Politechnika Gdańska
Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
Katedra Geodezji
SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM
TEMAT: BUDOWA NIWELATORA, REKTYFIKACJA I SYSTEMY ODCZYTOWE.
Jerzy Kunda
WILiŚ, sem IV
gr. II,
1. Budowa niwelatora.
Wyróżniamy dwa typy niwelatorów:
ü Libelowe – oś celową ustawiamy w poziomie za pomocą libeli niwelacyjnej, w której to pęcherzyk doprowadzamy do położenia środkowego za pomocą śruby elewacyjnej,
ü Samopoziomujące - oś celowa ustawia się w poziomie automatycznie. Jest to realizowane za pomocą urządzenia zwanego kompensatorem.
Budowę instrumentu przedstawiam na przykładzie niwelatora samopoziomującego Ni 025
1 2
3
4 10
5
6
9
7
8
Rys.: Budowa niwelatora samopoziomującego Ni 025.
Cały korpus instrumentu spoczywa na spodarce (5), z którą połączone są 3 śruby poziomujące (6), służące do poziomowania instrumentu. Aby określić czy instrument jest spoziomowany, należy sprawdzić położenie pęcherzyka libeli okrągłej (2), którą możemy także obserwować za pomocą lusterka (1). W niwelatorze samopoziomującym Ni 025 wyróżniamy także obiektyw (7) i okular lunety (3). Obserwator spoglądając do okularu lunety widzi siatkę celowniczą w kształcie krzyża kresek. Aby można było dokonać precyzyjnego odczytu z łaty, należy doprowadzić do odpowiedniej ostrości siatki celowniczej. Wykonujemy to za pomocą okularu lunety (7). Również niezbędną czynnością przed wykonaniem pomiaru jest ustawienie ostrości obrazu łaty niwelacyjnej za pomocą śruby ogniskującej (8). Za pomocą niwelatora samopoziomującego można także dokonywać odczytu wartości kierunku poziomego Hz (np. przy wykonywaniu pomiaru niwelacji punktów rozproszonych). Wykonujemy to za pomocą lunetki systemu odczytowego (10). Patrząc do tej lunetki należy przed odczytem nastawić właściwą dla oka obserwatora ostrość obrazu systemu odczytowego za pomocą okularu (4) lunetki systemu odczytowego. Do precyzyjnego wycelowania lunety niwelatora na łatę służy leniwka pozioma (9).
2. Odczyt z łaty niwelacyjnej
Po wycelowaniu lunety niwelatora na łatę (zakładamy, że łata ustawiona jest w pionie) uzyskujemy obraz w polu widzenia lunety jak na rysunku poniżej. Właściwy odczyt wykonujemy za pomocą środkowej kreski poziomej krzyża kresek.
Rys:. Odczyt z łaty niwelacyjnej.
Dokonując odczytu z łaty należy zawsze mieć na uwadze, że odczyt powinien składać się z 4 cyfr. Pierwsza cyfra oznacza zawsze wartości metrów, druga cyfra definiuje decymetry, trzecia cyfra oznacza centymetry a czwarta (szacowana przez obserwatora) określa wartości milimetrów. Niezależnie od tego, czy wartości metrów (pierwsza cyfra), czy milimetrów (ostatnia cyfra) wynoszą zero, zawsze odczyt powinien składać się z 4 cyfr. Odczyt taki pozwala nam na określenie wysokości osi celowej względem punktu, na którym znajduje się łata niwelacyjna. Łaty niwelacyjna są zazwyczaj 4 metrowe. Są na nich obok uchwytów zamocowane libele okrągłe, za pomocą których ustawiamy łaty w pionie. System odczytowy na łatach jest wyróżniony kolorami, na przemian czarny i czerwony. Zmiana każdego koloru następuje co 1 metr. Na tle każdego koloru znajduje się także opis złożony z 2 cyfr. Pierwsza oznacza wartości metrów a druga decymetrów od tzw. stopki łaty. Co 5 centymetrów na łacie znajduje się symbol dużej litery E (lub jej lustrzane odbicie) a najmniejszą jednostką podziału (na przemian biało-czarna lub biało-czerwona) jest 1 centymetr. Odczyt z łaty polega na określeniu położenia środkowej poziomej kreski krzyża siatki. Przykładowy odczyt z łaty na rys. 2 wynosi: 1362. Wynika on z tego, że środkowa pozioma kreska siatki celowniczej znajduje się na czerwonym tle łaty, opisanej między dwoma cyframi 13 a 14. Tak więc położenie osi celowej niwelatora znajduje się między 1 metrem i 3 decymetrem a 1 metrem i 4 decymetrem. Odczyt pierwszych dwóch cyfr wynosi więc 13. Kolejną trzecią cyfrę należy określić licząc ile pełnych centymetrów (czyli pełnych najmniejszych jednostek podziału łaty) znajduje się od wartości 13 do środkowej poziomej kreski siatki celowniczej. Ponieważ środkowa pozioma kreska siatki celowniczej znajduje się pomiędzy 6 a 7 centymetrem (względem wartości 13), tak więc dopisujemy do odczytu 13 wartość 6 centymetrów otrzymując 136. Pozostało nam jedynie oszacowanie wartości milimetrów wyznaczanych środkową poziomą kreską siatki celowniczej między 6 a 7 centymetrem. Autor szacuje tą wartość na 2 mm, którą dopisujemy do naszego odczytu uzyskując pełny odczyt z łaty, czyli 1362.
3. Rektyfikacja niwelatora samopoziomującego metodą polową.
Przed wyjściem w teren należy dokonać sprawdzenia i ewentualnej rektyfikacji niwelatora. Zawsze należy dokonać sprawdzenia części mechanicznych, optycznych oraz warunków osiowych (geometrycznych) instrumentu. Warunki osiowe niwelatora samopoziomującego. Niwelator taki powinien spełniać następujące warunki geometryczne:
1. Płaszczyzna główna libeli sferycznej powinna być prostopadła do osi głównej niwelatora.
2. Pozioma kreska siatki celowniczej powinna być prostopadła do osi głównej instrumentu.
3. Oś celowa powinna być pozioma w zakresie działania kompensatora.
Ad. 1.
Sprawdzenie tego warunku zaczynamy od spoziomowania instrumentu za pomocą 3 śrub ustawczych S1, S2, S3 (rys. 3a). Następnie obracamy instrument o 1800 i sprawdzamy położenie pęcherzyka libeli okrągłej (rys. 3b). Jeżeli pęcherzyk wyjdzie z górowania należy dokonać rektyfikacji libeli sferycznej za pomocą śrub poziomujących S1, S2, S3 oraz śrubek rektyfikacyjnych r1, r2, r3.
a) b)
Rys. 3. Sprawdzenie i rektyfikacja libeli sferycznej.
Błąd wychylenia pęcherzyka libeli okrągłej dzielimy na dwie składowe 2j1 i 2j2. Połowę błędu 2j2 usuwamy za pomocą śrub poziomujących S2 i S3 (obracając śrubami równocześnie w przeciwnych kierunkach) a drugą połowę tego samego błędu 2j2 usuwamy za pomocą śrubek rektyfikacyjnych r2, r3. Natomiast połowę błędu 2j1 usuwamy za pomocą śruby poziomującej S1 a drugą połowę tego samego błędu 2j1 usuwamy za pomocą śrubki rektyfikacyjnej r1.
Ad. 3.
Przed sprawdzeniem czy oś celowa jest w poziomie, należy sprawdzić działanie kompensatora. W pierwszej kolejności należy sprawdzić prawidłowe działanie wahadła. Sprawdzenie to polega na delikatnym stuknięciu w obudowę niwelatora i obserwację siatki celowniczej. Jeżeli wahadło nie jest oparte o amortyzatory, czyli działa swobodnie, wówczas powinniśmy zaobserwować lekkie drgania siatki celowniczej. W przeciwnym razie prawdopodobnie wahadło jest uszkodzone lub oparte o jeden z amortyzatorów.
Następnie należy sprawdzić czy zakres działania kompensatora jest poprawny. W tym celu ustawiamy łatę na „żabce” (metalowej podstawie na łaty zakończonej okrągłym bolcem) w odległości ok. 40m od niwelatora. Poziomujemy niwelator (położenie pęcherzyka libeli jak na rys. 4 poz. 1) i wykonujemy odczyt na łacie: O1.
Rys. 4. Położenie pęcherzyka libeli sferycznej w zakresie działania kompensatora.
Następnie doprowadzamy do wychylenia pęcherzyka powietrza libeli sferycznej w 4 skrajnych położeniach (rys. 4 poz. 2-5) za każdym razem dokonując odczytu z łaty: O2-O5. Odczyty O1-O5 z łaty nie powinny różnic się względem siebie o 1-2mm. Wówczas kompensator działa poprawnie i możemy przystąpić do sprawdzenia warunku poziomej osi celowej niwelatora.W pierwszej kolejności wykonujemy tzw. niwelację ze środka. W tym celu ustawiamy niwelator pośrodku między łatami, które są oddalone od niwelatora ok. po 40m (rys. 5). Łaty ustawiamy na „żabkach” (Z1 i Z2).
Rys. 5. Sprawdzenie warunku poziomej osi celowej.
Po spoziomowaniu niwelatora wykonujemy odczyt na łatę wstecz t1’(np. 1426) i zapisujemy wynik w dzienniku pomiarowym (rys.6). Następnie celujemy na łatę wprzód i wykonujemy odczyt p1’ (np.0849) i zapisujemy w dzienniku pomiarowym (rys. 6). Teraz zmieniamy wysokość osi celowej niwelatora (np. przez jego niewielkie przesunięcie i ponowne spoziomowanie) i ponownie wykonujemy odczyt na łatę w przód p1’’(np. 1070) zapisując wynik w dzienniku pomiarowym (rys 6). Ponownie celujemy na łatę wstecz i wykonujemy odczyt t1’’ (np.1648) zapisując wynik w dzienniku pomiarowym (rys. 6). Po dokonaniu pomiaru ze środka możemy wyznaczyć różnicę wysokości (przewyższenie) między punktami określonymi przez położenie łat na „żabkach”. Ponieważ wykonaliśmy ten pomiar dwukrotnie (przez zmianę wysokości instrumentu) obliczymy przewyższenie między punktami dwukrotnie z wzorów:
(1)
i zapisujemy wyniki obliczeń w dzienniku pomiarowym. Jeżeli różnica między przewyższeniami obliczonymi z wzorów (1) nie przekracza 2-3mm uśredniamy wartość przewyższenia (zaokrąglając wynik do milimetra) i zapisujemy w dzienniku pomiarowym. W przeciwnym wypadku powtarzamy pomiar. Teraz ustawiamy niwelator w odległości ok. 5m od łaty wstecz i wykonujemy opisane powyżej czynności powtórnie. Wykonujemy teraz tzw. niwelację wprzód. Celujemy na łatę wstecz i wykonujemy odczyt t2’(np. 1726) i zapisujemy wynik w dzienniku pomiarowym. Następnie celujemy na łatę wprzód i wykonujemy odczyt p2’ (np.1150) i zapisujemy w dzienniku pomiarowym. Teraz zmieniamy wysokość osi celowej niwelatora (np. przez jego niewielkie przesunięcie i ponowne spoziomowanie) i ponownie wykonujemy odczyt na łatę w przód p2’’(np. 0975) zapisując wynik w dzienniku pomiarowym. Ponownie celujemy na łatę wstecz i wykonujemy odczyt t2’’ (np.1552) zapisując wynik w dzienniku pomiarowym. Po dokonaniu pomiaru ze środka możemy wyznaczyć różnicę wysokości (przewyższenie) między punktami określonymi przez położenie łat na „żabkach”. Ponieważ wykonaliśmy ten pomiar dwukrotnie (przez zmianę wysokości instrumentu) obliczymy przewyższenie między punktami dwukrotnie z wzorów:
(2)
i zapisujemy wyniki obliczeń w dzienniku pomiarowym. Jeżeli różnica między przewyższeniami obliczonymi z wzorów (2) nie przekracza 2-3mm uśredniamy wartość przewyższenia (zaokrąglając wynik do milimetra) i zapisujemy w dzienniku pomiarowym. W przeciwnym wypadku powtarzamy pomiar.
Jeżeli różnica między przewyższeniami otrzymanymi z niwelacji ze środka i niwelacji wprzód () nie przekracza 2-3mm to warunek poziomej osi celowej niwelatora jest spełniony.
W przeciwnym razie należy wykonać rektyfikację, czyli usunąć błąd niepoziomości osi celowej niwelatora. W tym celu obliczamy teoretyczną wartość odczytu w przód p2’’, wykorzystując odczyt wstecz t2’’=1552 (przyjmujemy tą wartość za bezbłędną ze względu na niewielką odległość od łaty) z niwelacji w przód, oraz średnie przewyższenie między punktami uzyskane z niwelacji ze środka ( przyjmujemy tą wartość za bezbłędną ze względu na sposób niwelacji – niwelacja ze środka eliminuje błąd niepoziomości osi celowej):
(3)
Po obliczeniu poprawnej teoretycznej wartości odczytu w przód nastawiamy siatkę celowniczą niwelatora (poziomą kreskę siatki celowniczej) na obliczony odczyt p2’’. Wykonujemy to za pomocą śrubek rektyfikacyjnych po zdjęciu osłony okularu lunety niwelatora.
2
ania_8525