Нивелир

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Нивелиром называется геодезический инструмент, предназначенный для определения разности высот двух точек горизонтальным визирным лучом по вертикально установленным в этих точках рейкам.

При нивелировании I класса используют наиболее высокоточные нивелиры и совершенные методы. Протяженность ходов, прокладываемых вдоль дорог, может достигать нескольких сотен километров. Погрешность в определении превышений допускают не более 1 мм на 1 км расстояния.

Нивелирную сеть II класса строят из полигонов, опирающихся на пункты нивелирования I класса. Погрешность в превышениях допускают не более 5 мм на 1 км расстояния.

Нивелирные сети III класса развивают внутри полигонов II класса. Погрешность в превышении на1км расстояния допускают не более 10 мм.

Нивелирование IV класса является сгущением нивелирной сети III класса. Каждый нивелирный ход IV класса должен опираться на пункты нивелирования старших классов (I, II, III) или образовывать замкнутые полигоны. Погрешность в определении превышения на 1 км расстояния не должна быть более 20 мм.

Нивелирные линии всех классов закрепляют на местности через каждые 5-7 км хода нивелирными знаками, которые называют реперами и марками. Стенные реперы и марки изготавливают из чугуна и закладывают в стены водонапорных башен, каменных зданий, устои мостов и т. д. (рисунок 1).

Рисунок 1 - Стенные нивелирные знаки

1. Устройство нивелира Н-3

На рис. 2 показан общий вид нивелира Н-3. Этот инструмент относится к классу точных нивелиров с уровнем и элевационным винтом и предназначен для геометрического нивелирования III и IV классов.

Нивелир НЗ состоит из двух основных частей: неподвижной нижней и верхней, имеющей возможность вращаться вокруг вертикальной оси на 360° и наклоняться в вертикальной плоскости на 20 `.

Нижняя часть представляет собой подставку 3 с тремя подъемными винтами 2, на которых укреплена пластинчатая пружина 1, имеющая втулку с резьбой под становой винт штатива. Таким образом, нивелир крепится на головке штатива пластинчатой пружиной 1 и становым винтом. Подъемные винты 2 служат для установки в отвесное положение оси вращения инструмента. Контроль за этой установкой осуществляется с помощью круглого уровня 5, расположенного в верхней части инструмента.

В верхней части также расположены зрительная труба 7, элевационный 4, наводящий 2 и закрепительный 10 винты, а также цилиндрический контактный уровень 8. Зрительная труба 7 обладает внутренней фокусировкой и имеет 31-кратное увеличение. Фокусировка изображения наблюдаемого предмета осуществляется вращением головки кремальеры 9. Резкая видимость сетки нитей достигается вращением окулярного кольца 6 трубы. Для точного наведения трубы 7 используют наводящий винт 2 после закрепления ее винтом 10.

Цилиндрический контактный уровень 8 имеет цену деления 15? и служит для контроля установки визирной оси трубы в горизонтальное положение.

Рис. 2 - Устройство нивелира Н-3

Эта установка осуществляется при помощи элевационного винта 4, который перемещают по высоте в один из концов зрительной трубы.

Рис. 3 - Труба нивелира

Специальная призменная система передает в поле зрения трубы нивелира (рис. 3) изображения половинок концов пузырька цилиндрического контактного уровня.

Это позволяет одновременно с отсчетами по рейке следить за положением пузырька уровня и при необходимости уточнять это положение элевационным винтом.

При нивелировании применяют трехметровые складные двухсторонние или четырехметровые раздвижные рейки (рисунок 4). На двухсторонних рейках на одной стороне черной краской нанесены сантиметровые деления, нуль которых совпадает с пяткой рейки (черная сторона). На обратной стороне деления нанесены красной краской (красная сторона). На красной стороне с пяткой рейки обычно совмещают отсчет 4687, 4787, 4700 или 4800.

Рис. 4 - Нивелирная рейка

Для нивелиров с обратным изображением трубы цифры подписаны в перевернутом виде. Деления на рейках объединены по пять шашек, одна из них в виде буквы Е, что облегчает снятие отсчета.

При нивелировании рейку ставят вертикально нулем вниз на забитые в землю колышки, костыли или башмаки.

В отвесное положение рейку приводят с помощью круглого уровня, прикрепленного к ней, а при его отсутствии медленно покачивают рейку вперед и назад и берут наименьший из отсчетов, который и будет соответствовать отвесному положению рейки. Отсчеты по рейке снимают по среднему горизонтальному штриху сетки нитей с точностью до миллиметра. При этом количество дециметров и сантиметров отсчитывают по рейке, а миллиметры оценивают на глаз.

В настоящее время рейки изготавливают из дерева, металла, фибергласа. Причем на некоторых типах реек используется оцифровка шашечного типа (рисунок 4), а с обратной стороны деления нанесены с миллиметровым интервалом для нивелирования коротким лучом (плечо нивелирования - до 20-30 м). Отсчеты по такой шкале можно взять с точностью до 0,1-0.5мм (при высокоточном нивелировании в строительстве и при наблюдениях за осадками сооружений).

2. Поверки и юстировки нивелира Н-3

Каждый нивелир должен удовлетворять определенным геометрическим условиям, положенным в основу его конструкции. Контроль за соблюдением этих условий осуществляется в ходе поверок инструмента. Для нивелира Н-3 выполняются следующие основные поверки:

-- круглого уровня;

-- сетки нитей;

-- параллельности оси цилиндрического уровня и визирной оси.

2.1 Поверка круглого уровня

Ось круглого уровня должна быть параллельна вертикальной оси вращения инструмента.

Последовательность выполнения поверки:

1) Подъемными винтами подставки выводят в центр окружности пузырек установочного круглого уровня.

2) Поворачивают зрительную трубу вокруг оси вращения инструмента на 180°.

3) Если пузырек круглого уровня после поворота трубы остался в центре, то условие поверки выполнено, в противном случае необходимо произвести юстировку круглого уровня.

Юстировка выполняется следующим образом:

-- исправительными винтами круглого уровня перемещают пузырек к центру на половину его отклонения;

-- подъемными винтами подставки устраняют вторую половину отклонения, т.е. выводят пузырек уровня точно на центр.

Для контроля поверку повторяют.

2.2 Поверка сетки нитей

Горизонтальная нить сетки должна быть перпендикулярна вертикальной оси вращения инструмента.

Последовательность выполнения поверки:

1) Устанавливают и приводят в рабочее положение нивелир, а на расстоянии 30-40 мм от него устанавливают рейку.

2) Наводят зрительную трубу нивелира на рейку так, чтобы ее изображение оказалось на краю поля зрения, закрепляют трубу и берут отсчет  по рейке.

3) Наводящим винтом перемещают трубу в горизонтальной плоскости до так пор, пока изображение рейки окажется на другом краю поля зрения, и берут по рейке еще один отсчет -- .

4) Если отсчеты и  равны, то условие поверки выполнено, в противном случае необходимо произвести юстировку сетки нитей.

Юстировка выполняется следующим образом:

-- отвинчивают колпачок окулярной части трубы;

-- ослабляют крепежные винты оправы сетки нитей;

-- поворачивают оправу сетки нитей так, чтобы ее горизонтальная нить оказалась на отсчете;

-- нажимают крепежные винты оправы сетки и навинчивают колпачок ми окулярную часть трубы.

2.3 Поверка параллельности оси цилиндрического уровня и визирной оси

Визирная ось зрительной трубы додана быть параллельна оси цилиндрического контактного уровня.

Схема выполнения поверки показана на рис. 5.

Последовательность выполнения поверки:

1) Закрепляют на местности колышками две точки на расстоянии 50-75 м друг от друга (точки А и В).

2) Устанавливают над точкой А нивелир, а в точке В -- нивелирную рейку (рис. 14, а) и с точностью до 1 мм измеряют высоту инструмента .

3) Элевационным винтом выводят на середину пузырек цилиндрического контактного уровня (совмещают концы долек пузырька в поле зрения трубы, и после этого берут отечет по рейке.

Рис. 5

4) Меняют местами рейку и нивелир и с точностью 1 мм измеряют высоту  инструмента в точке В.

5) Вновь элевационным винтом выводят на середину пузырек цилиндрического контактного уровня и берут по рейке отсчет .

6) Вычисляют величину  и значение угла  непараллельности оси цилиндрического уровня визирной оси трубы по следующим формулам:

нивелир компенсатор ось поверка

,

,

где S -- расстояние между точками А и В, мм;

-- переводный коэффициент, 

7) Если величина угла  не превышает 8?, то условие поверки выполнено, в противном случае необходимо произвести юстировку цилиндрического уровня.

Юстировка выполняется следующим образом:

-- вычисляют правильный отсчет  на второй станции ;

-- элевационным винтом наводят горизонтальную нить сетки на отсчет , при этом пузырек цилиндрического уровня, уйдет с середины (дольки пузырька в поле зрения трубы расходятся в разные стороны);

-- устраняют уход пузырька исправительными винтами цилиндрического уровня (совмещают концы долек пузырька).

Для контроля поверку повторяют, пока угол  не окажется меньшим или равным 8?.

3. Устройство и поверки нивелира (с компенсатором)

В настоящее время эти нивелиры нашли широкое применение в производстве. С помощью компенсатора линия визирования автоматически устанавливается в горизонтальное положение при углах наклона оси нивелира в пределах ±15'. Этот предел достигается предварительной установкой нивелира по круглому уровню вращением подъемных винтов. Время самоустановки визирного луча 1-2 с.

Рис. 6 - Схема оптической системы и подвески компенсатора: 1 - объектив, 2 - фокусирующая линза, 3 - компенсирующая призма, 4 - неподвижная призма, 5 - сетка, 6 - окуляр

Компенсаторы бывают жидкостными и маятниковыми. Маятниковые компенсаторы делятся на механические и оптико-механические. В первых горизонтальность визирного луча достигается посредством перемещения сетки нитей, а во-вторых (как, например, в нивелире Н-3К) - изменением пути луча при прохождении оптических узлов, подвешенных на специальных нитях.

Оптико-механический компенсатор расположен между фокусирующей линзой и сеткой нитей трубы нивелира. Компенсатор состоит из двух призм, одна из которых (4) наглухо прикреплена к корпусу трубы, а вторая (3) подвешена на двух парах скрещивающихся стальных нитей, закрепленных в точках А и В и на призме в точках D и E. При наклоне трубы на небольшой угол подвижная призма наклоняется в противоположную сторону на такой же угол, чтобы направить горизонтальный луч, идущий от рейки, точно на центр сетки нитей. Нивелир Н-3К не имеет закрепительного винта зрительной трубы. Ее предварительное наведение на рейку осуществляется от руки преодолением фрикционного сцепления. Точное наведение трубы достигается вращением бесконечного наводящего винта.

4. Современные виды нивелиров

В связи с возрастающими требованиями к качеству и точности инженерно-геодезических работ в настоящее время широкое применение находят цифровые и лазерные нивелиры.

4.1 Цифровой нивелир

Цифровой нивелир - это тот же высокоточный оптический нивелир, но с автоматическим сбором, хранением и обработкой полученной информации (рисунок 7). Это значит, что все основные условия, необходимые для выполнения высокоточных измерений оптическими нивелирами, должны соблюдаться и для цифровых нивелиров.

Рис. 7 - Цифровой нивелир

Работы по выполнению геодезических измерений выполняются в комплекте с рейкой, имеющей шкалу со штрихкодовым рисунком. На лицевой стороне штрихкодовой рейки нанесена растровая шкала чередуемых черных полос и белых промежутков. Их ширина по высоте кодирована. Световые волны от штрихкодового рисунка воздействуют на декодирующие датчики нивелира. Визирный луч нивелира устанавливается горизонтально с помощью компенсатора. Декодирующее устройство расшифровывает высотность нивелира относительно рейки по соотношению поступивших в объектив световых воздействий от темных и светлых реечных полос. Процессор нивелира осуществляет счет измеренных превышений и их суммы с точностью 0,1 мм, а также определяет расстояние до реек и неравенство плеч нивелирования. Время снятия отсчетов по рейке составляет 2-4 с. Электроникой прибора автоматически вводятся поправки за кривизну Земли, рефракцию и погрешность отклонения визирного луча от горизонта. Результаты измерений с уже введенными поправками отслеживаются на дисплее и по желанию оператора могут направляться в память нивелира. Программа реализует последовательное вычисление и вывод на дисплей получающихся высот точек установки рейки.

4.2 Лазерные нивелиры

Предназначены для измерения превышений и передачи высотных отметок. Нивелир излучает видимый пучок света, относительно которого производят измерения превышений. В лазерных геодезических приборах в качестве излучателя светового потока используются оптические квантовые генераторы (лазеры), которые бывают твердотельные, жидкостные, газовые и полупроводниковые. В геодезических приборах используют газовые и полупроводниковые лазеры.

Рис. 8 - Лазерный нивелир

В практике геодезического обеспечения строительства используются газовые гелий-неоновые лазеры непрерывного излучения, работающие в видимой части светового диапазона и излучающие узконаправленный пучок света. В нивелирах с уровнем ось светового пучка приводят в горизонтальное положение цилиндрическим уровнем, а в нивелирах- автоматах - компенсаторами.

В настоящее время лазерные нивелиры выпускаются в основном с автоматически горизонтируемым пучком излучения, вращающимся лазерным лучом, что дает возможность формировать в пространстве световые линии и плоскости. Положение этой плоскости фиксируется на специальной рейке или стенах зданий. На рисунке 8 показан лазерный нивелир фирмы «Вильд». Прибор устанавливается на штативе и с помощью трех подъемных винтов приводится в отвесное положение. Световая плоскость фиксируется визуально или с помощью фотоприемного устройства. Нивелир может быть установлен так, чтобы формировалась вертикальная плоскость. Он снабжен вычислительным устройством, позволяющим выполнять автоматическое вычисление превышений, высот и расстояний.

Размещено на Allbest.ru