загрузка...
загрузка...
На головну

зорові труби

  1. Дейдвудні труби і мортири
  2. Зорові узагальнення та подання
  3. Глядачеві відчуття
  4. Глядачеві відчуття
  5. Глядачеві відчуття
  6. Корпус (кожух); 2 - трубні решітки; 3 - труби; 4 - кришки; 5 - перегородки в кришках; 6, 7, 8, 9 - штуцери; I - гарячий теплоносій, II - холодний теплоносій.

При багатьох геодезичних вимірах доводиться спостерігати далекі предмети або розглядати дуже дрібні ділення. Роздільна здатність людського ока обмежена; критичний кут зору у людини в середньому дорівнює 60 "(у різних людей він коливається від 40" до 120 "). Критичним кутом називають граничний кут зору, при якому дві точки починають зливатися в одну. Для збільшення кута зору, коли він менше критичного значення , застосовують різні оптичні пристосування, одним з яких є зорова труба.

Зорові труби бувають астрономічними і земними. Астрономічні труби дають зворотне, тобто, перевернуте зображення предметів; земні труби дають пряме зображення. В геодезичних приладах частіше застосовують астрономічні труби, так як вони мають більш простий пристрій і в них менше втрати світла. За конструкцією зорові труби бувають прямі і ламані.

Основними деталями зорових труб є лінзи - скляні пластинки різної форми; лінзи бувають збірні і розсіюють. Всі збірні лінзи опуклі: двоопуклі, плосковипуклой, вогнутовипуклие; все розсіюють лінзи увігнуті: двоввігнуті, плосковогнутим, випукловогнутие. Лінза має оптичний центр; промені, що проходять через нього, не змінюють свого напряму; всі інші промені, проходячи через лінзу, іспитивют переломлення і змінюють свій первісний напрямок.

Лінія, що з'єднує центри сферичних поверхонь лінзи, називається головною оптичною віссю лінзи. По обидва боки від оптичного центру на головній оптичній осі є точки, звані головними фокусами лінзи: передній фокус F і задній фокус F1. Відстань від оптичного центру до фокусу називається фокусною відстанню. Якщо помістити в головний фокус точкове джерело світла, то промені, пройшовши через лінзу, вийдуть з неї пучком, паралельним головній оптичній осі. І навпаки, пучок світла, паралельний головній оптичній осі, пройшовши через лінзу, збирається в точці головного фокуса. Площина, перпендикулярна головної оптичної осі і проходить через точку фокусу, називається фокальною площиною лінзи.

Для побудови зображення предметів в лінзі зазвичай використовують три променя:

промінь, що проходить через оптичний центр лінзи,

промінь, що йде паралельно головній оптичній осі,

промінь, що проходить через передній фокус лінзи.

Зображення вважається дійсним, якщо воно виходить на перетині променів в прямому напрямку; зображення вважається уявним, якщо воно виходить на перетині променів в зворотному напрямку.

Для будь-якої лінзи справедлива формула:

 (3.6)

де: a - відстань від оптичного центра до предмета,
 b - відстань від оптичного центра до зображення предмета в лінзі,
 f - фокусна відстань лінзи.
 При дійсному зображенні предмета в формулі потрібно ставити знак "плюс", при уявному - "мінус".

Хід променів в трубі Кеплера. Астрономічна труба Кеплера є найпростішою зорової трубою; вона складається з двох збірних лінз - об'єктива і окуляра, що мають спільну головну оптичну вісь, і корпусу; об'єктив труби Кеплера - довгофокусний, а окуляр - короткофокусної. При цьому зображення, що дається об'єктивом, має розташовуватися між переднім фокусом окуляра і його оптичним центром;

Побудуємо в трубі Кеплера зображення відрізка BC, тобто, намалюємо хід променів від точок B і C, використовуючи два з трьох перерахованих вище променів (рис.3.7).

Рис.3.7.

Об'єктив дає дійсне зворотне зменшене зображення предмета - відрізок bc. Зображення, що дається окуляром, - уявне, зворотне, збільшене - відрізок b'c '. Сам окуляр дає пряме зображення, але оскільки воно вже було зворотним, то зворотним і залишається.

Під збільшенням труби розуміють відношення кута зору, під яким зображення предмета видно в трубі, до кута зору, під яким предмет видно неозброєним оком, то-есть, без труби. Позначимо перший кут через ?, а другий - через ? і напишемо формулу збільшення труби

V = ? / ?. (3.7)

З трикутника DF'1O2 маємо:

 (3.8)

а з трикутника MO1F:

 (3.9)

Кути ? і ? зазвичай малі, так як відстань до предмета незрівнянно більше розмірів труби, тому замість тангенсов цих кутів можна взяти їх значення в радіанної міру:

tg (? / 2) = ? / 2 і tg (? / 2) = ? / 2,

звідки випливає, що відношення кутів ? і ? дорівнює відношенню тангенсів їх половинних значень:

Підставами в цю формулу вирази тангенсов кутів з (3.8) і (3.9) і отримаємо:

 (3.10)

Збільшення труби Кеплера дорівнює відношенню фокусної відстані об'єктиву до фокусної відстані окуляра.

Високоточні геодезичні прилади мають змінні окуляри з різними фокусними відстанями, і зміна окуляра дозволяє змінювати збільшення труби в залежності від умов спостережень.

Визначення збільшення зорової труби за допомогою рейки. Якщо навести трубу на блізкостоящему рейку, то можна порахувати, скільки поділок рейки N, видимої неозброєним оком, відповідають n поділів рейки, видимої в трубу. Для цього потрібно дивитися по черзі в трубу і на рейку, проектуючи ділення рейки з поля зору труби на рейку, видиму неозброєним оком.

Позначимо через ? кут, під яким видно n поділок в трубу і N поділів без труби (рис.3.8). Тоді одну поділку рейки видно в трубу під кутом:

? = ? / n,

а без труби - під кутом:

? = ? / N.

рис.3.8

Звідси: V = N / n.

Цей спосіб визначення збільшення труби називається способом Галілея.

Збільшення труби можна наближено обчислити за формулою:

V = D / d, (3.11)

де D - вхідний діаметр об'єктива;
 d - діаметр вихідного отверcтія труби (але не діаметр окуляра).

Поле зору труби. Полем зору труби називають ділянку простору, видимий в трубу при нерухомому положенні тіла. Поле зору вимірюють кутом ?, вершина якого лежить в оптичному центрі об'єктива, а сторони стосуються країв отвору діафрагми (рис.3.9). Діафрагма діаметром d1 встановлюється всередині труби в фокальній площині об'ектіва.Із малюнка 3.11 видно, що:

звідки

Рис.3.9.

Зазвичай в геодезичних приладах приймають d1 = 0.7 * Fок, тоді в радіанної міру:

? = 0.7 / V.

Якщо ? висловити в градусах, то:

? = 40o / V. (3.12)

Чим більше збільшення труби, тим менше її кут зору. Так, наприклад, при V = 20x ? = 2o, а при V = 80x ? = 0.5o.

Роздільна здатність труби оцінюється за формулою:

 (3.13)

Наприклад, при V = 20x ? = 3 "; під таким кутом видно предмет розміром 5 см на відстані 3.3 км; людське око може бачити цей предмет на відстані всього 170 м.

Сітка ниток. Правильним наведенням зорової труби на предмет вважається таке, коли зображення предмета знаходиться точно в центрі поля зору труби. Щоб виключити суб'єктивний фактор при знаходженні центру поля зору, його позначають сіткою ниток. Сітка ниток - це в найпростішому випадку два взаємно перпендикулярних штриха, нанесених на скляну пластинку, яка кріпиться до діафрагми труби. Сітка ниток буває різних видів; на рис.3.10 показані деякі з них.

Сітка ниток має виправні гвинти: два бічних (горизонтальних) і два вертикальних. Лінія, що з'єднує центр сітки ниток і оптичний центр об'єктива, називається візирної лінією або візирної віссю труби.

рис.3.10

Установка труби по оку і по предмету. При наведенні труби на предмет потрібно одночасно чітко бачити в окулярі сітку ниток і зображення предмета. Установкою труби по оку домагаються чіткого зображення сітки ниток; для цього пересувають окуляр щодо сітки ниток, обертаючи рифлене кільце на окулярі. Установка труби по предмету називається фокусуванням труби. Відстань до розглянутих предметів буває різним, і згідно з формулою (3.6) при зміні a відстань b до його зображення також змінюється. Щоб зображення предмета при розгляданні його в окуляр було чітким, воно повинно розташовуватися в площині сітки ниток. Пересуваючи окулярне частина труби уздовж головної оптичної осі, змінюють відстань від сітки ниток до об'єктива до тих пір, поки воно стане рівним b.

Труби, у яких фокусування виконується шляхом зміни відстані між об'єктивом і сіткою ниток, називаються трубами з зовнішнім фокусуванням. Такі труби мають велику і притому змінну довжину; вони негерметичні, тому всередину них потрапляють пил і волога; на близькі предмети вони взагалі не фокусуються. Зорові труби з зовнішнім фокусуванням в сучасних вимірювальних приладах не застосовуються

Більш досконалими є труби з внутрішнім фокусуванням (рис.3.11); в них застосовується додаткова рухлива рассеивающая лінза L2, яка спільно з об'єктивом L1 еквівалентну лінзу L. При переміщенні лінзи L2 змінюється відстань між лінзами l і, отже, змінюється фокусна відстань f еквівалентної лінзи. Зображення предмета, що знаходиться в фокальній площині лінзи L, також переміщається уздовж оптичної осі, і коли воно потрапляє на площину сітки ниток стає чітко видним в окулярі труби. Труби з внутрішньої фокусуванням коротше; вони герметичні і дозволяють спостерігати близькі предмети; в сучасних вимірювальних приладах застосовуються в основному такі зорові труби.

 рис.3.11

рівні

Рівні служать для приведення осей приладу у вертикальне чи горизонтальне положення і для вимірювання малих кутів нахилу. Застосування рівнів засноване на властивості бульбашки газу займати в рідини найвище становище. Рівні бувають циліндричні і круглі.

Циліндричний рівень складається з чутливого елемента - ампули і металевої оправи для її кріплення і захисту від зовнішніх впливів. Ампула циліндричного рівня - це скляна трубка, запаяна з обох кінців і заповнена спиртом або сірчаним ефіром; невеликий простір займають пари цієї рідини, воно називається бульбашкою рівня.

Ампула має форму дуги великого радіуса; дотична до дуги в середині бульбашки завжди горизонтальна, так як виштовхує сила, що діє на бульбашку, спрямована по вертикальній лінії (пухирець приймає форму дуги кола, що виштовхує сила на правлю по радіусу дуги, дотична перпендикулярна радіусу). На ампулі нанесені поділки, на точних рівнях розподілу підписані.

Ціною поділки рівня t називається центральний кут, відповідний дузі в одну поділку шкали на ампулі. Точка O в середині шкали називається нульпункта рівня, а дотична, проведена в нульпункта, називається віссю циліндричного рівня U-U (рис.3. 12). Якщо бульбашка знаходиться в нульпункта, то вісь рівня займає горизонтальне положення. Якщо бульбашка рівня знаходиться не в нульпункта, то вісь рівня займає похиле положення. Щоб приводити будь-яку лінію або площину в горизонтальне положення, потрібно закріпити рівень так, щоб вісь рівня була строго паралельної шуканої лінії або площини. Щоб приводити лінію або площину в вертикальне положення, потрібно закріпити рівень так, щоб вісь рівня була строго перпендикулярна шуканої лінії або площини. Без виконання цих умов застосування рівня не має сенсу.

рис.3.12

Якщо ж умови виконуються, то при положенні бульбашки рівня в нульпункта вісь рівня займе горизонтальне положення, а шукана лінія або площина - горизонтальне положення в першому випадку і вертикальне положення в другому випадку.

Внутрішня поверхня ампули має форму, яка утворюється при обертанні дуги AB радіуса R навколо хорди AB (рис.3.12). Радіус дуги R обчислюють за розрахунковою ціною поділки ?. Позначивши через l довжину одного ділення шкали на ампулі, напишемо формулу для довжини дуги в функції центрального кута:

звідки

 (3.14)

При ? = 10 ", l = 2 мм і ? = 206265" отримаємо R = 41 м.

При нахилі рівня на кут ? бульбашка відхилиться від нульпункта на n ділення, тобто,

? = n * ?. (3.15)

Звідси випливає друге визначення ціни поділки рівня: ціна ділення рівня - це кут, на який нахилиться вісь рівня при зміщенні бульбашки на одну поділку шкали.

Визначення ціни поділки рівня по рейці. З формули (3.15) випливає, що:

? = ? / n,

тобто для визначення ціни ділення потрібно знати кут ? і порахувати число поділок, на яке зміститься бульбашка (рис.3.13).

Кут нахилу ? можна визначити різними методами, наприклад, за допомогою рейки. Наведемо трубу на рейку і візьмемо відліки: по рейці - b1 і за рівнем.

рис.3.13

Потім трохи нахилити трубу і знову візьмемо відліки: по рейці - b2 і за рівнем. Кут нахилу ? обчислюється за формулою:

де S - відстань від нівеліра до рейки.

Число поділок рівня n, на яке перемістився бульбашка, підраховують по різниці відліків по рівню при першому і другому наведення на рейку.

Більш точне визначення ціни поділки рівня виробляють на спеціальному пристрої - екзаменаторів; при цьому одночасно виконують дослідження якості шліфування внутрішньої поверхні ампули рівня.

По конструкції циліндричні рівні бувають простими, компенсованими і камерними.

У простих рівнів ампула заповнена рідиною і має один пухирець.

У компенсованих рівнів всередині ампули поміщена скляна трубка з запаяними кінцями. При зміні температури обсяги рідини і бульбашки газу змінюються неоднаково внаслідок різних коефіцієнтів розширення. Це призводить до того, що при зниженні температури бульбашка подовжується, при підвищенні - коротшає. Наявність скляної трубки в ампулі зменшує обсяг рідини, і тому вплив зміни температури на довжину бульбашки послаблюється.

У камерних рівнів всередині ампули є перегородка з отвором внизу, яка ділить ампулу на дві камери - основну і запасну. Запасна камера набагато менше за обсягом, і в ній поміщається запасний бульбашка. При зміні довжини основного бульбашки нахиляють рівень і або прибирають частину бульбашки в запасну камеру, або додають деяку кількість газу із запасної камери. Згідно з Інструкцією [18] довжина бульбашки повинна становити 0.4 - 0.5 довжини шкали на ампулі.

За точністю рівні бувають малої точності (?> 1 '), середньої точності (5 "

Круглий рівень - це частина скляної сфери, на яку нанесені концентричні кола. Центр кіл є нульпункта круглого рівня. Віссю круглого рівня називається нормаль до сферичної поверхні ампули, проведена в нульпункта. Якщо бульбашка рівня знаходиться в нульпункта, то його вісь займає вертикальне (вертикальне) положення. Круглі рівні відносяться до рівнів малої точності.

Повірка установки циліндричного рівня. Нехай циліндричний рівень призначений для приведення в вертикальної положення осі обертання геодезичного приладу; тоді умова їх взаємного положення читається так: вісь рівня повинна бути перпендикулярна осі обертання прібора.Теоретіческое положення осі рівня і осі обертання приладу зображено на рис.3.14; на ньому UU1 - вісь рівня, ZZ1 - вісь обертання приладу, вона вертикальна і становить з віссю рівня кут 90o; бульбашка рівня знаходиться в нульпункта. При повороті приладу навколо своєї осі вісь рівня описує в просторі горизонтальну площину, і після повороту приладу на 180o бульбашка залишається в нульпункта.

рис.3.14

Нехай кут між віссю рівня і віссю обертання приладу дорівнює неточно 90o, а (90o - i) (рис.3.15). Якщо встановити прилад так, щоб бульбашка рівня був в нульпункта, то вісь рівня займе горизонтальне положення, а вісь обертання приладу буде нахилена на кут i щодо свого правильного положення. Завдання перевірки - знайти кут i і усунути його.

Повернемо прилад на 180o (рис.3.16). Вісь рівня опише конічну поверхню з кутом при вершині конуса 180o-2i і займе не горизонтальне положення, а нахилиться щодо горизонту на кут 2i; пухирець відхилиться від нульпункта на n поділок, отже,

2 * i = n * ?,

звідки

рис.3.15 рис.3.16

Щоб умова виконувалася, потрібно, по-перше, змінити кут між віссю рівня і віссю обертання приладу на величину i і, по-друге, нахилити прилад також на кут i. Практично надходять так: спочатку піднімальними гвинтами нахиляють прилад на кут i; при цьому пухирець повинен наблизитися до нульпункта на половину відхилення. Потім, користуючись виправними гвинтами рівня, змінюють положення ампули в корпусі приладу; при цьому пухирець повинен встановитися точно в нульпункта. Таким чином, послідовність дій при перевірці установки рівня наступна:

Обертаючи прилад, встановити рівень паралельно двом підйомним гвинтів.

Цими підйомними гвинтами привести бульбашку рівня в нульпункт.

Повернути прилад точно на 180o.

Порахувати кількість поділів n відхилення бульбашки рівня від нульпункта.

Підйомними гвинтами змістити бульбашка назад на n / 2 поділок.

Виправними гвинтами рівня привести бульбашку в нульпункт.

Якщо кут i великий, то після повороту приладу на 180o бульбашка йде за межі шкали, і кількість поділів n порахувати не можна. В цьому випадку відхилення бульбашки від нульпункта можна виміряти в більших одиницях, наприклад, в оборотах підйомних гвинтів, і виправляти рівень способом послідовних наближень.

Існують і інші способи виправлення рівня; один з них - спосіб Г.Лисова - дозволяє виправити сильно раз'юстірованний рівень за одне наближення.

Послідовність операцій в способі Г.Лисова.

Помірно вивернути (або загорнути) будь-який з підйомних гвинтів, щоб нахил приладу був помітний оком (i> 1o).

Плавно обертаючи прилад, зафіксувати таке його положення, при якому бульбашка рівня знаходиться точно в нульпункта; взяти відлік по горизонтальному лімбу N1.

Плавно обертаючи прилад, зафіксувати друге його положення, при якому бульбашка рівня також знаходиться точно в нульпункта; взяти відлік по горизонтальному лімбу N2.

Обчислити відлік N = 0.5 (N1 + N2) + 90o і, плавно обертаючи прилад, встановити його на горизонтальному лімбі.

Виправними гвинтами рівня привести бульбашку в нульпункт.

 



Попередня   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   Наступна

Помилка положення точки | завдання Ганзена | Класифікація лінійно-кутових ходів | Обчислення координат пунктів разомкнутого лінійно-кутового ходу | Обчислення координат пунктів замкнутого лінійно-кутового ходу | Прив'язка лінійно-кутових ходів | Поняття про систему лінійно-кутових ходів | Поняття про тріангуляції | Поняття про трилатерации | Поняття про автономне визначенні координат точок |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати