Устройство нивелира: схема основных составных частей цифрового и других нивелиров, принцип работы

Принципиальная схема цифрового нивелира и его основные части

При использовании цифровых (кодовых) нивелиров достигается наибольшая степень автоматизации процесса геометрического нивелирования. Особенностью цифрового нивелира является наличие электронного датчика, позволяющего автоматически снимать отсчеты по специальной штрих-кодовой рейке, определять расстояние до реек, вычислять превышения и отметки точек нивелирного хода. Общий вид цифрового нивелира DiNi 12 фирмы Trimble (США) с указанием основных частей прибора представлен на рис. 43.

Измерения DiNi можно выполнять как электронным методом с автоматическим считыванием отсчетов по кодовым рейкам, так и визуальным методом с использованием реек РН-3, т. е. как оптическим нивелиром. В последнем случае отсчеты снимают по метрической стороне рейки и вводят в память прибора вручную.

Автоматическое снятие отсчетов обеспечивается с помощью специального приемного устройства, в качестве которого в нивелире использована (рис. 44) ПЗС-матрица (прибор с зарядовой связью); она размещается в плоскости изображений, создаваемых зрительной трубой.

Рис. 43. Общий вид цифрового нивелира DiNi 12

Рис. 44. Оптическая схема цифрового нивелира DiNi:

1 – объектив; 2 – фокусирующая линза; 3, 4 – призмы; 5 – нити; 6 – куб-призма; 7 – сетка нитей; 8 – окуляр;
9 – зеркало-компенсатор; 10 – сенсорный приемник; 11 – воздушный демпфер; 12 – корпус трубы;
А, В, С, В – точки закрепления нитей

ПЗС-матрица 10 воспринимает и накапливает идущие от объектива частицы света (фотоны) и преобразовывает их в электрические заряды. Считывая эти заряды, можно с помощью компьютера восстановить изображение объекта, которое проецируется на светочувствительную поверхность матрицы. С помощью ПЗС-матрицы распознается кодовая маска на нивелирной рейке, изображение которой получают с помощью оптической системы зрительной трубы в плоскости сетки нитей 7 и в плоскости чувствительной поверхности ПЗС-матрицы. Отсчет по рейке снимается автоматически и вносится в память прибора.

Цифровой нивелир DiNi 12 позволяет выполнять нивелирование с высокой точностью: 0,3 мм на 1 км двойного хода при использовании инварных штрих- кодовых реек (с BAR- кодом) и 1,0 мм – при использовании складных алюминиевых штрих- кодовых реек. При визуальных измерениях по складным рейкам с метрической оцифровкой точность измерений снижается до 1,5 мм на 1 км хода. Основные типы реек для цифровых нивелиров DiNi показаны на рис. 45.

Рис. 45. Рейки для цифрового нивелира DiNi: а – LD 23/24 – деревянные складные рейки с BAR-кодом, Е градуировка, 3 и 4 м.; б – LD 11/12/13 – инварные рейки с BAR-кодом, 1, 2 и 3 м

Прибор позволяет также выполнять измерения направлений с помощью горизонтального лимба с ценой деления 1°, что позволяет брать отсчеты по отсчетному индексу до 0,1°. Предварительную установку прибора выполняют подъемными винтами трегера 9 (см. рис.43) по круглому уровню с ценой деления 8′ на 2 мм. Точное приведение визирной оси в горизонтальное положение осуществляется с помощью оптического компенсатора; рабочий диапазон компенсатора составляет +15′ с точностью установки +0,2′′. Визирование на рейку выполняют с помощью бесконечного наводящего винта 5.

Со стороны окулярной части нивелира располагается панель управления с жидкокристаллическим дисплеем и клавиатурой (рис. 46); назначение клавишей определяется подписями. Назначение функциональных клавиш, расположенных непосредственно под дисплеем, описано в нижней строке дисплея.

Для сохранения данных измерений служит карта памяти PCMCIA объемом до 8 Мбайт, размещаемая в защищенном отсеке прибора. РС карты отличаются большой емкостью, высокой сопротивляемостью к внешним условиям, прочностью и надежностью. На РС карте объемом 1Мб можно записать около 10000 строк с данными полевых измерений со сроком хранения 1 год.

Рис. 46. Клавиатура и дисплей панели управления DiNi 12

В карте памяти записи данных последовательно пронумерованы. Каждая запись данных состоит из адреса, идентификатора точки, содержащего номер точки, код точки и номер хода, и 3 измеренных и вычисленных величин. Для хранения данных на РС картах можно создавать DOS совместимые каталоги и файлы (проекты) и сохранять записи данных для других проектов.

Встроенное в прибор стандартные программы обеспечивают различные функции измерений: однократные и многократные измерения, проложение нивелирного хода, нивелирование поверхности и вынос точек в натуру. Главное меню программного обеспечения включает следующие функции:

1. «Input» – Установка постоянных прибора;

2. «Adjustment» – Юстировка положения визирной оси;

3. «Data transfer» – Передача данных;

4. «Setting of recording» – Установка параметров данных;

5. «Instrument settings» – Установка параметров прибора;

6. «Line adjustment» – Уравнивание нивелирного хода.

Передача измеренных и вычисленных величин из прибора на внешние устройства (напр., персональный компьютер), и наоборот осуществляется через интерфейс 10 RS 232C (см. рис.43).

Питание прибора осуществляется от аккумуляторной батареи, располагаемой в специальном отсеке 6 (см. рис. 43). Емкость аккумулятора обеспечивает работу прибора в течение 3 дней при интенсивной работе (800 – 1000 измерений в день).

27.3. Подготовка прибора к измерениям

Нивелир извлекают из футляра, и закрепляют на головке штатива с помощью станового винта.

Прибор включают с помощью клавиши . На дисплее отображается программа измерений, использованная в предыдущий раз. Если изображение на дисплее нечеткое, то следует включить подсветку (что подтверждается мигающей звездочкой в правом верхнем углу экрана), либо подрегулировать контрастность с помощью кнопки .

С помощью кнопки (INFO) следует проконтролировать состояние аккумулятора, которое отображается символом аккумулятора в правом верхнем углу дисплея. Если аккумулятор садится, то на дисплее появляется сообщение «Change battery» (Замените аккумулятор). После этого сообщения необходимо быстро заменить аккумулятор, предварительно выключив прибор, чтобы предотвратить потерю информации.

Если карта памяти PCMCIA не находится в оттеске прибора, то сообщение об ошибке выдается на дисплей.

Перед измерениями нивелир устанавливают в рабочее положение, включающее горизонтирование прибора и подготовку зрительной трубы для наблюдений.

Горизонтирование нивелира выполняют с помощью подъемных винтов по круглому уровню.

Подготовка трубы для наблюдений состоит по установки трубы по глазу наблюдателя и по предмету (фокусирование трубы). Для установки трубы по глазу наводит зрительную трубу на светлую поверхность, и вращают окулярное кольцо до получения четкого изображения сетки нишей. Фокусирование трубы выполняют с помощью фокусировочного винта 2 (см. рис.43) до получения четкого изображения делений рейки.

После фокусирования трубы следует убедиться в отсутствии параллакса сетки нишей; при движении глаза наблюдателя перед окуляром изображения сетки нитей и делений рейки не должны смещаться относительно друг друга.

С учетом производства определенного вида работ выполняют установку параметров и постоянных прибора.

К основным параметрам прибора относятся:

– единицы измерения высот при электронном (и визуальном) считывании отсчетов по соответствующим рейкам – м (метры);

– дискретность отсчетов по рейке – 0,00001 м (0,001 м);

– автоматическое выключение прибора – через 10 минут; OFF (ВЫКЛ);

– звуковой сигнал – ON (ВКЛ); OFF (ВЫКЛ).

Постоянные прибора, которые обеспечивают автоматический контроль измерений и при их нарушении выдают предупреждения, включают показатели:

– максимальная длина плеча – от 10 до 100 м;

– минимальная высота визирования – от 0 до 1 м;

– максимальная разница превышений, полученных на станции – от 0 до 0,01 м;

– коэффициент рефракции – от –1 до +1;

– постоянная рейки – от 0 до 5 м (для реек сторонних производителей);

Перед началом нивелирования создается файл с названием местоположения объекта нивелирных работ; далее в программу измерений вводят номер хода, номера задней и передней точек и информацию о методе нивелирования, отражающую порядок считывания отсчетов по задней и передней рейкам на нечетных/четных станциях.

– при обычном методе порядок визирования на нечетных/четных станциях не изменяется: ЗП-ПЗ/ЗП-ПЗ, ЗП-ЗП/ЗП-ЗП, ЗЗ-ПП/ЗЗ-ПП;

– при альтернативном методе: ЗП-ПЗ/ЗП-ПЗ, ЗП-ЗП/ПЗ-ПЗ, ЗЗ-ПП/ПП-ЗЗ.

Если после установки нивелира в рабочее положение наклон визирной оси выходит за пределы рабочего диапазона компенсатора («залипание» компенсатора), то на дисплее появится сообщение !!Comp!! При попытке выполнить измерение включается сигнал предупреждения. В этом случае следует заново отгоризонтировать прибор и при необходимости выполнить поверки. Если устранить неисправность не удалось, следует обратиться в сервисную службу.

Поверки нивелира

Перед началом полевого сезона у нивелира с компенсатором в лабораторных условиях исследуют диапазон действия компенсатора, точность самоустановки линии визирования в горизонтальное положение и ряд других технических характеристик.

Установка нивелира на станции в рабочее положение выполняют по круглому уровню, ось которого при транспортировке, сотрясениях и по другим причинам изменяет свое положение. Поэтому для исключения заметных систематических погрешностей требуется ежедневное приведений оси круглого уровня в положение, параллельное оси вращения нивелира.

Правила эксплуатации нивелира DiNi предусматривают периодическое выполнение двух основных поверок.

1. Поверка круглого уровня. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира.

С помощью подъемных винтов тщательно приводят пузырек круглого уровня в нуль-пункт. Поворачивают верхнюю часть прибора на 180° вокруг вертикальной оси. Если при этом пузырек смещается за пределы нуль-пункта, то необходимо выполнить юстировку уровня.

Для этого откручивают крепежный винт защитной крышки 15 (см. рис.43) и снимают ее. Действуя юстировочными винтами уровня, смещают пузырек по направлению к нуль-пункту на половину дуги отклонения. Затем подъемными винтами выводят пузырек уровня в нуль-пункт и повторяют процедуру поверки и юстировки до выполнения условия.

2. Поверка положения визирной оси. Визирная ось зрительной трубы должна быть горизонтальной.

Повышенные нагрузки на нивелир в экстремальных условиях измерений, после длительного хранения, при транспортировке и больших перепадах температур может привести к разъюстировке прибора и, как следствие, к ошибочным результатам измерений, особенно при большой разности нивелирных плеч.

Из рекомендованных для нивелира DiNi способов поверки главного геометрического условия рассмотрим способ Куккамяки, сущность которого состоит в следующем.

На местности в точках 1 и 2, расположенных на расстоянии d=20м друг от друга, закрепляют деревянные копья, в котором забивают гвозди со сферическими шляпками, или металлические костыли (рис.47).

Рис. 47. Поверка положения визирной оси по методу Куккамяки

Нивелир устанавливают в рабочее положение в точке , расположенной посередине между точками установки реек 1 и 2. Последовательно визируют на рейки и берут отсчеты и . Вычисляют превышение между точками 1 и 2, как

которое будет свободно от влияния негоризонтальности визирной оси прибора, кривизны Земли и рефракции.

Прибор переносят в точку , отстоящую от точки 2 на 20 м. Берут отсчеты по рейкам 1 и 2 и вычисляют превышение.

где – суммарная погрешность превышения за кривизну Земли, рефракцию и негоризонтальность визирной оси.

При установке нивелира в точке из-за неравенства расстояний до реек следует учитывать неодинаковое влияние на отсчеты по рейкам кривизны Земли и рефракции. Для этого в отсчеты по рейкам вводят поправки и , равные:

– поправка за кривизну Земли; (54)

– поправка за рефракцию, (55)

где – расстояние до рейки (длина нивелирного плеча); – средний радиус Земли (R=6371км); – коэффициент рефракции, равный в среднем 0,14.

Для различных длин нивелирных плеч поправки в отсчеты по рейкам за кривизну Земли и рефракцию (при =0,14) имеют следующие значения:

Длина плеча, м поправки:
, мм0,0080,0310,0700,1250,283
, мм0,0010,0040,0100,0180,040
суммарная , мм0,0070,0270,0600,1070,243

Значения отсчетов по рейкам и , исправленные за кривизну Земли и рефракцию с учетом длин нивелирных плеч (см. рис. 47), будут равны:

а превышение между точками 1 и 2 при нивелировании со станции

Погрешность определения превышения за счет негоризонтальности визирной оси

Угол наклона визирной оси при разности плеч будет равен

Пример измерений и вычислений при поверке положения визирной оси нивелира приведен в табл. 28.

Таблица 28. Поверка положения визирной оси нивелира DiNi по методу Куккамяки (при d=10м)

Точка стояния рейкиОтсчеты по рейкам, мм со станцииПоправки в отсчеты , ммИсправленные значения отсчетов, ммПогрешности превышения , мм и угла наклона виз. оси c′′Безошибочные значения отсчетов по рейкам, мм
1611,482020,35–0,112020,242018,92
1298,161706,29–0,031706,261705,60
Превышения, мм+313,32+313,98+313,32

Свободные от влияния негоризонтальности визирного луча (безошибочные) отсчеты по рейкам со станции определятся (см. табл. 28) из выражений:

Процедура юстировки положения визирной оси электронным методом состоит в следующем.

Перед началом поверки необходимо убедиться, что нивелир адаптировался к температуре окружающей среды и защищен от прямых солнечных лучей.

Для начала процесса юстировки после нажатия кнопки пуска на правой стороне прибора (либо кнопки MEAS на панели управления) устанавливают на дисплее один из четырех рекомендованных методов поверки (напр., рассмотренный выше метод Куккамяки) и режим многократных измерений ( -кратных). В соответствии с выбранным режимом снятия отсчетов по рейкам будет выполняться принятое число раз, либо до тех пор, пока стандартное отклонение не достигнет установленной величины (напр. 0,1 мм).

После выбора метода юстировки в меню «Input» (Установка постоянных прибора) вводят значения поправок за кривизну Земли и рефракцию. Поправку за рефракцию рекомендуется вводить в случаях, когда для данных условий измерений известно значение коэффициента рефракции. Если поправку за рефракцию не учитывают, то устанавливают коэффициент рефракции равным нулю.

Перед выполнением процедуры юстировки положения визирной оси переключатель INP – FUNCTION в меню «Instrument settings» (Установка параметров прибора) нужно установить в положение «м» (метры).

После вызова функции юстировки на дисплее высвечивается текущее значение поправки за наклон визирной оси. Выполнение процедуры юстировки начинают нажатием «o.k.» После её завершения новое значение поправки за наклон визирной оси подсчитывается автоматически. Для подтверждения правильности введения нового значения поправки следует нажать «o.k».

Новое значение юстировки визирной оси прибора (угла ) может отличаться от предыдущей не более чем на несколько секунд. Если различия в результатах измерений при поверках, проведенных в течение короткого периода при стабильных условиях окружающей среды, достаточно велики (более ), то следует обратиться в сервисную службу.

Если принимается новое значение юстировки визирной оси, то на дисплее появляется запрос о контроле положения сетки нитей для визуального считывания. При существенном значении угла (для высокоточных нивелиров при ) следует изменить положение визирной оси зрительной трубы. Для этого рейку разворачивают метрической оцифровкой к нивелиру, берут отсчет и сравнивают его с электронным. Если разница превышает 2 мм, то следует отъюстировать положение сетки нитей. Для этого снимают защитную крышку со стороны окуляра и вертикальными юстировочными винтами сетки нитей устанавливают горизонтальную нить сетки на правильный отсчет.

Для большей надежности поверку и юстировку положения визирной оси следует повторить.

Нивелиры, их классификация, устройство и поверки

Нивелир – это геодезический прибор для определения превышений и высот (отметок) точек с помощью горизонтального луча визирования и вертикально устанавливаемых реек способом геометрического нивелирования.

Согласно действующему стандарту нивелиры по точности выпускают трех типов:

Цифры в шифре нивелира указывают среднюю квадратическую погрешность измерения превышения в миллиметрах на 1 км двойного нивелирного хода. Например, для нивелира Н-3 средняя квадратическая погрешность составляет 3мм на 1км хода.

В зависимости от способа получения горизонтального луча визирования каждый из трех типов нивелиров изготавливается в двух вариантах:

– с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе;

– с компенсатором, позволяющим автоматически приводить ось визирования зрительной трубы нивелира в горизонтальное положение.

В настоящее время выпускаются нивелиры улучшенной конструкции 2-го и 3-го поколений, например 2Н-10КЛ, 3Н-3ЛП. Первая цифра обозначает поколение. При наличии компенсатора в шифр прибора добавляется буква К. Если нивелир изготовлен с лимбом для измерения горизонтальных углов, то еще добавляется буква Л. Если нивелир имеет зрительную трубу прямого изображения, то в шифр добавляется буква П.

Читайте также:  Что необходимо для начала строительства? Какие нужны разрешительные и пр. документы?

В таблице 7.1 приведены технические характеристики некоторых типов нивелиров используемых в настоящее время.

Т а б л и ц а 7.1 – Технические характеристики нивелиров

ПараметрМарка нивелира
Н-05Н-3Н-3КН-10ЛН-10КЛ3Н-5Л
Увеличение зрительной трубы, крат
Наименьшее расстояние визирования, м1,51,51,2
Цена деления цилиндрического уровня, секунды дуги
Цена деления круглого уровня, минуты дуги
Чувствительность компенсатора, секунды дуги0,41,0
Масса прибора, кг2,51,71,51,4

Устройство и поверки нивелира (с цилиндрическим уровнем). Нивелир Н-3 относится к приборам с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе (рисунок 7.9). Для установки нивелира в рабочее положение его закрепляют на штативе и, действуя тремя подъемными винтами, приводят пузырек круглого уровня в центр ампулы. При этом ось вращения нивелира занимает отвесное положение. Наведение зрительной трубы на рейку осуществляют вначале вручную с помощью визира, а затем зажимают закрепительный винт зрительной трубы и наводящим винтом выполняют точное визирование на рейку. Резкость изображения сетки нитей достигается вращением окулярного кольца, а резкость изображения рейки – вращением винта кремальеры.

Перед каждым отсчетом по рейке визирную ось нивелира приводят в горизонтальное положение, добиваясь совмещения изображения концов пузырька цилиндрического уровня в поле зрения зрительной трубы путем вращения элевационного винта (рисунок 7.10).

Отсчет по рейке состоит из четырех цифр и выражает величину в миллиметрах. Выполняют отсчет по среднему горизонтальному штриху сетки нитей. Отсчет по рейке берут от меньшего к большему числу. Первые две цифры отсчета, обозначающие метры и дециметры на рейке подписаны (на рисунке 7.10 это цифры 06), третья цифра считается по числу сантиметровых шашек от начала дециметрового деления до среднего горизонтального штриха сетки нитей (на рисунке 7.10 их 5). Следует отметить, что в каждом дециметре первые пять шашек с сантиметровыми делениями объединены в виде буквы Е (см. рисунок 7.10). Четвертая цифра, обозначающая миллиметры, по рейке оценивается на глаз (на рисунке 7.10 это 2 мм). Тогда полный отсчет по рейке составит 0652.

Поверки нивелира Н-3. Прежде чем начать работу с нивелиром, необходимо выполнить его поверки. Под поверками нивелира понимают действия, контролирующие соблюдение условий, которым должен удовлетворять прибор для геометрического нивелирования. При невыполнении условий поверок производят необходимые исправления (юстировки). Нивелир Н-3 должен удовлетворять следующим геометрическим условиям:

Поверка 1. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира. После установки штатива и закрепления на нем нивелира тремя подъемными винтами приводят пузырек круглого уровня в центр ампулы и поворачивают верхнюю часть нивелира на 180 о . Если пузырек уровня останется в центре ампулы, то условие выполнено, если нет, то нужно исправительными винтами круглого уровня переместить пузырек к центру на половину дуги отклонения. Поверку повторяют до полного выполнения условия.

Поверка 2. Средний горизонтальный штрих сетки нитей должен быть перпендикулярен оси вращения нивелира. Ось вращения нивелира устанавливают в отвесное положение. Наводят зрительную трубу на неподвижную рейку, установленную в 20–30 м от нивелира. Условие будет выполнено, если при плавном вращении трубы горизонтальный штрих не будет сходить с точки наведения (то есть отсчет по рейке будет оставаться неизменным). Если условие не выполняется, то отвинчивают и снимают окулярную часть зрительной трубы и поворачивают диафрагму с сеткой нитей, предварительно ослабив крепящие ее винты.

Поверка 3. Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы. Это главное условие нивелира поверяется двойным нивелированием концевых точек линии длиной 50–70 м (рисунок 7.11). На концевых точках забивают колышки. Нивелир устанавливают на начальной точке линии, а рейку – на конечной. С помощью элевационного винта нивелира приводят пузырек цилиндрического уровня в нуль-пункт и снимают отсчет по рейке П1. Измеряют высоту нивелира i1 с точностью до 1 мм. Например: П1 = 1426 мм, i1 = 1371 мм.

Рисунок 7.11 – Поверка главного условия нивелира Н-3

Затем меняют нивелир и рейку местами и, приведя элевационным винтом пузырек цилиндрического уровня в нуль-пункт, снимают отсчет по рейке П2, измеряют высоту нивелира i2. Например: П2 = 1260 мм, i2 = 1337 мм.

Если ось цилиндрического уровня непараллельна визирной оси трубы, то отсчеты по рейке будут ошибочны на величину

Величина х должна быть не более ± 4 мм. Если х превышает указанную величину, тогда, не снимая нивелира со второй станции, элевационным винтом устанавливают средний горизонтальный штрих сетки нитей на отсчет по рейке равный, П2 – х. При этом произойдет смещение изображений половинок пузырька уровня в поле зрения трубы. Сняв крышку коробки цилиндрического уровня, вертикальными исправительными винтами выполняют точное совмещение концов половинок пузырька уровня в поле зрения трубы. Затем поверку повторяют до соблюдения условия.

Для вышеуказанных отсчетов х = [(1426 + 1260) – (1371 + 1337)] / 2 =

= –11 мм > 4 мм. Поэтому необходимо выполнить юстировку уровня. Для этого устанавливают элевационным винтом по рейке отсчет П2 – х = 1260 – – (–11) = 1271 мм и исправительными винтами совмещают концы пузырька уровня.

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.

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 (рисунок 7.12).

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.

Поверки нивелира Н-3К. Поверки 1 и 2 выполняются и исправляются аналогично поверкам нивелира Н-3.

Поверка 3. После приведения нивелира в рабочее положение визирная ось должна занимать горизонтальное положение. Это условие является главным для нивелиров с компенсаторами. Для выполнения поверки на местности закрепляют колышками концевые точки линии длиной 50–70 м. Нивелир устанавливают точно на середине данной линии (рисунок 7.13, а), приводят его в рабочее положение по круглому уровню и снимают отсчеты по рейкам З1 и П1, установленным на концах линии АВ. Определяют превышение h1 = З1 – П1. Затем нивелир переносят в точку на расстоянии 3–5 м от переднего конца линии (наименьшее расстояние визирования) (рисунок 7.13, б) и определяют превышение h2 = З2 – П2. Разность Δ = h2 – h1 между превышениями не должна быть больше ±4 мм. Если эта разность больше указанного допуска, то находят исправленный отсчет на задней рейке Зисп = h1 + П2. При этом отсчет П2 принимают за безошибочный (ввиду малого расстояния до передней рейки).

Сняв крышку у окулярной части трубы и действуя исправительными винтами сетки, наводят средний горизонтальный штрих сетки нитей на исправленный отсчет Зисп Поверку повторяют до соблюдения условия.

а)

Рисунок 7.13 – Поверка главного условия нивелира Н-3К

П р и м е р. Отсчеты на станции 1: З1 = 1120 мм; П1 = 0908 мм. Превышение h1 = 1120 – 0908 = +212 мм. Отсчеты на станции 2: З2 = 1346 мм; П2 = 1114 мм. Превышение h2 = 1346 – 1114 = +232 мм.

Δ = h2 – h1 = 232 – 212 = +20 мм. Поскольку Δ > 4 мм, то средний горизонтальный штрих сетки нитей надо установить исправительными винтами на отсчет Зисп = h1 + П2 = 212 + 1114 = 1326 мм.

Лекция Цифровые нивелиры. Конструкция и принцип отсчитывания цифровых нивелиров фирмы LEICA GEOSYSTEMS AG

Желание автоматизировать процесс геометрического нивелирования с целью повышения производительности геодезических работ возникло давно. Сложность технической реализации автоматического отсчитывания по нивелирной рейке заключалась в том, что шкала, по которой выполняется отсчитывание, и индекс (перекрестие сетки нитей) разнесены в пространстве. Для решения этой проблемы были выбраны два пути:

1 — отсчитывание выполняется со стороны рейки, тогда нивелир формирует активную визирную линию, задаваемую лазерным лучом,

2 — отсчитывание по рейке реализуется в самом приборе, тогда применяется ПЗС-приемник, который позволяет получить изображение рейки в цифровом виде и распознать его.

Активную визирную линию в пространстве создают лазерные нивелиры. В комплект к этим приборам входят рейки с фотодиодами для определения центра лазерного пятна. Разрешающая способность при таком методе измерений зависит от расстояния между приемниками излучения на рейке и не может быть очень высокой.

Обычно лазерные нивелиры, задающие плоскость, обеспечивают среднюю квадратическую погрешность определения превышения на станции и более при расстоянии до реек менее . Лазерные нивелиры подходят более всего для выполнения геодезических работ в строительстве.

Первый цифровой нивелир Wild NA2000 с реализацией процесса отсчитывания в самом приборе, средняя квадратическая погрешность измерений которым равна на двойного хода, появился в начале 90-х годов.

Основные преимущества цифровых нивелиров:

— автоматизация измерений позволяет снизить утомляемость оператора, исключаются случайные ошибки отсчитывания по рейке. Автоматическое осреднение результатов измерений при дрожании воздуха в нижних слоях атмосферы повышает точность отсчитывания в данных условиях;

— прибор может работать полностью в автономном режиме. Он является незаменимым при непрерывном контроле деформаций и малых перемещений в вертикальном направлении;

— автоматическая регистрация измеряемых значений исключает возможность описок при регистрации данных в полевом журнале. С помощью интегрированных в прибор программ тотчас же рассчитываются и высвечиваются на табло превышения, исключается необходимость проводить расчеты в уме;

— подсветка нивелирной рейки позволяет выполнять работы не только в течение дня, но и в сумерках и ночью.

Цифровой нивелир может использоваться для измерений в динамическом режиме, например, для контроля прямолинейности направляющих по вертикали. Для этого достаточно рейку, установленную на каретке, перемещать с помощью канатной тяги по направляющим с небольшой скоростью, например, Vmax=2,4 мм/с, и каждые 10 секунд брать отсчет с помощью цифрового нивелира. При этом возможно отслеживать не только вертикальную, но и горизонтальную компоненту перемещений объекта с помощью простой системы призм (рис. 1), устанавливаемой перед объективом.

Рисунок 1 — Система призм для обеспечения измерений в горизонтальном направлении

Цифровые нивелиры NA 2000 / NA 2002 (Leica Geosystems AG), DiNi 22 (Trimble), DL-102C (Topcon), SDL30 (Sokkia) предназначены для нивелирования II — IV класса, топографических и картографических работ, для геодезических работ при строительстве транспортных магистралей, в туннелестроении и горном деле, могут использоваться при прокладке трубопроводов и каналов, для наблюдения за деформациями и для других измерений без участия человека. Возможности применения высокоточных цифровых нивелиров NA 3000 / NA 3003 (Leica Geosystems AG) и DiNi 12 / DiNi 12T (Trimble) шире. Это — нивелирование I и II классов; высокоточное нивелирование при контроле нагрузок, измерение осадок; контроль положения опор, фундаментов и осей.

Конструкция и принцип отсчитывания цифровых нивелиров

фирмы LEICA GEOSYSTEMS AG

На рис. 2 представлена схема нивелира NA 2002. С помощью ПЗС-приемника происходит считывание кода шкалы нивелирной рейки. Оптические элементы цифровых нивелиров NA 2002 / NA 3003 в основном заимствованы у обычных нивелиров, поэтому возможно визуальное отсчитывание по рейке. При измерениях в автоматическом режиме изображения штрихов кодовой шкалы рейки через светоделительный блок проецируются на чувствительную площадку ПЗС-приемника.

Светоделительный блок разделяет падающее излучение в спектральной области на инфракрасное и видимое. В то время как излучение, лежащее в инфракрасной области спектра, отражается от светоделительной грани в сторону приемника, видимая часть беспрепятственно пропускается светоделительным блоком и формирует изображение рейки в плоскости сетки нитей. Благодаря этому, с одной стороны, наблюдатель не ощущает потери мощности света, а с другой стороны, на чувствительную площадку ПЗС-приемника, имеющего большую чувствительность в инфракрасной области спектра, попадает излучение достаточной интенсивности.

ПЗС-приемник состоит из фоточувствительных элементов (пикселей), расстояние между которыми равно . Оптическая система нивелира имеет угол поля зрения равный , так что при минимальном расстоянии визирования, равном , на чувствительную площадку ПЗС-приемника проецируется участок рейки длиной , а при расстоянии — .

Рисунок 2 — Цифровой нивелир NA2002 (Leica Geosystems AG)

1 — штрих-кодовая нивелирная рейка; 2 — объектив; 3 — фокусирующий компонент;

4 — датчик положения фокусирующего компонента; 5 — блок компенсатора;

6 — блок контроля положения компенсатора; 7 – светоделительный блок; 8 — сетка нитей; 9 — окуляр; 10 — ПЗС-приемник; 11 — изображение кода нивелирной рейки

При перефокусировании зрительной трубы в диапазоне от до фокусирующий компонент перемещается на . Зная положение фокусирующего компонента, можно приблизительно вычислить расстояние до рейки.

Расстояние до рейки и положение фокусирующего компонента связаны выражением , где – постоянная оптической системы. Положение фокусирующего компонента регистрируется электронным датчиком положения. Во время измерений электронной системой отслеживается наклон прибора, или точнее, отклонение чувствительного элемента компенсатора. ПЗС-приемник преобразует изображение штрихов кода в аналоговый видеосигнал, видеосигнал усиливается и преобразуется в цифровой. В микропроцессор с 256 пикселей ПЗС-приемника поступает дискретный сигнал, имеющий 256 градаций яркости.

Перед началом измерений наблюдателем выполняется наведение зрительной трубы на рейку и фокусирование. После нажатия кнопки «пуск» на корпусе нивелира процесс измерения протекает в автоматическом режиме. Автоматически считываются показания с датчика положения фокусирующего компонента, определяется положение чувствительного элемента компенсатора, в зависимости от интенсивности сигнала определяется время интегрирования для достижения необходимого уровня насыщения отдельного пикселя ПЗС-приемника, выполняются грубая и точная оптимизации.

Функционирование цифрового нивелира базируется на принципе корреляции. При этом штриховой код, записанный в память прибора, сравнивается с формируемым с помощью ПЗС-приемника сигналом (рис. 3). При применении корреляции в цифровых нивелирах оптимизируются два параметра, а именно, высота и масштаб.

Рисунок 3 — Принцип отсчитывания по штрих-кодовой рейке у нивелиров фирмыLeica Geosystems AG

С одной стороны разность высот «прибор-рейка» представляется как смещение штрихов кода рейки, с другой стороны изменяется масштаб изображения штрихов кода как функция расстояния «прибор-рейка». Следовательно, двухмерная корреляционная функция в цифровых нивелирах описывается формулой

где — функция корреляции между сигналами и ;

— сигнал, полученный с выхода ПЗС-приемника;

— опорный сигнал, записанный в памяти микроЭВМ прибора.

На рис. 4 показано типичное протекание процесса корреляции внутри измеряемой области. Там, где сигнал, полученный с выхода ПЗС-приемника, в большей степени совпадает с опорным сигналом, можно распознать ярко выраженный пик в функции корреляции. Из координат максимума определяются расстояние и высота .

Читайте также:  Штукатурка для ячеистого бетона Церезит СТ 24 — правила применения

Рисунок 4 – Функция корреляции

Для того чтобы найти положение максимума функции корреляции, необходимо осуществить поиск во всей области возможных значений расстояний ( ) и измеряемых высот ( ). Для исчерпывающего поиска во всей области возможных значений необходимо рассчитать около коэффициентов корреляции, а формула (1) также должна быть применена раз. Вычислительные операции удалось сократить благодаря тому, что при грубой и при точной оптимизации используются различные методы расчетов.

В процессе грубой оптимизации происходит поиск приблизительных координат максимального значения корреляционной функции в ограниченной области значений расстояний и высот (рис. 5). Область поиска определяется в зависимости от положения фокусирующего компонента. Благодаря такому подходу число вычислений, проводимых в процессе поиска координат максимума, уменьшается на 80%.

Рисунок 5 – Область поиска максимального значения корреляционной функции в нивелирах фирмы Leica Geosystems AG

Сигнал с пикселя ПЗС-приемника, интенсивность которого превышает пороговый уровень, получает при аналого-цифровом преобразовании значение « », в противном случае — значение « ». С помощью микропроцессора цифрового нивелира выполняется корреляция, математически описываемая следующим выражением:

где — функция корреляции; — сигнал, полученный с ПЗС-приемника;

— опорный сигнал, записанный в памяти микроЭВМ прибора; — знак логической операции ( — сложение по модулю 2 или исключающее « или»; — эквивалентность).

Пример реализации логической операции:

Р =0011100011.. .00011100100100100

Q =1100110010. ..00100100100111100

g PQ (d,h) =0000101110… 110001111111001.11

Коэффициент корреляции рассчитывается в каждой узловой точке растра «расстояние-высота». В месте совпадения опорного сигнала с измеренным сигналом появляется пик корреляции, который отчетливо выделяется из шума, создаваемого другими коэффициентами корреляции.

С помощью точной оптимизации уже с высокой точностью определяются смещение изображения кода рейки по отношению к ПЗС-приемнику цифрового нивелира и масштаб кода рейки. В области поиска, заданной для точной оптимизации (рис. 5), сигнал, полученный с ПЗС-приемника, коррелируется с опорным сигналом с использованием более точной информации об уровне облученности элементов ПЗС-приемника. Используются все 256 градаций яркости. Так как измеренный и опорный сигналы имеют различные амплитуды, то функцию корреляции (1) нормируют.

Благодаря нормированию коэффициент корреляции находится всегда внутри интервала . Это позволяет в конце оптимизации дать оценку полученным результатам измерений. Нивелир NA3003 отличается от NA2002 тем, что у первого область поиска имеет решетку на 40% гуще.

После оптимизации анализируются и учитываются различия в интенсивности падающего на отдельные элементы ПЗС-приемника излучения. Ошибочные участки штрихового кода, которые появились по причине помех на пути между нивелиром и рейкой, загородивших часть штрихов кода, распознаются в процессе вычислений и далее в процессе корреляции не участвуют. Не играет роли и то, в каком месте изображения кода находится помеха. При нивелировании частичное перекрытие штрихов кода другими объектами не должно превышать 20% от размера изображаемой в поле зрения области. В процессе обработки учитывается трапециидальная форма чувствительности отдельных элементов (пикселей) приемника к интенсивности падающего излучения (рис. 6).

Рисунок 6 – Свертка изображения штрихов кода с функцией

чувствительности элементов приемника

Опорный сигнал представляет собой свертку изображения штрихов кода с хранящейся в памяти прибора функцией чувствительности элементов ПЗС-приемника . Математически опорный сигнал определяется с помощью выражения:

где — опорное значение для пикселя ; — функция чувствительности в пикселях ; — код; — высота; — относительное положение кода и приемника; — расстояние.

На нивелирной рейке наносится бинарный код, состоящий их белых (желтых) и черных полос (штрихов). Рейка длиной имеет код, состоящий из штрихов. Отсюда можно сделать вывод, что ширина основного штриха вычисляется как .

Инструментальная точность нивелира зависит от точности определения положения и масштаба штрихов кода в изображении, от точности нанесения штрихов кода, от качества формирования изображения оптической системой, от точности установки чувствительного элемента компенсатора, от стабильности горизонтального положения визирной оси при наклоне вертикальной оси нивелира, от шумов квантования и дискретизации в электронном тракте прибора. Эти внутренние факторы, определяющие точность, учитывались при конструировании нивелира и разработке концепции обработки изображения. В высокоточном нивелире NA3003 вносится поправка за влияние остаточного наклона визирной оси, определяемого из разности плеч при измерениях по задней и передней рейкам.

Влияние ориентирования прибора и фокусирования зрительной трубы на резкое изображение штрихов кода на точность результатов измерения цифровым нивелиром минимальны. Однако хорошая фокусировка сокращает время измерений, так как положение фокусирующей линзы определяет область поиска максимума корреляционной функции. При цифровом нивелировании атмосферная турбулентность сильно уменьшает контраст в изображении в результате мерцания (мигания) и искажает местоположение рейки. Вибрации компенсатора при измерениях вблизи транспортных магистралей по своему влиянию на процесс корреляции идентичны дрожанию атмосферы.

При высокоточном нивелировании необходимо учитывать такие факторы как ветер, движение автомобилей и другие, которые вызывают дрожание компенсатора и таким образом влияют на стабильность положения визирной оси. По программе «Повторные измерения» выполняются несколько измерений подряд. Их число и полученная средняя квадратическая погрешность указываются на табло. Повторные измерения позволяют минимизировать вышеназванные влияния и оценить качество измерений.

Освещение нивелирной рейки играет важную роль. В зависимости от степени освещенности (солнце, облачность, сумерки) изменяется время накопления заряда ПЗС-приемником. Оно меняется от 4 мсек. при большой освещенности до 2 сек. при малой. Измерительной системой учитывается неоднородность освещения. Если измерения выполняются при искусственном освещении, требуется, чтобы спектральное распределение излучения источника совпадало с солнечным. Фирмой Leica Geosystems AG предлагается для освещения рейки источник GEB89, который можно использовать для работы на расстояниях, не превышающих 40 м.

Термооптические аберрации, возникающие при изменении температуры, приводят в оптико-механической конструкции к изменению положения визирной оси прибора. Датчик температуры сообщает микропроцессору актуальную в настоящий момент температуру и в измеренное значение высоты вносится поправка с учетом данных, сохраненных в памяти прибора по результатам его исследований.

Повышение точности нивелира NA3003 по сравнению с NA2002 достигается благодаря следующим усовершенствованиям:

— использованию высокоточного компенсатора;

— меньшим технологическим допускам;

— проведению процесса корреляции с учетом уточненных расстояний между чувствительными элементами ПЗС-приемника;

— автоматической коррекции изменения положения визирной оси вследствие изменения температуры.

Устройство и принцип работы нивелира

нивелир

Нивелир представляет собой геодезический прибор, предназначенный для выявления разности высот между несколькими точками, то есть определения «превышения» относительно условного уровня. Сразу стоит ответить на вопрос «чем отличается нивелир от теодолита» (он возникает у многих новичков). Ответ кроется в назначении этих приборов: нивелир используется для определения разности высот, теодолит – для измерения горизонтальных и вертикальных углов. То есть первый имеет только горизонтальную шкалу, второй – и горизонтальную, и вертикальную.

Нивелир имеет обширную сферу применения: он используется в строительных работах, при корректировании полов и фундаментов, прокладывании дренажной системы, монтаже каркасных конструкций, при разметке земельных участков, для ремонтных работ внутри помещений и т.д.

Виды нивелиров

В зависимости от принципа работы, различают три основных типа нивелиров:

– оптические. Отсчет выполняется пользователем.

– цифровые. Отсчет берется и регистрируется автоматически.

– лазерные. Основаны на принципе вращения лазерного луча.

нивелирнивелир

Наиболее простым является устройство нивелира оптического типа, его основные элементы – цилиндрический уровень и зрительная труба с визирной осью. Труба вращается вокруг своей оси и настраивается оператором в зависимости от места расположения наблюдаемого объекта. Принцип работы нивелира следующий: определение расстояния осуществляется при помощи нитяного дальномера (включает в себя три нити, две из которых расположены симметрично той, которая находится посередине) и рейки (на нее нанесены сантиметровые деления) – для снятия показаний необходимо подсчитать количество делений между дальномерными линиями. Так как риск ошибиться при подсчете сравнительно высок, очень важно проконтролировать, чтобы установка нивелира была выполнена правильно: прибор следует установить на штатив и закрепить становым винтом так, чтобы подъемные винты имели плавный ход.

Деления на рейках могут быть нанесены черной, белой и красной краской. Односторонние рейки имеют белые и черные цвета, двусторонние окрашиваются в черные и белые цвета с одной стороны, в белые и красные с другой. Расстояние между делениями – 10 мм. Как правило, для удобства подсчета каждые пять делений объединяются в группы, образуя букву Е. Установка нивелира должна быть выполнена таким образом, чтобы пузырек уровня находился в одном положении даже при повороте трубы в разные стороны.

Цифровые (электронные) нивелиры имеют примерно такое же строение и принцип работы, что и оптические, их главное отличие заключается в том, что процесс снятия отсчета по рейке со штрихкодом происходит автоматически. Показатели считываются процессором и выводятся на экран. Автоматические расчеты позволяют добиться более высокой точности измерений и полностью исключают ошибки оператора. Управление прибором осуществляется посредством клавиатуры.

Лазерные нивелиры имеют несколько иной принцип работы и другое внутреннее устройство. Определение отклонений в данном случае осуществляется посредством лазерного луча, который проецируется на поверхность. Выравнивание луча происходит автоматически. На данный момент этот прибор позволяет достигать самых точных результатов.

Как работает лазерный нивелир

Проецирование идеально ровного луча осуществляется за счет встроенного в корпус маятника. Принцип выравнивания здесь довольно прост, такая технология использовалась еще в давних временах: под маятником располагаются несколько природных или электрических магнитов, которые, образуя вокруг себя магнитное поле, удерживают маятник от раскачивания. Происходит это потому, что магнитное поле способствует возникновению в металлическом маятнике электрического поля – в последствии оно преобразуется в тепловую энергию, которая и служит «тормозом» всей системы и не позволяет ей раскачиваться.

Говоря о том, как работает лазерный нивелир, следует упомянуть еще одну важнейшую часть этого прибора – оптическую систему. Основными ее элементами являются три диода, каждый из которых образует луч – вертикальный, горизонтальный или диагональный. Диоды состоят из тонких полупроводников с зеркальной внутренней поверхностью – при прохождении через них электрического тока образуются световые частицы (фотоны). Отражаясь от стенок полупроводников, фотоны умножаются и мощным световым потоком выходят через прозрачную область проводника. Далее, проходя через систему линз, они фокусируются в луче, который и проецируется на поверхность.

Как пользоваться нивелиром: устройство, его виды и инструкция

Одним из основных инструментов строителей, топографов и работников дорожных хозяйств является нивелир. Вместе с рейкой красно-бело-черной раскраски они составляют универсальный комплект. В данной статье мы рассмотрим вопрос, как пользоваться нивелиром.

Устройство нивелира и область применения

Роль нивелира – получение данных об уровнях точек и нанесение уровней. Это обеспечивается получением ровной линии, связывающей наблюдателя и цель. Определение уклона дает понять, как ровно располагается объект.

Устройство нивелира (как пользоваться нивелиром)

Производится это в основном с помощью пузырька воздуха и визуального наблюдения. Устройство прибора представляет собой конструкцию для замера высот оптическ им способом — для прямого просмотра или создания меток.

Основной блок состоит из трубы с линзами, лимбами и винтами для фокусировки. Блок устанавливается на компенсатор (элемент, вбирающий в себя мелкие колебания).

Применяется он для геодезических операций в строительстве (архитектура, дорожное хозяйство), ремонте и работах с ландшафтом. Суть его работы: получение сведений о разностях высот исследуемых точек. Эта информация используется для создания требуемых форм, поверхностей и конструкций . Так, для строительства дорог важно создание определенной величины уклона .

Примеры таких работ:

  • монтаж столбов, создание фундаментов ;
  • выравнивание длинномерных участков и значительных площадей;
  • оценка величины проседания мостов и иных сооружений;
  • работы внутри зданий – укладка плитки, заливка полов и т.д.

Виды нивелиров

Приборы подразделяются по 2 основным характеристикам: точность работы и конструктивное устройство.

По точности бывают устройства технического, точного и особо точного класса. Технические дают погрешность около 1 см на дальности 1 км — достаточную для бытовых работ. Более точные способны обеспечить до 0,2 мм/км.

Конструкций нивелира много:

  • гидростатические (с жидкостью внутри);
  • тригонометрические (теодолиты );
  • оптико-механические (классические – с рейками);
  • лазерные (наиболее точные);
  • цифровые (способны к анализу и сохранению данных).

Также применяются эхолот, барометр, локаторы и прочие приборы. Нивелир остается лучшим с точки зрения сочетания практичности и точности.

Оптический оптико — механический

Конструкция типа применяется чаще всего. Основные узлы: оптико-механический блок, опорная подставка и выносная планка.

Оптический оптико - механический

Оптический оптико — механический

Блок представляет собой оптическую трубку, оснащенную системой линз. Они вращаются в пространстве и позволяют получить увеличение до 20 раз. Резкость наводится маховиком. Дополняют трубку коллиматор, зеркальца, винты юстировки, уровень и лимбы. Вид, получаемый через объектив и линзы, проходит через визирную сетку.

Опорой для трубки является трехножная конструкция, регулируемая под фактические неровности грунта или поверхности.

Рейка представляет собой деревянную или пластиковую планку, на которую нанесена система отметок. Планку относит от трубки помощник, а геодезист ориентируется на нее.

Настройка нивелира (фиксирование вида и его выравнивание, правка положения трубки ) выполняется винтами в 3 плоскостях. Выдаваемые показания – в мм/км.

Лазерный

Конструкция строится вокруг светодиодного излучателя. Его свет создает проекцию на рассматриваемой плоскости – вертикальную или горизонтальную. Различают ротационные и линейные модели. Они способны проецировать световое излучение до 100 и более метров.

Лазерный нивелир

Лазерный нивелир

В первой свет проходит ряд линз. Он сводится в прямую при вращении его источника вокруг своей вертикальной оси.

Во втором свет проходит сквозь призмы, создающие пару перпендикулярных лучей. Это производится рассеиванием луча на угол до 120 градусов.

Светогенерирующ ий блок может монтир овать ся на штативе , его положение в горизонтали контролируется уровнем. Возможно наличие компенсаторов, точность настраивается винтами подстройки. Потребление энергии для излучения закрывается аккумулятором.

Цифровой

Конструкция представляет собой электронное устройство считывающего типа. В едином корпусе размещается оптическая и анализирующая часть. Результат основывается на виде контрольной рейки. Метки на ней могут отличаться от обозначений на оптическом аналоге.

Цифровой нивелир

Цифровой нивелир

Работа с нивелиром цифров ым заключается в ее установке, нацеливании на рейку и нажатии кнопок. Блок управления прост – порядка 5-7 кнопок и экран для обмена данными с устройством. Спустя 3-5 секунд прибор выдаст показания.

Результаты могут сводиться в журнал, сохраняемый на карту памяти. По кабелю данные скачиваются на персональный компьютер. Питание электроники производится от батареек или небольшого аккумулятора.

Как работать с оптическим нивелиром

Порядок работы с конкретным устройством точно и просто описывается в комплектной инструкции. Суть работы не представляет особой сложности.

  1. У становка штатива. Главная задача – выдерживание строгой горизонтали. Штатив раздвигается на удобную ширину и высоту, ползунки фиксируются. При необходимости ножки вводятся в грунт.
  1. Установка нивелира. Блок крепится на штатив посредством пазов и крепящего винта.
  1. Настройка нивелира. Винты вращаются, блок поднимается в той или иной плоскости для получения выверенного по уровню положения. Регулируется резкость изображения.
  1. На требуемую точку (дальность) выносится контрольная рейка. Ее важно удерживать на одном месте без движения.
  1. Считываются первые данные – по горизонтальной полосе нитей при отличной видимости шашек. Информация фиксируется. Считываются следующие данные – по второй точке. При сверке этих сведений становится понятно, какая из точек находится выше.

Важно держать максимальную четкость изображения, потому как погрешность в этом случае будет минимальной.

Как пользоваться лазерным нивелиром

Принцип работы не сильно отличается от действий с оптическим вариантом. Главное отличие – проверка уровня зарядки. Питается нивелир от встроенных сменных источников питания. Оптимален вариант с выносным зарядным устройством: зарядку можно производить одновременно с работой.

  1. Устройство располагается на опорной поверхности (хоть на штативе, хоть на пачке плитки). Следует устранить препятствия для лазерного луча для эффективной его работы.
  1. Выравнивание по уровню (может иметься в корпусе нивелира). Способ — подкладывание тонких пластин или юстировка винтами.
  1. Включение лазера – выполнять желательно в защитных очках. Образуется перекрестье красных полос. Эти полосы и являются целевыми ориентирами для выполнения работ.
Читайте также:  Строим фундамент зимой и осенью

Технический момент: важно следовать требованиям по дальности до объекта. При слишком удаленном объекте для замеров точность лазерного нивелира снижается.

Как пользоваться цифровым нивелиром

Нивелир цифрового типа имеет отличия от остальных конструкций только в отношении управления.

Как пользоваться нивелиром

Как пользоваться цифровым нивелиром

Устройство имеет полноценную панель управления, карту памяти и ряд функций. В остальном он очень похож на обычный нивелир:

  • подготовить прибор к работе: ослабить крепление и отрегулировать положение ножек штатива;
  • установка прибора так надежно, как только возможно: при работе на грунте – вдавить посильнее, на твердой поверхности – закрепить без возможности сдвига;
  • поверхность штатива под сам прибор следует разместить как можно ровнее ;
  • прибор размещается на штативе, его выравнивают по горизонтали – для этого существует пузырьковый уровень;
  • выполняется фокусировка оптической системы – перед прибором располагается белый лист бумаги или комплектная рейка, после чего установленное программное оснащение по команде или автоматически произведет самонастройку;
  • для замеров следует разместить перед объективом рейку и нажать на соответствующую кнопку панели управления.

Все возможности аппарата прописаны в сопроводительной документации. Рекомендуется следовать изложенному, а после длительной перевозки или хранения – выполнять перенастройку. Обращение с ним требуется бережное.

Как правильно выставить нивелир

Выставление нивелира является базовой процедурой приведения его в действие. Ее в ажность – в минимизации погрешностей при замерах и создании устойчивого положения. При небольшом сдвиге при работе придется тратить время на повторную установку прибора и переделывание замеров. При падении есть риск повреждения прибора.

Чаще всего нивелиры применяются на строительных площадках – на рыхлых и песчаных грунтах. Установка в почву заключается в плотном вжатии заостренных концов ножек штатива. Для максимального закрепления допускается прижать ножки досками и камнями , после чего можно работать .

Поверхность твердая или скользкая требует применения деревянного или металлического основания. Ножки крепятся к пластине — сама их форма у большинства моделей рассчитана для этого. Пластину после установки агрегата на требуемое место оптимально прижать небольшим тяжелым предметом.

Как правильно выставить нивелир

Как правильно выставить нивелир

Визирную ось важно строго выдержать в горизонтальной плоскости – это обеспечит минимум погрешностей. Регулирование штатными винтами или иными юстировочными приспособлениями имеет ограниченный интервал.

Как пользоваться нивелиром и рейкой

Нивелир – только часть комплекта для замеров уровня. Дополняет его специальная рейка – из дерева, алюминиевого сплава или пластика. Выглядит так, что ошибиться невозможно: шест прямоугольного сечения с нанесенными отметками, буквами и цифрами красного и черного цветов.

Этот инструмент предназначается для работы в качестве «линейки». После установки на обследуемую точку определенные его уровни высоты служат для обеспечения точности промера. Из этого соображения и нанесены отметки: сегменты размером 10 см, разбитые на участки белого и черного цветов по 1 см каждый. С обратной стороны имеются деления в 1 мм – для увеличения точности. Закрепление высоты производится бегунком – элементом, перемещающимся по рейке.

Как пользоваться нивелиром при строительстве фундамента

Применение прибора для создания выверенного основания здания заключается в обеспечении горизонтального положения будущего основания. При строительстве на склонах или просто неровном грунте ошибка в уровне имеет цену сползания всего здания или растрескивания стен.

П равильный п орядок работы такой:

  • установка нивелира;
  • оценка линии горизонта и проставление необходимых реперных отметок – например, на специально устанавливаемых столбиках (при этом явно будет видно «проседание» общего уровня в определенных участках);
  • проверка меток с другого ракурса (при необходимости).

Дальнейшая работа заключается в получении одинаковой глубины от проставленных отметок по всему периметру фундамента.

Как пользоваться нивелиром при строительстве

Широко этот инструмент применяется для возведения сооружений и их внутренней отделки. Как правильно пользоваться механизмом, возникает вопрос только у начинающих работников – геодезисты разбираются в работе любых моделей.

Так, на стройке нивелир необходим при строительстве стен и крыши зданий, прокладке коммуникаций и обустройстве мостовых и прочих инженерных сооружений. Фундаменты на песчаных или глинистых почвах, отдельно стоящие здания (составляющие часть архитектурного ансамбля) важно изначально строить в горизонтали. Тут применяются классические модели с рейками.

Как пользоваться нивелиром при строительстве

Как пользоваться нивелиром при строительстве

Для внутренней отделки задействование инструмента полезно для укладки плитки, монтажа сайдинга и других поверхностей. Навешивание дверей и радиаторов быстро и надежно выполняется с нивелиром, при этом работоспособность получается максимальная. Здесь оптимально задействование моделей с лазерны м принципом работы .

Нивелир оптический — как он устроен, как выбрать оптический нивелир и работать с ним.

Работа с оптическим нивелиром – взгляд в прошлое этого прибора

Само слово «нивелир» произошло от французского «niveler» и означает не что иное, как «выравнивать». В современной жизни оптико-механическим прибором пользуются для геодезических работ наравне с оптическим теодолитом. Без данного устройства не выполнить многие строительные задачи. Он помогает выровнять площадку для возведения зданий и сооружений. Также это хороший помощник для многих земельных работ. С его помощью определяется разность высот между несколькими отметками на местности. Оснащен прибор не только зрительной трубой, но и цилиндрическим уровнем (часто вместо него может быть установлен компенсатор). Благодаря уровню, можно привести главную ось в основное горизонтальное положение.

Впервые в нашей стране данные приборы появились в XIX веке. Русским ученым и, к тому же, геодезистом было продумано все до мелочей, приборы отличались хорошей точностью. До этого существовало нечто подобное в европейских странах, но те приспособления были без оптической трубы, затем Иоганном Кеплером были сделаны дополнения, и облик самого нивелира был изменен. Но все равно первые нивелиры зарубежных производителей в работе были не совершенны. Цель первых приборов девятнадцатого столетия – создать высотную основу. Потом со временем многие инженеры разных стран вносили изменения, и нивелир с годами становился удобным и простым в работе.



Устройство оптического нивелира и особенности поколений приборов

Сегодня есть разные приборы-нивелиры. Все они имеют свои достоинства и недостатки. Выбирая, надо учитывать стоимость, комплектацию, эксплуатационный срок. Выделяют оптические, цифровые и лазерные инструменты. Наибольшую популярность на сегодняшний день получил оптический нивелир. Их также имеется несколько видов. Основное различие – в главных частях: в зрительной трубе, уровне, а также в подставке. Обычно уровень крепится вместе с трубой, которая в свою очередь находится на подставке, которая может быть складной или наоборот – жестко приделанной.

Читайте также: Основные элементы конструкции спирального сверла по металлу Влияние геометрии сверлильного металлорежущего инструмента на процесс сверления

Самыми удобными считаются приборы, где есть самоустанавливающаяся линия визирования. Это одни из самых современных нивелиров, которые оснащены компенсатором с автоматическим устройством, что позволяет точно установить горизонтальную ось во время работы.

Устройство нивелира оптического старого образца включало зрительную трубу, на ней был расположен цилиндрический уровень. Установке нужного положения зрительной системы помогали элевационные винты. Также имелся круглый уровень, микрометренные и закрепительные винты, что создавали вращения, подставка и три подъемных винта. Современный же нивелир имеет более сложную конструкцию и большее количество деталей, и каждая деталь на приборе имеет свое предназначение и принцип действия, поэтому работа с оптическим нивелиром иногда непонятна при первом беглом знакомстве.

Одно из важных устройств прибора – зрительная труба. Работает по принципу свободных вращений по горизонтальной плоскости. Ее главная функция – наводить всю систему на объекты съемки. К самому чувствительному устройству на приборе относится цилиндрический уровень. Его предназначение – определять точность при ориентировании нивелиров на отвесе. В этом деле хорошим помощником будет пузырек, который находится в «ноль-пункте». С его помощью всегда можно точно определить горизонтальную ось.

Имеющаяся подставка и три винта под ней необходимы для того, чтобы регулировать высоту расположения. Называется подставка трегером. Есть и такая деталь, цель которой отвечать за однозначное ориентирование. Это все относится к элевационному винту. С его помощью определяется параметр. Для этого визирная линия у прибора приводится в горизонтальное положение. Основное преимущество современных оптических нивелиров – они оснащены компенсатором. Его задача – поддерживать инструмент во время работы в горизонтальном положении. Благодаря чему погрешности исключаются, даже если прибор будет наклонен.

Принцип работы во время съемок

Чтобы не допускать ошибок и понимать принцип работы устройства, нужно знать, как он устроен изнутри и какие существуют его виды. Самые распространенные оптические приборы обладают различной степенью точности измерения. Обычно они состоят из зрительной трубы со специальным цилиндрическим уровнем, с помощью которого можно контролировать горизонт оптической оси.

Сквозь оптическую призматическую систему изображение проецируется в оптику трубы, а затем постоянно контролируется. Для того чтобы правильно его настроить для выполнения измерительных работ, нужно внимательно прочесть инструкцию. Благодаря специальным винтовым механизмам (азимутальным, подставочным и элевационным) можно обеспечить максимальную точность выставленного горизонта. Устройство ставят на специальную треногу с осью вращения.

Чтобы результаты измерений были более точными, а погрешности в определении расстояния между разными точками были сведены к минимуму, следует использовать нивелиры цифрового типа. Но для них нужно иметь рейки со специальными штрих-кодами, благодаря которым обеспечивается автоматическая регистрация данных с помощью микропроцессоров.

Принцип работы данного нивелира можно увидеть в интернете в специальных роликах. Если подобные рейки отсутствуют, то данные виды нивелиров применятся по аналогии с обычными оптическими.

Но помните, что перед применением даже самого простого оптического нивелира, его следует подвергнуть таким проверкам:

  • уровня при трубе;
  • уровня круглого;
  • горизонтальности сетей ниток.

Помимо этого, по уровню могут проверять и вертикаль сети ниток разметки устройства с уровнем при трубе.

Немаловажными показателями выступают еще цена деления уровня при трубе, а также ее краткость. Это позволяет определить пригодность.

Сами работы могут выполняться с применением оптических, а также водяных или лазерных уровней.

Как выбрать оптический нивелир – определяемся с классами инструмента

Определяясь с задачей, как выбрать нивелир, надо учитывать, какая требуется точность измерений. А зависеть это будет от уровня проводимой геодезической работы. В нашей стране нивелиры подразделяются на несколько классов. Если требуется главная высотная основа, то тогда это 1 и 2 классы приборов. Если необходимо выполнить работы с наивысшей точностью, нужны приборы 1 класса. Высокий результат можно получить только с самым современным геодезическим прибором. Именно они позволяют воспользоваться соответствующими методами измерений.

Новейшие технологии, которые используются при создании приборов 1 класса, помогают не только избегать стандартных и наиболее частых ошибок, но и небольших погрешностей во время работы. Это все относится к высокоточному оптическому нивелиру. Данный прибор оснащен плоскопараллельной пластинкой, а это его основной составной элемент. Также имеется компенсатор или похожая деталь, которая является контактным уровнем. Часто это пузырек, который всегда можно различить во вращающейся зрительной трубе. Все это приборы вида Н-05, NI-002 и NI-004.

Нивелиры класса 2 тоже выполняют качественные работы. Они также относятся к высокоточным оптическим нивелирам и имеют плоскопараллельные пластины. Оснащены приборы и компенсаторами (Т-контактным уровнем). Чаще их используют там, где нужен необходимый уровень точности. Это такие приборы, как Н1, Н-05, NI-002, NI-004 и NI-007. Приборы класса 3 – тоже оптические, только со встроенным компенсатором. Приборы класса 4 – бывают либо только с уровнем, либо только с компенсатором. Их обычно используют там, где точность не особа важна, нужно лишь примерно расставить черные и красные отметки.

Нивелиры предлагаются на сегодняшний день от многих производителей. В основном, это хорошие и качественные приборы для многих строительных работ. Они легко и быстро устанавливаются на штатив. Имеющийся крупный визир позволит повысить качество работы. Нивелиры оснащены лучшей оптикой, имеется и горизонтальный лимб, который нужен для угловых измерений. Бесконечные винты помогут навести прибор наиболее точно, а встроенный компенсатор обеспечивает наивысшую точность самого измерения.

Как работать с оптическим нивелиром – пошаговая схема

Шаг 1: Подготовка прибора

В первую очередь нивелир надо привести в рабочее состояние. Для этого используют контактный и цилиндрический уровни. Далее наводится зрительная труба на линию черной отметки, она находится на задней стороне рейки. Приводим пузырек в «ноль-пункт» уровня (это можно сделать, используя подъемные и элевационные винты). Только потом при помощи дальномерных или средних штрихов можно снять отсчет. Далее можно произвести съемку.

Шаг 2: Съемка

Для этого наводится зрительная труба на линию черной отметки (передняя черная сторона рейки), а также на красную отметку (передняя красная сторона рейки). Заканчивать надо по черным отметкам задней части на рейке. Все наблюдения фиксируются в журнале. Лучшим вариантом будет, если имеется специальное запоминающее устройство регистратора. Если в конце работы замечена разница в 5 мм, всю работу нужно повторить. Идеально, если изменить высоту прибора хотя бы сантиметра на 3. Когда работы идут к концу, необходимо выполнить расчет невязки. Она выполняется по линии, находящейся между исходными реперами. Значение не может быть более 20 мм. И опять же, главное правило инструкции, как работать с оптическим нивелиром, гласит, что все результаты должны отмечаться в журнале.

  • Автор: Менеджер Андрей
  • Распечатать

(0 голосов, среднее: 0 из 5)
Поделитесь с друзьями!

Определение превышения точек

Как устанавливать инструмент мы разобрались, теперь рассмотрим, как определять с помощью нивелира разность высот двух и более точек. Для этого нам понадобится рейка и помощник, который будет рейку держать и переносить туда, куда нужно.

Читать также: Удельный вес листа стального

Выбираем первую точку измерения (обозначим ее «а»), на которую помощник ставит рейку по возможности вертикально. Вертикальность можно корректировать по вертикальной риске визирной сетки, подавая соответствующие сигналы помощнику.

Наводим прибор на рейку, сначала приблизительно, пользуясь «прицелом» сверху трубы. Смотрим в окуляр и, вращая маховик, добиваемся четкой видимости рейки.

Снимаем показания. Для этого смотрим, между какими значениями рейки оказалась горизонтальная линия визирной сетки, добавляем к нижнему значению количество сантиметровых делений между линией значения и линией визира прибора (или, если это удобнее, вычитаем из верхнего значения).

К примеру, риска легла чуть больше чем на три деления выше цифры 15. Нужно записать в блокноте значение 153, округляя до сантиметра в большую или меньшую сторону.

Даем команду помощнику перенести рейку на следующую точку («б») и снова выполняем замеры. Допустим, на рейке мы увидели значение «18» а наша риска чуть-чуть не добралась до «буквы Е», которая соответствует пяти делениям (сантиметрам). Значение высоты будет равно 185. Записываем его.

Поскольку горизонт нивелира неподвижен, а двигается рейка, то чем она ниже, тем больше значение мы увидим в объективе. Вычитаем: 185-153=32 Точка «б» ниже точки «а» на 32 сантиметра.

Ссылка на основную публикацию