Прилади для визначення перевищень горизонтальним променем

Тема 9. Прилади для визначення перевищень горизонтальним променем

 

9.1. Будова нівелірів та їх характеристики

9.2. Основні частини нівелірів

9.1. Будова нівелірів та їх характеристики

Нівелір – це оптико-механічний прилад, призначений для побудови у просторі горизонтального променя.

Нівеліри класифікують:

а) за точністю:

- високоточний – НО5, НІ; NI002;

- точні – Н2, Н3;

- технічні – НТ.

б) за конструкцією:

- нівеліри, візирна вісь яких у горизонтальне положення встановлюється за допомогою циліндричного рівня –

Н3К; НО5; НІ; Н2; НТ; Н3 (рис. 9.1.);

- нівеліри з компенсаторами – NI002; N007; N-3К; 1Н-10КЛ; 2Н-10КЛ;

- нівеліри з похилим променем візування – НЛС.

Рис. 9.1. Будова нівеліра з циліндричним рівнем та його осі:

ZZ1– вісь обертання нівеліра; VV1– візирна вісь зорової труби, яка проходить через оптичний центр об’єктива і центр сітки ниток; КК1 – вісь сферичного рівня: нормаль до сферичної поверхні ампули, що проходить через його нуль-пункт; UU1 – вісь циліндричного рівня: пряма, що проходить через нуль-пункт рівня, дотична до дуги поздовжнього перерізу ампули.

1- підйомні гвинти для приведення осі нівеліра ZZ1 у вертикальне положення; 2- підставка; 3- колонка; 4- закріпний гвинт; 5- сферичний рівень; 6- вісь обертання; 7- зорова труба; 8- циліндричний рівень для приведення візирної осі VV1 у горизонтальне положення; 9- виправні гвинти циліндричного рівня; 10- виправні гвинти сітки ниток; 11- закріпний гвинт.

Особливістю будови нівеліра з компенсатором є наявність компенсатора – пристрою, який автоматично встановлює промінь візування у горизонтальне положення при невеликих нахилах зорової труби.

Нівелір лазерний. Нівелір, в якому візирна вісь замінена або дублюється лазерним променем. Лазерні нівеліри також поділяють умовно на три групи: з рівнем, компенсатором та з обертовим лазерним пучком. Найчастіше застосовуються нівеліри з обертовим лазерним пучком. Лазерний промінь за допомогою обертового оптичного блоку спрямовує горизонтально і розгортає у горизонтальну світлову площину горизонт нівелювання. Відлічування з рейки виконують за геометричним центром світлої плями візуально або за допомогою фотоелектронного блока.

Цифрові нівеліри. Автоматичні цифрові нівеліри призначені для простої та ефективної роботи, особливо для створення основи або в інженерних роботах. Нівеліри дозволяють записувати точні вимірювання висот у мінімальний час. Вони зчитують і записують дані в цифровій формі, тому похибки спостерігача виключаються. Цифрові нівеліри дають можливість швидко вимірювати віддалі від них до рейок, що гарантує виконання вимог інструкцій (Тrimblе DiNi 12, 12T).

 

9.2. Основні частини нівелірів

 

Зорова труба

Зорова труба – оптичний прилад, призначений для візуального спостереження віддалених предметів. Вона складається із корпусу, об’єктива, окуляра, сітки ниток, фокусуючої лінзи (рис. 9.2).

Існує три осі зорової труби, які повинні співпадати і проходять:

-геометрична – через геометричні центри об’єктива та окуляра;

-оптична – через оптичні центри об’єктива та окуляра;

-візирна – через оптичний центр об’єктива та перетин сітки ниток.

Рис.9.2. Оптична система зорової труби

Зорові труби дають пряме та обернене зображення. Прийнято називати зорові труби з оберненим зображенням

– астрономічними, а з прямим – земними.

Об’єктив і фокусуючу лінзу можна розглядати як одну збиральну лінзу (складний об’єктив). Зображення ab предмета АВ, яке одержано через об’єктив, завжди буде дійсним, оберненим і зменшеним (рис. 9.3). Для збільшення його в трубу вводять окуляр, який діє як лупа. Встановивши окуляр відносно ab так, щоб О1С було менше О1Ф – фокусної віддалі окуляра, одержимо уявне і збільшене зображення a′b′.

Рис. 9.3. Оптична схема зорової труби:

f – фокусна віддаль об’єктива;

D – віддаль від об’єктива до предмета;

d – віддаль від об’єктива до зображення ab.

Сітка ниток – це скляна пластинка з системою взаємно перпендикулярних штрихів. Перетин сітки ниток відповідає її центру.

Збільшення і поле зору труби. Збільшенням труби називається відношення кута , під яким зображення предмета видно в трубу, до кута , під яким предмет видно простим оком:

(9.1)

Практично збільшення J дорівнює відношенню фокусних віддалей об’єктива і окуляра:

(9.2)

де – фокусна віддаль об’єктива; – фокусна віддаль окуляра.

Простір, видимий в трубу при нерухомому її положенні, називається полем зору труби. Воно визначається

кутом ξ, вершина якого знаходиться в центрі об’єктива О і променями, які проходять через краї сітки ниток.

Можна записати:

(9.3)

де J – збільшення зорової труби.

Якщо прийняти граничну похибку візування неозброєним оком 60" і знати збільшення труби , то можна визначити похибку візування:

(9.4)

Поле зору труби нівеліра Н3 зображено на рис. 9.4.

Рис. 9.4. Поле зору труби нівеліра Н3

У полі зору труби можна побачити: сітку ниток (вертикальна нитка – 1, середня горизонтальна нитка – 2, а також верхня – 3 і нижня – 4 далекомірні нитки); зображення кінців бульбашки циліндричного рівня – 5 і нівелірної рейки з сантиметровими поділками – 6.

Відлік за рейкою складається з чотирьох цифр і є віддаллю в міліметрах від п’ятки рейки до горизонтальної нитки, за якою знімається відлік. Наприклад, відліки з рейки для випадку показаного на рис. 9.4, будуть:

- за верхньою ниткою – 1475;

- за середньою – 1556;

- за нижньою – 1537.

Сферичний та циліндричний рівні

Рівні служать для приведення осей і площин приладу в горизонтальне положення.

За формою рівні бувають циліндричні (рис. 9.5) та круглі (рис. 9.6). Простір, заповнений парами спирту називається бульбашкою рівня. Точка О в середині ампули називається нуль-пунктом рівня.

Винайшов циліндричний рівень французький механік Тевено в 1662 році.

Рис. 9.5. Циліндричний рівень

На рис. 9.5 показано будову циліндричного рівня та його осі, а саме:

- Nо – середина поділок ампули (нуль-пункт);

- uu1 – вісь циліндричного рівня – пряма, що проходить через нуль-пункт рівня і є дотичною до дуги повздовжнього перерізу (дотична до дуги поздовжнього перерізу внутрішньої поверхні рівня в його нуль-пункті);

- ААI – вісь симетрії ампули;

- R – радіус кривини внутрішньої поверхні ампули;

- τ – ціна поділки циліндричного рівня.

Ціною поділки рівня τ називається кут, на який нахилиться вісь рівня, якщо бульбашка зміститься на одну поділку, тобто, (9.5)

де l – довжина дуги, як відповідає одній поділці шкали ампули.

Чим більший радіус кривини, тим менша ціна поділки рівня і тим він чутливіший.

Під чутливістю рівня розуміють лінійне переміщення бульбашки, яке відповідає одиниці кута нахилу осі рівня.

Рівні контактні. При допомозі спеціальної системи призм лівий і правий кінці бульбашки передаються в поле зору труби.

Сферичний рівень. Рідинний рівень, внутрішня поверхня верхньої частини ампули якого є сферичною (рис.

9.6).

Рис. 9.6. Сферичний рівень

За нуль-пункт приймають центр кола. Віссю рівня є нормаль kkI, яка проходить через нуль-пункт О

перпендикулярно площині, що є дотичною до внутрішньої поверхні рівня в його нуль-пункті.

 

Запитання для самоперевірки

 

1.Що таке нівелір?

2.Які нівеліри застосовуються на виробництві (за точністю, за конструкцією)?

3.Принципова схема будови нівеліра з циліндричним рівнем.

4.Назвіть основні частини нівеліра та їх призначення.

5.Дайте характеристику циліндричному та сферичному рівням.

6.Як виконується зняття відліків з рейки?

7.За допомогою якого рівня вісь нівеліра приводиться у вертикальне положення?

8.Що таке нуль-пункт, ціна поділки рівня та його чутливість?