Teodolit jest to podstawowy instrument do pomiaru kątów. Teodolity dzielimy ze względu na dokładność pomiaru na:
teodolity precyzyjne – nominalna dokładność odczytu 1``- 2cc lub większa
teodolity techniczne – nominalna dokładność odczytu – 6`` - 20cc lub mniejsza.
Teodolity można również podzielić ze względu na ich budowę na teodolity optyczno – mechaniczne (tradycyjne) i teodolity elektroniczne (używane obecnie). Współcześnie używane teodolity optyczne to w większości teodolity z podziałem gradowym, natomiast teodolity elektroniczne umożliwiają dowolne ustawienie jednostek pomiaru.
Każdy teodolit składa się z lunety, alidady, limbusa (kręgu poziomego), kręgu pionowego i spodarki.
Spodarka(1)– służy do połączenia teodolitu ze statywem. Produkowane obecnie teodolity posiadają wymienne spodarki. Spodarka posiada trzy śruby(3) służące do poziomowana instrumentu, płytkę sprężystą z nagwintowanym otworem(4) do przykręcenia statywu oraz otwór w górnej części do umocowania teodolitu.
Alidada(2)– korpus instrumentu połączony ze spodarką i lunetą. Wewnątrz alidady znajduje się krąg poziomy (limbus) – szklany krąg z naniesionym podziałem kątowym 0-400g lub 0-360o, oraz układ optyczny służący do odczytu kierunków - w instrumentach tradycyjnych lub odpowiedni oznakowany szklany krąg i układ elektroniczny – w instrumentach elektronicznych.
Krąg pionowy – budowa analogiczna do kręgu poziomego – służy do pomiaru kierunków pionowych.
Luneta(5) – służy do precyzyjnego celowania na przedmioty (np. tyczki miernicze, tarcze celownicze) wyznaczające kierunki. Luneta składa się z korpusu w którym znajduje się dwa systemy optyczne –obiektyw i okular oraz służący do celowania krzyż nitek (siatka kresek).
Lunetka systemu odczytowego(6) – występuje w instrumentach tradycyjnych i służy do odczytu mierzonego kierunku. Obraz widziany w lunetce zależy od typu systemu odczytowego w który wyposażony jest teodolit i może wyglądać następująco:
Obraz w lunetce odczytowej
H = 21.04 g V = 21.79g
W instrumentach elektronicznych miejsce lunetki odczytowej zajął wyświetlacz ciekłokrystaliczny umieszczony na alidadzie. Pokazuje on aktualnie mierzone kierunki, odległość oraz inne informacje. Przykładowy obraz wyświetlacza wraz z klawiaturą do obsługi instrumentu przedstawia poniższy rysunek:
Poza wymienionymi elementami w skład typowego teodolitu wchodzą libelle – pudełkowa(15) i rurkowa(16) służące do precyzyjnego poziomowania , zaciski –
zacisk alidady(7) – zwolnienie pozwala na swobodny obrót instrumentu wokół osi pionowej,
zacisk lunety(8) - zwolnienie pozwala na swobodny obrót lunety wokół osi poziomej obrotu lunety,
śruby ruchu leniwego(9) – leniwki służące do precyzyjnego wycelowania siatką kresek na zadany cel,
celownik kolimatorowy(10) umieszczony na lunecie służący do zgrubnego wycelowani lunetą na cel tak , aby znalazł się on w polu widzenia lunety,
pionownik optyczny(11) – umieszczony w alidadzie lub spodarce pryzmat wraz z układem optycznym służący do ustawienia teodolitu nad punktem geodezyjnym w taki sposób, aby oś obrotu instrumentu przechodziła przez ten punkt (centrowanie instrumentu)
Ponadto instrumenty tradycyjne posiadają umieszczone na alidadzie zwierciadło(12) służące do wprowadzania światła do systemu optycznego teodolitu.
Elementem występującym w starszych instrumentach tradycyjnych, które nie są wyposażone w automatyczny indeks kręgu pionowego jest libella rurkowa kręgu pionowego(13) powiązana z odpowiednią leniwką(14) służącą do ręcznego ustawienia (spoziomowania) indeksu.
Dodatkowo ale niezbędnym do wykonywania pomiarów sprzętem są:
-statyw – składa się on z trzech nóg połączonych głowicą statywu w której znajduje się śruba sercowa służąca do połączenia statywu z instrumentem,
-tyczki miernicze lub osadzone na spodarce tarcze celownicze
Teodolit posiada następujące osie:
- pionowa oś obrotu instrumentu i
- pozioma oś obrotu lunety p
-oś celowa c
-oś pozioma libelli alidadowej la
Układ osi głównych w teodolicie
Warunki wzajemnego płożenia osi teodolitu:
- oś obrotu instrumentu prostopadła do osi libelli alidadowej (l ^ la)– warunek libelli,
- oś celowa prostopadła do osi obrotu lunety (c ^ p) – warunek kolimacji
- oś obrotu lunety prostopadła do osi obrotu instrumentu (p ^ i) – warunek inklinacji
- oś obrotu instrumentu powinna pokrywać się z osią limbusa
- przy poziomo ustawionej lunecie wartość odczytu kierunku powinna wynosić 100g lub 300g – warunek miejsca zero.
Pierwszy warunek sprawdzamy podczas poziomowania instrumentu. W tym celu należy ustawić alidadę tak aby oś libelli alidadowej znalazła się równolegle do dwóch śrub spodarki. Poziomujemy instrument śrubami (2 i 3). Następnie obracamy alidadę o 180o. Jeśli pęcherzyk libelli wychylił się od położenia środkowego należy połowę wychylenia środka pęcherzyka usunąć za pomocą śrubki rektyfikacyjnej libelli a połowę jedną ze śrub spodarki. (jeśli występował błąd nieprostopadłości osi obrotu instrumentu do osi libelli alidadowej to w pierwszym położeniu wynosił on l a po obróceniu alidady o 180o oś libelli zatoczy powierzchnię stożkową i zajmie położenie pod kątem 2l do poziomu). Następnie należy obrócić alidadę do położenia wyjściowego i sprawdzić, czy rektyfikację wykonano poprawnie – pęcherzyk libelli powinien być w położeniu środkowym. Ostatnim krokiem jest obrót alidady o i doprowadzenie pęcherzyka libelli do położenia środkowego w tej płaszczyźnie śrubą spodarki 1. W ten sposób oś obrotu instrumentu zajmie położenie pionowe w stosunku do płaszczyzny wyznaczonej przez obrót osi libelli alidadowej.
Położenie wyjściowe Położenie II – obrót o 180o Położenie III – obrót o 90o
Sprawdzenie warunku kolimacji polega na pomiarze tego samego kierunku w dwóch położeniach lunety. Jeśli wartość pomierzonych kierunków jest różna o 200g to instrument jest wolny od błędu kolimacji. Jeśli błąd występuje to można go wyznaczyć w następujący sposób – wykonujemy odczyt kierunku H1 w I położeniu lunety, odczyt tego samego kierunku
H2 w drugim położeniu lunety. Wartość błędu kolimacji (k) otrzymamy ze wzoru:
k=(H1-(H2-200g))/2
Aby usunąć błąd kolimacji należy wyliczyć Hśr – odczyt wolny od błędu kolimacji ze wzoru:
Hśr=(H1+(H2-200g))/2
a następnie ustawić ten odczyt. Oś celowa lunety zejdzie wtedy z obranego kierunku - trzeba śrubkami rektyfikacyjnymi krzyża nitek naprowadzić pionową nitkę na obrany uprzednio cel.
Jeśli warunek inklinacji nie jest spełniony mówimy o występowaniu błędu inklinacji. Sprawdzenie, czy dany instrument jest wolny od tego błędu ma następujący przebieg.
Obieramy wysoko umieszczony punkt M. Pod punktem umieszczamy poziomo łatę niwelacyjną. Ustawiamy teodolit w odległości kilkunastu – kilkudziesięciu metrów od wysokiego punktu M. tak, aby oś celowa była prostopadła do łaty. Następnie celujemy na punkt M., opuszczamy lunetę i wykonujemy odczyt na łacie D1. Przerzucamy lunetę przez zenit, celujemy na punkt M. i wykonujemy odczyt na łacie – D2.
Sprawdzenie występowania błędu inklinacji
Jeśli odczyty różnią się od siebie to występuje błąd inklinacji. We współczesnych instrumentach błąd ten można usunąć tylko w specjalistycznych zakładach.
Niespełnienie ostatniego warunku nosi nazwę błąd miejsca zero lub błąd indeksu. Wykrycie tego błędu przeprowadza się w następujący sposób:
Wykonujemy odczyt wartości kąta pionowego V1 celując na odległy punkt. Następnie przerzucamy lunetę przez zenit i ponownie odczytujemy wartość kierunku pionowego w II położeniu lunety V2. Jeśli błąd nie występuje to spełniony będzie warunek:
Jeśli warunek nie jest spełniony, to wartość błędu indeksu obliczymy:
e = 400– (V1+V2)
2
Wyliczoną wartość e należy uwzględnić (dodać) do każdego zmierzonego kierunku pionowego.
Wpływ błędów instrumentalnych na wyniki pomiaru można zniwelować poprzez pomiar kątów w dwóch położeniach lunety oraz poprzez odczyty kierunków poziomych na różnych miejscach limbusa.
Kąt poziomy jest miarą kąta dwuściennego pomiędzy płaszczyznami pionowymi OAA’ i OBB’ Przez środek limbusa przechodzi prostopadła do niego oś obrotu teodolitu OO’ wokół której obraca się celowa płaszczyzna pionowa. Teodolit ustawia się nad punktem, który stanowi wierzchołek mierzonego kąta w ten sposób, aby oś pionowa OO’ znajdowała się w linii pionu.
Zasada pomiaru kąta poziomego.
Przygotowanie teodolitu do pomiaru.
i rurkowej znajdujących się na alidadzie. Po wycentrowaniu i wypoziomowaniu instrumentu należy ustawić ostrość siatki celowniczej, ostrość celu oraz w przypadku teodolitu klasycznego znaleźć właściwe położenie dla lusterka kierującego światło do systemu odczytowego.
Pomiar kąta poziomego może być wykonany z zastosowaniem kilku metod spośród których do najczęściej stosowanych należą:
-metoda pojedynczego pomiaru kąta (w dwóch położeniach lunety)
W tej metodzie mierzymy dwa kierunki wychodzące z wierzchołka kąta nad którym ustawiony jest teodolit. Pierwszy odczyt wykonujemy na lewym ramieniu kąta. Po wycelowani z grubsza za pomocą celownika kolimatorowego włączamy zacisk alidadowy i leniwką naprowadzamy kreskę pionową krzyża nitek na cel. Wykonujemy odczyt kierunku a następnie zwalniamy zacisk i celujemy na prawe ramię kąta. Wyniki pomiaru notujemy w dzienniku. Następnie przerzucamy lunetę przez zenit i wykonujemy ponownie odczyty kierunków na lewym i prawym ramieniu kąta. Odpowiednie kierunki w I i II położeniu lunety powinny się różnić o 200g ( z odchyłką w granicach błędu celowania i odczytu). Zapisane w dzienniku wyniki pomiarów kierunków z I i II położenia lunety stanowią dane do obliczenia wartości kąta w I położeniu lunety, w II położeniu lunety i ostatecznej wartości kąta wyliczonej jako średnia arytmetyczna.
Rys. Dziennik pomiaru kątów z przykładowo wyliczonym kątem lewym a i prawym b.
a = Op - Ow
b = Ow - Op
gdzie: Ow – odczyt wstecz – odczyt kierunku na lewym ramieniu kąta
Op – odczyt w przód – odczyt kierunku na prawym ramieniu kąta
Pomiar pojedynczego kąta wykonany w dwóch położeniach lunety nosi nazwę jednej serii. W celu podniesienia dokładności otrzymanego kąta możemy wykonać kolejne serie pamiętając o tym aby pomiary kolejnych serii wykonywać z przesunięciem limbusa. Różnica pomiędzy wartościami kąta obliczonymi w kolejnych seriach nie powinna przekroczyć m0 (m0– średni błąd pomiaru kąta), która to wartość jest ujęta w instrukcjach a zależy od klasy teodolitu oraz typu pomiaru.
- metoda kierunkowa
Metoda opiera się na tych samych zasadach co metoda pojedynczego kąta. Różnica polega na tym, że w tej metodzie pomiarowi podlegają nie dwa kierunki wychodzące z wierzchołka kąta ale pęk kierunków. Pomiar taki pozwala obliczyć kąty między dowolnymi kierunkami. Jako pierwszy odczytujemy kierunek na punkt dobrze widoczny najlepiej położony w północnej części widnokręgu. Następnie wykonujemy odczyty na kolejnych kierunkach zgodnie z ruchem wskazówek zegara kończąc półserię na kierunku pierwszym. Różnica odczytów na tym kierunku nie powinna przekroczyć granic dopuszczalnych dla danego typu instrumentu. Porównanie to daje kontrolę, czy instrument nie został poruszony w trakcie pomiaru.
W II położeniu lunety równierz zaczynamy i kończymy odczyty na tym samym kierunku, z tym, że odczyty na kolejnych kierunkach wykonujemy przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.
Obliczenia kątów, wartości dopuszczalnych odchyłek m0 są analogiczne jak w metodzie pojedynczego pomiaru kąta.
kkris2