Измерение
расстояний землемерной лентой. Вычисление
длины линии и оценка точности измерения.
Измерение
линий выполняет бригада из двух человек.
Ленту разматывают с кольца. Передний
мерщик с десятью шпильками и передним
концом ленты протягивает ленту по
указанию заднего мерщика укладывает
её в створ измеряемой линии. ЗМ совмещает
начальный штрихзаднего конца ленты с
началом линий, вставляя в вырез ленты
шпильку.ПМ встряхивает ленту , натягивает
её и в вырез на переднем конце вставляет
шпильку : ЗМ вынимает заднюю шпильку,
ПМ снимает со шпильки ленту, и оба
переносят её вперед вдоль линии. Дойдя
до первой шпильки, ЗМ закрепляет на ней
ленту, ориентирует ПМ, выставляя его
руку со шпилькой и лентой в створ линии
по передней вехе. Затем работа продолжается
в том же порядке, что и на прервом уложении
ленты. Целое уложение ленты называется
пролетом. Когда все 11(6) шпилек будут
выставлены, у ЗМ оказется десять или 5
шпилек, передает ПМ все собранные
шпильки. Измеренный отрезок будет равен
lx10,
что при 20 длине = 200 метров. Число таких
передач записыват в журнал сюда же
записывают результаты измерения
неполного пролета: от последней шпольки
в полном пролете до конечной точки
линий.для контроля линию измеряют
вторично, при этом мерщики меняются
местами, а за начала принимают бывшую
последнюю точку.
Дальномерами
называются геодезические приборы, с
помощью которых расстояние между двумя
точками измеряют косвенным
способом.Простейший оптический дальномер
с постоянным углом – нитяной дальномер
имеется в зрительных трубах всех
геодезических приборов. В поле зрения
трубы прибора видны три горизонтальные
нити. Две из них расположенные симметрично
относительно средней нити, наз
дальномерными. Нитяной дальномер
применяют в комплекте с нивелирной
рейкой, разделенной на сантиметровые
деления. Нитяным дальномером можно
измерить линии длиной до 300 м с погрешностью
1/300 от длины.
Линейные измерения и приборы для линейных измерений
2.1 Назначение и классификация приборов для линейных измерений
Целью линейных измерений является определение горизонтальных расстояний (проложений) между точками местности.
Существует два способа измерения длин линий в геодезии: непосредственный и косвенный. Каждому из этих способов присущи свои приборы и методы измерений. В зависимости от назначения геодезических работ, требований к их точности, условий выполнения измерений, а также наличия определенных приборов могут применяться те или другие способы линейных измерений.
1 Базисный прибор
Геодезический прибор для измерения длин линий непосредственным откладыванием мерных проволок.
2 Геодезический дальномер.
Геодезический прибор для измерения длин линий без непосредственного откладывания меры длины вдоль измеряемых линий (косвенным способом).
3. Дальномерная насадка
Геодезический дальномер, приспособленный для работы с другим геодезическим прибором и установки на нем.
4. Редукционный дальномер
Геодезический дальномер, позволяющий непосредственно отсчитывать горизонтальные проложения измеряемых линий.
5. Геометрический дальномер
Геодезический дальномер, основанный на решении треугольника.
6. Оптический дальномер
Геометрический дальномер, использующий для определения расстояний оптические элементы;
7. Дальномер двойного изображения
Оптический дальномер, содержащий устройства для образования двух изображений визирной цели и измерения их взаимного смещения;
8. Внутрибазный дальномер
Дальномер двойного изображения с базой при приборе;
9. Оптический дальномер с постоянным углом
10. Оптический дальномер с постоянной базой
11. Нитяный дальномер
Оптический дальномер с постоянным углом, образованным лучами, проходящими через два дальномерных штриха сетки нитей и узловую точку объектива зрительной трубы;
12. Электромагнитный дальномер
Геодезический дальномер, принцип действия которого основан на измерении времени прохождения электромагнитных волн.
Электромагнитный дальномер, использующий электромагнитные волны светового диапазона.
Электромагнитный дальномер, использующий электромагнитные волны радиодиапазона.
15. Фазовый дальномер
Электромагнитный дальномер, в котором для измерения времени прохождения волн измеряют разности фаз непрерывного излучения.
16. Импульсный дальномер
Электромагнитный дальномер, использующий импульсы излучения.
17. Проволочный дальномер
Геодезический прибор для измерения длин линий, содержащий проволоку, натягиваемую вдоль измеряемой линии, и прокатываемую по этой проволоке измерительную головку со счетным механизмом.
В данной группе часть приборов можно считать музейными экспонатами . Это дальномерные насадки, редукционный дальномер; дальномер двойного изображения; внутрибазный дальномер, проволочный дальномер. С другой стороны некоторые приборы являются дальнейшей детализацией отдельных указанных в списке приборов.
В то же время ГОСТ абсолютно игнорирует такой большой класс средств измерения длин линий как металлическая рулетка, которая по-прежнему остается популярным средством измерения у геодезистов всего мира при выполнении ряда работ. В настоящее время эта группа пополнилась таким измерительным прибором как лазерная рулетка. Впрочем, она вполне подпадает под электромагнитные дальномеры.
С учетом вышесказанного в настоящее время имеет смысл говорить о следующих группах приборов для измерения длин линий:
1 – металлические ленты и рулетки;
2 – базисные приборы (мерные проволоки);
3 – оптические дальномеры;
4 – электромагнитные дальномеры.
На рис. 2.1 показана современная классификация геодезических приборов для линейных измерений. Следует подчеркнуть, что именно геодезических, потому что в промышленности, в частности в машиностроении, существует много других приборов и инструментов для линейных измерений, но они не используются в геодезии, за исключением, может быть, работ, связанных с поверками эталонных средств измерений или специальных высокоточных работ. Но поверка эталонных средств линейных измерений, а также специальные высокоточные работы, не являются массовыми геодезическими работами и поэтому мы их здесь не рассматриваем.
Рис. 2.1 – Классификация приборов для линейных измерений, используемых на настоящее время (2013-2014 г.)
Штангенприборы (штангенциркули, штангенрейсмасы, штангенглубиномеры, штангензубомеры) снабжены линейными шкалами, отсчет по которым проводится с помощью дополнительной шкалы — нониуса, служащего для определения дробной части интервала деления основной шкалы, а также со стрелочным отсчетом и электронной цифровой индикацией (рис. 7–9 и табл. 19). Основными производителями указанных средств измерений являются отечественные предприятия «Калибр», ЧИЗ, КРИН, СтИЗ и др.
К микрометрическим приборам относят микрометры, микрометрические нутрометры и глубиномеры.
Нутромеры — микрометрические концевые меры стержневого типа, которые широко распространены при измерениях больших размеров (до 10 000 мм, рис. 10, табл. 20).
Рис. 7. Штангенциркули: а, г, е — тип I — двусторонние с глубиномером; б — тип Т0I — односторонние с глубиномером с измерительными поверхностями из твердых сплавов; в — тип II — двусторонние; г — с круговой шкалой отсчета; д — тип III; е — с электронной цифровой индикацией; 1 — штанга; 2 — рамка; 3 — зажимный винт; 4 — нониус; 5 — глубиномер; 6 — узел микрометрической подачи; 7 — отсчетное устройство; 8 — стопор
Рис. 8. Штангенглубиномер: а — ШГ — с отсчетом по нониусу (1 — рамка; 2 — штанга; 3 — нониус); б — ШГК — с отсчетным устройством с круговой шкалой (1 — круговая шкала отсчетного устройства; 2 — штанга); в — ШГЦ — с электронным цифровым отсчетным устройством (1 — цифровое отсчетное устройство; 2 — штанга)
Основные характеристики микрометров (рис. 11), применяемых при монтаже, приведены в табл. 21.
Скобы (рис. 12 и табл. 22) отличаются от микрометров наличием индикаторной головки и жесткой пятки либо индикаторной и микрометрической головок.
Изготовляют также специальные скобы, причем дуговые скобы, как правило, применяют для измерения диаметров не свыше 2000 мм в любом сечении вала, а линейные – для измерения диаметров до 6000 мм только с торца.
Микрометрические глубиномеры (см. табл. 22) используют для контроля размеров уступов, пазов, отверстий и других конструктивных элементов оборудования.
Индикаторные приборы служат для контроля линейных размеров, отклонений формы и расположения при абсолютных и относительных измерениях, выполняемых в процессе монтажа оборудования, а также для контроля перемещений при центрировании и выверке. Наибольшее распространение получили индикаторные нутромеры (табл. 23 и 24), измерительные головки и индикаторы различных типов (табл. 25). Ведущие производители — КРИН и «Эталон» (Россия).
Гидростатические нивелиры рассчитаны на контроль расположения поверхностей оборудования. По разности превышений ими можно оценивать наклоны протяженных плоских поверхностей и отклонений их формы.
Рис. 9. Штангенрейсмасы: а — ШР — с отсчетом по нониусу; б — ШРК — с отсчетным устройством с круговой шкалой; в — ШРЦ — с электронным цифровым отсчетным устройством; 1 — штанга; 2 — рамка; 3 — нониус; 4 — основание; 5 — державка; 6 — губка; 7 — стопор; 8 — отсчетное устройство; 9 — микрометрическая подача
Гидростатический уровень типа 114 (рис. 14) имеет расширенные диапазоны измерений и дополнительную шкалу. Техническая характеристика уровней этого типа приведена в табл. 26.
Шланговый технический нивелир НШТ-1 состоит из двух сообщающихся сосудов 1 и 2 (рис. 15), которые выполнены в виде стеклянных цилиндров в металлическом корпусе, соединенных шлангом 3. На цилиндрах имеется миллиметровая шкала. Внутри цилиндра с миллиметровой шкалой размещен поплавок с нанесенной на нем кольцевой риской. Фиксация положения риски поплавка относительно шкалы проводится визуально. Нивелир НШТ01 выпускается серийно.
Таблица 19. Штангенприборы
Штангенциркули (ГОСТ 166–89)
Диапазон измерений, значение отсчета по нониусу, цена деления круговой шкалы и шаг дискретности цифрового отсчетного устройства штангенциркулей, мм
Примечания. 1. Нижний предел измерения у штангенциркулей с верхним пределом до 400 мм установлен для измерения наружных размеров.
2. У штангенциркулей типа Т-I диапазон измерения относится только к измерениям наружных размеров и глубины.
3. Верхний предел измерения штангенциркулей типов I и Т-I должен быть не более 300 мм.
Предел допускаемой погрешности (мм) штангенциркулей (±) типов I и Т-I при измерении глубины 20 мм
Примечания. 1. За измеряемую длину принимают номинальное расстояние между измерительными поверхностями губок.
2. У штангенциркулей с одним нониусом погрешность проверяют по губкам для измерения наружных размеров.
3. При сдвигании губок штангенциркулей до их соприкосновения смещение нулевого штриха нониуса допускалось только в сторону увеличения размера.
4. Погрешность штангенциркуля не должна превышать значений, указанных в табл. 19, при температуре окружающей среды (20 ± 10) °С во время поверки их по плоскопараллельным концевым мерам длины из стали.
Штангенглубиномеры (ГОСТ 162–90)
Диапазон измерений, значение отсчета по нониусу, цена деления круговой шкалы и шаг дискретности цифрового отсчетного устройства, длина измерительной поверхности рамки, мм
Предел допускаемой погрешности штангенглубиномера как при незатянутом, так и при затянутом зажиме рамки при температуре окружающей среды (20 ± 10) С, относительной влажности не более 80 % при температуре 25 С, мм
Примечание. Погрешность штангенглубиномера не должна превышать значений, указанных в табл. 20, при поверке их по плоскопараллельным концевым мерам длины из стали.
Диапазон измерений, значение отсчета по нониусу, цена деления круговой шкалы и шаг дискретности цифрового отсчетного устройства, классы точности штангенрейсмасов, мм
Предел допускаемой погрешности штангенрейсмасов как при незатянутом, так и при затянутом режиме рамки при температуре окружающей среды (20 ± 10) С
Примечание. За измеряемую длину принимают номинальное расстояние между измерительной поверхностью ножки и поверочной плитой. Основными производителями указанных приборов являются отечественные предприятия КРИН, «Эталон», «Калибр» и ряд других.
Рис. 10. Нутромеры с микрометрическими головками для контроля больших размеров: а — без внутренних измерительных стержней; б — сигарообразные; в — телескопические
Таблица 20. Микрометрические нутромеры типов НМ и НМИ (ГОСТ 10–88)
Рис. 11. Микрометры: а — гладкий типа МК; б — рычажный типа МР; в — рычажный типа МРП; г — листовой с циферблатом типа МЛ; д — рычажный мод. 125; е — трубный типа МТ; ж — рычажный зубомерный МРЗ; з — со вставками; и — зубомерный МЗ; 1 — скоба; 2 — пятка; 3 — установочная мера; 4 — микрометрический винт; 5 — стебель; 5 — барабан; 7 — трещотка; 8 — отсчетное устройство; 9 — вставки; 10 — установочная мера
Рис. 12. Скобы: а — рычажная СР; б — индикаторная СИ с пределом измерения 100 мм; в — с пределом измерения свыше 100 мм; 1 — корпус; 2 — теплоизоляционная накладка; 3 — пятка; 4 — индикатор
Основные технические характеристики нивелира НШТ-1
Длина шкал измерительных элементов, мм. . . . . . . . . . . . . . . . . 200
Цена наименьшего деления, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Пределы измерения превышений, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ±200
Длина шланга, м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Средняя квадратическая погрешность одного измерения, мм . . . . . . . . ±0,5
головки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,8
прибора в рабочем состоянии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,5
комплекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Разработаны измерительные гидростатические системы с дистанционным съемом информации и фотоэлектрическими головками. Применяют также
приборы с сосудами открытого типа и оптико0механической отсчетной системой для контроля отклонения от прямолинейности.
Таблица 21. Микрометры и скобы
* Допускаемая погрешность для второго класса точности.
Таблица 22. Микрометрические глубиномеры типа ГМ
Таблица 23. Индикаторные нутромеры (ГОСТ 9244–75)
Таблица 24. Индикаторные нутромеры типа НИ (ГОСТ 868–82)
Таблица 25. Технические характеристики измерительных головок и индикаторов
* В скобках даны значения для головок первого класса точности.
Рис. 13. Гидростатический уровень типа 115
Рис. 14. Гидростатический уровень завода «Калибр» типа 114: 1 — микрометрический винт; 2 — клапан; 3 — измерительный шток; 4 — круглый уровень;
Рис. 15. Шланговый технический нивелир НШТ-1
Таблица 26. Технические характеристики гидростатических уровней типа 114
Микронивелиры состоят из базовых линеек с двумя опорами и отсчетных устройств, в которых в качестве нульиндикатора используют пузырьковые уровни или их амплитуды. Микронивелиры применяют при монтаже для контроля отклонений от прямолинейности и плоскостности шаговым методом.
Микронивелир с постоянной базой (рис. 16, а) представляет собой корпус0линейку 1 с двумя опорами, на которых установлен уровень 2 или пузырьковая ампула в специальной оправе. Расстояние между опорами равно шагу измерения. Регулируемая опора 2 микронивелира снабжена микрометрическим винтом и индикатором 3.
Метод контроля диаметров обкаткой роликом основан на зависимости углов поворота мерного ролика от частоты его вращения при обкатке вокруг измеряемой детали. Для измерения диаметров
Рис. 16. Микронивелиры с базой: а — постоянной; б — переменной
Оптические приборы для линейных измерений. При измерении превышений, линейных отрезков, недоступных для непосредственного измерения при монтаже оборудования, используют нивелиры и катетометры.
Оптический нивелир — это прибор, предназначенный для определения превышения одной точки над другой. Оптические нивелиры – самые распространенные приборы. Их многообразие обусловлено широким спектром областей применения: от промышленного строительства, включая монтаж оборудования и конструкций, до создания государственных нивелирных сетей. Все современные нивелиры предельно просты в работе и обеспечивают исполнителю одинаковый уровень удобств: прямое изображение, встроенный компенсатор, наличие горизонтального круга и возможность установки на сферический штатив. Поэтому популярность той или
иной модели оптического нивелира у строителей и геодезистов (при одинаковых точности и увеличении) зависит в первую очередь от стоимости прибора. Конструкцию нивелира можно условно разбить на три основных блока: наведения, ориентирования и измерения. Основные части нивелира с уровнем – зрительная труба, цилиндрический уровень, трегер и элевационный винт. В высокоточных нивелирах перед объективом устанавливается плоскопараллельная пластинка, которая является составной частью оптического микрометра; при этом оптический микрометр, в свою очередь, есть составная часть общей конструкции нивелира. Последние модификации точных нивелиров снабжаются оптическим микрометром, который представляет собой надеваемую на объектив насадку. При нивелировании технической точности насадкой (оптическим микрометром) можно не пользоваться или снять ее вообще.
Нивелиры используют в сочетании со специальными нивелирными рейками. Рейка является штриховой мерой длины (табл. 27). Если рейку установить в вертикальное положение в двух точках и, последовательно наводя гориТаблица 27. Технические параметры нивелирных реек ГОСТ 10528–90
зонтальный штрих зрительной трубы на штрихи рейки, снять отсчеты, то их разность определит превышение этих точек. При выверке оборудования применяют также малогабаритные рейки на специальных подставках (рис. 17).
Точность нивелиров характеризуется (по ГОСТ 23543–88) величиной средней квадратической ошибки измерения превышения на 1 км двойного хода: высокоточные — не более 1,0 мм, точные — до 3,0 мм и технические — более 3,0 мм.
Высокоточные и точные нивелиры выпускаются с цилиндрическим уровнем или компенсатором, а технические — с компенсатором. Точные и технические нивелиры изготовляются с горизонтальным лимбом и без него.
Точный нивелир с компенсатором и горизонтальным кругом будет иметь обозначение НЗКЛ.
Технические характеристики наиболее применяемых в практике отечественного промышленного строительства оптических нивелиров приведены в табл. 28.
Рис. 17. Нивелирные малогабаритные рейки на специальных подствках для установки на плоскую поверхность (а) и на валы (б)
В первую очередь к ним относятся приборы известных предприятий: ПО
«Уральский оптико0механический завод» (УОМЗ, Россия) и «Изюмский казенный приборостроительный завод» (Украина). Последнее достижение в области нивелирования — цифровые (электронные) нивелиры. Это современные многофункциональные (и более дорогие) геодезические приборы, совмещающие функции высокоточного оптического нивелира, электронного запоминающего устройства и встроенного программного обеспечения для обработки полученных измерений. Основная отличительная особенность цифровых нивелиров – встроенное электронное устройство для снятия отсчета по специальной рейке с высокой точностью.
Применение цифровых нивелиров позволяет исключить личные (субъективные) ошибки исполнителя и ускорить процесс измерения. Для этого достаточно навести прибор на рейку, сфокусировать изображение и нажать на кнопку. Прибор выполнит измерение, отобразит на экране полученное значение и расстояние до рейки. Цифровые технологии позволяют значительно расширить возможности нивелиров и области их применения.
В настоящее время цифровые нивелиры представлены в основном изделиями зарубежных фирм: Sokkia (Япония), Trimble (США), Pentax (Япония) и др.
Катетометры. Для визирной трубы катетометра рабочей мерой является миллиметровая шкала стойки штатива. Катетометры имеют визирную трубу, перемещающуюся по вертикальному штативу; устройство для установки трубы в горизонтальное положение; шкалу и отсчетное устройство (микроскоп, нониус и лупу). При измерении визирная труба наводится на начало и конец измеряемого отрезка, длина которого определяется по шкале перемещения трубы.
Таблица 28. Технические характеристики современных оптических нивелиров
Примечания. 1. Стандартный комплект: нивелир, запасные части, инструмент, приспособления, инструкция, футляр для переноски.
2. Призменная насадка на нивелир предназначена для построения вертикальных плоскостей на строительных площадках и при изысканиях.
3. Насадной оптический микрометр НОМ для нивелира служит для повышения точности измерений превышений.
Катетометры обеспечивают небольшую погрешность измерений (до 20 мкм), но несколько громоздки из-за больших массы и размеров штатива. Поэтому их применяют только в тех случаях, когда нивелиры не обеспечивают заданной точности контроля.
Приборы для линейных измерений
Приборы, используемые для линейных измерений, условно делят на три группы: механические, оптические и физико-оптические. Здесь речь пойдёт о первых двух группах. О третьей группе, физико-оптических приборах, будет рассказано в последующих параграфах этой главы.
Механические приборы используются для непосредственного измерения расстояний. К ним относятся землемерные ленты, рулетки, тросы, длиномеры, инварные проволоки и др.
Казалось бы, что использование таких приборов при современном развитии геодезического приборостроения является несколько странным, да и допотопным. Можно согласиться и с тем, и с другим. Но во многих случаях такие приборы пока являются или оказываются единственным средством измерений, особенно для измерения коротких расстояний, а также в стеснённых условиях. Но, будем надеяться, что это – пока.
Землемерные ленты изготавливают (а теперь можно сказать, что изготавливали) длиной 20 м, 24 м и 50 м. Обозначают землемерные ленты буквами ЛЗ (лента землемерная) и ЛЗШ (лента землемерная штриховая). Изготавливают их из стальной полосы, которая наматывается на барабан. На обоих концах ленты имеются рукоятки, предназначенные для выравнивания полосы на поверхности земли и обеспечения необходимого натяжения при измерениях силой 10 кг.
Рулетки измерительные металлические выпускают нескольких типов: РС – самосвёртывающаяся; РЖ – желобчатая; РЗ – в закрытом корпусе; РК – на крестовине; РВ – на вилке; РЛ – с грузом. У рулеток типа А начало шкалы сдвинуто от торца ленты, а у рулеток типа В начало шкалы совпадает с торцом ленты. По точности тип А – 1 и 2 класса, остальные – практически все класса 3 (табл. 5.6).
Из используемых в геодезических и маркшейдерских измерениях длиномеров рассмотрим схему АД1М (рис. 5.21).
Рис. 5.22. Схема измерения расстояния длиномером.
1 – длинномер; 2 – проволока; 3 – шкалы; 4 – динамометр; 5 – груз; 6 – стремя; 7 – штативы; 8 – раздвижные стойки-упоры; 9 – оптический центрир.
закрепляются в соответствующих местах на мерной проволоке.
Длина одной линии не должна превышать 500 м, поскольку при б о льших длинах образуется значительная стрелка провеса проволоки.
После установки всей системы для измерений с помощью стремени 6 поднимают груз 5, чем обеспечивается необходимое натяжение проволоки 2. Длиномер переводят к шкале 3 в точке А, берут по ней и по счётному механизму отсчёты и затем прокатывают устройство 1 до шкалы 3 в точке В, где также берут отсчёты по шкале и счётному механизму.
Землемерные ленты и рулетки
Центрирование шкал в точках А и В выполняется с помощью специальных оптических центриров 9, которые позволяют проектировать изображение точки с поверхности земли на шкалу.
Таким способом можно измерять как горизонтальные линии, так наклонные и вертикальные расстояния (в наклонных и вертикальных горных выработках и тоннелях).
Инварные проволоки используют для высокоточного измерения базисов сравнительно небольшой длины, а также для выполнения точных разбивок и компарирования землемерных лент и рулеток. При этом до использования сами инварные поволоки эталонируют (компарируют) на специальном оборудовании в лабораторных условиях.
Жезлы представляют собой профилированные металлические линейки с делениями 0,1 мм и встроенным в корпус линейки термометром. В длину жезла вводят поправку за температуру, если она будет отличаться от температуры, при которой определялась длина жезла при компарировании. Номинальная длина жезлов стандартная – 2 и 3 м. Чаще всего применяются рейки Балла («Karl Zeiss», Германия) и жезл К070 (МОМ, Венгрия).
Жезлы используют для компарирования рулеток, их шкал, а также шкал и интервалов нивелирных реек различной точности и назначения, для точных разбивок базисов на местности.
Из оптических дальномеров наибольшее распространение получили, в своё время, нитяный дальномер и дальномеры с переменной базой и переменным параллактическим углом.
Нитяный дальномер имеется практически во всех геодезических приборах (теодолитах, нивелирах). Сетка нитей зрительной трубы содержит две дальномерные нити, проекция которых через зрительную трубу в пространство предмета образует параллактический угол
где а – расстояние между дальномерными нитями на сетке нитей; f – фокусное расстояние объектива зрительной трубы.
При определении расстояний нитяным дальномером используют рейки с сантиметровыми делениями, по которым берут отсчёт l (число видимых в зрительную трубу сантиметров между проекциями дальномерных нитей). Дальномерное расстояние получают по формуле
где K = 100 – коэффициент дальномера; с – постоянная нитяного дальномера (для большинства приборов с близка к нулю).
Коэффициент дальномера зависит от величины параллактического угла и фокусного расстояния. В связи с тем, что при фокусировании на различные расстояния значение фокусного расстояния у зрительных труб с внутренней фокусировкой несколько изменяется, то и коэффициент К может оказаться не равным 100. Кроме того, и значение с может отличаться от нуля. Для повышения точности измерения расстояний выполняют поверку значения К с целью установления зависимости
Составляют таблицу К(D), которую используют затем при измерениях интерполированием значений К для текущего расстояния.
Точность нитяного дальномера примерно составляет 1:300 от измеренного расстояния. Длинные линии целесообразно измерять короткими отрезками длиной 50 – 100 м. Точность измерений в этом случае может достигать 1: 600 и даже 1:1000.
Чаще всего нитяный дальномер используют при определении дальномерных расстояний до точек при тахеометрической съемке.
Далее только практически историческая справка об оптических дальномерах, которые довольно долго и успешно обеспечивали своё назначение при выполнении геодезических работ.
Дальномер с постоянным параллактическим углом (ДНР-5). Представляет собой насадку к теодолитам Т15 и Т30. Он предназначался для измерения расстояния по вертикально установленной рейке, имеющей установочный уровень. Погрешность измерений составляет 1:2000. Диапазон измеряемых расстояний от 20 до 120 м. Измерительная рейка снабжена шкалой с делениями 2 см. Длина рейки 1,5 м.
Использовался ДНР-5 при прокладке теодолитных ходов и при съёмке на пересеченной местности.
Насадка ДНР-5 автоматически приводит (редуцирует) наклонные до 10о расстояния к горизонту. Если наклон линий больше 10о, то в измеренное расстояние вводят дополнительно поправку, определяемую по специальной номограмме.
Дальномерами с переменным параллактическим углом являются Д-2 и ДН-8, которые изготавливались, так же, как и ДНР-5, в виде насадок на теодолит. В комплекте с ними применяли горизонтальные рейки с базисом 2 и 0,4 м (Д-2) и 1,018 и 0,550 м (ДН-8). Каждый из базисов рейки образован визирными целями, разнесенными соответственно на 2 и 0,4 м. Рейка устанавливается на штатив и горизонтируется с помощью круглого уровня. Для наведения на рейку используют её центральную марку.
Указанные приборы выпускались и в исполнении самостоятельных дальномеров, устанавливаемых на штатив.
Диапазон измеряемых расстояний для Д-2 составляет от 40 до 400 м, а для ДН-8 – от 50 до 700 м.
Здесь следует указать, что нитяные дальномеры ещё используются в оптических геодезических приборах.
Если массивному физическому телу задать вращение относительно оси Х (рис. 5.23), то направление этой оси в пространстве останется неизменным при любом последующем изменении направлений осей Y и Z (при условии отсутствия сил трения в опорах подвесок). Такая система называется свободным гироскопом.
Если на ось Х при вращении его ротора воздействовать внешней силой, то эта ось будет поворачиваться (прецессировать) в плоскости, перпендикулярной приложенной силе.
На рис. 5.23 а показан трёхстепенной гироскоп, с тремя степенями свободы. Если одну степень свободы ограничить, например, создать вокруг оси чувствительности У дополнительную маятниковую нагрузку (рис. 5.23 б), то центр тяжести этой системы сместится вниз. Такая система называется маятниковым гирокомпасом. В гирокомпасе груз Р заставляет ось Х принимать положение, параллельное плоскости горизонта.
Указанное явление (свободного гироскопа) происходит при вращении Земли вокруг своей оси. Как известно, ось Земли в мировом пространстве занимает весьма длительное время неизменное положение, в результате чего и происходит смена времен года, поскольку эта ось наклонена к плоскости, в которой Земля вращается вокруг Солнца.
Рис. 5.23. Схема гироскопа:
а – свободный гироскоп; б – маятниковый гироскоп.
При вращении Земли вокруг своей оси в пространстве одновременно вращается (поворачивается) плоскость горизонта вокруг меридиана места и плоскость самого меридиана вокруг отвесной линии. Все эти вращения связаны с первичным, т.е. угловой скоростью вращения Земли ω, и широтой места φ:
– для угловой скорости ω1 вращения горизонта –
– для угловой скорости ω2 вращения меридиана места –
Составляющая ω1 определяет изменение высоты Солнца и других небесных тел относительно горизонта, а составляющая ω2 показывает изменение положения светил по азимуту.
Предположим, что ось Х гирокомпаса установлена на широте φ под углом α к меридиану. При суточном вращении Земли положение оси Х по отношению к плоскости горизонта будет непрерывно изменяться – северный её конец будет подниматься над горизонтом. В то же время, на главную ось Х действует момент силы тяжести маятникового груза. Этот момент приложен в вертикальной плоскости, и его действие вызывает поворот этой плоскости к меридиану в горизонтальной плоскости. В результате непрерывных воздействий указанных сил главная ось гирокомпаса получает незатухающие гармонические колебания относительно направления меридиана места. Период Т незатухающих колебаний зависит от маятникового момента М гирокомпаса, кинетического момента Н ротора, угловой скорости ω суточного вращения Земли и широты φ стояния:
В действительности, из-за воздействия сил трения в опорах, в токопроводящих устройствах и т.п., колебания главной оси гирокомпаса постепенно затухают, ось Х при этом движется не по замкнутому эллипсу, а по эллипсовидной спирали, что вызывает погрешность в определении направления. Эту погрешность, как систематическую, определяют специальными приёмами в процессе измерений и вводят в виде поправки в измеренную величину.
Здесь следует заметить, что гироскопические геодезические приборы не являются чисто оптическими приборами, рассмотренными выше, поскольку они включают в себя весьма сложные электрические и электронные системы, обеспечивающие работу гирокомпаса и управление им.
Гирокомпасы широко используют для ориентирования линий на поверхности земли и в подземных горных выработках, поскольку, как указывалось выше, главная их ось сохраняет своё направление по меридиану места (как на поверхности, так и под землей). Использование гирокомпасов в подземных условиях значительно сокращает объём работ по ориентированию подземных маркшейдерских сетей.
В настоящее время на службе у маркшейдеров находятся различные гирокомпасы трёх основных групп. Некоторые гирокомпасы уже устарели, сведения о них приводятся как историческая справка.
В 1951-1959 гг. выпускались гирокомпасы М-2, М-3, МУГ-2 с жидкостным подвесом чувствительного элемента (ЧЭ) и электромагнитным центрированием. Подобные конструкции, но во взрывобезопасном исполнении (что важно для подземных условий), имеют гирокомпасы МВ1, МВ2, МВ2М, МВШ3, в обычном исполнении – МГ. Эти гирокомпасы использовались до 1969 г.
Сейчас наибольшее распространение получают гирокомпасы с торсионным подвесом ЧЭ. К ним относятся марки МВТ2, МВТ4, а также гиробуссоль МВГ4М. Ошибка единичного определения азимута прибором МВТ2 составляет 30″, МВБ4М – 40″, но время определения азимута гиробуссолью составляет 15 мин., в то время как для гирокомпаса оно равно 20 мин. Существенным является и то, что вес гиробуссоли (19 кг) в два раза меньше, чем вес гирокомпаса.
Кроме указанных выше приборов имеются и другие марки (гиротеодолиты), точность измерения азимутов которыми составляет от 5″ до 20″: Ги-Б1 (15″ – 20″); Ги-Б2 (10″ – 15″); Ги-Б3 (5″ – 8″) и др.
При измерениях (ориентировании) с помощью гирокомпаса отсчет No, соответствующий среднему (равновесному) положению главной оси, определяют по наблюдению четырёх последовательных реверсий: n1, n2, n3 и n4. Точки реверсии – это крайние точки азимутальных колебаний ЧЭ, в которых происходит смена направления его видимого движения. Отсчёт No вычисляют как средний из разности
Полученное значение No соответствует отсчёту по горизонтальному кругу теодолита в месте пересечения с плоскостью меридиана.
В шахте и на поверхности гироскопические азимуты исходных сторон геодезической или маркшейдерской сети определяют дважды независимо. Погрешность в двух определениях не должна превышать 2′.
Поиск по сайту:
Главная
О нас
Популярное
ТОП
Новые страницы
Случайная страница
Изречения для студентов
Пожаловаться на материал
Обратная связь
FAQ
