Теодолит электронный принцип работы

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

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

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

Разновидности теодолитов

В зависимости от точности теодолиты делятся на три категории:

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

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

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

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

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

Теодолит бывает следующих видов:

• Оптические.
• Электронные.
• Лазерные.

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

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

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

Как устроен простейший теодолит

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

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

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

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

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

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

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

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

Отличие теодолита от нивелира

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

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

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

Узкоспециализированные теодолиты

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

Фототеодолит

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

Гиротеодолит

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

Критерии выбора устройства

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

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

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

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

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

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

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

echome.ru

Сайт посвященный измерительным приборам…

Электронный теодолит

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

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

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

Типы и классификация

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

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

Конструктивно электронный теодолит может быть выполнен:

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

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

Устройство

Электронный теодолит имеет следующие ключевые узлы:

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

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

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

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

Основы использования

Преимуществами использования электронного теодолита являются:

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

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

Наиболее популярные модели

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

ADA DigiTeo 10

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

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

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

DJD2-GH

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

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

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

DT-205

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

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

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

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

Видео по теме

Теодолит электронный – осваиваем классификацию измерительной оптики

Теодолит электронный – назначение

Для успешного применения такой техники нужно иметь знания и представление о правилах и общих принципах проведения геодезических измерений на местности. А поскольку существуют различные виды теодолитов, то эти знания помогут быстро освоить каждый из них.

Будучи прибором универсального назначения (в сравнении с нивелиром) теодолиты позволяют не только производить точные измерения горизонтальных углов и техническую нивелировку, но и определять с гарантированной точностью величины вертикальных углов.

Для измерения вертикальных углов применяется также упрощенный теодолит, называемый еще угломером. Его образцы можно увидеть на школьных учебных площадках для изучения природоведения и т.д. Но, как ни странно, такое упрощенное приспособление до сих пор сохраняет свое практическое значение и может быть использовано для приблизительного определения угла возвышения выбранного объекта.

Устройство и принцип работы теодолита

Современные теодолиты обеспечивают измерения углов горизонтальных и вертикальных не только при геодезических работах, но и в топографической съемке местности, маркшейдерских и горных работах в шахтах, туннелях и пр., работах по строительству, азимутальных определениях, других задачах, связанных с необходимостью точных измерений и выносом проектов в натуру.

В основе конструкции теодолита (в частности, оптического, как наиболее традиционного варианта), обеспечивающей его работу, лежат горизонтальный и вертикальный круги (лимбы) с градуировкой в градусах и минутах, система оптических (для наведения на цель и снятия значений измерений) и механических (для установки, поворотов и фиксации лимбов и оптики) приспособлений.

В общем, принцип состоит в наведении зрительной трубы на цель, фиксации показаний горизонтального и вертикального лимбов, проекцию значений которых через систему призм и зеркал можно видеть с помощью шкалового микроскопа.

Для повышения точности измерения производятся многократно. Методик работы с теодолитами существует много, например, измерение углов полуприемами, по результатам которых выводятся значения измерения полным приемом и т.д.

Современная классификация теодолитов

Выпускаемые промышленные приборы имеют различную точность измерения. По ее величине различается классификация теодолитов. Так технические разновидности допускают ошибку измерения до тридцати минут в обе стороны, их обозначение включает букву и цифры Т30.

Меньшее значение ошибок (до двух и пяти минут в обе стороны) дают точные теодолиты, обозначаемые Т2 и Т5 соответственно. Наименьшую ошибку измерений способны обеспечивать высокоточные (до одной минуты в обе стороны) теодолиты Т05 и Т1.

Модели некоторых видов могут снабжаться цилиндрическими уровнями алидады или компенсаторами. Это также отражается в их обозначениях (К – компенсатор). Конструкции приборов могут иметь повторительную и неповторительную систему осей. Как правило, последняя применяется у высокоточной модели. В конструкциях повторительных моделей обязательно присутствие закрепительного и наводящего винта.

Но кроме указанных моделей традиционных теодолитов, существуют и другие их разновидности. Это также высокоточные теодолиты, такие, как гиро- и кинотеодолиты (фототеодолиты), тахеометры (как разновидность модели электронного устройства с оптическим и лазерным наведением).

Современные виды и модели теодолитов часто оснащаются электроникой, позволяющей вычислять и запоминать координаты точек на натуре, автоматически переводить результаты измерений в нужную систему координат или процентные показатели, исключить ошибки снятий значений и их записей. Все эти функции берет на себя микропроцессорная система управления.

Дополнительные удобства (как, например, подсветка шкалы экрана) позволяют проводить работу в условиях пониженной освещенности. Такой электронный теодолит может быть оснащен лазерными указателем и отвесом, что значительно повышает точность измерений и превращает его в тахеометр (или лазерный теодолит).

Тут, как и в случае традиционных теодолитов, много моделей. Отличительная особенность тахеометров – высокая точность измерений. Угол можно измерить с точностью до половины секунды, а расстояние – с погрешностью до ? миллиметра на одну тысячу метров.

Кстати, и обычный оптический теодолит строительный может быть комплексно применен с лазерными рулетками или дальномерами, а также лазерными построителями плоскостей, что, несомненно, увеличивает точность выполняемых работ.

Электронные теодолиты и тахеометры

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

Немного истории

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

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

Описание электронного теодолита

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

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

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

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

Принцип работы электронного теодолита

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

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

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

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

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

Тахеометры

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

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

Разновидности тахеометров

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

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

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

Небольшие особенности использования

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

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

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

Критерии выбора

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

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

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