способствовать развитию коррозий и ржавчины на металлических поверхностях конструкции, а также вызывать появление налета или осадка на частях оптической системы.

Устройство теодолита

Теодолит 1866 г.

Теодолит 1840 г.

Конструктивно теодолит состоит из следующих основных узлов:

• Корпус с горизонтальным и вертикальным отсчётными кругами, и др. технологическими узлами;
• Подставка (иногда употребляют термин «трегер») с тремя подъёмными винтами и круглым уровнем (для горизонтирования теодолита);
• Зрительная труба;
• Наводящие и закрепительные винты для наведения и фиксации зрительной трубы на объекте наблюдения;
• Цилиндрический уровень;
• Оптический центрир (отвес) для точного центрирования над точкой;
• Отсчётный микроскоп для снятия отсчётов.

Принцип действия теодолита

Горизонтальный круг теодолита

Горизонтальный круг теодолита предназначен для измерения горизонтальных углов и состоит из лимба и алидады.

Лимб представляет собой стеклянное кольцо, на скошенном крае которого нанесены равные деления с помощью автоматической делительной машины.

Цена деления лимба (величина дуги между двумя соседними штрихами) определяется по оцифровке градусных (реже градовых) штрихов. Оцифровка лимбов производится по часовой стрелке от 0 до 360 градусов (0 — 400 гон).

Лимб закрывается металлическим кожухом, предохраняющим его от повреждений, влаги и пыли.