Конспект лекцій для студентів спеціальностей 07 09 04 "Землевпорядкування та кадастр"



Сторінка1/9
Дата конвертації18.04.2016
Розмір2.99 Mb.
#12824
ТипКонспект
  1   2   3   4   5   6   7   8   9


Міністерство освіти і науки України

Чернігівський державний інститут економіки і управління



  • В.О. Боровий,Р.М. Літнарович

  • ГЕОДЕЗИЧНІ ПРИЛАДИ




  • Конспект лекцій


для студентів спеціальностей

6.07 09 04 “Землевпорядкування та кадастр”

7.07 09 08 “Геоінформаційні системи і технології”

Видання друге, виправлене і доповнене

Чернігів,2005

УДК 378.147.31

Боровий В.О., Літнарович Р.М. Геодезичні прилади. Конспект лекцій для студентів спеціальностей 6.07 09 04 “Землевпорядкування та кадастр”, 7.07 09 08 “Геоінформаційні системи і технології”. ЧДІЕіУ, Чернігів, 2003,- 223с. Видання друге, виправлене і доповнене.


Рекомендовано для використання у навчальному процесі на засіданні Вченої Ради ЧДІЕіУ, протокол №6 від 27.06.01.
Рецензенти: В.Г. Бурачек, д.т.н., професор

В.І. Канівець, д. с.-г наук, професор

М.І. Кравцов, к.т.н., доцент
Конспект лекцій складено на основі курсів “Оптико-механічні геодезичні прилади”, який читається на другому курсі землевпорядних спеціальностей і “Електронні геодезичні прилади”, який читається на третьому курсі.

Конспект лекцій записав студент III курсу Останін Віталій Сергійович.

Приведені основні положення геметричної і фізичної оптики, необхідні для вивчення сучасних геодезичних приладів. Розглянуті теорія і будова окремих частин геодезичних приладів і методи їх досліджень.Відображені принципові схеми, будова, дослідження, перевірки і юстування основних типів геодезичних приладів.





















 В.О. Боровий, Р.М. Літнарович

ЗМІСТ


Передмова.......................................................................................................8

III СЕМЕСТР

Лекція 1

  1. Предмет, задачі курсу, його зв`язок з іншими дисциплінами..........................10

  2. Призначення і класифікація геодезичних приладів..........................................11

  3. Розвиток геодезичного приладобудування за кордоном, в Росії і на Україні...................................................................................................................17

  4. Принцип Ферма. Основні закони геометричної оптики. Повне внутрішнє відбиття.................................................................................................................36

Лекція 2

5. Плоске дзеркало. Система двох дзеркал: паралельних і між якими є кут….37

6. Лінзи. Їх види. Оптичні деталі з плоскими заломлюючими

поверхнями.........................................................................................................38



  1. Види призм. Відбивні призми, їх застосування, позначення і типи. Оптичний клин........................................................................................................................40

  2. Центрована і ідеальна оптичні системи. Кардинальні площини і точки. Телескопічна система...........................................................................................43

Лекція 3

  1. Лупа. Об`єктив, його характеристики. Види об`єктивів. Телеоб`єктив…….46

  2. Окуляр, його характеристики. Види окулярів. Мікроскоп..............................48

  3. Оптичні системи зорової труби. Типи фокусування.........................................51

Лекція 4

  1. Основні характеристики зорової труби, методи їх визначення.......................53

  2. Кутомірні круги і лінійні шкали. Способи їх виготовлення............................56

  3. Поняття про похибки поділок кутів і методи їх визначення...........................59

Лекція 5

  1. Типи і призначення відлікових улаштувань......................................................61

  2. Рівні геодезичних приладів, їх призначення. Види ампул...............................68

  3. Круглий, циліндричний, контактний рівні, їх устрій........................................69

Лекція 6

  1. Ціна поділки рівнів...............................................................................................72

  2. Методи визначення ціни поділки рівня..............................................................74

  3. Електронні рівні....................................................................................................75

IV СЕМЕСТР

Лекція 7

  1. Осьові системи геодезичних приладів. Вимоги до осьових систем................76

  2. Основні конструкції вертикальних осей............................................................78

  3. Типи компенсаторів в нівелірах..........................................................................81

  4. Маятникові компенсатори нахилу......................................................................83

Лекція 8

  1. Компенсатори нахилу з рівнем...........................................................................86

  2. Принцип дії рідінних компенсаторів. Види демпферування...........................89

  3. Ексцентриситет алідади і лімба, його вплив.....................................................91

  4. Вплив екценриситету...........................................................................................92

Лекція №9

  1. Визначення екцентриситету алідади і лімба......................................................93

  2. Методика визначення екцентриситету...............................................................94

  3. Підіймальні гвинти, закріпні і навідні гвинти...................................................95

  4. Виправні, юстувальні гвинти. Елеваційний гвинт............................................97

  5. Правила поводження з геодезичними приладами.............................................98

Лекція 10

  1. Тахеометри..........................................................................................................100

  2. Авторедукційний тахеометр з базисом при інструменті................................101

  3. Електронні тахеометри......................................................................................103

  4. Спеціальні геодезичні прилади.........................................................................105

V СЕМЕСТР. ЕЛЕКТРОННІ ГЕОДЕЗИЧНІ ПРИЛАДИ

Лекція 1

Основні методи вимірювання віддалей..................................................................107



    1. Часовий................................................................................................................109

    2. Фазовий................................................................................................................110

Лекція 2

    1. Частотний метод.з модульованими коливаннями...........................................114

    2. Частотний метод заснований на ефекті Доплера ............................................116

    3. Схема Доплерівського віддалемірного пристрою...........................................117

Лекція 3

    1. Виключення багатозначності за наближеними значеннями виміряємої лінії......................................................................................................................118

    2. Виключення багатозначності при плавній зміні частоти (одноступеневий спосіб)..................................................................................................................121

    3. Виключення багатозначності при вимірюваннях на фіксованих частотах................................................................................................................125

    4. Виключення багатозначності на близьких фіксованих довжинах хвиль (частот).................................................................................................................127

Лекція 4

Функціональні схеми світловіддалеміра.........................................................128

4.1. Загальна функціональна схема віддалеміра..................................................128

4.2. Загальна функціональна схема світловіддалеміра першого покоління..…130



Лекція 5

Світловіддалеміри другого і третього поколінь....................................................134



    1. Загальна функціональна схема віддалемірів другого і третього поколінь..136

    2. Віддалеміри третього покоління......................................................................136

Лекція 6

Джерела світла світловіддалемірів........................................................................138

6.1 Електромагнітні хвилі оптичного діапазону..................................................138

6.2 Будова газового лазера......................................................................................141



Лекція 7

Принцип дії напівпровідникових оптичних генераторів.....................................145

7.1 Напівпровідниковий лазер................................................................................145

7.2 Принцип дії напівпровідникових оптичних генераторів...............................145



Лекція №8

Способи модуляції світла.......................................................................................149

8.1 Модуляція і інтенсивність світла.....................................................................149

8.2 Два способи модуляції світла...........................................................................151

8.3 Механічні і фізико-оптичні модулятори.........................................................153

Лекція 9

Фазовий зсув променів............................................................................................151

9.1 Оптичні осі кристала.........................................................................................155

9.2 Комірка Керра....................................................................................................157

9.3 Фазовий зсув променів......................................................................................162

Лекція 10

Ефект Керра..............................................................................................................162

10.1 Статична і модуляційна характеристики неповної комірки Керра.............163

10.2 Фотоелектронні помножувачі та фотодіоди.................................................165



Лекція 11

Оптичні системи світловіддалемірів.....................................................................170

Додатки.....................................................................................................................175

Література…………………………………………………..……………………..222


Скорочені позначення, прийняті конспекті:

ДЕСТ – Державний стандарт

СКП – середньо квадратична похибка

ВК – вертикальний круг

ГК – горизонтальний круг

МО – місце нуля

ТУ – технічні умови

СД – світловіддалемір

ШСЗ – штучний супутник Землі

РД – радіовіддалемір

ЕМ(коливання) – електромагнітні коливання

GPS – (англ. Global Position System), глобальна супутникова система визначення місцезнаходження

ФЕП – фотоелектронний помножувач (перетворювач)

ДГМ – Державна геодезична мережа

НПЛ – напівпровідниковий лазер

ККД – коефіцієнт корисної дії

ПЕРЕДМОВА

Сучасні геодезичні прилади зручні в роботі, високопродуктивні, забезпечують високу точність вимірювань. Їх правильна експлуатація потребує від виконавців робіт поглиблених знань. Тому, в навчальні плани землевпорядних спеціальностей включена дисципліна “Геодезичні прилади”, яка вже чотири роки читається в ЧДІЕіУ.

Розкривається предмет і задачі курсу, його зв`язок з іншими дисциплінами, призначення і класифікація геодезичних приладів, розвиток геодезичного приладобудування за кордоном, в Росії і на Україні.

Приводиться основний принцип геометричної оптики, розглядаються системи двох дзеркал, лінзи, їх види, оптичні деталі з плоскими заломлюючими поверхнями, види призм.

Розглядаються центрована, ідеальна оптична система, кардинальні площини і точки, телескопічні системи, лупи, об`єктиви та їх характеристики; види об`єктивів, окулярів.

Приводяться оптичні системи зорової труби і її основні характеристики, кутомірні круги, відлікові устаткування, рівні геодезичних приладів, компенсатори.

Відображені принципова схема світловіддалеміра, функціональні схеми світловіддалемірів першого, другого і третього поколінь, джерела світла світловіддалемірів, принцип дії напівпровідникових оптичних генераторів, способи модуляції світла, фотоелектронні помножувачі та фотодіоди, оптичні системи світловіддалемірів.

Частина перша конспекта прочитана доктором технічних наук, професором В.О Боровим;

частина друга конспекта прочитана кандидатом технічних наук, доцентом Р.М. Літнаровичем.


III СЕМЕСТР
Частина I

1. Предмет і задачі курсу, його зв`язок з іншими дисциплінами.

Предмет курсу- це інженерно-технічна прикладна дисципліна, яка вивчає теорію і устрій геодезичних приладів, а також елементи їх конструювання, виготовлення, юстировки і дослідження. Геодезичні прилади в більшості застосовуються в геодезії, але мають значне використання і в інших інженерно-технічних дисциплінах:

-землеустрої;

-лісоустрої;

-дорожніх вишукуваннях;

-меліорації та інших.

В своїй більшості це оптико-механічні прилади, вони мають працювати в різних кліматичних умовах (від –400 до +500С), при вібраціях та інших метеорологічних факторах. Особливим фактором в геодезії є рефракція.

Останніми роками в ряду геодезичних приладів з`явилися спеціальні геодезичні прилади, які мають застосування в машинобудуванні, приладабудуванні, спеціальних будівельних роботах та іншому.

Це такі геодезичні прилади: лазерні геодезичні прилади, автоколімаційні прилади, GPS-приймачі.

Найважливішою характеристикою кожного геодезичного приладу є точність.Тому, виникають наступні задачі курсу:



  1. Навчитися елементам конструювання приладів, технології їх виготовлення;

  2. Ознайомитися з різними методиками вимірювання;

  3. Навчитися методам визначення поправок, введення їх в результати досліджень;

  4. Знати особливості дослідження приладів, юстировок окремих параметрів.

2. Призначення і класифікація геодезичних приладів

Для вирішення наукових і практичних завдань, таких як:



  1. Побудова опорної геодезичної мережі, інженерні вишукування, роботи в будівництві і експлуатації інженерних споруд

  2. Інженерні роботи при :

а) землеустрої;

б) лісоустрої;

в) геологічних роботах;

г) гідромеліоративних роботах та інше ;

3. Контроль геометричних параметрів на машинобудівних заводах, де геодезичний прилад використовується як зразковий засіб атестації;

Всі геодезичні прилади розбиваються на 6 груп (класів) :



  1. Теодоліти –прилади для вимірювання горизонтальних та вертикальних кутів (зенітних відстаней);

  2. Нівеліри –прилади , що застосовуються для вимірювання перевищень (висот);

  3. Віддалеміри (далекоміри) - прилади для вимірювання довжин ліній;

  4. Комбіновані:

а) тахеометри – прилади для вимірювання горизонтального і вертикального кутів , довжин ліній і перевищень;

б) кіпрегелі - прилади для вимірювання вертикальних кутів, відстаней , перевищень і графічної побудови напрямків при топографічній зйомці.



  1. Комплектуючі приладдя : штативи, рейки , масштабні лінійки, центрири, рівні, орієнтир – бусолі, рулетки, транспортири та інші.

  2. Спеціальні геодезичні прилади: візуальні і фотоелектричні автоколіматори , гіротеодоліти (прокомпаси) , лазерні прилади , прилади для вимірювання створів , для горизонтування.


1.Теодоліти виготовляються трьох типів:

  1. високоточні(Т1);

  2. точні(Т2, Т5);

  3. технічні(Т15,Т30).

Всі ці теодоліти можуть мати букви: А,К,П,М.

Це означає : А – автоколімаційний теодоліт ; К – теодоліт з компенсатором при вертикальному крузі; П – пряме зображення зорової труби; М – маркшейдерські теодоліти.

Типовим позначенням теодоліта може бути :3Т2КП. Це означає : 3 – третя модифікація приладу; Т – теодоліт; 2 – СКП вимірювання горизонтального кута одним прийомом(2˝); К – з компенсатором; П- пряме зображення зорової труби.

ДЕСТом на теодоліт є ДЕСТ 10529. ДЕСТом допускається виготовлення більш точних теодолітів. Тому , можна застосовувати в проектах, при вимірюваннях найбільш точний теодоліт Т05, СКП якого 0,5˝.


2.Нівеліри. відповідно до ДЕСТ 10528 по точності підрозділяються на :

1.Високоточні – похибка вимірювання перевищення менші 1 мм;

2.Точні - похибка вимірювання перевищення не більша 3 мм;

3.Технічні - похибка вимірювання перевищення більші 3 мм;



відповідно до точності випускаються : високоточний нівелір Н05 для нівелювання І та ІІ класу ; точний нівелір Н3 для нівелювання ІІІ та ІV класу, а також його різновидності Н3К (з компенсатором ), Н3КЛ (з компенсатором і лімбом для вимірювання горизонтального кута); технічний нівелір Н10 та інші. Відповідно до класифікації нівелірів виготовляються рейки трьох типів : РН05,РН3,РН10.

3.Прилади для вимірювання довжин ліній можуть бути механічними та оптико – електронними. Механічні: сталеві рулетки, мірні стрічки. Оптико електронні : оптичні далекоміри, світловіддалеміри.

Оптичні далекоміри виготовляються , як правило, у вигляді насадок на зорові труби або у вигляді самостійних приладів. Насадки вимірюють паралактичний кут і постійну базу . База може бути як при приладі , так і при рейці. Самостійні оптичні далекоміри характеризуються СКП в сантиметрах на кожні 100 м відстані. Наприклад, Д2 – далекомір , який дає СКП 2 см на 100 м.

Світловіддалеміри підрозділяються на 4 групи в залежності від застосування :

СГ – світловіддалеміри геодезичні , що застосовуються в основних геодезичних мережах і мають діапазон вимірювання від 0,1 до 20 км.

СП – світловіддалеміри , що застосовуються в прикладній геодезії. Діапазон - від 0,001 до 5 км.

СТ – світловіддалеміри , що застосовується в топографічних зйомках. Діапазон- від 0,001 до 15 км.

СТД – світловіддалеміри топографічні по дифузному відбиттю. Діапазон - до 10 км.
4.Тахеометри характеризуються не за точністю вимірювання, а за конструктивними ознаками, що даються в шифрі. І все таки, тахеометри Т-2, ТЕ є точні, а ТаН і ТВ – технічні.

ТЕ – тахеометр електрооптичний для вимірювання відстаней до 2 км з середньоквадратичною похибкою (СКП) -2 см, для вимірювання горизонтальних і вертикальних кутів відповідно 3-5.

ТД – тахеометр подвійного зображення, який вимірює кути: горизонтальні - 8; вертикальні - 12.

ТаН – тахеометр номограмний, в полі зору якого ми бачимо криві, по яких визначають відстань і перевищення.

ТВ – тахеометр внутрішньобазовий.

Кіпрегелі виготовляють згідно ГОСТу одного типу: КН - кіпрегель номограмний. Виготовляють один тип мензули.



6.Спеціальні прилади. В залежності від геодезичних робіт застосовують спеціальні геодезичні прилади:

Автоколіматори АК-02У; АК-05; АК-1. Число означає СКП зняття відліку, У- уніфікований (дає виміри як по горизонталі так і по вертикалі). Є велика група фотоелектронних автоколіматорів,які в діапазоні декількох градусів мають точність 0,01. Фотоелектронні автоколіматори повністю автоматизовані.

До спеціальних приладів також відносяться квадранти: КО-2 (квадрант оптичний; 2- означає, що похибка дорівнює 2 визначення нахилу), КО-10, КО-60М (М – магнітний).

Велеким класом спеціальних приладів є лазерні геодезичні прилади: лазерні теодоліти, лазерні візири, лазерні нівеліри і лазерні прилади вертикального проектування

До спеціальних приладів відносяться гоніометри ( в тому числі і лазерні) – прилади для атестації оптичних деталей приладів.

Останньою розробкою приладу для визначення місцеположення є GPS – приймачі.
3. Розвиток геодезичного приладобудування за кордоном, в Росії і на Україні.

Із історичних документів відомо, що першими геодезичними приладами користувались ще біля 3 тис. років до н.е. при будівництві зрошувальних каналів в Вавілоні, Єгипті і Китаї. Це були мірні мотузки, мірні рейки, ватерпаси з виском і компаси.

Значний вклад в розвиток техніки землемірної справи і геодезичних вимірювань в стародавні часи внесли представники арабської, грецької і римської науки. Тут досить назвати роботу Герона Олександрійського „Про діоптру” (100 років до н.е.), де він запропонував кутомірний прилад з діоптрами і поворотною лінійкою; астролябію Гіппарха з лімбом діаметром 10-20 см з градусними поділками, яку по праву можна рахувати прообразом теодолітів; римський землемірний хрест (прообраз еккера) для розбивки прямих кутів на місцевості; удосконалений арабами китайський компас для цілей кутових вимірювань. Приблизно до цього часу відносяться виконані Ератосфеном за допомогою гномона (сонячного годинника) перші інструментальні визначення кола Землі .

Арабський вчений Біруні (973-1048р.р.) сконструював пристрій для поділення лімбів через , що широко використовувався для астрономічних спостережень.

Розвиток науки в Європі в період проголошення матеріалістичного уявлення про розвиток Всесвіту був призупинений церквою, інквізицією.

Великі географічні відкриття дали новий поштовх розвитку науки. Нові пізнання в галузі фізики і механіки вплинули на розвиток і удосконалення геодезичних приладів. Леонардо Да Вінчі (1452-1519р.р.) сконструював возик для вимірювання пройденого шляху, лічильник кроків, а також запропонував для компасу круглий корпус. Француз Фурнель в 1525р. для визначення радіусу Землі застосував мірне колесо, при цьому 17024 оберти колеса відповідали дуги меридіана.

В другій половині XVI ст.,а саме в 1552р., на основі астролябії англієць Діггс створив прилад для вимірювання горизонтальних кутів і вперше запропонував термін „теодоліт”. Для встановлення на місцевості геодезичних приладів з’явились штативи. Німецький професор Преторіус винайшов мензулу з лінійками і діоптрами, яка пізніше уже використовувалась в сполученні з кіпрегелем.

В 1609р. італійський вчений Галілео Галілей (1564-1642р.р.) створює зорову трубу, що складалась з скляних лінз. Вона отримала назву голландської зорової труби, або труби Галілея. В 1611 році Іоган Кеплер (1571-1630р.р.) запропонував два варіанти зорової труби з сіткою ниток з прямим (земна труба) і зворотнім (астрономічна труба) зображенням. Це дало можливість практичного застосування лінзових зорових труб в вимірювальних геодезичних і астрономічних приладах, хоча збільшення труб було невеликим (від 9 до 30 крат).

Одночасно удосконалювалися відлікові улаштування. Запропонований в 1583р. німецьким математиком Клавіусом принцип ноніуса в 1631р. вперше реалізує голландець Петер Вернер (1580-1637р.р.) під назвою „верньєр”. Пізніше, в середині XVIII ст. англійчанин Джесс Рамсден (1735-1800р.р.) винайшов мікроскоп з гвинтовим мікрометром для точного відліку по шкалах.

Запропонований в 1662р. французом Жевено циліндричний рівень сприяв розвитку нівелірів з рівнями. В 1770р. І. Мейер в Геттінгені вперше застосовує круглий рівень з металевим резервуаром для горизонтування приладу.

Велике значення для удосконалення геодезичних приладів мали розробки нових типів осьових систем. В 1785р. французький астроном Борда, а в 1830р. гамбурзький механік Репсольд запропонували нові осьові системи для обертання рухомої частини інструмента відносно нерухомої. В 1804р. Георг Рейхенбах (1772-1826р.р.) сконструював повторювальний теодоліт. Він же в 1810р. ввів в зорову трубу далекомірні нитки для визначення похилих відстаней по вертикальній рейці. Застосування далекомірних ниток для отримання горизонтальних прокладень привело в 1900р. до реалізації принципу Гаммера-Феннеля, в конструкції першого номограмного тахеометра з зоровою трубою італійця Порро (1801-1875р.р.).

На початку XIXст. з’явились зразки оптичних віддалемірів з базисом при інструменті. Віддалеміри працювали на принципі подвійного зображення або в стереоскопічному варіанті. Більш легкі і компактні прилади з’явились завдяки застосуванню чехами Іозефом і Яном Фрич в 1886р. скляних лімбів.

Значні заслуги в модернізації геодезичних приладів належить швейцарцю Генріху Вільду (1877-1951р.р.), головними винаходами якого є:

1) труба з внутрішнім фокусуванням;

2) контактний рівень;

3) мікрометр нівеліра з плоскопаралельною пластинкою;

4) оптичний мікрометр;

5) осьова система на шарикопідшипниках;

6) інварні рейки;

7) віддалемір подвійного зображення у вигляді насадки на об’єктив труби.

XIX i XX ст. ознаменувалося тим, що замість невеликих майстерень, де розроблялись і виготовлялись геодезичні прилади з’явилися великі фірми і заводи. Найбільш відомі серед них: швейцарські фірми „Акціонерне товариство Керн и Ко” (1819р.), „Акціонерне товариство Вільд”(1921р.); німецькі фірми „Карл Цейс”(1846р.), „Оптон”, „Асканія”, заводи: „Отто Френель і Ко”, „Точної механіки Ертеля”; шведська фірма АГА; англійські фірми „Теллурометр”, „Віккерс-Лімітед”, „Віккерс Інструментс”; японська фірма „Сокіа”, французький завод „Товариство оптики, точних приладів, електроніки і механіки”; фірма США „Спектрафізкс”; угорські оптичні заводи МОМ; чеський завод „Меопта”; „Польські заклади оптичні” та інші.

Парк геодезичних приладів в XVII-XVIII ст. в Росії в основному поповнювався за рахунок їх ввезення із західної Європи.

Перша російська державна оптична майстерня була створена при дворі Петра I спочатку в Москві, а потім – в Петербурзі. В майстерні видатні російські оптики І.Є. Беляєв і Д. Колосов виготовляли і ремонтували астролябії, квадранти, нівеліри та інші геодезичні і астрономічні інструменти.

В 1725р. створена Російська Академія Наук, при якій відкрилась оптична майстерня. В ній майстри І.Є. Беляєв та І.І. Калмиков самостійно виготовляють геодезичні та оптичні інструменти, зорові труби і дзеркальні телескопи.

З 1736р. Академічною майстернею керує один із кращих спеціалістів механічної і інструментальної справи того часу А. К. Нартов (1694-1756). На станках Нартова обробляються механічні деталі геодезичних інструментів, а в майстерні виготовляють астролябії, ватерпаси з трубою (нівеліри), зорові і астрономічні труби, оптичне скло і дзеркала. Астролябія, наприклад, складалась з компаса, розташованого в центрі горизонтального кола, поділеного на , двох пар діоптрів і штатива. Точність візування через діоптри досягала . В майстерні виконувались замовлення М. В. Ломоносова.

З 1769р. видатний російський механік-самоука І. П. Кулібін (1735-1818р.р.) більше тридцяти років керував майстернями Академії Наук, розробляв і удосконалював технологію виготовлення геодезичних приладів.

Значення творчості російських вчених і винахідників XVIII ст. для розвитку оптичних інструментів, в тому числі і геодезичних приладів, важко переоцінити. Проте виготовлення і впровадження геодезичних приладів було обмежено вузькими рамками розвитку виробничих сил того часу. „Хвороба” плазування перед авторитетом іноземних вчених стала причиною закриття на початку XIX ст. майстерень Академії Наук.

В той же час міжнародні обставини Росії вимагали забезпечення армії і морського флоту топографічними картами. Це сприяло створенню в 1797р. спеціальної служби – Депо карт. В 1811р. Депо карт організовує механічну майстерню, де в значній кількості виготовляли астролябії, бусолі, зорові труби, мензули, стрічки та інші прилади для геодезичних і топографічних робіт. В 1821р. майстерню реорганізовують в механічний заклад Головного штабу. В 1822 р. при Головному штабі заснували Корпус військових топографів.

З 1823р. механічний заклад виготовляє удосконалений повторювальний теодоліт з повірочною трубою, що позитивно позначилось на результатах вимірювань. Для робіт геодезиста і астронома академіка В. Я. Струве був виготовлений повторювальний теодоліт з зоровою трубою, що мала фокусну відстань 400 мм і збільшення 35х. Відлікове улаштування теодоліта – верньєр точності.

В 1868р. механічний заклад виготовляє кіпрегель і мензулу нових зразків. Їх конструкція мала всі ознаки сучасних і майже 100 років не зазнавала суттєвих змін. Кіпрегель мав лінійку, на одному кінці якої знаходився рівень, а на другому – поперечний масштаб. На колонці, закріпленій посередині лінійки, розташовувались зорова труба з сіткою ниток і „круг висот” з поділками через і рівнем. Всі основні деталі кіпрегеля виготовляли із сплавів міді, що виключало вплив заліза на положення магнітної стрілки бусолі. В конструкцію „мюнхенської” мензули внесли зміни: змінили зв’язок мензульної дошки з штативом і надали їй мікрометричного руху.

За ініціативи військового геодезиста Д. Д. Гедеонова (1854-1908р.р.) в 1883р. введені зміни в конструкції нівелірів: покращено зв’язок рівня з зоровою трубою і застосовували бокове плоске дзеркало при рівні. Нівеліри подібної конструкції застосовувались на геодезичних роботах до 1940р. Д. Д. Гедеонов розробляє і впроваджує конструкцію малого вертикального круга для астрономічних спостережень.

Заснована в 1839р. академіком В. Я. Струве Пулковська обсерваторія з її механічною майстернею стала другим важливим закладом по виготовленню високоточних геодезичних і астрономічних інструментів. Кутомірні прилади з великими діаметрами горизонтальних кругів тут замінюють на менші за габаритами, але з більш точними поділками. Відлікові улаштування – ноніуси, замінюють на мікроскоп – мікрометр, що значно підвищило точність вимірювання горизонтальних і вертикальних кутів.

З 1845р. механічною майстернею Пулковської обсерваторії завідував Г. К. Брауер (1796-1882р.р.). Під його керівництвом розроблено багато оригінальних приладів: 1) універсальні прилади і точності; 2) точні рівні і екзаменатори для визначення їх ціни поділки; 3) нівелір – теодоліт; 4) диференціальні барометри, виготовлені на замовлення Д. І. Менделєєва і з успіхом застосовані геодезистами для нівелювання; 5) астрономічні пасажні прилади і малі вертикальні круги з ламаною зоровою трубою; 6) ділильну машину для лімбів.

Справу великого майстра продовжили його учні В. Ф. Гербер (1842-1909р.р.) і Г. А. Фрейберг-Кондратьєв (1854-1943р.р.). Перший удосконалює осьові системи, технологію шліфування цапф. За його способом цапфи виготовляли з точністю до 10мкм за 2 дні (замість 2-х тижнів раніше). Його майстерності належать 13 переносних пасажних інструментів для Росії і деяких обсерваторій світу (Кембридж, Швеція, Німеччина), 2 базисних прилади і 3 компаратори, 5-футовий віддалемір, багато рівнів різної точності та інше. Другий удосконалює ділильні машини і процес нанесення поділок на лімб, створює новий тип переносного зеніт – телескопа з ламаною трубою, подібних якому не було за кордоном.

Таким чином, майстерні Військово – топографічного відділу Головного штабу і Пулковська механічна майстерня були передовими підприємствами того часу. Їх прилади за якістю не тільки не поступались закордонним, а в деяких випадках і перевершували зразки відомих фірм. Але промислового розвитку геодезичне приладобудування за часів царської Росії не отримало і парк приладів поповнювався значною мірою від німецької фірми „Гільдебранд”.

Розвиток радянського геодезичного приладобудування розпочався з підписаного в 1919р. Декрету Раднаркому „Про заснування Вищого Геодезичного Управління”. В 1923р. на базі майстерень Корпусу військових топографів створюється завод „Геодезія”, який швидко поповнює парк приладів серійним випуском теодолітів, нівелірів, мензул, нівелірних рейок. До речі, рейки для точного нівелювання були кращі за рейки німецької фірми „Гільдебранд”. Другий завод „Геофізика” з 1927р. випускає теодоліт-тахеометр ТТ-30 з трубою, що має внутрішнє фокусування, а в 30-х роках – оптичні теодоліти ОТ і ОТ-10. Великі заслуги в розробці оптичних систем і технологічних процесів виготовлення оптичних приладів належать Державному оптичному інституту, організованому ще в 1918р.

Створений в 1928р. Державний інститут геодезії і картографії (тепер ЦНДІГ і К) проектує і досліджує нові зразки геодезичних приладів, випуск яких веде організований в 1934р. завод „Аерогеоприлад”. Це – тріангуляційні теодоліти ТТ і ТТ , астрономічний універсал АУ і високоточний нівелір „Аерогеоприлад”. Завод з 1935р. виготовляє ампули рівнів з ціною поділки , які по якості перевершували рівні найбільш відомої європейської фірми “Песлер”, що виготовляла їх більше 60 років.

В 30-х і 40-х роках конструкції геодезичних приладів удосконалюються такими нововведеннями, як: зорові труби з внутрішнім фокусуванням, циліндричні осі, контактні рівні, оптичний мікрометр з сполученим відліком, тангенціальні шкали в тахеометрах, нові види настановних пристосувань, нанесення поділок на скляні лімби. В 1947р. виготовлені серійно портативні і зручні теодоліти ОТС, ОТМ і ОТБ з скляними лімбами і оптичними мікрометрами. З’являються нові типи геодезичних приладів: оптичні теодоліти ТБ-1 і ОТ-02, високоточні нівеліри НПГ і НБ, нівелір з оптичним компенсатором Г. Ю. Стодолкевича, Кіпрегель КА-2, віддалемірна насадка ДНБ В. А. Беліцина та інші.

Характерною рисою геодезичного приладобудування з 50-х років є широке застосування досягнень оптики, механіки, фізики, електроніки, металургії. Використання досягнень науки і техніки створило нові можливості розробки геодезичних приладів з підвищеними експлуатаційними характеристиками, в першу чергу, для лінійних і кутових вимірювань.

Значними досягненнями засобів лінійних вимірювань є розробки серії світовіддалемірів для визначення великих, середніх і малих відстаней. Розроблений і виготовлений в 1936р. в Державному оптичному інституті під керівництвом А. А. Лебедєва перший в світі світловіддалемір для вимірювання ліній довжиною до 3,5 км мав похибку біля 2-3 м. В 1953р. В. П. Васильєв і В. А. Величко розробили світловіддалемір СВВ-1 для вимірювання відстаней до 15 км. В ЦНДІ і К в 1967р. розроблений світловіддалемір „Кварц” з гелій-неоновим лазером, дальність дії якого досягала 30 км з похибкою вимірювання () см, де повинно бути в км.

Особливо швидко знайшли впровадження на виробництві топографічні світловіддалеміри СТ-61, розроблені в «МІІГА і К» під керівництвом В. Д. Большакова, і „Кристал” (ЦНДІІГА і К), а також світловіддалеміри серії СМ. Наприклад, світловіддалемір СМ-3 з дальністю 1,6км мав похибку вимірювання 2-3см, а в удосконалених 2СМ-2, СМ-5 і 3СМ2 відповідно з дальністю дії 2км, 0,5км і 3-5км інструментальна похибка не перевищувала 1см. Більшість сучасних світловіддалемірів постачається автоматичною системою обробки інформації з видачею результатів вимірювання на табло.

Слід відзначити успішні розробки топографічних світловіддалемірів закордонними фірмами: Оптон Оберкохен, „Карл Цейс, Ієна” (Німеччина), АГА (Швеція), „Вільд Хербруг” (Швейцарія), „Хєюлет Паккард” (США) та іншими. В діапазоні до 2-3км більшість приладів мали інструментальну похибку 1-2см.

Під керівництвом А. А. Геніке (ЦНДІІГА і К) в 60-х роках розроблені і знайшли застосування геодезичні радіодалекоміри ВРД і серійні РДГ і РДГВ, а також „Промінь” для великих відстаней і „Хвиля” для топографічних цілей. Перші три прилади працюють в 10-сантиметровому діапазоні несучих радіохвиль, а наступні два – в 3-сантиметровому.

Синтез топографічного світловіддалеміра з теодолітом (візуальним або кодовим) привів до створення електронних техеометрів (напівавтоматичних або автоматичних), що по суті є універсальним геодезичним приладом. Разом з вбудованими мікропроцесорами такі прилади забезпечують автоматизацію кутових вимірювань.

Автоматизація окремих операцій в геодезичних приладах реалізована, наприклад, при стабілізації візирної вісі нівелірів і оптичного індекса вертикального круга за допомогою різних конструкцій компенсаторів. В розвиток цього важливого напряму значний вклад внесли В. І. Чуриловський, Г. Ю. Стодолкевич, Н. А. Гусєв, І. М. Монченко, А. В. Мещеряков, М. С. Черемісін, Ф. Г. Кочетов. В 60-70-х роках А. І. Захаровим були розроблені і впроваджені в серійне виробництво найбільш сучасні конструкції приладів з компенсаторами при вертикальному крузі типів Т5К, Т15К, 2Т5К. Серійне виробництво точних теодолітів типів Т2, Т5 і їх модифікацій (автоколімаційні та інші) здійснюються в Росії Уральським оптико-механічним заводом в м. Єкатеринбург.

На Україні розробка і виготовлення геодезичних приладів в післявоєнний період велись на двох великих заводах: Київський завод „Арсенал” і Харківський завод маркшейдерських інструментів.

В 1948р. на „Арсеналі” розроблена більш жорстка, легка і стійка металева підставка для мензули. Нова підставка широко застосовувалась на топографічних роботах замість мензули МШВ виробництва заводу „Геофізика”. З 1958р. в серійне виробництво запущені мензульний комплект з кіпрегелем-автоматом КА-2, розроблений під керівництвом І. М. Монченка, який і до цього часу застосовується при топографічних зйомках крупних масштабів.

В 60-х роках на „Арсеналі” розроблений теодоліт ТБ-1, який по своєму призначенню, конструкції і точності стоїть в одному ряду з точними теодолітами типу Т2. Модифікацією теодоліту ТБ-1 став теодоліт ТБ-3 з автоколімаційним окуляром Монченко з переривистими штрихами, який широко застосовувався в точному машинобудуванні. Автоколімаційні окуляри конструкції Монченко мають і сьогодні впровадження в автоколімаційних теодолітах типу Т2А.

На початку 70-х років завод „Арсенал” освоїв випуск технічних нівелірів. Нівеліри НЛС-1, і НЛ-3 застосовувалися для інженерних вишукувань і проектних робіт, де перевищення визначались як горизонтальним, так і похилим променем візування. Середня квадратична похибка на 1км. ходу не перевищувала відповідно мм і мм; в діапазоні температур від до с. Для нівелювання при висотному забезпеченні топографічних зйомок, при інженерно-геодезичних вишукуваннях і будівництві випускались технічні нівеліри НТ, НТК, НТСК, Н-10, Н-10КЛ. Останній з компенсатором і горизонтальним лімбом для вимірювання кутів з похибкою відліку забезпечує середню квадратичну похибку вимірювання перевищення на 1км подвійного ходу 10мм.

В кінці 70-х років значна номенклатура геодезичних приладів розробки заводу „Арсенал” передається для виготовлення на Ізюмський приладобудівний завод у Харківськії області. „Арсенал” продовжує спеціалізуватись на розробці і виготовленні спеціальних геодезичних приладів. На заводі розробляються оптичні квадранти КО-6.0, КО-10, КО-2, гоніометри Г5, Г2 і Г1, а під керівництвом канд. техн. наук О. І. Ванюрихіна створюється лазерний гоніометр з середньою квадратичною похибкою вимірювання кутів . Особливо значний вклад в створення фотоелектричних автоколіматорів, автоматичних систем горизонтування і гіротеодолітів різних по конструкції і точності вніс доктор технічних наук С. П. Пазняков, з яким автор мав щасливу можливість плідно співпрацювати впродовж 20 років. Наприклад, десятки типів фотоелектричних автоколіматорів забезпечували автоматичне вимірювання кутів (в діапазоні ) з середньою квадратичною похибкою в межах , а комплекти гірокомпасів і гіротеодолітів для автономного визначення астрономічних азимутів орієнтирних або заданих напрямків на місцевості мали середню квадратичну похибку від (гірокомпас 1Г17) до (гіротеодоліт ГТ3).

В 90-х роках завод удосконалив і успішно освоїв випуск геодезичних приладів нового покоління:


  1. високоточного нівеліра Н-0,5К з оптичним мікрометром для визначення перевищень з середньою квадратичною похибкою 0,2мм на 50м, що застосовується при вимірюваннях деформацій споруд, фундаментів, зміщень земної кори в місцях гірничих розробок, при монтажі кораблів, літаків, турбін;

  2. точного нівеліра Н-3КЛ для визначення перевищень з похибкою 2 мм на 100м при нівелюванні в полігонометрії і інших інженерно-геодезичних роботах;

  3. приладу високоточного вертикального проектування (ПВВП) з компенсатором і відносною похибкою передачі координат 1:200000;

  4. лазерних приладів: нівелірів, приладів вертикального проектування та інших на базі власної розробки малогабаритного лазера.

На Харківському заводі маркшейдерських інструментів розроблений ряд теодолітів для роботи в маркшейдерії: малий оптичний теодоліт ТОМ; теодоліт гірничий ТГ-5; оптичний маркшейдерський теодоліт ОМТ-30; теодоліт Т-20 та інші. Там же, під керівництвом А. В. Мещерякова виготовляють конструкції нівелірів НСМ-2, НСМ-2А, НЗК-1 з компенсаторами, що мали широке впровадження в підземних і наземних роботах. Для зйомки підземних камер виготовляються далекомір подвійного зображення з змінним базисом при інструменті (Д1М) і деякі конструкції кутомірів – тахеометрів гірничих.

На початку 90-х років в м. Вінниці створено завод „Аерогеоприлад”, який виготовляє велику номенклатуру комплектуючого приладдя і спеціальних геодезичних приладів і знаходиться в пошуку нових перспективних розробок.


4. Принцип Ферма. Основні закони геометричної оптики. Повне внутрішнє відбиття.

Основним геометрично-оптичним принципом є принцип Ферма. Він стверджує, що світло розповсюджується із однієї точки в іншу по відстані, що потребує мінімального часу порівняно з будь-яким іншим геометричним можливим шляхом між цими точками.

Всі основні закони встановлені дослідним шляхом. Їх всього чотири:


  1. Закон прямолінійного розповсюдження світла.

  2. Закон незалежного розповсюдження світла.

  3. Закон відбиття.

  4. Закон заломлення і повного внутрішнього відбиття.


Лекція №2

5. Плоске дзеркало. Система двох дзеркал: паралельних і між

якими є кут.

Дзеркало – це оптична деталь, обмежена однією відбиваючою поверхнею ( плоскою, сферичною, або асферичною).

Дзеркало може бути:

а). з зовнішнім відбиттям.



- нормаль.

Рис.2.1. Дзеркало із зовнішнім відбиттям


б). з внутрішнім відбиттям.

Рис 2.2. Дзеркало із внутрішнім відюиттям

З курсу оптики відомо правило: при нахилі нормалі дзеркала на кут  відбитий промінь змінить свій напрям на кут 2. Це є в основі підвищення точності всіх автоколімаційних приладів.

Якщо між паралельними відбиваючими площинами проходить промінь, то падаючий і вихідний промені будуть паралельні, але матимуть зміщення, яке буде характеризуватися величиною відстані  між дзеркалами і кутом падіння променя.На цьому принципі побудований геодезичний прилад – екер, де кут між дзеркалами є 450, а тому кут між падаючим і відбиваючим променями дорівнює 900.



Рис.2.3. Паралельні Рис.2.4.Принцип

відбиваючі площини еккера

6. Лінзи. Їх види. Оптичні деталі з плоскими заломлюючими поверхнями.

Лінза – прозора оптична деталь, обмежена двома заломлюючими поверхнями (або однією плоскою і однією сферичною поверхнею).

Лінзи найбільш поширені оптичні деталі. Вони бувають двох типів: позитивні ( збиральні) і негативні ( розсіювальні).

Рис.2.4.


а). двовипукла лінза в). меніск позитивний

б). випуклоплоска

Відповідно до позитивних є негативні лінзи:

Рис.2.5.


а). двовгнута лінза в). меніск негативний

б). плосковогнута

Пряма С1 С2, що з`єднує центри сферичних поверхонь лінз, або перпендикуляр, опущений із центра сфери на плоску поверхню лінзи, називається оптичною віссю лінзи.

Лінза збирає падаючі промені в одну точку, що лежить на оптичній вісі. Цю точку називають фокусом, а відстань f – фокусною відстанню лінзи.

Відношення називається оптичною силою лінзи.

За одиницю вимірювання оптичної сили приймається діоптрія, що дорівнює фокусній відстані 1м.



Рис.2.6.Фокусна відстань лінзи



Оптичні деталі з плоскими заломлюючими поверхнями.

Якщо в оптичній деталі дві поверхні ( плоскі і паралельні ),то така деталь називається пластиною.

В приладах пластини використовують:

а). як світлофільтри – для зміни щільності;

б). як шкала – для вимірювання;

в). як сітка – для спостереження.


7. Види призм. Відбивні призми, їх застосування, позначення і

типи. Оптичний клин.

Призмою називається оптична деталь, що обмежена заломлюючими, відбиваючими плоскими поверхнями, розташованими під кутом одна до одної.



Призми розподіляються на:

1. Відбивні призми, що використовуються в геодезичних приладах для:

а). зміни напряму оптичної вісі (ломана вісь в астрономічному універсалі);

б). зміни напряму лінії візування (окулярна призма оптичного мікрометра);

в). обернення зображення;

г). Поділу зображення в полі зору.

2.Для заломлення променя в далекомірах на постійний кут.

Відбивні призми позначають двома буквами і числом градусів, на який відхиляється промень. Перша буква вказує число відбиваючих граней (А – 1 грань, Б – 2 грані, В – 3 грані). Друга буква характеризує геометрію призми ( Р – рівнобедрена, С – ромбічна, П – пентапризма).



Основні типи призм:

Рис.2.7.


а). прямокутна з однією відбиваючою гранню – вона змінює напрям на 900 і дає дзеркальне зображення.

Рис.2.8.


б). прямокутна з двома відбиваючими гранями - змінює напрям на 1800, зберігає вид зображення.

Призма широко використовується в автоколімаційних вимірюваннях, так як має особливу властивість: при обертанні навкруги ребра вихідний промінь не змінює свого положення.



Рис.2.9.


в) призма – ромб – нічого не змінює , зміщує зображення

Рис.2.10.

г) пента призма – змінює напрям на 900і дає пряме зображення.

Якщо кут між заломлюючими поверхнями <50, то така призма називається клином. Відомо, що кут відхилення клину дорівнює:



(2.1), де

- заломлюючий кут клинка;

- показник заломлення клинка.

Рис 2.11. Оптичний клин



8. Центрована і ідеальна оптичні системи. Кардинальні площини і точки. Телескопічна система.
Реальні оптичні системи мають мінімум одну лінзу (це дві заломлюючі поверхні), а частіше системи мають комбінацію лінз. Оптична система із декількох заломлюючих поверхонь називається центрованою оптичною системою, якщо центри поверхонь оптичних деталей розміщені на одній прямій, що називається головною оптичною віссю системи. Іншими словами, оптична вісь системи – це пряма, що проходить через оптичну систему без заломлень.

Гаус створив теорію ідеальної оптичної системи, тобто системи, в якій зберігається гомоцентричність пучків і зображень, геометрично подібних предмету. В ідеальній оптичній системі зображення відтворює предмет без перекручення. Ідеальна оптична система може бути здійснена, якщо в центрованій оптичній системі запровадити параксіальну область.

Параксіальна область – це промені, які проходять близько до центрального променя.

Теорія ідеальної оптичної системи Гауса встановлює декілька кардинальних площин і кардинальних точок. Для ознайомлення з ними будь-яку оптичну систему зручно представити у вигляді двох поверхонь.



Рис 2.12.Оптична система

Першу, з вершиною в т. О – точка перехрещення сферичної заломлюючої поверхні з оптичною віссю, останню – з вершиною в т. - точка перехрещення сферичної заломлюючої поверхні з оптичною віссю.

Точки, в яких перехрещуються заломлені промені, паралельні оптичні вісі, називаються відповідно:



- заднім фокусом (для променів що йдуть з простору предметів);

- переднім фокусом (для променів що йдуть з простору зображень).

Площини, що проходять через передній і задній фокуси, перпендикулярні оптичній вісі, називають відповідно:

1 - передньою фокальною площиною;

2 - задньою фокальною площиною.

Заломлюючу дію всіх поверхонь оптичних деталей, що можуть бути в оптичній системі, можна звести до однієї площини. Для променів, що йдуть з простору предметів, це передня головна площина – 3; для променів, що йдуть з простору зображення, - задня головна площина – 4. Перетин цих площин з оптичною віссю дає передню і задню головні точки.

Важливими також є відстані і відрізки: передня фокальна відстань - , задня фокальна відстань - ; - передній фокальний відрізок, -- задній фокальний відрізок.

Якщо оптичну систему представити з двох сферичних поверхонь, то відстань між заднім фокусом першої оптичної системи (т. ) і переднім фокусом другої оптичної системи (т. ) називають оптичним інтервалом FF`= .

Телескопічною (афокальною) системою називають оптичну систему, в якій інтервал . До телескопічної системи можна віднести зорову трубу, що сфокусована на нескінченність.

Фокусна відстань телескопічної системи:



(2.2), де

b1 і b2 - проекції точок телескопічної системи

Це означає, що паралельний пучок променів, який йшов паралельно з просторовим предметом, після заломлення в системі залишається паралельним.

Головні точки телескопічної системи також знаходяться в нескінченності. В такій системі апертурною діафрагмою буде оправа об`єктива. Вона ж буде і вхідною зеницею (Д). Зображення цієї діафрагми в просторі зображень буде вихідною зеницею оптичної системи (d). Відношення називається кутовим збільшення оптичної системи (Гх). Відношення називається лінійним збільшення оптичної системи ().



(2.3) , де Гх – кратність;

(2.4)

(2.5)

Відношення називається відносним отвором оптичної системи.



9. Лупа. Об`єктив, його характеристики. Види об`єктивів.

Телеоб`єктив.

Лупа є найбільш простим оптичним приладом. Вона може бути однолінзовою, багатолінзовою. Останні дають більше збільшення і менші аберації. Видиме збільшення лупи підраховується за формулою:

(3.1), де 250мм – найкраща відстань до ока.

Лупи застосовуються для зняття відліків в геодезичних приладах з верньєрами.



Обєктив - це оптична система, що повернена до предмета. В більшості обєктиви дають дійсне зображення і є довгофокусними.

Основними характеристиками обктивів є:

  1. Фокусна відстань обєктива fоб. ;

  2. Відносний отвір обєктива ;

  3. Кут поля зору 2W.

Діаметр обективів знаходиться в межах 30-65мм. Інколи можуть бути 100мм.

Для зменшення аберації обєктиви роблять з декількох лінз із різних сортів скла з різними радіусами кривизни. Наведемо деякі основні види обєктивів:

1 –дволінзовий склеєний (застосовуються в приладах з малою і середньою точністю); 2W=100; f=300-360мм.


  1. –дволінзовий з повітряним проміжком (застосовуються в теодолітах більш високої точності); 2W=400; f=520мм.

Рис 3.1.Дволінзовий склеєний Рис.3.2 Дволінзовий об`єктив Рис.3.3. Багатолінзовий

об’єктив з повітряним проміжком об’єктив з повітряним проміжком


  1. - багатолінзовий з повітряним проміжком (для виключення аберацій). Аберація – перекручення зображення.

Телеобєктив призначається для збільшення фокусної відстані без збільшення розмірів зорової труби. В цій оптичній системі обєктив доповнюється фокусуючою лінзою, яка знаходдиться на відстані d від обєктива.Фокусна відстань телескопічної системи розраховується за формулою:

(3.2)

10. Окуляр, його характеристики. Види окулярів. Мікроскоп.



Окуляр це оптична система, що знаходиться перед оком спостерігача, служить для розгляду зображення предмета, що дає обєктив, під більшим кутом поля зору.

Основні характеристики окуляра:

  1. Фокусна відстань окуляра fок.=7-15мм;

  2. Збільшення окуляра ;

  3. Кут поля зору 2W;

  4. Діаметр вихідної зениці dвих. ;

  5. Положення вихідної зениці Р=8мм

Окуляр – це ширококутова оптична система, яка складається з польової лінзи (колектива 1), окової лінзи 2, що знаходиться з боку ока.

Рис.3.4. Окуляр

Вихідна діафрагма знаходиться на відстані Р=6-8мм. Відстань Р необхідна для того, щоб вії спостерігача не заважали дивитися в окуляр. Збільшувати відстань не бажано, тому що буде віньєтування, тобто затемнення по краям поля зору. Положення відстані можна вирахувати за формулою:

(3.3)

Всі окуляри роблять складними, тобто із багатьох лінз. Це роблять для зменшення аберації. Окуляр монтують в одній оправі, яка може переміщуватись уздовж оптичної вісі, це необхідно для встановлення різкості сітки ниток на око спостерігача.



Основні види окулярів, що мають місце в геодезичних приладах:


  1. Окуляр Рамсдена – застосовуються, в основному, в мікроскопах геодезичних приладів.

Рис.3.5. Окуляр Рамсдена



  1. Окуляр Кельнера – застосовується в теодолітах малої і середньої точності.

Рис.3.6. Окуляр Кельнера



  1. Симетричний окуляр – застосовується в більшості сучасних геодезичних приладів.

Рис3.7. Симетричний окуляр

Крім наведених, є більш складні окуляри: ортоскопічний (в далекомірах), земний (для розгляду земних предметів).

Мікроскоп має об’єктив і окуляр.

Збільшення мікроскопа:

(3.4)
По відношенню до лупи мікроскоп має:

1. Більше збільшення;

2. Більшу робочу відстань до ока;

3. В площині зображення можна поставити сітку і по ній вести вимірювання.


В геодезичних приладах мікроскопи використовують в якості:

1. Мікроскоп-лупа;

2. Відліковий мікроскоп;

3. Шкаловий мікроскоп;

4. Мікроскоп-мікрометр та ін.
11. Оптична система зорової труби. Типи фокусування.

Оптична система зорової труби складається з об’єктива, окуляра, фокусуючої лінзи і скляної пластинки (сітки ниток).

Конструктивно зорові труби можуть мати об’єктив і окуляр як позитивні лінзи (труба Кеплера) і об’єктив – позитивна лінза, а окуляр – негативна (труба Галілея). Труба Галілея дає пряме, а труба Кеплера – обернене зображення.

Пряма, що проходить через центр об’єктива і центр перехрестя сітки ниток, називають візирною віссю.

Пряма, що проходить через центр об’єктива і центр окуляра, називають оптичною віссю.

Фокусування зорової труби полягає в суміщенні зображення предмету в площині сітки ниток.



Види фокусування.

Фокусування буває двох видів:

1. Зовнішнє – коли сітка ниток і окуляр рухаються одночасно. Таке фокусування застосовують в приладах більш старих конструкцій. Недоліком цих конструкцій є те, що змінюється довжина зорової труби. В середину зорової труби може попасти пил та ін. Такі прилади на сьогодні застосовують мало.


  1. Внутрішнє – коли сітка ниток і окуляр не рухаються. Рухається тільки фокусна лінза (за допомогою кремальєри). При цьому зображення предмета фокусується в площину сітки ниток.

Рис.3.8. Зорова труба з внутрішнім фокусуванням

1. – об’єктив;

2. – фокусуюча лінза;

3. – сітка ниток;

4. – окуляр;

5. – кремальєра.
Переваги зорових труб з внутрішнім фокусуванням:

1. Постійна довжина;

2. Герметичність;

3. Малі розміри.



Недоліки зорової труби з внутрішнім фокусуванням:

  1. Втрати світла (за рахунок фокусуючої лінзи);

  2. При переміщенні фокусуючої лінзи може змінюватись напрям візирної вісі.

Лекція 4

12. Основні характеристики зорової труби, методи їх визначення.

Основними характеристиками зорової труби є:

  1. Збільшення Гх;

  2. Кут поля зору 2W;

  3. Роздільна здатність ά;

  4. Якість зображення.

Збільшення геодезичних приладів Г х знаходиться в межах ві 15 до 40 крат, інколи 50х (для астрономічних приладів). Чим більше збільшення, тим менше поле зору β0.

Збільшення визначають за формулою:



(4.1) (4.2)

Зорова труба зменшує лінійні розміри предметів, збільшуючи при цьому кут поля зору.



Методи визначення:

  1. Шляхом вимірювання Двхід. і dвих.

  2. В польових умовах, по рейці.

Кут поля зору.

Полем зору називають частину простору, що видна в нерухому зорову трубу. Поле зору обмежується круглим отвором – діафрагмою. Цією діафрагмою є діафрагма сітки ниток, що знаходиться в фокальній площині обєктива.

Під полем зору зорової труби розуміють поле зору обєктива. Воно знаходиться в межах 2W=50-60.



Метод визначення: вимірювання по горизонтальному та вертикальному кругах.

Роздільна здатність характеризує здатність оптичної системи давати роздільно зображення двох малих предметів. Теоретично:

(4.3); ока=60

Роздільна здатність визначається по ДЕСТованих шкалах-мірах. Шкала-міра являє собою шкалу квадратів, що мають штрихи з різними відстанями у чотирьох напрямах.



Рис.4.1. Шкали міри

На практиці ця шкала розташовується в фокальній площині коліматора.

Рис.4.2. Коліматор



Коліматор - це такий геодезичний прилад, який має обєктив в фокальній площині якого може бути встановлена діафрагма, світлова щілина або інший предмет, що розглядається. З коліматора завжди виходить паралельний пучок променів. Тому незалежно на якій відстані від коліматора встановлено геодезичний прилад. В горизонтальну трубу спостерігають шкалу-міру. Той квадрат, де бачать штрихи всіх чотирьох напрямків роздільно, буде визначати роздільну здатність. Ця величина (роздільна здатність квадрату) береться з паспорта.

В лабораторних умовах, де відсутній коліматор, визначення ведеться по такій же шкалі-мір; але вимірюється відстань від приладу до шкали, відстань між штрихами шкали-міри. Потім за формулою:



(4.4), де

а – мінімальна відстань між двома штрихами шкали-міри;

s – відстань від приладу до шкали-міри.



Якість зображення.

Її можна визначити , якщо в фокальний площині коліматора розташувати круглу діафрагму маленького отвору .Тоді при спостереженні в геодезичний прилад на всьому полі зору ця точка має бути видна чітко , без ореолів ,хвостів , фарбування (забарвлення).

В реальних умовах якість зображення можна перевірити в ночі по яскравій зірці.


13. Кутомірні круги і лінійні шкали . Спосіб їх виготовлення.

Кутомірні круги (лімби) відносяться до середньої частини теодоліта .Раніше лімби виготовляли металевими (латунь, бронза, алюмінієві сплави ). Тепер лімби виготовлюють виключно із оптичного скла, наприклад, на металеві можна було нанести штрихи товщини 0,1 мм, коли на склі –2-8 мкм ,тобто в 20 разів тонше. Товщина скла лімбів приблизно 2-5 мм., паралельність їх поверхонь – в межах 10˝.

Діаметр лімбів різний :


  1. у теодолітів малої і середньої точності – 70-100 мм;

  2. у теодолітів високої точності –250 мм;

  3. в астрономічних теодолітах –700 мм.

Чим більше діаметр , похибка нанесення штрихів буде зменшуватись . Конструктивно штрихи в полі зору розглядають двома методами :

а) у прохідному світлі :


Рис.4.3. Лімб у прохідному світлі

1- лімб зі штрихами;

2-оптичний елемент.

б) у відбивному світлі:

Рис.4.4. Лімб у відбитому світлі

В цьому випадку оптичний елемент 2 має одну дзеркальну грань і одну напівпрозору грань.

Штрихи лімба підписуються в градусах (0˚-360˚). Раніше були в градах (3600=400 град). Кутова величина між штрихами залежить від діаметра лімба і відлікового пристрою . Оцифрування штрихів ведуть завжди за ходом годинникової стрілки , або зліва на право, або зверху в низ (для того щоб зменшити ймовірність невірного відліку).


  1   2   3   4   5   6   7   8   9




База даних захищена авторським правом ©shag.com.ua 2022
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка