Что такое компенсатор в нивелире

echome.ru

Сайт посвященный измерительным приборам…

Разбираемся в нивелирах с компенсатором

Для работ по измерению перепадов точек земной поверхности (нивелирования), а также для определения горизонтальных направляющих при ремонтных, монтажных, строительных любительских и профессиональных работ предназначен этот геодезический инструмент – нивелир. Этот прибор является одним из самых несложных в использовании среди всего геодезического инструментария.

Основная классификация выделяет три класса нивелиров:

Ведущие сферы применения: дорожные и дорожно-строительные работы, метрическая и картографическая съемка местности, топогеодезия, геологическая разведка, ремонтно-монтажные и бытовые измерения.

В один из подклассов оптических и лазерных приборов выделяются нивелиры с компенсатором.

Устройство нивелира с компенсатором

Весьма упрощенно оптический нивелир можно рассматривать как подзорную трубу: корпус, окуляр оператора и объектив. Система оптико-механических компонентов позволяет увидеть увеличенное изображение нивелирной рейки на фоне жестко закрепленной сетки нитей.

В корпус нивелира встроены две стеклянные призмы (входная и выходная), а также зеркальная поверхность, закрепленная на нитях-торсионах и постоянно находящаяся в «плавающем» по горизонтали положении при незначительном наклоне нивелира.

Визирная ось устройства для оператора совпадает с центром перекрестия сетки нитей и всегда должна быть перпендикулярна оси вращения трубы.

Лазерные нивелиры с компенсатором принципиально отличаются от оптических — они не имеют традиционной оптической системы и оборудованы самовыравнивающимся компенсатором:

Устройство нивелира с компенсаторами в случае возникновения проблем требует ремонта и настройки в специализированных мастерских и сервисных центрах.

Принцип действия

Входящее через линзу объектива изображение преломляется поверхностью входной стеклянной призмы, отражается в зеркале и через преломляющие грани выходной призмы фиксируется на плоскости окуляра и в дальнейшем на сетчатке глаза оператора. Эта оптическая система называется автоматическим компенсатором, который может быть воздушным и магнитным. Схема работы нивелира с компенсатором достаточно проста и в то же время надежна.

Если бы оптическая ось нивелира при отклонении не совпадала с горизонтом, то при измерении превышения высот между точками на земной поверхности были бы допущены существенные ошибки. Для исправления этой ситуации и предназначена система компенсатора: свободно расположенные ленточки-торсионы постоянно выравнивают зеркало в горизонтальную плоскость независимо от угла наклона визирной трубы и сохраняют ось визирования параллельной горизонту.

Преимущества и недостатки

Автоматические компенсаторы угла наклона имеют существенные преимущества перед используемыми издавна цилиндрическими уровнями:

Из недостатков можно назвать:

В настоящее время нивелиры с компенсаторами гораздо более востребованы и распространены, нежели приборы с цилиндрическими уровнями.

Как выбрать?

Ориентироваться на выбор прибора с магнитным или воздушным демпфером следует исходя из:

Не последним фактором приобретения нивелира с компенсатором является и его стоимость, и тут следует помнить: надежные и точные нивелиры известных производителей не могут стоить дешево.

Модельный ряд

Наиболее популярные торговые марки геодезических нивелиров среди покупателей:

Нивелиры с компенсаторами продолжают совершенствоваться с каждым годом, с каждой новой выпущенной моделью: они становятся все более надежными, точными и удобными в эксплуатации.

Источник

Оптический нивелир: основы работы и настройка своими руками

На рынке есть штативы с плоской или сферической головкой. Последний позволяет быстро выравнивать прибор без необходимости точной регулировки ножек штатива. Опытные пользователи на шаровой головке могут выровнять инструмент, не используя регулировочные винты в трегере.

Нивелирная рейка, наиболее популярными на данный момент являются алюминиевые телескопические рейки. Деревянные рейки время от времени используются в строительных и геодезических изысканиях. Алюминиевые рейки различаются по длине (от 3 до 7 м) и, следовательно, по количеству сегментов. Сегменты основаны на принципе телескопа. Сложенный участок имеет длину чуть более 1 м и его легко транспортировать. Алюминиевые рейки имеют геодезическое шкалу типа «Е» с одной стороны и стандартное миллиметровое деление с другой.

Важно, чтобы рейка была снабжен коробкой уровнем для установки. Часто многих пользователи не используют уровень и устанавливают рейку вертикально «на глаз». Однако что неправильная установка рейки очень сильно влияет на конечную точность нивелирования.

После установки нивелира на штатив и его выравнивания, помощник вертикально устанавливает рейку (ему поможет уровень, прикрепленный к ней) в точке A. Наблюдатель осуществляет точное прицеливания с помощью винта горизонтального круга и фокусирует изображения с помощью фокусирующего винта и в окуляре выполняет чтение отметки O1.

Для чего горизонтальный круг с отметками на оптическом нивелире?
Горизонтальный лимб используется для расчета угла поворота прибора при измерении. Лимб используется при нивелировании полярным методом, но стоит отметить что точность отсчетов невысокая. Горизонтальный лимб с делением на 360 и 400? В чем разница?
В 90% случаев при покупке нивелира пользователи не обращаются внимание на горизонтальный лимб. Им он не пригодится или используют в единичных случая как вспомогательный инструмент.

• грады имеют десятичное деление, естественное для калькуляторов и компьютеров
• расчеты выполняются быстро, даже в памяти, без необходимости какого-либо преобразования или преобразования
• использование града исключает риск ошибок вычислений из-за разделения шага на 60 минут (секунд) и 3600 градусов (секунд).

В рамках полевого выпрямления мы проверяем три геометрических условия, которым должен соответствовать выравниватель:
• Основная плоскость пузырька круглого уровня pg должна быть перпендикулярна главной оси vv выравнивающего устройства.
• Горизонтальная линия прицельной сетки должна быть перпендикулярна главной оси vv.
• Визирная ось cc должна быть горизонтальной в диапазоне действия компенсатора.

Перед началом юстировки проверьте работоспособность механических компонентов нивелира. Внимательно посмотрите на винты трегера, горизонтальные винты, фокусирующий винт и окуляр, оцените их на предмет плавной работы и наличия нестандартных зазоров. Стоит несколько раз повернуть инструмент, установленный на штативе и убедиться, что механизм главной оси механизма не поврежден. Только если все механические компоненты нивелира находятся в рабочем состоянии, вы можете приступить к проверке устройства.

Этап 1: Поверка круглого уровня

Отклонение пузырька на половину ошибки устраняется поворотом винтов трегера в противоположном направлении. Вторая половина той же ошибки устраняется с помощью регулировочных винтов уровня. Проверяем правильность исправления поворотом на 180 градусов. При необходимости повторяем корректирующие действия.

Этап 2: Проверка вертикальности сетки нитей
Контроль можно проводить двумя способами
1. Сфокусировавшись нивелиром на отвес легко можно определить вертикальность сетки нитей. Совпадает ли она с вертикальной линией отвеса или нет. При необходимости выполняется регулировка винтами по отвесу как по эталону.

Этап 3: Проверка работоспособности компенсатора

Если компенсатор функционирует, второй тест этого параметра состоит в проверке диапазона действия.

Этап 4: Поверка горизонтальности визирной оси

Проверка и исправление горизонтальной установки оси в области действия компенсатора. Проверка и исправление горизонтального выравнивания визирной оси является наиболее трудоемким этапом. Также необходимо иметь две нивелирных рейки и установить их друг от друга и вертикально на расстоянии не менее 30 метров. Поставить прибор посередине между рейками и вычислить превышение между точками.

Возьмем для примера:
отчет по рейке A = 1.787м,
отчет по рейке B = 1.632м,
превышение (Δh) в этом случае будет: Δh = А–B = 0.155м. с Переставить штатив с прибором ближе к точке А и, взяв отчет по этой же рейке (для примера 1.509м), вычислить теоретический отчет по рейке B (отчет по рейке А – Δh). В нашем примере теоретический отчет по рейке В = 1.509м – 0.155м = 1.354м.
Взяв отчет по рейке В сравнить его с теоретическим. Если разность между отчетами превышает 1-3 мм, необходимо выполнить настройку. Отверните защитную крышку окуляра (или откройте заглушку в нивелирах Sokkia) и с помощью юстировочной шпильки / отвертки / шестигранника из комплекта прибора поворачивайте винт до тех пор, пока отчет по средней горизонтальной нити не станет равен теоретическому (1.354м). После чего необходимо повторить поверку.

Свяжитесь с нами, если у Вас есть вопросы по обслуживанию или приобретению оптического нивелира:

Источник

Нивелиры с компенсатором

В настоящее время широкое применение находят геодезические приборы (нивелиры, теодолиты и др.), в которых уровень заменяется автоматическим устройством – компенсатором наклона визирной оси, или «регулятором» положения визирной оси.
Нивелир снабжается только круглым уровнем для грубого приведения визирной оси в горизонтальное положение, горизонтальность линии визирования обеспечивается с необходимой точностью автоматическим компенсатором наклона. Компенсаторы наклона позволяют повысить точность и производительность труда, дают возможность работать на неустойчивых грунтах.
В геодезии наиболее широко применяются оптико-механические компенсаторы маятникового типа, которые, в свою очередь, подразделяются на линзовые, зеркальные, призменные. В мире выпущено более 70 типов компенсаторов, поэтому вышеприведенное разделение на виды весьма условно.
Все компенсаторы можно сгруппировать в соответствии с их расположением в нивелире:

Компенсаторы так же можно разделить на группы в зависимости от типа чувствительного элемента, вида подвески, типа демпфера. По типу чувствительного элемента компенсаторы разделяются на: маятниковые, жидкостные, оптические. По виду подвески чувствительный элемент может быть расположен на нитях, плоской пружине, торсионах, шарикоподшипниках, магнитах. По типу демпфера компенсаторы разделяются на воздушные и магнитные.
Кроме того, с точки зрения функционального назначения чувствительный элемент компенсатора может выполнять одну из следующих функций: сетки нитей зрительной трубы, объектива трубы или дополнительного компонента оптической системы.

Источник

Как выбрать оптический нивелир

Строите частный дом или многоэтажное здание? Прокладываете дорогу или выполняете сложные ландшафтные работы? Мы подскажем, как выбрать оптический нивелир для решения именно вашей задачи.

Базовые критерии

Основных критерия выбора у оптического нивелира всего три:

Точность — возможные отклонения при измерениях. Кратность — увеличение зрительной трубы. Качество — особенности материалов и сборки.

Точность

По величине отклонений оптические нивелиры можно разделить на технические, точные и высокоточные.

Технические нивелиры используются для нивелирования IV и III класса в простых работах: составлении карты высот на строительной площадке, рытье котлованов, каналов и водоотводов, изменении ландшафта.

Точные нивелиры применяются для нивелирования II класса при строительстве, прокладке дорожных и железнодорожных покрытий, а также для контрольных замеров уже возведённых конструкций.

Высокоточные нивелиры требуются для нивелирования I класса в ответственных строительных работах: при постройке плотин, контроле осадки зданий.

Требования к классу нивелирования в различных работах регулируются широким списком документов: ГОСТов, СНиПов и инструкций, обновляемых раз в несколько лет. Например, ГОСТ 10528-90 контролирует общие требования к нивелирам. Именно на них и следует ориентироваться при выборе оптического нивелира.

Важно учесть, что точность указывает только на максимальную погрешность самого прибора, а использование неверной методики может значительно её ухудшить.

Кратность

Приближение зрительной трубы начинается от 20x у самых простых технических нивелиров и доходит до 40x у высокоточных. Средняя и достаточная для большинства работ кратность: 24x для простых работ и 32x для точных измерений.

Комфортная дистанция промера отличается при работе с миллиметровой рейкой и с обычной Е-шкалой.

При 20+ крат она составляет около 60-80 метров на Е-шкалу и до 20 метров на миллиметровую рейку.
При 30+ крат — до 150 метров и до 40 метров соответственно.

Высокая кратность сократит число постов при измерениях и сэкономит время на работу, а низкая обойдётся дешевле при покупке.

Качество

Нивелиры могут быть одинаковыми по кратности и заявленной точности, но ещё одна особенность уникальна для каждой серии: качество материалов и сборки.

Качественные оптические нивелиры от надёжного производителя реже нуждаются в юстировке, дают более чёткое изображение и просто приятнее в работе: винты ходят плавно, отсутствует люфт и зазоры между деталями корпуса, а компенсация выполняется быстрее.

Выбор «китайца» подешевле всегда сопряжён с риском потратить гораздо больше денег на простои в работе, ремонт и юстировку капризного прибора, чем обошёлся бы хороший оптический нивелир от известного бренда.

Дополнительные преимущества

Помимо ключевых характеристик стоит обратить внимание на дополнительные особенности, которые могут остановить ваш выбор на конкретном приборе.

Защищённость

Оптический нивелир используется преимущественно под открытым небом и зачастую — в условиях постоянного риска ударов и падений. Именно поэтому при выборе нивелира стоит сразу определиться, планируете вы менять прибор каждый год или ищете надёжного помощника на много лет вперёд.

Достаточный показатель, позволяющий надеяться на долгую жизнь прибора — IP54. Оптический нивелир с такими характеристиками переживёт строительную пыль и позволит относительно спокойно уйти из-под дождя.

Приборы с уровнем защиты IP56 и более будут уверенно работать в дождь, переживут падение в воду и продолжат работать, забытые в ливень на строительной площадке.

Эргономика

Процесс нивелирования предполагает регулярные перемещения прибора в процессе измерений. Это повышает важность таких параметров, как вес прибора, мягкий ход винтов и эргономичный корпус. Например, если вам не хочется размахивать дорогим прибором на конце длинного штатива, будет гораздо удобнее нести его за специальную ручку, как у RGK C-32.

Компенсация

Большинство современных оптических нивелиров оснащены компенсатором: устройством, выравнивающим линию визирования в горизонт в пределах ±15-20′. Тип компенсации может различаться, но в современных приборах отличие минимально:

Скорее всего, разницы при работе вы не заметите.

Прямое и обратное изображение

Первые оптические нивелиры выдавали изображение перевёрнутым — такова особенность увеличивающей оптики. Современные приборы используют дополнительную призму, чтобы показать «прямое» изображение, с которым гораздо удобнее работать.

При этом качественная современная оптика практически не теряет чёткости изображения даже с дополнительной призмой, что позволяет забыть про выбор между комфортом и яркой картинкой.

Вывод

Выбор оптического нивелира основывается на:

Все остальные параметры повлияют на комфорт использования прибора, напрямую не сказываясь на качестве выполнения работ.

Источник

Использование компенсаторов в геодезии

1. Что это такое компенсатор, и какая роль в приборах

1.1 Уровни и компенсаторы наклона

2. История. Современное применение компенсаторов в приборах

3. Назначение и принцип работы компенсатора

4. Исследование компенсаторов

4.1 Поверки и исследования нивелиров с компенсаторами

4.2 Определение степени компенсации углов наклона визирной оси

Список использованной литературы

геодезический компенсатор уровень нивелир

В данной курсовой работе мы изучили причины создания и применения такой части геодезических приборов как компенсаторы. Необходимость применения компенсаторов угла наклона возникла из за необходимости точности геодезических работ.

Перед внедрением компенсаторов угла наклона использовались цилиндрические уровни, которые и до сих пор применяются в геодезических приборах для установки частей прибора в горизонтальное или вертикальное положение или для измерения малых углов отклонения элементов прибора от горизонтального или вертикального положения. И у компенсаторов угла наклона и у цилиндрических уровней имеются и достоинства и недостатки, однако, компенсаторы имеют большие преимущества перед цилиндрическими уровнями. При использовании автоматических компенсаторов угла наклона исчезает необходимость постоянного контроля, как для цилиндрического уровня, за пузырьком уровня отклонения прибора от горизонтального или вертикального положения, что делает работу за прибором медленной и менее стабильной. Поэтому использование компенсаторов угла наклона значительно увеличивает точность, скорость и стабильность геодезических работ. Но, как и любой прибор, компенсатор может давать сбой в своих рабочих функциях, и устранить поломку на месте будет невозможно.

1. Что это такое компенсатор, и какая роль в приборах

1.1 Уровни и компенсаторы наклона

Уровни в геодезических приборах служат для установки частей прибора в горизонтальное или вертикальное положение или для измерения малых углов отклонения элементов прибора от горизонтального или вертикального положения. Уровни могут быть съемными (например, накладные или подвесные уровни на горизонтальной оси теодолита) или жестко связанными с прибором. В зависимости от принципа действия уровни подразделяют на жидкостные, электромеханические, маятниковые, «упругие» и т. п.

Основными элементами жидкостного уровня являются его чувствительный элемент (ампула с жидкостью) и оправа для крепления. Жидкостные уровни бывают круглые и цилиндрические. В круглом уровне (рис. 1, а) в качестве ампулы используется стеклянный сосуд 1, верхняя часть которого отшлифована по сферической поверхности. Сосуд заполнен легкоподвижной жидкостью и содержит свободное пространство (пузырек уровня). В цилиндрическом уровне (рис.1, б) ампула представляет собой стеклянную трубку 1, внутренняя поверхность которой отшлифована в виде бочкообразного тела вращения и заполнена жидкостью.

По использованию и назначению различают цилиндрические обычные (односторонние) уровни; реверсивные уровни (со шкалами на двух противоположных сторонах ампулы); контактные (цилиндрический уровень с системой призм и микрообъективов для получения совмещенного изображения концов его пузырька); накладные и подвесные уровни; уровень Талькотта — цилиндрический уровень с элевационным винтом.

Ошибка установки визирной оси в горизонтальное положение с помощью контактного уровня, рассматриваемого без увеличения, вычисляется по формуле профессора А.С. Чеботарева:

.

Если концы пузырька уровня рассматриваются под увеличением (например в нивелирах),

.

Величина .

Цену деления уровня технического нивелира можно рассчитать по формуле:

,

где — ошибка взгляда (средняя квадратическая ошибка превышения на станции); S — расстояние визирования.

Цена деления высокоточного уровня определяется по формуле:

,

где — ошибка установки уровня (для высокоточных нивелиров принимают ).

Цену деления высокоточного нивелира можно рассчитать и по формуле для технического нивелира. Так, если положить = 0,2 мм, в соответствии с ГОСТ 2386—73; S = 50 м, , то получим (значение по ГОСТ ).

Цена деления накладного уровня находится из зависимости:

где — пренебрегаемо малая ошибка в направлении из-за неточного отсчета по уровню; — расчетное максимальное значение угла наклона визирной линии. Так, для теодолита типа Т2 при и =15° (по ГОСТ 2386 — 73 ).

Основной недостаток применения уровней заключается в том, что при пользовании ими приходиться всякий раз, действуя подъемным или элевационным винтом, устанавливать пузырек на нуль-пункт и следить за неизменностью его положения. От такого недостатка свободны компенсаторы, автоматически устанавливающие линию визирования в требуемое положение с некоторой точностью.

Что такое компенсатор? В общем случае, это устройство, позволяющее воспринимать и гасить движения, температурные деформации, вибрации, смещения, компенсировать недостаток или избыток веса.

Компенсатор – 1. Приспособление в самоустанавливающихся нивелирах для автоматического удержания линии визирования в горизонтальном положении. При наклоне зрительной трубы нивелира на некоторый малый угол (от единиц до десятков минут). Компенсатор возвращает линию визирования в горизонтальное положение. Если угол наклона превосходит допустимую величину угла компенсации, то компенсатор работать не может. Аналогичные приспособления, но с целью автоматического удержания линии визирования в отвесном положении, имеют самоустанавливающиеся отвесы оптические.

Существуют различные устройства компенсаторы, но всякий компенсатор представляет собой механический или гидромеханический маятник, расположенный в зрительной трубе между объективом и окуляром или перед объективом. Кроме маятника в компенсаторе имеется еще демпфер (гаситель колебаний ) – приспособление для успокоения колебаний маятника.

2. Оптическое приспособление в дальномерных насадках (например, Дальномеры оптические, дальномер ДНТ – 2).

3. Оптическое приспособление, заменяющее собой уровень при алидаде вертикального круга теодолита и автоматически сохраняющее значение «места нуля» при малых наклонах вертикальной оси теодолита (например, Теодолит, инструменты ОТШ и Т5).

Призма подвешена к верхней части корпуса нивелира на двух парах скрещивающихся стальных нитей. Система подвески умножительная: отношение верхней и нижней сторон трапеции, образованной нитями подвески, равно 1/3. Компенсатор снабжен ограничителем, предохраняющим нити подвески от обрывов. Колебания компенсатора гасятся успокоителем (демпфером) поршневого типа. Особенностью компенсатора является то, что в нем мгновенный полюс вращения призмы совмещен с серединой её отражающей грани и с центром тяжести подвески, находящимся на пересечении нитей. Такое устройство обеспечивает постоянство фокусировки и повышение точности работы компенсатора, так как в этом случае сохраняется постоянство расстояния от отражающей грани призмы до сетки нитей при наклонах трубы нивелира.

В настоящее время наибольшее распространение получили оптические нивелиры с магнитным и с воздушным демпфером маятниковой системы компенсатора.

При работе с нивелиром, так же как и с другими оптическими приборами, изображение объекта передается на сетчатку глаза человека через оптическую систему прибора. Пройдя через объектив, луч попадает на приемную призму. Затем луч преломляется приемной призмой и попадает на горизонтально расположенное зеркало. Отражаясь от зеркала, луч попадает на передающую призму, а затем на окуляр (рис. 2. б).

2. История. Современное применение компенсаторов в приборах

Нивелир с компенсатором нельзя назвать последней разработкой – первый образец подобного геодезического оборудования был построен еще в 40-х годах прошлого века. Однако, в последующие годы данное оборудование прошло ни одну модификацию прежде чем превратиться в современный нивелир. При использовании механических нивелиров не возникает необходимости быстрого гашения колебаний, при использовании же автоматических нивелиров все происходит с точностью до наоборот. И справляться с этим помогает именно система гашения колебаний. В исправном нивелире зеркало и призма постоянно сохраняют горизонтальное положение, позволяющее обеспечивать высокое качество нивелирной съемки. При этом на прибор действует внешнее окружение: произвольные наклонения прибора (просевшие ножки, неаккуратно задетый штатив и т.д.), колебания почвы (если съемка проводится вблизи железных дорог, метро и др.), сильные порывы ветра и прочее. В каждом из этих случаев включается система гашения колебаний. Это позволяет не только обеспечить высокое качество измерения, но и ускорить процесс съемки – свободно подвешенное внутри аппарата зеркало при воздействии извне будет довольно долго колебаться до момента полной остановки, если не использовать компенсацию. Демпфер в данном случае может быть магнитным или воздушным, и выбор нивелира в первую очередь зависит от требований к съемке.

Первый в мире нивелир с компенсатором был изготовлен в СССР в 1946 году.

К высокоточным нивелирам с компенсатором относятся такие нивелиры как Ni002, Ni007, HC2. Это удобные нивелиры. Они повышают производительность труда на 10-15% по равнению с нивелирами с уровнем и облегчают труд нивелировщика. Главная особенность нивелиров с компенсаторами заключается в том, что приведение визирной оси нивелира в горизонтальное положение производится не с помощью контактного уровня, а с помощью специального компенсатора. Этот компенсатор по существу работает в автоматическом режиме т. е. линия визирования на каждой станции как бы самоустанавливается в горизонтальное положение.

В наше время выпускается около 50 типов нивелиров с компенсаторами разных классов точности.

Нивелировщики – практики предпочтение отдают нивелирам с компенсаторами. Очень им нравится нивелир Ni002.

1 — клинообразное защитное стекло; 2 — сетка нитей;

3 — объектив нивелира с компенсатором; 4 — зеркало компенсатора;

5 — переключатель компенсатора; 6 — призма подсветки;

7 — жесткий индекс микрометра; 8 — объектив нивелира;

9 — шкала оптического микрометра; 10 — зеркало;

11 — зеркало установочного уровня; 12 —установочный уровень.

Чувствительным элементом нивелира с компенсатором Ni002 (рис. 8) является специальное двустороннее плоское зеркало, которое находится в подвешенном состоянии в виде маятника в сходящемся пучке лучей, демпфер — воздушный. Благодаря возможности вращения зеркала на 180° вокруг своей вертикальной оси исключаются влияние ошибки за недокомпенсацию в отсчетах по рейке при нескольких положениях зеркала. Кроме компенсатора этот нивелир имеет еще одно дополнительное удобство. Окуляр Ni002 выведен на верхнюю стенку инструмента и может вращаться по азимуту на 240°. Поэтому нивелировщик при наблюдении на переднюю и заднюю рейку остается на одном месте, а не топчется вокруг нивелира.

3. Назначение и принцип работы компенсатора

Вместо уровня в некоторых геодезических измерительных приборах применяется компенсатор небольших углов наклона осей прибора.

Существуют жидкостные, механические и оптико-механические компенсаторы; наиболее часто применяются оптико-механические компенсаторы, в которых главным узлом является подвесное маятниковое устройство. На этом устройстве укреплены оптические детали или системы, предназначенные либо для изменения направления оси прибора либо для параллельного смещения этой оси. Непременной составной частью оптико-механического компенсатора является демпфер, предназначенный для гашения и ограничения собственных колебаний маятниковой подвесной системы. Приведем схему оптико-механического компенсатора, предназначенного для удержания в горизонтальном положении визирной оси трубы нивелира Ni007 (рис.9).

1. пентапризма для изменения направления горизонтального луча,

2. линза телеобъектива,

3. линза телеобъектива,

5. призма, подвешенная на простом физическом маятнике,

6. призма для направления лучей в окуляр 4.

В нивелире русского производства Н3К компенсатор состоит из двух прямоугольных стеклянных призм, одна из которых подвешена к верхней части корпуса трубы на двух парах стальных нитей (рис. 10).

2. призма, жестко соединенная с корпусом трубы,

3. призма, подвешенная на нитях,

4. нити подвеса призмы,

5. центр тяжести системы,

Широкое применение находят геодезические приборы, в которых уровень заменен автоматическим устройством — компенсатором наклона. В теодолитах это компенсатор наклона индекса вертикального лимба, в нивелирах — компенсатор наклона визирной линии. Начальная установка прибора может проводиться грубо, поэтому компенсаторы наклона позволяют повысить производительность работ и в диапазоне± 10′ и более обеспечить необходимую точность установки (чувствительность компенсаторов доходит до 0,2″).

Наибольшее распространение получили маятниковые компенсаторы. Компенсировать угол наклона ε зрительной трубы можно различными способами:

1) переместить сетку нитей из положения Z в положение ; соответствующее горизонтальному направлению визирной линии;

2) изменить направление горизонтального луча визирования таким образом, чтобы он прошел через горизонтальную нить Z смещенной сетки;

3) осуществить параллельное смещение горизонтального луча визирования на величину , при котором луч пройдет через горизонтальную нить смещенной сетки.

Широкое распространение в нивелирах получили оптико-механические компенсаторы. Чувствительный элемент компенсатора представляет собой оптическую деталь (или систему оптических деталей), подвешенную с помощью какой-либо системы подвески. Такими компенсаторами являются компенсаторы с поворотом визирного луча и компенсаторы с параллельным смещением визирного луча.

Оптико-механические компенсаторы характеризуются коэффициентами механической и оптической компенсации.

Наклон основания маятника, жестко соединенного со зрительной трубой, на угол ε вызывает отклонение его чувствительного элемента от первоначального положения на угол ε «, величина которого зависит только от механических связей основания маятника с подвижной частью подвески и от свойств материала подвески. Отношение ε«: ε называется коэффициентом механической компенсации KM. Величина KM зависит от выбранного типа подвески и определяется ее параметрами.

Отклонение чувствительного элемента маятника на угол приводит к изменению ориентации оптической детали относительно направления визирования, при этом оптическая деталь изменяет первоначальное направление линии визирования на угол , величина которого зависит от оптических свойств подвешенной детали. Коэффициент компенсации, обусловленный действием оптических свойств подвешенной детали, называется оптическим коэффициентом компенсации . Величина , зависит от вида и параметров оптической детали.

Общий коэффициент компенсации К обусловлен действием механических связей и оптических свойств деталей.

В компенсаторах с поворотом визирного луча в качестве чувствительных элементов широко используются подвешенные отражающие поверхности. В случае одного подвешенного зеркала .

Общий коэффициент компенсации К для системы компенсации, состоящей из п подвижных и т неподвижных зеркал при нечетном числе отражений, определяют по формуле: .При наличии точек системы с четным числом отражений от неподвижных и подвижных зеркал формула для К имеет вид: .

Для поворота визирного луча в компенсаторах применяют также подвешенные линзы.

При наклоне компенсатора на угол линза наклоняется на угол , при этом угол падения φ визирного луча на линзу составит , а угол , на который отклонится луч линзой . Полный коэффициент компенсации определяется формулой: .

Угол ε`отклонение луча линзой при угле падения φ луча на линзу зависит от типа и параметров линзы. Для линзы типа менаска толщиной d, обращенного к падающему лучу выпуклой стороной, имеющему радиусы кривизны r1 и r2 и показатель преломления n:

В практике применяют большое разнообразие подвесок маятниковых компенсаторов. Наиболее простым видом подвески является физический маятник, положение которого не меняется при наклоне базы. На точность установки такого маятника в отвесное положение влияют силы трения в опорах оси вращения маятника, которые должны быть минимальными. Лучшие результаты дают подвески с опорами на центрах, на кернах, на ножевой опоре, а также магнитная подвеска. Применяют упругие подвески на эластичной пружине, торсионные подвески на упругой закрученной нити или ленточке, но наиболее распространенным видом подвесок является подвеска на тонких металлических нитях. Существуют несколько схем подвесок оптической детали компенсатора на нитях – подвеска на параллельных нитях, на скрещивающихся нитях, на нитях в форме трапеции.

Для успокоения собственных свободных колебаний чувствительного элемента компенсаторов применяются устройства, которые называются успокоителями или демпферами. В качестве успокоителей колебаний обычно применяют воздушные или электромагнитные демпферы.

При расчете демпфера исходными параметрами являются: диапазон работы компенсатора ; порог чувствительности маятника δ; время успокоения маятника (время успокоения регламентируется по ГОСТ 10528-76 и не должно превышать 2 с.).

4. Исследование компенсаторов

4.1 Поверки и исследования нивелиров с компенсаторами

Программа поверок и исследований нивелиров с компенсаторами отличается от программы для уровенных нивелиров лишь тем, что в ней вместо пунктов г), е), и), и м), связанных с использованием цилиндрического уровня и элевационного винта, включены следующие поверки и исследования, связанные с наличием компенсатора:

а) определение диапазона действия компенсатора;

б) определение времени затухания колебаний маятника компенсатора;

в) определение степени компенсации углов наклона визирной оси;

г) поверка горизонтальности линии визирования;

д) исследование параллельности хода фокусирующей линзы.

Диапазон действия компенсатора определяют при помощи рейки или коллиматора. Определение производят как для продольных, так и для боковых наклонов нивелира.

При помощи экзаменатора производят продольный или боковой наклон нивелира в обе стороны от нульпункта до момента зависания маятника компенсатора. Зависание маятника фиксируют в момент резких изменений отсчетов по рейке или по коллиматору (сетка нитей нивелира начинает перемещаться вместе с наклоном нивелира). Величину угла наклона нивелира определяют по показаниям шкалы винта экзаменатора.

4.2 Определение степени компенсации углов наклона визирной оси

Компенсатор не должен иметь перекомпенсации или недокомпенсации. Степень компенсации углов наклона визирной оси определяют по превышениям, измеренным на станции, при длине визирного луча 10, 20, 30, …, 100м и при различных углах продольного и поперечного наклона нивелира. Для этого нивелир устанавливают в створе между рейками на равных расстояниях от них; рейки закрепляют отвесно.

Превышения определяют по двум шкалам реек при следующих вложениях оси вращения нивелира:

а) при положении пузырька установленного уровня на нуль пункте (α=0);

б) при продольном положительном угле + α и + α/2 наклона трубы;

в) при продольном отрицательном угле –α и –α/2 наклона трубы;

г) при боковом положительном (например вправо) угле +β и +β/2 наклона трубы;

Углы ± α и ± β устанавливают при помощи подъемного винта, цена оборота которого определена в угловой мере на экзаменаторе. Перечисленная программа измерений составляет один прием. Для каждой длины визирного луча должно быть выполнено не менее 5 приемов. По вычисленным средним из пяти приемов превышениям , и др. определяют степень компенсации углов наклона, отнесенную к одной минуте наклона, по формуле:

,

где — эталонное превышение; D — длина визирного луча; — наклон трубы в минутах.

Поверка горизонтальности линии визирования. Линия визирования в пределах диапазона действия компенсатора должна быть горизонтальной.

Эта поверка выполняется двойным нивелированием так же, как и поверка второй части главного условии глухих уровненных нивелиров. Если , то условие считается выполненным. В противном случае перемещением сетки нитей исправляют отсчет по дальней рейке.

Исследование правильности хода фокусирующей линзы у труб нивелиров с компенсаторами выполняется так же, как и у труб уровенных нивелиров.

Для нивелиров с компенсатором поверки и юстировки 1 и 2 (круглого уровня и сетки нитей) выполняются так же, как и для нивелиров с цилиндрическим уровнем. Рассмотрим особенности юстировки главного условия.

Визирный луч зрительной трубы должен быть горизонтален в диапазоне работы компенсатора. При выполнении проверки нивелир устанавливают в рабочее состояние по круглому уровню. На второй станции, при нивелировании способом «вперед», наклон визирного луча устраняют перемещением диафрагмы с сеткой ее вертикальным юстировочным винтом, устанавливают среднюю нить на отсчет по рейке, который соответствует горизонтальному положению визирного луча.

Проверяя работу компенсатора, пузырек уровня приводят в нуль-пункт и берут отсчет по рейке, удаленной на 70-80 м от нивелира. Затем подъемными винтами нивелир наклоняют вперед, назад, влево, и вправо на углы, равные отклонению пузырька круглого уровня от нуль-пункта на одно кольцевое деление. Отсчеты не должны изменяться более чем на 1-2 мм. Нивелир исправляют в заводских условиях.

Максимальный диапазон компенсации современных компенсаторов достигает: .

Время компенсации доходит до: .

Использование компенсаторов угла наклона существенно повлияло на ход геодезических работ. C применением компенсаторов точность, скорость и стабильность геодезических работ возросла. Компенсатор надежен и именно поэтому это изобретение на сегодняшний день находит применение в практически всех новых геодезических оборудованиях в отличие от цилиндрического уровня.

Компенсаторы существуют в различном многообразии, и виды и конструкции этого изобретения так же применяются в зависимости от рода выполняемых геодезических работ.

Причиной возникновения компенсаторов угла наклона является точность и скорость измерений, и поскольку геодезические приборы стоят не на незыблемой поверхности, а на строительных площадках, вблизи дорог или других поверхностях, что создает вибрации транспорта и различные движения поверхности земли вблизи геодезического прибора, необходимость точных геодезических работ возрастает, и как то компенсировать не идеальность среды удается компенсатору.

Преимущества и недостатки

— Компенсатор более надежен и легок в эксплуатации по сравнению с уровнем.

— Нарушение работы компенсатора можно исправить или заменить, и работать с прибором дальше.

— Компенсатор дает возможность выполнять геодезические работы с высокой точностью и скоростью.

— Компенсаторы рассчитаны на работу только в определенных диапазонах наклона. При наклоне, превышающем диапазон работы компенсатора – он работать не будет.

— При переноске и хранении маятниковый компенсатор может «залипать».

— Температура, особенно неравномерный нагрев от солнечных лучей влияет на любые элементы нивелира – в том числе на работу компенсатора. Помимо этого, компенсатор, хотя может исправить незначительные отклонения оптической оси нивелира от горизонтального положения, но с внешними атмосферными влияниями справиться не в силах.

— Для долгой и бесперебойной службы геодезического инструмента важен регулярный и доброствестный уход за ним. Осуществление регулярных своевременных поверок является его частью.

Список использованной литературы

1. Справочное руководство. Под общей редакцией М.Д. Бонч–Бруевича;

2. Геодезия. П.Н. Бруевич, Е.М. Самошких;

3. Основы геодезии и маркшейдерского дела. В.И. Борщ – Компониец;

4. Геодезия. Н.В. Федоров, Ф.А. Коршак;

5. Справочник геодезиста: под редакцией В.Д. Большакова и Г.П. Левчука. 3-е издательство, переработано и дополнено – М.: Недра;

6. Нивелиры с компенсаторами. Кочетов, Ф.Г. Издательство: М.: Недра; Издание 2-е, перераб. и доп.;

Источник