Теодолит: устройство, принцип действия, виды и назначение прибора

Каждый, кто сталкивался с задачей точной разметки участка или возведения сооружения, прекрасно знает, насколько важно обеспечить идеальное соответствие всех размеров и уровней. Ошибки, допущенные на этом этапе, могут обернуться серьезными последствиями.

К счастью, сегодня профессионалам доступны высокоточные измерительные приборы, способные минимизировать подобные риски еще в процессе подготовки проекта. Таким помощником, например, является теодолит — устройство, специально созданное для вычисления горизонтальных, а также вертикальных углов. Теодолит помогает вычислять расстояния между двумя точками и разницу между их высотами. 

В этом материале мы подробно рассмотрим устройство теодолита, принципы его работы, основные виды и область применения.

Применение

Теодолит помогает не только в работе геодезистов, маркшейдеров и строителей крупных объектов, но и при возведении небольших сооружений. Именно с помощью него создаются точные топографические планы, корректно выбираются маршруты для будущих дорог, мостов или тоннелей. Этот прибор позволяет выполнять ключевые измерения при закладке фундаментов, установке колонн, свай и других элементов инженерных конструкций.

Несмотря на то, что теодолит считается высокоточным оборудованием для масштабных проектов, его активно применяют и в частном строительстве — например, при строительстве дома, бани или гаража. Особенно важно это, если участок находится под наклоном: при помощи теодолита можно точно определить разницу высот, чтобы составить грамотный проект будущего здания.

Устройство

Основной элемент прибора — это визирная труба, а также горизонтальный и вертикальный отсчетные круги. Труба надежно закрепляется между колонками, а сами колонки расположены на специальной подставке (трегере) с тремя регулируемыми винтами. Все это фиксируется на устойчивом геодезическом штативе. Для точной установки и наведения прибора используются различные винты: одни из них корректируют положение, а другие — фиксируют нужное направление.

Визирная труба позволяет прицелиться на конкретные точки. Она оснащена объективом, окуляром, сеткой нитей и специальным фокусирующим механизмом с кремальерой, который помогает получить четкое изображение объекта. Отдельно настраивается и сетка нитей с помощью окуляра. Совместно с визирной трубой работает отсчетный микроскоп, который значительно увеличивает изображение и облегчает снятие показаний с кругов. Кроме того, труба снабжена визиром, при помощи которого выполняется первоначальное наведение на измеряемый объект.

Трубу можно вращать вокруг ее горизонтальной оси, и эти движения фиксируются шкалой вертикального круга. Ее основание также может вращаться по вертикали, а угол этого поворота отображается на отдельном горизонтальном круге. Специальный отсчетный микроскоп позволяет с большой точностью снимать показания. У некоторых моделей теодолитов предусмотрен компенсатор — он исправляет незначительные отклонения вертикального круга, сохраняя точность. Стоит отметить, что большинство устройств формируют перевернутое изображение, однако в продаже можно найти и теодолиты, которые дают прямую картинку.

Горизонтальный круг отсчета делится на две основные шкалы. Первая — это лимб. Он неподвижно закреплен и отмечен рисками (0-360 градусов). Вторая — алидада (подвижный элемент, имеющий отсчетное устройство). При помощи алидады осуществляется считывание углов на лимбе. Положение кругов можно регулировать с помощью специального цилиндрического уровня. Чтобы правильно расположить прибор на участке используется оптический центрир, или же обычный отвес. А штатив обеспечивает надежность установки теодолита практически на любом грунте.

Виды теодолитов

Все теодолиты подразделяются на три основных вида: оптические, электронные, а также лазерные. У всех имеются свои особенности и область применения.

Оптические модели — самые привычные и широко применяемые. У них есть стеклянные угломерные круги и микроскоп с призмами и линзами, который используется для отсчета показаний. Пользователь самостоятельно настраивает прибор и определяет углы между целевыми точками, опираясь на шкалы. Затем данные углы пересчитываются вручную. Погрешности при таких измерениях возможны, однако они несущественны при правильной эксплуатации. Эти теодолиты надежно работают в любых условиях — будь то ветер, дождь или снег.

RGK 2Т30П оптический теодолит

• Вертикальная точность, " 30
• Горизонтальная точность, " 20
• Увеличение, x 20

Подробнее

RGK T-02 электронный теодолит с оптическим отвесом, штативом S6-Z и рейкой AMO S3 в комплекте

• Наименьшее расстояние визирования, м 1.3
• Увеличение (крат), x 30
• Диаметр объектива, мм 45

Подробнее

RGK T-20 электронный теодолит

• Наименьшее расстояние визирования, м 1.3
• Увеличение (крат), x 30
• Диаметр объектива, мм 45

Подробнее

RGK T-05 электронный теодолит

• Наименьшее расстояние визирования, м 1.3
• Увеличение (крат), x 30
• Диаметр объектива, мм 45

Подробнее

Лазерные теодолиты имеют специальный лазерный целеуказатель, который расположен параллельно с осью визирной трубы. Это позволяет не только точно замерять углы, но и задавать направления, а также уклоны с довольно большой точностью. 

Если говорить об осевых системах, то теодолиты подразделяются на повторительные, а также неповторительные. У первых лимб с алидадой могут вращаться вместе или раздельно. Это позволяет многократно повторять измерения одного и того же угла и тем самым уменьшать погрешность. У неповторительных моделей лимб закреплен жестко, а вращение возможно лишь после освобождения фиксирующего винта. Это упрощает работу, но снижает возможность многократных уточнений измерений.

Также теодолиты классифицируются по точности. 

• Высокоточные приборы с минимальной погрешностью, до 1", используются для сложных инженерных задач. 

• Точные устройства имеют допустимую погрешность до 10" и применяются в большинстве строительных и геодезических проектов. 

• Технические модели, с погрешностью до 60", оптимальны для простых работ, таких как малоэтажное строительство.

Как пользоваться теодолитом

Пользоваться теодолитом не так сложно, как может показаться на первый взгляд. Даже без профессиональных знаний и вычислительной техники можно научиться определять углы, контролировать высоту строений и проверять точность расположения осей будущих конструкций. Основная суть работы заключается в том, чтобы найти неизвестные точки и высоты, используя уже известные точки с определенными параметрами.

Для начала устройство нужно правильно установить.

1. Закрепите теодолит на штативе прямо над известной точкой.

2. Проведите центрирование.

3. Горизонтируйте прибор.

4. Отрегулируйте визирную трубу вместе с микроскопом, чтобы получить четкую картинку.

Для измерения угла по горизонтали обычно выполняют два измерения: одно из них называется «круг право» (КП), а другое — «круг лево» (КЛ). Предположим, что измеряем угол между точками А, В и С (где В — это вершина угла).

Измерения в положении КЛ:

• сначала наводим трубу прямо на точку A, фиксируем отсчет при помощи горизонтального круга;

• затем нацеливаем трубу на точку C и фиксируем отсчет;

• разность двух отсчетов даст значение угла.

Далее повторяем измерения в КП:

• закрепляем алидаду, а лимб слегка поворачиваем на любой угол (около 5°), фиксируем его;

• алидаду открепляем, а затем наводим трубу через зенит, выполняя ту же последовательность измерений;

• получаем вторую величину угла.

Если разница между показаниями не превышает допустимую погрешность, то считаем среднюю величину угла.

Для определения вертикального угла (или наклона):

• нацеливаем трубу на нужную точку;

• проверяем уровень, корректируем при необходимости;

• затем снимаем отсчет;

• поворачиваем трубу через зенит, снова нацеливаем на ту же точку и фиксируем отсчет;

• для расчета угла наклона используем формулы, которые обычно есть в инструкции к конкретной модели прибора.

Такой алгоритм позволяет довольно быстро и точно провести базовые измерения при помощи теодолита.

Поверка теодолита 

Поверка помогает удостовериться, что прибор готов к выполнению точных измерений. Без этой процедуры велика вероятность появления погрешностей. Суть поверки в том, чтобы проверить, насколько точно выполнены геометрические условия, важные для работы устройства. Основное внимание уделяется правильной установке осей.

• Ось цилиндрического уровня при закрепленной алидаде должна располагаться перпендикулярно к вертикальной оси вращения теодолита.

• Ось вращения алидады обязана строго совпадать с вертикалью.

• Визирная ось (воображаемая линия через центр объектива и сетки нитей) обязана быть расположена перпендикулярно горизонтальной оси вращения трубы.

• Горизонтальная ось вращения визирной трубы должна точно пересекаться под прямым углом с вертикальной осью прибора.

• Горизонтальная линия сетки должна образовывать прямой угол с вертикальной осью.

Если при проверке выявляются отклонения, выполняют юстировку — специальную регулировку прибора, чтобы восстановить точность.

Заключение

Теодолит — полезный инструмент в арсенале инженеров, геодезистов и строителей. Его возможности позволяют выполнять точные измерения, которые становятся основой для успешной реализации любого проекта — от крупных инфраструктурных сооружений до частных построек. 

Простота конструкции и четкий алгоритм работы теодолита позволяют освоить базовые измерения даже начинающим пользователям. При этом регулярная поверка и правильная эксплуатация прибора обеспечивают минимальные погрешности и высокую надежность измерений. Теодолит не только позволяет «увидеть» угол, но и помогает понять рельеф участка, точно определить высотные отметки и избежать множества строительных проблем еще на подготовительном этапе.

Сегодня рынок предлагает широкий спектр теодолитов — от технических, применяемых в частном строительстве, до высокоточных, которые необходимы при возведении мостов, тоннелей и других сложных объектов. При выборе подходящей модели важно учитывать специфику задач, климатические условия и требования к точности.