Методическая разработка "Работа с теодолитом"

Министерство науки и высшего образования РФ

Самарский колледж строительства и предпринимательства (филиал)

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего образования

«Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»

 

 

 

 

 

Методические указания

для выполнения лабораторных работ

«Устройство теодолита и работа с ним»

для студентов очной формы обучения

по специальности

08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самара, 2021

Рассмотрен Предметно-цикловой комиссией Председатель ПЦК_______ И.А. Тышковская Протокол № __ от «__»_____2021 г.

Одобрен Зам. директора по УП и НМР _____________Ю.И. Дудникова __ от «__»_____2021 г.

 

 

 

 

Утвержден

Зам. директора по УВР

_________________О.В. Панова

«___»_________2021 г.

 

 

 

Разработчик:

Панова Ольга Владимировна - преподаватель высшей квалификационной категории Самарского колледжа строительства и предпринимательства (филиала) ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1.     Устройство теодолита …………………………………….…………..4

 

2.     Лабораторная работа № 1

Поверки и юстировки………………………………………………………...7

3.     Лабораторная работа № 2

Измерение горизонтальных углов…………………………….…. ……….13

4.     Лабораторная работа № 3

Измерение вертикальных углов………………………………….. ……….16

5.     Список использованных источников……………………………….21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Устройство теодолита

 

 

 

 

 

 

 

 

В зависимости от точности теодолиты подразделяют на высокоточные (Т1), точные (Т2, Т5) и технические (Т15, Т30, Т60). Цифрами здесь указана точность измерения горизонтального угла одним приемом в лабораторных условиях, выраженная в секундах. Различаются теодолиты и по конструкции. Так, для измерения вертикальных углов точные теодолиты снабжены уровнем при вертикальном круге. У технических теодолитов такого уровня нет, его роль выполняет уровень при алидаде горизонтального круга. Есть теодолиты, в которых уровень при вертикальном круге заменен автоматическим компенсатором углов наклона (теодолиты Т5К, Т15К).

         Теодолиты бывают с трубами прямого и обратного изображения.  В первом случае в шифр теодолита добавляют букву П (Т5КП, Т15КП, Т15МКП). Маркшейдерские теодолиты (Т30М, Т15М), предназначенные для подземных работ, где возможно наличие взрывоопасного газа метана, изготавливают в специальном исполнении.

Электронные теодолиты (например, Т5Э) обеспечивают автоматическое считывание отсчетов по горизонтальному и вертикальному кругам. Угломерная часть электронного теодолита представляет собой растровый датчик накопительного типа. Датчиком угла служит стеклянный круг с нанесенным на него штрих-кодом. Сигнал, прочитанный фотоприемником, поступает в электронную часть датчика угла, обрабатывается и выводится в градусной мере на дисплей и в память прибора.

 

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

 

 ПОВЕРКИ И ЮСТИРОВКИ ТЕОДОЛИТА

 

Задача выполнения лабораторной работы – уяснить сущность основных геометрических условий, предъявляемых к конструкции теодолита, научиться выполнять его поверки и юстировки.

1.1.     Общие сведения

После внешнего осмотра теодолита и регулировки его механических деталей выполняют его поверки и юстировки.

Конструкция теодолита как  угломерного прибора должна удовлетворять следующим основным геометрическим условиям (см.рис.1.1):

1.    Ось цилиндрического уровня  должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита ZZ.

2.     Визирная ось зрительной трубы VV должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси вращения теодолита (оси вращения зрительной трубы) HH.

3.     Горизонтальная ось теодолита HH должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси вращения теодолита ZZ.

Действия, имеющие целью выявить соблюдение геометрических условий, предъявляемых к конструкции прибора, называются поверками. Действия, направленные на устранение выявленных нарушений в приборе, называются юстировкой.

При выполнении поверок и юстировок теодолита и изложении их результатов в отчете по лабораторной работе студент должен придерживаться следующей последовательности действий:

1.     Наименование выполняемой поверки.

2.     Формулировка поверяемого геометрического условия и чем вызвана необходимость его выполнения.

3.     Последовательность действий при выполнении поверки с конкретными результатами измерений, допуски, позволяющие считать поверяемое условие выполненным.

4.     Порядок юстировки прибора.

В отчете по лабораторной работе следует дать краткое описание выполнения поверок и юстировок в рекомендуемой последовательности со схемами и результатами измерений.

 

1.2.     Поверка цилиндрического уровня

Ось цилиндрического уровня алидады горизонтального круга должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита (ZZ).

Выполнение этого условия позволяет с помощью уровня устанавливать ось вращения теодолита в отвесное положение, а плоскость лимба – в горизонтально положение.

Порядок действий:

1.     Закрепляют теодолит на штативе и производят приближенное горизонтирование прибора по уровню.

2.     Устанавливают поверяемый уровень по направлению двух подъемных винтов и вращением их в разные стороны выводят пузырек уровня в нуль-пункт (рис.2.1, а).

3.     Поворачивают алидаду на 180 градусов. Если после поворота пузырек уровня остаётся в нуль-пункте, то условие перпендикулярности осей UU и ZZ выполняется.

4.     В случае смещения пузырька производят исправление положения уровня. Для этого с помощью юстировочного винта уровня перемещают пузырек по направлению к нуль-пункту на половину дуги отклонения (см.рис.2.1,б).

После юстировки уровня следует повторить поверку и убедиться в выполнении требуемого условия. Практически условие считается выполненным, если после поворота на 180 градусов пузырек уровня отклоняется от нуль-пункта в пределах одного деления шкалы ампулы.

Рисунок  1.1

 

 

1.3.     Поверка положения коллимационной плоскости

Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси (оси вращения трубы) теодолита (VVHH).

Если указанное условие выполняется, то при вращении зрительной трубы вокруг горизонтальной оси HH визирная ось образует коллимационную плоскость. При невыполнении условия визирная ось будет описывать не плоскость, а две конические поверхности.

Рисунок  2.2

 

Угол между фактическим положением визирной оси  и плоскостью, перпендикулярной к горизонтальной оси теодолита HH (рис.2.2) называется коллимационной погрешностью.

Порядок действий:

1.     Теодолит устанавливают в рабочее положение; на местности выбирают ясно видимый удаленный (на несколько сотен метров) предмет, расположенный примерно на горизонте прибора. Визируют на цель при первом положении вертикального круга (КЛ) и берут отсчет по горизонтальному кругу .

2.     Переводят трубу через зенит и, вращая алидаду, визируют на цель при втором положении вертикального круга (КП) и берут отсчет по горизонтальному кругу .

3.     Вычисляют коллимационную погрешность:

 

с = .

 

Поверяемое условие считается выполненным, если коллимационная погрешность не превышает двойной точности отсчетного устройства (с. В противном случае (с производят исправление положения визирной оси.

4.     Вычисляют правильный отсчет М, свободный от влияния коллимационной погрешности:

М =

или

М =  – с.

5.     Вычисленный отсчет М наводящим винтом алидады горизонтального круга устанавливают на лимбе. При этом ’алидада повернется на угол с, а перекрестие сетки нитей отклонится от изображения наблюдаемой цели. Тогда, ослабив вертикальные винты оправы сетки нитей, с помощью боковых юстировочных винтов перемещают сетку нитей до совмещения ее перекрестия с визирной целью. После этого сетку закрепляют вертикальными винтами и вновь повторяют поверку.

6.     Следует помнить, что среднее из отсчетов по горизонтальному кругу, взятых при двух положениях вертикального круга (КЛ и КП), свободно от влияния коллимационной погрешности.

Пример: при КЛ отсчет по горизонтальному кругу  = 70’; при КП  = 187’.

Величина коллимационной погрешности:

С =  = -3,0, т.е. с .

Правильный отсчет, т.е. отсчет, соответствующий перпендикулярному положению визирной оси к оси вращения трубы будет

М = =187

Или М = 187- (-3,0) = 18734,0.

Наблюдая в отсчетный микроскоп, устанавливают этот отсчет на лимбе горизонтального круга. Действуя боковыми юстировочными винтами сетки, совмещают ее перекрестие с визирной целью.

 

 

 

 

 

1.4.     Поверка положения горизонтальной оси теодолита

Горизонтальная ось теодолита должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита (HHZZ).

Выполнение условия необходимо для того, чтобы после горизонтирования теодолита коллимационная плоскость занимала отвесное положение.

Порядок действий:

1.     Теодолит устанавливают в 10-20 м от стены здания. Зрительную трубу наводят на высоко расположенную точку А на стене здания (рис.2.3).

Рисунок  3.3

 

2.     Наклоняя трубу, проектируют эту точку до горизонтального положения визирной оси и отмечают на прилепленном к стене листе бумаги проекцию точки.

3.     Переводят трубу через зенит и, повторив ту же операцию при втором положении трубы, отмечают проекцию точки а₂.

4.    Если отношение отрезков, то условие считается выполненным. В случае несоблюдения условия исправление положения горизонтальной оси теодолита допускается только в оптико-механической мастерской, так как оно требует частичной разборки прибора.

Следует учесть, что среднее из отсчетов по лимбу, взятых при визировании на точку при двух положениях трубы (КЛ и КП), свободно от влияния наклона оси вращения трубы.

1.5.     Поверка сетки нитей

Вертикальный штрих сетки нитей должен располагаться в коллимационной плоскости трубы.

Иначе, горизонтальный штрих сетки нитей должен быть перпендикулярным к оси вращения теодолита ZZ.

Выполнение данного условия требуется для создания удобств при визировании на отвесные предметы (например, вехи).

Порядок действий:

1.     Тщательно установив ось вращения теодолита в отвесное положение, визируют на нить отвеса, подвешенного на расстоянии 5-10 м от прибора.

2.   Если вертикальный штрих сетки отклоняется от отвесной линии более чем на  величины биссектора сетки нитей, то необходимо исправить положение сетки нитей путем ее поворота. Для этого слегка ослабляют винты, скрепляющие окулярную часть с корпусом трубы, и поворачивают окулярную часть вместе с сеткой нитей до требуемого положения; затем винты закрепляют.

3.     После юстировки второй основной штрих сетки нитей должен быть  горизонтальным, так как взаимная перпендикулярность штрихов гарантируется заводом-изготовителем. Чтобы убедиться в этом, наводят горизонтальный штрих на хорошо видимую точку и наводящим винтом поворачивают алидаду горизонтального круга; при этом поверяемый штрих должен оставаться на изображении точки.

После производства данной поверки и юстировки необходимо повторить поверку положения коллимационной плоскости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

 

 ИЗМЕРЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ УГЛОВ СПОСОБОМ ПРИЕМОВ

 

Задача выполнения лабораторной работы: освоить методику и получить практические навыки измерения горизонтальных углов способом приемов с помощью технических теодолитов типа Т30.

При выполнении задания каждый студент должен измерить не менее двух горизонтальных углов. Все записи результатов измерений и вычислений производить в полевом журнале (табл.1). В пояснительной записке следует привести схему и краткую методику измерения угла.

В инженерной практике при измерении горизонтальных углов обычно применяют способ приемов (способ отдельного угла). При этом программа измерений предусматривает возможно полное исключение влияния основных погрешностей теодолита на точность измерения угла.

При прокладке теодолитных ходов и решении инженерных задач на местности обычно измеряют правые по ходу углы. Так, для того чтобы угол β был правым по ходу (рис.3.1), необходимо идти от точки А к точке В. Тогда точка  А будет являться задней по отношению к точке стояния прибора В, а точка С – передней.

Рисунок  3.1

Измерение углов выполняется поверенным теодолитом. Результаты измерений и вычислений заносят в журнал установленной формы (табл.1).

 

Порядок действий:

1.     Теодолит устанавливают в вершине измеряемого угла (точка В)  в рабочее положение, т.е. центрируют, горизонтируют и выполняют установку зрительной трубы и отсчетного микроскопа для наблюдений.

На задней А и передней С точках в створе линий отвесно устанавливают вехи. В процессе измерения угла визирование осуществляется по возможности на нижнюю часть вех с целью снижения влияния их наклона на точность измерения угла.

2.     При неподвижном лимбе вращением алидады визируют на заднюю точку А. Сначала по оптическому визиру зрительную трубу наводят от руки, пока визирная цель не попадет в поле зрения. Затем закрепляют зажимные винты алидады и зрительной трубы и выполняют точное визирование с помощью наводящих винтов трубы и алидады горизонтального круга.

Осветив зеркалом поле зрения отсчетного микроскопа. Берут отсчет а по горизонтальному кругу и записывают его в журнал измерений (см.табл.1).

Табл. 1

Журнал измерений горизонтальных углов способом приемов

Дата 8.10.2007 г.      Теодолит Т30    Наблюдал Чурилин О.Е.

Видимость хорошая     № 06261       Вычисляла Соболева О.В.

 

Примечание. Порядок записи отсчетов в журнале и обработки результатов измерений показан номерами в круглых скобках.

3.     Открепив алидаду, визируют на переднюю точку с и по аналогии с предыдущим берут отсчет b.

4.     Вычисляют значение правого по ходу горизонтального угла, измеренного при I положении вертикального круга (при КЛ) как разность отсчетов на заднюю и переднюю точки:

=a-b. (2)

 

 

Изложенные выше действия составляют I полуприем.

Примечание: в случае если отсчет на заднюю точку меньше отсчета на переднюю точку (см.табл.1, I полуприем), то при вычислении угла к нему прибавляют 360.

5.     Переводят трубу через зенит и повторяют измерения при II положении вертикального круга (при КП), т.е. выполняют II полуприем. Вычисляют значение угла .

Два независимых полуприема составляют полный прием.

6.     Определяют расхождение результатов измерений по I и II полуприемам, которое не должно превышать двойной точности отсчетного устройства теодолита, т.е.

-≤2t.

Если данное условие не выполняется, то измерения угла повторяют заново.

7.    Если расхождение между значениями угла  и допустимо то за окончательный результат принимают среднее значение угла

β=.

Такой результат будет свободен от влияния коллимационной погрешности и погрешности за счет наклона оси вращения трубы.

Измерение и вычисление левого по ходу горизонтального угла производят в аналогичной последовательности  с той лишь разницей, что левый по ходу угол в каждом полуприеме рассчитывают как разность отсчетов на переднюю и заднюю точки.

Примечание. Значения измеренных углов по каждому полуприему и среднее значение угла вычисляют на станции, пока не снят теодолит.

Приведенные в данной главе лабораторные работы выполняются бригадным методом – 2-3 студента в бригаде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

 

ИЗМЕРЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ УГЛОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛОВ НАКЛОНА

 

Задача выполнения лабораторной работы: изучить устройство вертикальных кругов теодолитов Т30 и 2Т30, научиться выполнять поверку места нуля (МО) вертикальных кругов этих теодолитов, освоить методику определения углов наклона линий.

Последовательность выполнения задания:

1.     Изучение теории вертикального круга.

2.     Поверка места нуля вертикального круга.

3.     Измерение углов наклона линий  теодолитами с круговой (Т30) и секторной (2Т30) оцифровкой вертикальных кругов.

при выполнении задания каждый студент по указанию преподавателя должен измерить по 4 вертикальных угла; 2 угла теодолитом Т20 и 2 – теодолитом 2Т30. Все записи результатов измерений и вычислений производят в полевом журнале. В пояснительной записке следует привести рабочие формулы для вычисления углов наклона и МО, порядок выполнения поверки МО вертикального круга, схему и методику измерения углов наклона.

1.6.     Вертикальный круг теодолита

Вертикальный круг теодолита служит для измерения углов в вертикальной плоскости. Угол между горизонтальной плоскостью и направлением визирной оси зрительной трубы называется углом наклона.

Лимб вертикального круга жестко скреплен с горизонтальной осью теодолита (осью вращения зрительной трубы) и вращается вместе с ней; при этом алидада вертикального круга вертикального круга остается неподвижной. Роль алидады выполняет специальная оптическая система, являющаяся отсчетным устройством (отсчетным индексом).

У теодолитов типа Т30 уровень при алидаде вертикального круга отсутствуют,и его заменяет уровень при алидаде горизонтального круга, расположенный параллельно коллимационной плоскости зрительной трубы. Перед взятием отсчета по вертикальному кругу пузырек уровня с помощью подъемных винтов приводят в нуль-пункт и тем самым обеспечивают неизменность положения отсчетного устройства (отсчетного индекса) вертикального круга в момент взятия отсчетов.

Как отмечалось ранее, вертикальные круги теодолитов типа Т30 отличаются системой оцифровки: круговая – у теодолита Т30 (рис.4.1, а) и секторная – у теодолита 2Т30 (рис.4.1, б).

Значение угла наклона линии визирования равно разности отсчетов по двум направлениям в вертикальной плоскости. Одно из направлений должно соответствовать горизонтальному положению визирной оси зрительной трубы. При этом отсчет по вертикальному кругу будет равен нулю градусов или некоторому близкому к нулю значению, называемому местом нуля МО.

Следовательно, местом нуля МО вертикального круга называют отсчет по вертикальному кругу при горизонтальном положении визирной оси трубы и исходном положении отсчетного устройства.

Угол наклона ν и МО можно определить по результатам двух отсчетов, полученных при визировании на наблюдаемую цель при двух положениях зрительной трубы: «круге лево» (КЛ) и «круге право» (КП). При этом вид формул зависит от системы оцифровки шкалы лимба вертикального круга:

Рисунок  4.1

 

1.     При круговой оцифровке лимба вертикального круга против хода часовой стрелки (т.е. для теодолита Т30) угол наклона можно определить из отсчетов по вертикальному кругу и значению МО:

При «круге лево»

 = КЛ – МО;

При «круге право»

 = 180 - КП + МО,

или

 = МО – (КП + 180).

Отсюда:

МО = ;

 = .(3)

 

При вычислениях по указанным формулам следует руководствоваться правилом: к малым величинам КЛ, КП и МО (меньшим 90), необходимо прибавлять 360.

2.     При секторной оцифровке лимба вертикального круга, т.е. для теодолита 2Т30:

МО = ;

 = ;(4)

 

 = КЛ – МО = МО – КП.

При этом добавлений 360 делать не нужно.

Формулы (3) и (4) показывают, что значение угла наклона может быть получено и без вычисления места нуля. Однако на практике МО вычисляют на каждой станции, так как его постоянство (в пределах допустимых отклонений) служит надежным контролем правильности измерения углов наклона. МО необходимо также знать, если углы наклона измеряют одним полуприемом, т.е. при одном положении зрительной трубы (КЛ или КП). В этом случае вычисления углов значительно упрощается, если значения МО близко или равно 0.

1.7.     Поверка места нуля вертикального круга

Место нуля вертикального круга должно быть равно 0  либо близким к 0 .

Большая величина МО несколько затрудняет вычисления, поэтому его исправляют до малого значения.

Порядок действий:

1.     До начала работ 2-3 раза определяют МО из измерений различных углов наклона при двух положениях зрительной трубы, чтобы убедиться в его практическом постоянстве. Если среднее значение МО не превышает двойной точности отсчетного устройства (МО  2t), то оно не осложняет вычислений. В противном случае МО необходимо привести к нулю либо сделать близким к 0.

2.   По отсчетам КЛ и КП вычисляют свободное от места нуля значение наклона  на последнюю визирную цель и, наблюдая в отсчетный микроскоп, наводящим винтом трубы устанавливают его на вертикальном круге. При этом средний горизонтальный штрих сетки сместился с изображения визирной цели.

3.     Действуя вертикальными юстировочными винтами сетки нитей, совмещают средний горизонтальный штрих сетки с изображением наблюдаемой цели.

Для контроля повторяют данную поверку, а затем поверки коллимационной погрешности и горизонтальной нити сетки.

Пример. Следует выполнить поверку места нуля вертикального круга теодолита Т30, составляющее по предварительным измерениям МО = -5.

При визировании на точку получены отсчеты по вертикальному кругу:

КП = 17408΄; КЛ = 542΄.

МО =  =  = 359 т.е. -5΄.

Правильный отсчет по вертикальному кругу (при КЛ), свободный от влияния МО, будет

 =  =  =  = 547΄,

Или  = КЛ – МО =  - 35955΄ = 547΄.

Наводящим винтом трубы устанавливают правильный отсчет 547΄ при КЛ на вертикальном круге, и в зрительную трубу наблюдают смещение горизонтального штриха сетки нитей совмещают горизонтальный штрих сетки с визирной целью.

1.8.     Измерение углов наклона линий

Углы наклона линий в зависимости от расположения наблюдаемой цели относительно линии горизонта могут быть положительными (углы возвышения) и отрицательными (углы понижения).

При измерении углов наклона перекрестие сетки нитей наводят на визирные знаки; в качестве последних обычно используют вехи или  рейки, на которых отмечают точки визирования (например, точка С на рис.4.2).

Рисунок  4.2

 

Порядок действий:

1.     Теодолит устанавливают над точкой А в рабочее положение и горизонтальным штрихом сетки визируют на наблюдаемую точку С при первом положении зрительной трубы (при КЛ).берут отсчет по вертикальному кругу, который заносят в журнал измерений.

 

Примечание: перед взятием отсчета по вертикальному кругу следует убедиться в том, что пузырек уровня при алидаде горизонтального круга находится в нуль-пункте. При отклонении пузырька необходимо вывести его в нуль-пункт с помощью подъемных винтов; после этого следует уточнить визирование на наблюдаемую точку.

2.     Для исключения влияния МО вертикального круга измерения повторяют при втором положении зрительной трубы (при КП).

3.     Вычисляют значение угла наклона и МО по соответствующим формулам в зависимости от типа применяемого теодолита.

Следует помнить, что правильность измерения вертикальных углов на станции контролируется постоянством МО, колебания которого не должны превышать двойной точности отсчетного устройства теодолита, и значениями измеренного угла, вычисленного с использованием МО.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Кузнецов, О. Ф. Основы геодезии и топография местности: Учебное пособие / Кузнецов О.Ф., - 2-е изд., перер. и доп. - Вологда:Инфра-Инженерия, 2017. - 286 с.: ISBN 978-5-9729-0175-3. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/943564
2. Кравченко, Ю. А. Геодезия : учебник / Ю.А. Кравченко. — Москва : ИНФРА-М, 2017. — 344 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). - ISBN 978-5-16-105828-2. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/792587
3. Гиршберг, М. А. Геодезия: задачник : учеб. пособие / М.А. Гиршберг. — Изд. стереотип. — Москва : ИНФРА-М, 2018. — 288 с. + Доп. материалы [Электронный ресурс; Режим доступа: https://znanium.com]. — (Высшее образование: Бакалавриат). - ISBN 978-5-16-102814-8. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/958201
4. Практикум по геодезии : учебник/ под ред. Г. Г. Поклада.-М.: Академический Проект, Трикста, 2011.-488 с.
5. ЭБС https://znanium.com

 

 

 

 

Скачано с www.znanio.ru