Теодолит электронный принцип работы

ЭЛЕКТРОННЫЕ ТЕОДОЛИТЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ

Теодолиты в течение веков прошли длительную эволюцию (приложение А). От первых, массивных, полностью металлических теодолитов, ещё не имевших вертикального круга (рисунок 1), до современных высокотехнологичных и эргономичных, из легких стойких сплавов и полимеров. Их совершенствование и поиск новых конструктивных решений продолжаются и в настоящее время.

Рисунок 1 –Теодолит малый

Происхождение слова «теодолит», связано с греческими понятиями «theasthai» (смотреть) и «elitteo» (вращать) которые в полной мере отражают функциональную сущность прибора. Или по другой версии, происходит от французских понятий «рассматриваю + длинный». Термин теодолит, определяется как — геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов. По классификации средств измерений, теодолиты относятся к угломерным приборам. Конструктивно, теодолит состоит из вращающегося на вертикальной оси горизонтального круга с алидадой и скреплённых с нею колонок, на которые опирается горизонтальная ось, несущая зрительную трубу и вертикальный круг.

По принятой классификации теодолитов по точности измерений, их можно разделить на четыре группы: высокоточные, повышенной точности, средней точности и технические. Рассматриваемые в данных методических указаниях приборы относятся к низшему классу.

Высокоточные теодолиты обеспечивают точность измерения горизонтальных углов из одного приёма не ниже 1″.

Теодолиты повышенной точности обеспечивают точность измерения горизонтального угла из одного приёма со средней квадратической ошибкой от 1.5″ до 3″.

Теодолиты средней точности обеспечивают точность измерения горизонтального угла из одного приёма со средней квадратической ошибкой от 3″ до 20″.

Теодолиты технической точности обеспечивают точность измерения горизонтального угла одним приёмом со средней квадратической ошибкой от 20′′ до 1′.

Для того, чтобы выполнить измерение горизонтального и вертикального угла на местности в конструкции теодолита содержатся:

1. Горизонтальный и вертикальный круги со шкалами и отсчётными устройствами для снятия отсчётов по ним;

2. Устройство для наведения на пункт (точку) наблюдения (визирное устройство);

3. Системы для поворота визирного устройства в двух плоскостях;

4. Приспособления для ориентирования круговых шкал (лимбов) в заданных плоскостях измерений (горизонтальной и вертикальной);

5. Приспособления для установки прибора над заданной точкой, с которой производится наблюдение.

Технические электронные теодолиты, также как и оптические, применяются для измерения горизонтальных и вертикальных углов, расстояний нитяным дальномером при производстве различного рода топографических и разбивочно-привязочных работ.На рисунке 2 представлен электронный теодолит VEGA TEO 20 китайского производства.

Рисунок 2 – Электронный теодолит VEGA TEO 20

В конструкции электронного теодолита имеется цифровой преобразователь угла в цифровой код. Цифровой преобразователь угла состоит из двух элементов: кодирующего диска, индексной диафрагмы и фотоэлектрической считывающей системы. В основу кода заложена двоичная система. На соосно расположенных дисках (лимбе и алидаде), на обращённых друг к другу поверхностях, нанесены кодирующий диск и индексная диафрагма. Они представляют собой концентрические кодовые дорожки с прозрачными и непрозрачными сегментами. Соответственно, отсчёт по кодовому лимбу представляется сочетанием двух сигналов «темно — светло». Двоичный сигнал преобразуется в цифровой код и выводится на дисплей.

На рисунке 3 представлен электронный теодолит CST/berger 56-BDT30.

Рисунок 3 – Электронный теодолит CST/berger 56-BDT30

2 УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННОГО ТЕОДОЛИТА VEGA TEO 20

Данный прибор обеспечивает точность измерения горизонтальных углов одним приемом со средней квадратической ошибкой 20′′. Устройство теодолита VEGA TEO 20 представлено на рисунке 4.Техническая характеристика теодолита VEGA TEO 20 представлена в таблице 1.

а — вид теодолита со стороны оптического центрира; б — вид теодолита со стороны закрепительного винт трубы и вертикального круга; 1 – подъёмные винты; 2 – функциональные клавиши; 3 – дисплей; 4 – наводящий винт горизонтального круга; 5 – закрепительный винт горизонтального круга; 6 – объектив зрительной трубы; 7 – метка высоты инструмента; 8 – оптический центрир; 9 – основание; 10 – закрепительный винт подставки; 11 – цилиндрический уровень; 12 – кольцо окуляра зрительной трубы диоптрийное; 13 – кремальера (фокусирующее кольцо); 14 – винт ручки теодолита; 15 – ручка теодолита; 16 – коллиматорный визир; 17 – отделение для батарей; 18 — закрепительный винт трубы и вертикального круга; 19 — наводящий винт трубы и вертикального круга; 20 – круглый уровень

Рисунок 4 — Устройство электронного теодолита VEGA TEO 20

Электронный теодолит VEGA TEO 20 состоит из горизонтального круга, вертикального круга, зрительной трубы и подставки. Подставка у теодолита съёмная. Горизонтальный и вертикальный круги, как и у оптических теодолитов, выполнены из стекла. Горизонтальный и вертикальный круги градуированы от 0 до 360˚.

Таблица 1 — Техническая характеристика электронного теодолита VEGA TEO 20

Как пользоваться, работать теодолитом

Т еодолит стал первым инструментом, изобретенным человечеством, позволяющий измерять горизонтальные и вертикальные углы. На сегодняшний день он вместе с нивелиром уверенно конкурирует со сложными электронными собратьями, обеспечивая достаточную точность полученных значений. Теодолит неприхотлив, прост в обращении, стоит же на порядок ниже → тахеометра (по ссылке рассказано как работать тахеометром), который является его старшим, более продвинутым собратом. Проведение сложных измерений с помощью теодолита невозможно без вычислительной техники и специальных знаний, а вот уметь определить горизонтальный и вертикальный углы, определить высоту строения, разбить прямоугольник или проверить правильность разбивки осей здания должен уметь каждый строитель. Тем более, как пользоваться теодолитом, при некоторой доле старания, может разобраться даже не специалист.

Видео-версия статьи

Устройство и принцип работы теодолита

Основа теодолита — зрительная труба, которая вращается в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Труба соединена с микроскопом, с помощью которого можно получать значения углов, нанесённых на лимб, а при использовании специальной дальномерной рейки возможно и определение расстояния между точками как при → работе с нивелиром (как работать нивелиром рассказано по ссылке).

Принцип теодолитной съемки заключается в получении неизвестных значений координат и высот требуемой точки, опираясь на точки с известными значениями.

Перед началом съемки теодолит необходимо привести в рабочее положение. Инструмент устанавливается на штативе над точкой с известными координатами и приводится в горизонтальное положение специальными винтами, расположенными на подставке (1). В окуляр (2) мы видим центр визируемой точки, над которой устанавливаем инструмент, а уровни (3) помогают нам контролировать горизонтальное положение инструмента. Работая зажимными винтами штатива и подставки, добиваемся такого положения, когда инструмент установлен горизонтально над стартовой точкой. У новичков эта процедура вызывает некоторые трудности, а специалисты производят центрирование теодолита менее, чем за минуту. В высокоточных инструментах система центрировки – оптическая, в остальных используется отвес на нити.

Далее визиром (8) грубо наводимся на цель, а винтами (4,7) плавно подводим сетку нитей на центр снимаемого объекта, контролируя процесс с помощью зрительной трубы (9). Так как инструмент оптический, снять отсчет в тёмное время суток невозможно. Для работы нам понадобится настроить зеркальце (10) таким образом, чтобы в систему попадало как можно больше света. После визирования цели берем отсчет, воспользовавшись окуляром микроскопа (11).

Установка теодолита, подготовка к работе (видео)

Взятие отсчётов теодолитом

Отсчёт — это число, состоящие из градусов, минут и секунд (секунд не всегда). Посмотрев в микроскоп увидим верхнюю и нижнюю шкалу, маркированную, соответственно, для снятия отсчётов по вертикальному и горизонтальным кругу.

Есть шкаловый микроскоп и микроскоп-оценщик (штриховой микроскоп). Микроскоп-оценщик сразу показывает нужный угол по горизонтальной и вертикальной оси в градусах и минутах, правда точность немного снижена чем у шкалового микроскопа, поскольку минимальное деление равно 10 минутам, а с точностью до минуты приходится определять на глаз.

Микроскоп-оценщик (слева) и шкаловый микроскоп теодолита

Есть 2 шкалы, которые изменяют своё положение по отношению друг к другу — шкала лимба и шкала алидады. В шкаловом микроскопе на шкалу алидады нанесены цифры от 1 до 6 и 60 делений, соответствующие 60 минутам. Шкала алидады подвижна.

В шкаловом микроскопе значением градусов будет являться то число, которое попало на шкалу алидады для горизонтального угла или, соответственно, вертикального. Значением в минутах будет являться то число, на которое указывает значение градусов шкалы лимба на шкале алидады. К примеру, на снимке ниже мы увидим значения горизонтального и вертикального углов, соответственно, 181 градус 43 минуты и 121 градус 2 минуты

Точность снятия отсчётов

Со временем подшипники в устройстве могут истираться, что негативно сказывается на полученных значениях. Для этого отсчёт берут несколько раз, при разных значениях круга (лимба) микроскопа.

Для исключения коллимационных ошибок зрительную трубу переводят через зенит, попорачивают теодолит на 180 градусов и заново берут отсчёты. Из нескольких значений получается среднее арифметическое, которое и будет верным значением измеряемого угла. Если отсчеты значительно отличаются (более минуты), процедуру следует повторить.

Кроме метода перевода через зенит, существует метод полуприёмов, когда лимб смещается на целое значение угла градусов и отсчёт берётся второй раз. Для перестановки лимба существуют винты (5, 6). Например, значение горизонтального угла составляет 358 градусов 45 минут. После снятия отсчёта, винтом (6) смещают начальную точку лимба на целое значение градусов угла (для удобства), закрепляя его винтом (5). К примеру, сместив лимб на 90°, мы должны получить значение угла по горизонтальному кругу 358°45′ + 90° = 88°45′.

Определение высоты здания, строения теодолитом (+ видео)

Для примера рассмотрим формулу определения высоты здания, строения, столба и т.п. Берём теодолитом и мерной лентой отсчёты значений, указанных на рисунке ниже, и записываем их в таблицу (тетрадь).

Теодолит располагают на расстоянии, не меньшем высоты строения, если это невозможно, то как можно дальше от объекта. Далее по формуле h = h1 + h2 = d(tgv1 + tgv2) вычисляем высоту строения.

Если линия АВ имеет уклон на местности, необходимо рассчитать горизонтальное проложение этой линии, её проекцию на горизонтальную плоскость по формуле d = Scosν снимая отсчёты как показано на рисунке ниже.

Горизонтальное проложение линии

Как определить высоту сооружения расскажет это видео, с расчётами и формулами.

Измерение горизонтального угла теодолитом (+ видео)

Для измерения горизонтального угла теодолитом нужно установить теодолит в один из углов треугольника. Определить правое и левое направление. Где будет располагаться ноль на шкале — не суть важно, мы можем получить значение угла как разность отсчётов двух точек. Навестись на первую точку, взять отсчёт. Воспользовавшись одним из способов выше для проверки значения, взять отсчёт второй раз и вычислить среднее значение, если расхождение не больше 1 минуты, то измерения сделаны верно. Ведём запись в журнал (тетрадь). Далее наводимся на вторую точку, так же берём отсчёт. Если значение правого угла меньше чем левого, к нему нужно прибавить 360 градусов. Разность отсчётов и будет нашим углом.

Полярный способ съемки теодолитом

В строительстве в основном используют два способа съемки – полярный (рис. 1) и способ створов и перпендикуляров (рис 2). Другие способы съёмки теодолитом: способ угловых засечек, линейных засечек, способ вспомогательных створов и способ обхода.

При полярном способе мы отталкиваемся от двух точек с известными значениями. Эти точки можно взять из уже существующего проекта, плана, государственной геодезической сети (при наличии СРО), либо при самостоятельной разработке плана задать эти точки самостоятельно, начиная с самостоятельно определённого ноля по x;y;z координат. Полярный способ бывает замкнутый и разомкнутый.

Рассмотрим для начала разомкнутый способ, который мы потом приведём к замкнутому. Инструмент устанавливается на исходную точку 2, берётся начальный отсчёт на исходную точку 1, либо наоборот. Измеряется расстояние рулеткой, мерной лентой или дальномером до точки теодолитного хода 1, устанавливается метка (колышек заподлицо с землёй, либо вертикальная рейка). Измеряется левый по ходу угол на точку теодолитного хода 1. Дойдя до съёмочной точки 2 мы последовательно вычисляем значения горизонтальных углов к каждой из точек контура (рис. 1). Таким образом так же можно измерить расстояния до точек объекта съёмки и вертикальные углы с любой нужной вам точки теодолитного хода. Далее, пользуясь формулами вычислить необходимые значения и расстояния, многие расчёты приведены в нескольких видео на этой странице.

Последний этап – «привязка» теодолитного хода к известным точкам и создания → плана местности на бумаге (по ссылке рассказано как сделать план или схему местности). Так как контрольные точки находятся в одной системе координат, данный полигон можно привести к замкнутому, доведя ход от контрольной точки 2 до исходной точки 1. Далее нужно вычислить погрешность замкнутого теодолитного хода, которая вычисляется проще, чем для разомкнутого.

Погрешность замкнутого теодолитного хода, невязка

В результате несложных расчётов мы получим невязку, которую сравниваем с допустимой. В случае, если значение в допуске, погрешность пропорционально раскидывается в стороны полигона.

Для замкнутого теодолитного хода погрешность определяется по формуле:

Где сумма углов фактическая (измеренная), а — сумма углов теоретическая, то есть которая должна быть по законам геометрии.

Вычисляется теоретическая сумма углов по формуле:

Где n — число измеренных углов.

Допустимая погрешность суммы углов замкнутого теодолитного хода определяется по формуле:

Если фактическая погрешность больше допустимой, ещё раз проверяем записи, если проблема не в этом, берём отсчёты заново. Если погрешность меньше или равна допустимой вычисляем поправку по формуле:

Значение раскидываем на все углы. Если число получается не целое, в одни углы вводим поправки больше чем в другие.

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.

Определение расстояния теодолитом с помощью дальномерной рейки

С помощью теодолита можно определить и расстояние до точки взятия отсчётов, с погрешностью примерно в 10 см. Устанавливаем дальномерную рейку на точку, до которой хотим измерить расстояние. В визирной сетки теодолита есть 2 дальномерных штриха, расположенных сверху и снизу. Измерение расстояние производится просто. Считаем количество сантиметров от одного горизонтального дальномерного штриха до другого и умножаем полученное значение на дальномерный коэффициент трубы, который обычно равен 100.

Определение расстояния теодолитом при помощи дальномерной рейки по дальномерным нитям

На приведённом примере расстояния до рейки будет примерно 19,4 метра.

Геодезия, видеолекция «Теодолитная, тахеометрическая съёмки»

Подробнейшую информацию о работе с теодолитом, с формулами можно узнать из этого видео.

На этом пока всё!

Оставляйте ваши советы и комментарии ниже. Подписывайтесь на новостную рассылку. Успехов вам, и добра вашей семье!

echome.ru

Сайт посвященный измерительным приборам…

Электронный теодолит

Являющиеся высокоточными и очень удобными в работе приборами электронные геодезические теодолиты завоевывают все большую популярность. Эти инструменты оснащены электронными датчиками снятия показаний измерений с последующим выводом их результатов на дисплей для пользователя. Несложные в эксплуатации электронные теодолиты стали незаменимыми на строительной площадке при возведении объектов инфраструктуры любой степени сложности и при производстве различных работ:

• полностью автоматизируют процесс угломерных измерений;
• геодезические и инженерные изыскания для построения топографических планов и карт;
• построение сети геодезических точек на местности при проведении общестроительных работ;
• успешно используются и в военном деле.

Большинство торговых брендов с мировым именем (RGK, VEGA, Topcon, Sokkia, ADA и многие другие) делают ставку именно на цифровые модели, осуществляя их массовый выпуск. Для проверки соответствия параметров прибора заявленным производителем характеристик периодически должны выполняться поверки электронного теодолита.

Типы и классификация

Так же как и другие типы теодолитов (оптические и лазерные) их электронные собраться подразделяются по показателю средней квадратической ошибки (СКО):

• высокоточные или инженерные (показатель СКО составляет 0,5’’-1’’);
• точные или строительные (2’’-10’’);
• технические (15’’-30’’).

Конструктивно электронный теодолит может быть выполнен:

• с использованием компенсатора вертикального круга или без него (что отображается в маркировке прибора буквой «К» — компенсатор);
• с применением отвеса оптического или лазерного типа.

Работа с электронным теодолитом любого типа не представляет особенных сложностей: современные инструменты обеспечивают удобство снятия отсчетов, что позволяет комфортно работать с ними даже без специальных навыков, пройдя минимальный инструктаж.

Устройство

Электронный теодолит имеет следующие ключевые узлы:

• подставка с трегером для горизонтирования;
• оптический или лазерный отвес;
• оптическая зрительная труба с сеткой нитей для точного позиционирования на объектной точке;
• удобный жидкокристаллический графический дисплей с панелью управления основными функциями;
• прочный и надежный корпус прибора с расположенной в нем отсчетной системой;
• наводящие, закрепительные, юстировочные винты.

Современные модели цифровых теодолитов все чаще оснащаются компенсаторами вертикального круга, значительно упрощающими работу с устройством.

В отличие от оптических приборов в электронных теодолитах используется не градуированная система измерений, а цифровая – двоичная. Суть реализации двоичной системы в отсчетном механизме с датчиками абсолютного угла поворота состоит в разметке фотоэлектрического диска кодовой последовательностью черных и белых отметок, просвечивание которых формирует одно из двух значений «0» или «1». Сформированная запись в дальнейшем анализируется и обрабатывается в микропроцессоре.

Отснятые данные могут быть записаны во внутреннее запоминающее устройство или переданы посредством интерфейса связи на персональный компьютер или внешний носитель.

Основы использования

Преимуществами использования электронного теодолита являются:

• исключение визуальной ошибки снятия показаний, что вполне возможно в оптических моделях;
• расчеты и записи отсчетных данных выполняются микропроцессором автоматически;
• возможность работы в темное время суток при наличии подсветки шкалы экрана и лазерного указателя, значительно повышающего к тому же точность измерений.

Работа от элементов питания несколько ограничивает возможность использования цифровых теодолитов в полевых условиях без возможности подзарядки, а наличие электронных составляющих (датчиков, процессора, дисплея) – его работу в условиях низких температур.

Наиболее популярные модели

Практически вытеснившие в современных проектно-изыскательных работах оптические модели, предлагающие большее удобство работы даже не для профессионалов электронные теодолиты чрезвычайно распространены.

ADA DigiTeo 10

При 30-кратном приближении зрительной трубы обладает угловой точностью 10», изображение формируется прямое. Имеющийся двусторонний жидкокристаллический дисплей вносит в работу дополнительные удобства, позволяя видеть цифры на экране при любом положении прибора. Подсветка матрицы экрана позволяет выполнять работы и в условиях недостаточной освещенности.

Прибор прост в подготовке к работе и эксплуатации: встроенный лазерный отвес выполняет точное позиционирование инструмента, установка горизонтального угла осуществляется нажатием одной кнопки в течение 1-2 секунд. Использование фотоэлектрического кодового лимба исключает возможность ошибок при считывании показаний.

Производителем заявлен класс защиты корпуса IP66 – пыленепроницаемость и защита от сильных водяных струй.

DJD2-GH

Является высокоточным строительным прибором со средней квадратической погрешностью 2». 30-кратная зрительная труба формирует прямое изображение.

В конструкции реализован электронный компенсатор вертикального круга с рабочим диапазоном ±3’. Простая операция обнуления горизонтального и элементарно выполняемая первоначальная установка вертикального угла на ноль позволяет быстро приступить к непосредственным измерениям.

Панель управления и двухстрочный графический дисплей размещены по разные стороны алидады для большего удобства использования. На экране отображение показателей горизонтального и вертикального углов выводится одновременно, встроенная подсветка позволяет работать с условиях недостаточной освещенности.

DT-205

Отличительной особенностью этого представителя линейки известного бренда Topcon является съёмный трегер для лёгкой установки на станциях хода. Угловая точность инструмента составляет 5”, что относит его к строительному типу теодолитов.

Результаты отсчетов, полученных методом абсолютного считывания, отражаются на двойном сегментированном дисплее с подсветкой. Передача информации на персональный компьютер или внешние носители осуществляется посредством COM-порта.

Корпус, соответствующий стандарту IP66, защищает инструмент от пыли и влаги. Питание от четырех элементов питания типа АА обеспечивает до 140 часов непрерывной работы.

Соотношение стоимости и предлагаемого функционала в приборах этого типа оптимальна: на электронный теодолит цена находится в диапазоне 40000-350000 рублей.

Видео по теме

Теодолит. Виды и работа. Устройство и применение. Как выбрать

Теодолит – это распространенное измерительное устройство для определения горизонтальных и вертикальных углов. Оно применяется при проведении общестроительных работ, геодезических исследований и топографических съемок. С его помощью можно определить вертикальные и горизонтальные углы в градусах с минутами.

Отдельные модификации устройства оснащаются дальномером, который увеличивает возможность прибора и позволяет с его помощью определять расстояние до объектов. На базе данной конструкции были разработаны другие приборы, адаптированные под определенные условия съемки, где использование базовой комплектации будет менее удачным.

Разновидности теодолитов

В зависимости от точности теодолиты делятся на три категории:

1. Высокоточные.
2. Точные.
3. Технические.

Высокоточное устройство дает погрешность при измерении равно или меньше 1°. Это дорогостоящее оборудование, которое применяется на ответственных объектах. Оно редко используется, поскольку большинство задач, которые выполняют теодолитом, не требуют столь высокой точности.

Точные имеют погрешность не более 10°. Такие устройства являются самыми востребованными. Подавляющее большинство предлагаемых на рынке приборов соответствуют именно такой погрешности.

Технические могут иметь ошибку в измерении угла до 60°. На первый взгляд это довольно много, но существуют цели, где большая точность не столь важна. В первую очередь это общестроительные задачи, когда осуществляется возведение неответственных объектов. Подобные устройства могут применяться только в малоэтажном строительстве.

Теодолит является давним устройством, поэтому неудивительно, что существует несколько его модификаций, которые имеют схожий принцип действия, но конструктивно отличаются между собой.

Теодолит бывает следующих видов:

• Оптические.
• Электронные.
• Лазерные.

Оптические были изобретены первыми. Их принцип действия заключается в использовании визирной трубы с нанесенной на линзы шкалой. По шкале осуществляется ориентирование параметров угла между несколькими вертикальными или горизонтальными точками объекта исследования.

Электронные оснащаются жидкокристаллическим дисплеем и системой датчиков. После того как прибор устанавливается и выставляется по точкам, между которыми необходимо измерить угол, он самостоятельно определяет наклон и выводит его в цифровом значении на свой дисплей. Это позволяет минимизировать работу оператора, поскольку в отличие от применения оптических устройств, ему не нужно внимательно присматриваться к шкале.

Лазерные оснащаются лазерным лучом, который высвечивает визуально заметную линию на объекте измерения. Оператор настраивает ее таким образом, чтобы она проходила через две требуемые точки. Прибор сам автоматически определяет угол наклона, по которому осуществляете свечение лазерного луча. Подобные устройства имеют ограниченную дальность, поскольку лазерный луч не может распространяться очень далеко. Такие приборы применяют в общестроительных работах. Особенно они удобны для установки колонн и возведения мостов.

Как устроен простейший теодолит

Простейшей и самой безотказной конструкцией теодолита являются оптические приборы. Их главными составными частями являются:

• Подставка.
• Корпус.
• Зрительная труба.
• Регулировочные винты для наведения.
• Цилиндрический уровень.
• Отвес.
• Отсчетный микроскоп.

Корпус устройства закреплен на подставке. В нем удерживается зрительная труба, которая спарена с отчетным микроскопом. Она является подвижной, что позволяет выставлять нацеливание на объект измерения. Также устройство оснащается двумя типами уровней – цилиндрическим и отвесом. Первый применяется для выставления горизонтали, а второй вертикали.

Зрительная труба используется для наблюдения за объектом, находящимся на удалении от устройства. Кратность увеличения, которую дает труба, обычно составляет от 15 до 50 раз. Чем оно выше, тем точнее прибор и на большем расстоянии может находиться от объекта. В окуляр зрительной трубы устанавливается линза, на которой нанесена сетка. Она надежно прорисована на стекле, поэтому не стирается. У дорогостоящего оборудования она не нарисована, а нанесена путем гравировки.

Сетка используется для ориентирования теодолита при настройке. Именно по ней выставляются интересующие точки на предмете исследования по горизонтали и вертикали. Конечно, перед этим прибор выставляется по уровню, поскольку наличие при его установке перекосов не позволяет получать данные даже приблизительной точности.

Уровни предназначены для установки устройства перед началом измерения. С их помощью определяется, насколько постановка его корпуса соответствует горизонтали и вертикали. Обычно приборы оснащаются цилиндрическими уровнями, которые отличаются высокой точностью. У более бюджетного оборудования, или легкого, используется круглый уровень.

При круглом уровне для выставления устройства необходимо постараться, чтобы пузырек воздуха стал по центру блюдца. Выставлять прибор по уровню позволяет регулируемая подставка, сделанная в виде треноги. Желательно всегда пользоваться именно ею, а не подкладывать камушки или другие ненадежные предметы под ножки треноги.

Также важным элементом теодолита является оптическое устройство или микроскоп. Он обладает большой степенью увеличения и оснащается делительной сеткой с размеченной шкалой. Она указывает на градусы и минуты. Более точные устройства показывают также и секунды. В оптическом устройстве применяется шкала, которая называется лимб. Она позволяет определить точный наклон между двумя точками, которые были зафиксированы сеткой на визирной трубе.

Отличие теодолита от нивелира

Часто теодолит путают с нивелиром, поскольку внешне они действительно похожи. На самом деле существует довольно много отличий, позволяющих разделить эти устройства на два лагеря. В первую очередь они различаются по назначению. Теодолиты применяются для измерения углов, а нивелиры для определения вертикальных превышений.

Оба устройства оснащаются подобной системой измерения с сеткой, по которой оператор ориентируется, выбирая нужные точки. У теодолита зрительная труба вращается в горизонтальной и вертикальной плоскости, а у нивелира она двигается только по горизонтали.

Теодолит не требует помощь ассистента. Чтобы с ним работать, необходима только достаточная видимость, чтобы оператор мог ориентироваться по точкам на объекте, по которым можно измерить угол наклона. Для нивелира нужен помощник, который будет удерживать нивелирную рейку в вертикальном положении, находясь непосредственно на траектории видимости зрительной трубы.

Узкоспециализированные теодолиты

По сути, теодолит является универсальным устройством, которое может измерять углы практически в любых условиях. Тем не менее, были разработаны усовершенствованные узкоспециализированные конструкции, дающие большие удобства для определенных целей. Такие устройства теряют свою универсальность, но приобретают ряд преимуществ.

Фототеодолит

Также называют кинотеодолит. Данный прибор соединяет в себе функции теодолита и фотокамеры. С его помощью осуществляется фотосъемка углов интересующих объектов. Также фототеодолиты используются для фиксации угловых координат для летающей техники при ее испытаниях. Несмотря на развитие современных технологий в сфере оборудования для фотосъемок, фототеодолиты выпускаются не только в виде цифровых камер, но и пленочных.

Гиротеодолит

Является гироскопическим устройством, с помощью которого осуществляется ориентирование при строительстве тоннелей и разработки шахт. Также с его помощью можно осуществлять топографические привязки. Им определяется азимут направления. По принципу действия данные устройства похоже на гирокомпас.

Критерии выбора устройства

При выборе теодолита важными критериями, на которые необходимо обратить внимание, являются:

• Уровень погрешности.
• Степень влагозащиты.
• Тип измерения.
• Вес.
• Степень ударопрочности.

Что касается уровня погрешности, то он определяется исключительно по предназначению устройства. Для ответственных съемок требуется высокоточное оборудование. Если прибор применяется для общестроительных задач при возведении малоэтажных объектов, то вполне можно обойтись оборудованием низкого ценового сегмента.

Степень влагозащиты также немаловажный аргумент выбора того или иного прибора. Особенно это важно, если подбирается электронный или лазерный теодолит. Уровень влагозащиты IP65 позволит осуществлять съемку в условиях повышенной сырости и даже дождя. Такие приборы не бояться окунуться в воду на небольшую глубину.

Что касается типа измерения, то в основном стоит сложность выбора между оптическим и электронным теодолитом. Оптическое устройство более сложное в применении, поскольку от оператора требуется большая сосредоточенность при просматривании шкалы для определения угла. При этом такой прибор не требует подзарядки. Он имеет большую температурную устойчивость. С ним можно работать даже если на улице температура ниже -30 градусов.

Вес устройства имеет большое значение если требуется осуществлять измерение с переходами. Легкие теодолиты будут незаменимы при топографических исследованиях, когда с оборудованием нужно двигаться по пересеченной местности проходя много километров пешком.

Теодолиты являются дорогостоящим оборудованием, поэтому не лишним будет наличие ударопрочного корпуса. При отсутствии устойчивости к механическим повреждениям, малейшее падение и прибор потребует ремонта или замены.

Теодолит — принцип работы и как пользоваться прибором

Если спросить инженера-строителя, какой геодезический прибор является одним из главных в его профессиональной деятельности, то можно быть уверенным, что в ответе прозвучит слово теодолит.

Это мультифункциональное устройство, отличающееся высокой точностью, позволяет делать измерения горизонтальных и вертикальных углов. С его помощью определяют точное положение отвесной линии. Его активно используют геодезисты, топографы, строители. Прибор незаменим при любых строительных работах, требующих высокой точности измерений.

Чтобы научиться пользоваться теодолитом, необходимо разобраться с его принципом работы, а уже после приступать непосредственно к измерениям.

Устройство теодолита

Любой угломерный прибор, как правило, состоит из следующих элементов:

• Зрительной трубы. Имеет определённую кратность увеличения. Крепится к трегерным колонкам.
• Вертикального и горизонтального круга (лимба). По ним производят отсчёт.
• Шкалового или штрихового микроскопа. Нужен для того, чтобы снимать показания с кругов.
• Поворотной линейки (алидады), жёстко скреплённой с лимбами. На ней нанесены штрихи.
• Наводящих и закрепительных винтов, которые нужны для плавной настройки и фиксации положения устройства.
• Центрира (оптического отвеса). Позволяет определить координаты прибора над точкой местности.
• Штатива для установки прибора.

Разновидности теодолитов

Прежде, чем взять в руки угломерный прибор и начать с ним работу, нужно изучить модели теодолитов, которые представлены на современном рынке.

Подобный геодезические приборы классифицируют по следующим параметрам:

• Точность. Основной параметр, который влияет на стоимость прибора – средняя квадратическая ошибка определения углов. Бывают высокоточные, точные и технические теодолиты.
• Область применения (геодезический, астрономический, маркшейдерский).
• Конструкция отсчетного устройства (простая, повторительная). Приборы с простой конструкцией оснащены алидадой, жёстко скреплённой с вертикальной цилиндрической осью. В приборе повторительного типа возможно как одновременное вращение алидады и лимба, так и автономное. При такой конструкции возможно неоднократное измерение одного и того же угла.
• Физическая природа носителя информации (оптический, электронный). Главным преимуществом первого варианта является абсолютная независимость от элементов питания. Кроме этого, отсутствие электронного оснащения позволяет работать с оптическим теодолитом при самых неблагоприятных погодных условиях. Действие электронных приборов основано на двоичной системе исчисления, которая позволяет уменьшить объем данных и осуществлять записи измерений прямо на карту памяти устройства. Благодаря электронной памяти можно забыть про многостраничные полевые журналы. При этом существенно повышается скорость съёмки и уменьшается количество неточностей при снятии отсчёта.

Инструкция по приведению теодолита в рабочее положение

Подготовка теодолита к работе включает в себя три основных этапа: центрирование, горизонтирование и фокусировку.

Центрирование

Подразумевает установку прибора со штативом над центральной зоной измерительного пункта. Во время геодезических операций для центрирования используют нитяной отвес или оптический центрир. Точность выполняемой работы и точность центрирована взаимосвязаны. На глаз определяют центральную точку геодезического пункта. Над этим центральным сектором размещают прибор.

Нижняя область станового винта оснащена крючком, на который следует подвесить нитяной отвес. Наблюдая за остриём груза отвеса и передвигая ножки штатива, фиксируют прибор с точностью 3–5 см. Так, чтобы расстояние между остриём грузика и центром не превышало 3–5 см. Далее следует вдавить треногу в землю, осуществляя контроль по грузику за нахождением прибора относительно центра.

Последним шагом должно быть ослабевание станового винта штатива. При перемещении трегера пальцами правой руки острие грузика отвеса должно очутиться прямо над центром. Выполнив это, можно затянуть становой винт.

Горизонтирование

Конечная цель этого этапа — добиться, чтобы горизонтальный круг теодолита оказался в горизонтальной плоскости. Ось вращения же должна принять отвесное положение. Теодолит должен быть развернут так, чтобы цилиндрический уровень поворотной линейки расположился вдоль двух подъемных винтов.

Ослабевая или затягивая подъёмные винты, приводят уровневый пузырёк в нулевой пункт. Пузырёк может быть как с левой стороны от середины, так и с правой. От этого зависит, в каком направлении нужно вращать подъёмные винты.

Дальше теодолит разворачивают на 90 градусов. Подключают третий подъёмный винтик. Пузырь приводят к нулевому пункту.

Контроль горизонтирования проводят посредством разворачивания прибора в несколько различных положений. Горизонтирование считается выполненным успешно, если в любом произвольном положении пузырёк уровня отклоняется от середины не больше чем на одну риску.

Рассматриваемая схема применима, если алидада горизонтального круга оснащена цилиндрическим уровнем. Некоторые теодолиты при поворотной линейке имеют круглый уровень. При таком раскладе прибор фиксируют в произвольном положении. Начинают поочерёдно вращать три подъёмных винтика, приводя мембранную капсулу к нулевой отметке. Осуществляют контроль качества проделанного горизонтирования.

Выполнив последовательно центрирование и горизонтирование теодолита, можно обнаружить, что ось вращения прибора приняла отвесное положение и проходит через центр геодезического пункта.

Фокусировка

Фокусируют сетку нитей этого геодезического девайса перед самым началом измерительных работ. Вращают диоптрическое кольцо окуляра наблюдательной трубы прибора до того, пока не появится чёткая картина сетки нитей.

Фокусируют шкалу отсчетного механизма путём вращения диоптрического кольца микроскопа, пока не будет наблюдаться чёткая градация шкалы. Проводя фокусировку и последующие измерения, стараются добиться достаточного освещения шкалы, используя зеркало подсветки.

Правила эксплуатации теодолита

Для выполнения высокоточных измерений важно знать все тонкости при обращении с геодезическим прибором. От навыков геодезиста во многом зависит, в какой степени полученные при измерении цифры будут соответствовать реальному положению вещей, окажется ли достаточно прочной и долговечной возводимая конструкция.

Данный геодезический прибор имеет ряд преимуществ:

• С его помощью можно проводить точнейшие угловые измерения, невзирая на экстремальные климатические условия и специфику местности. Без помех работает в интервале температур от -25 до 50 градусов.
• На точность полученных данных не оказывают влияние нестандартные условия работы, поэтому теодолит можно брать даже в экспедиции.
• Компактный размер облегчает транспортировку прибора.
• Элементарная и быстрая калибровка и юстировка.

Алгоритм работы с прибором

1. С помощью треноги устанавливают теодолит.
2. Наблюдательная труба направляется в сторону двух опорных точек.
3. Наведя прибор на первую точку, производят фиксацию и измерение вертикальной нити.
4. Проводят отсчёт по горизонтальному кругу. Полученные данные заносят на бумагу. Аналогичную операцию проводят с другой точкой.
5. Наблюдательную трубку переводят, минуя зенит, а затем меняют положение круга.
6. В случае незначительных расхождений останавливаются на среднем значении.
7. Показания лимба должно быть нулевым или стремиться к этому значению.
8. Алидаду вращают до тех пор, пока не совпадут нулевые отметки на лимбе и микроскопе.
9. Проводят следующий круг измерений.

Чтобы прибор постоянно показывал правильные значения, следует позаботиться об условиях его хранения. Лучше всего хранить теодолит в специальном кейсе. Укладывают и достают прибор, придерживая его за подставки или рукоятки. Завершив работу с прибором, прежде чем убрать его в кейс, ослабляют винты, расположенные на зрительной трубе и алидаде. Потом их снова зажимают. Фиксирующие зажимы предохраняют прибор от повреждений при случайных падениях. Если крышка кейса плохо закрывается, значит, прибор плохо уложен.

Когда устанавливают штатив, то ослабляют винты. Выполнив регулировку, винты полностью зажимают. Становым винтом выполняют надёжную фиксацию теодолита сразу же после того, как он будет установлен на штатив. Наводящие и подъёмные винты не расслабляют и не зажимают до упора. При перемещении теодолита на небольшие расстояния его закидывают на плечи вместе со штативом. Большие расстояния прибор должен преодолевать, будучи убранным в кейс.

Электронные теодолиты и тахеометры

Электронные теодолиты и тахеометры активно используются для измерительных и изыскательных работ в геодезии и проектировании.

Немного истории

До начала XVI века измерение вертикальных и горизонтальных углов производилось несколькими различными инструментами. Для более эффективных маркшейдерских и изыскательных работ требовался универсальный прибор, который мог бы сочетать в себе одновременно несколько функций.

Прообразом современного теодолита образца середины прошлого века служил инструмент под названием полиметр. Изыскатели того времени приняли его с большим энтузиазмом и повсеместно использовали в своей работе. Более поздние версии середины XIX века заложили концепцию его конструкции.

Описание электронного теодолита

Современный теодолит имеет множество функций для измерения в своем арсенале. Горизонтальные углы вычисляются с помощью специальных приспособлений — алидады и лимба. Лимб — это стеклянный круг со шкалой на 360 делений, который закреплён стационарно и защищен от повреждений. Вокруг лимба вращается алидада вместе с корпусом устройства.

Принцип измерения и передачи данных электронным теодолитом существенно отличается от оптики. Все значения зашифрованы в двоичном коде, поэтому вместо градусов, минут и секунд имеются ноли или единицы. Считывание показаний передаётся с помощью фотоэлектронных устройств.

Для увеличения достоверности показаний прибора в конструкцию входят пузырьковые уровни и вертикальный отвес. Для более точного снятия показаний прибор предусматривает специальный микроскоп. Характерным отличием электронного теодолита от оптической его версии — является наличие устройства для снятия и регистрации показаний в автоматическом режиме, с последующей их записью на чип памяти прибора.

Любые теодолиты, используемые для изыскательных или иных работ, должны проходить поверку. При погрешности показаний свыше установленных норм, необходимо проводить юстировку для коррекции. Существует государственный стандарт на типы теодолитов. В зависимости от точности измерения делятся на три класса: особо точные, точные и технические. Последние из них, в основном, применяются в учебных целях.

Принцип работы электронного теодолита

По характеру конструкции бывают: электронные, с прямым изображением, маркшейдерские, автоколлимационные, фототеодолиты, гиротеодолиты с гирокомпасом, повторительные. Например, фототеодолит имеет в своем корпусе фотокамеру для точной съёмки и привязки геологических объектов.

Электронные теодолиты — это приборы, которые позволяют значительно упростить процедуру снятия угловых величин, по сравнению с полностью оптическими устройствами. Такой инструмент позволяет работать даже в условиях темноты. А наличие дисплея исключит ошибку снятия показаний. С другой стороны, электронные собратья не лишены недостатков, таких как, наличие аккумулятора, который необходимо периодически подзаряжать от сети, небольшой диапазон допустимых рабочих температур.

Выбирая конкретную модель электронного теодолита, следует определиться в первую очередь с родом выполняемых задач. Если высокая точность измерений не является приоритетной, то, вполне можно обойтись прибором класса от Т15 до Т30. Для более высокоточных измерений подойдёт устройство класса от Т2 до Т5. Если же нужна беспрецедентная точность, то свой выбор следует остановить на модели класса Т1.

Не лишним будет знать о влиянии условий проведения съёмки на её конечное качество. Так, например, наличие деревьев на участке может повлиять на достоверность показаний лазерной рулетки. Луч способен вместо нужного объекта отразиться от веток и существенно исказить данные. Присутствие на участке высоких сооружений, таких как вышки или трубы — также влияют на итоговый результат.

Корпус качественного измерительного прибора должен быть изготовлен из металла, а все возможные стыки — прорезинены для предотвращения попадания пыли и влаги. Более дешёвые варианты из пластиковых деталей недолговечны и часто выходят из строя. Фото электронного цифрового теодолита представлено ниже.

Тахеометры

Более совершенной разновидностью устройства — является тахеометр. Представляет собой некий симбиоз компьютера и теодолита. Стоимость его дороже обычного, но технологичность на порядок выше. Оборудуется дисплеем и клавиатурой для ввода данных, имеет встроенный микропроцессор для проведения вычислений. Автоматика позволяет выполнять все задачи на лету, значительно повышая при этом производительность работ.

Основное предназначение тахеометра — создание планов местности в заданном масштабе с нанесением особенностей рельефа. Сердцем любого механизма является интегрированный или внешний контроллер, который отвечает за обработку полученных в процессе съёмки данных.

Разновидности тахеометров

Так как большинство тахеометров оснащается измерителем расстояния на основе лазерного луча, то по способу регистрации сигнала различают два типа:

• для определения расстояний используется разница в фазах луча;
• для измерения расстояний до объекта вычисляется время прохождения луча лазера.

Для измерения расстояний до пяти километров целесообразно использовать отражающие призмы для лазерного дальномера. При дистанции до одного километра можно обойтись без отражателей, но следует учесть, что всё будет зависеть от качества отражающей поверхности предмета. Погрешность измерений угловых величин современным тахеометром может достигать предела одной миллионной доли процента или одного миллиметра на километр.

Небольшие особенности использования

Важно знать, что на практике такую погрешность почти невозможно достичь из-за влияния погодных условий и ошибок позиционирования и некоторых человеческих факторов.

Как правило, большинство изыскательных работ проводится на дистанции до 300 метров. Гораздо реже возникает необходимость произвести съёмку на расстоянии нескольких километров. Современная оптика позволяет измерять дальность до 7500 метров.

Некоторые современные модели могут быть оснащены системой глобального позиционирования, для привязки результатов измерений к координатам карты местности, а также полностью автоматизированной системой, в которой не нужно участие оператора.

Критерии выбора

Выбирая тахеометр, нужно определить поставленные перед ним задачи. Для большинства подойдёт прибор с погрешностью 1-2 мм на километр. Оперативная работа требует немедленной передачи данных в обрабатывающий компьютер. Для этих целей можно выбрать модель, оснащённую пультом дистанционного управления и модулем беспроводной связи, таким как Wi-Fi или Bluetooth. Эти модификации измерительных приборов, как правило, имеют функцию слежения за объектом съёмки.

Если возникает необходимость передачи точек съёмки на реальную площадку, то, в таком случае, нужен прибор с дуплексной системой ввода и передачи данных.

Бывают случаи, когда необходимо сделать съёмку большого объекта в трёх измерениях. Для этих целей применяют модели тахеометров, которые умеют работать в режиме трёхмерного сканера. Данные такого исследования переносятся в компьютер в виде облака точек и могут быть в дальнейшем обработаны с помощью специализированных САПР программ.