Цифровые нивелиры

Сибирский Государственный  Университет

Геосистем и технологий 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по «компьютерным технологиям» на тему

«Цифровые нивелиры»

 

 

 

Выполнил:                                                                                          Проверил:

Ст.гр. 2 ПГ Герасёв А.Ю.                                                                 Репин А.С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                              Новосибирск 2015г

                                               Содержания

 

 

Введение…………………………………………………………………………3

Особенности современных нивелиров…………………………………………5

Классификация нивелиров…………………………………………….………..7

Заключение……………………………………………………………………...14

Литература………………………………………………………………………15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

В простейшем виде нивелир просуществовал вплоть до 17 века, пока Галилей не дополнил его измерительной трубкой. Еще через несколько лет Иоганн Кеплер усовершенствовал нивелир, добавив к нему сетку нитей. А в 1674 году Монтенари заменил обычные нити дальномерными. И все-таки более привычный для нас облик этот измерительный прибор приобрел только в конце 19 века, когда российский ученый-геодезист Д. Гедеонов изобрел оптический нивелир повышенной точности, ставший предком современной высокоточной оптики.

 

 Свой  вклад в развитие нивелира внесли многие народы. Швейцарцы снабдили зрительную трубу прибора устройством внутренней фокусировки, на счету немецких изобретателей – самостоятельно фиксирующаяся линия визирования. А благодаря разработкам опять же российских ученых у нивелира появились автоматические компенсаторы. Сегодня нивелиры производят практически все страны. Особую нишу на этом рынке занимает Китай, где работают представительства почти всех крупнейших брендов, занимающихся изготовлением измерительной техники.

 

 Современные нивелиры подразделяются на оптические, цифровые и лазерные. Оптические приборы привлекают потребителей невысокой ценой, непритязательностью, простотой эксплуатации, а выдаваемые ими результаты достаточно точны. Такими нивелирами можно пользоваться даже в среде с повышенной влажностью воздуха или в местах скопления строительной пыли, так как устройство защищено от нежелательного влияния среды надежным корпусом. Работа с оптическим нивелиром становится намного проще и быстрее благодаря автоматическому компенсатору, установленному на большинстве моделей. Компенсатор позволяет уменьшить колебания и получить максимально верные данные, а это важное качество для любого измерительного инструмента. Главный недостаток оптического нивелира в том, что для работы с ним вам потребуется напарник. Многим пользователям не нравится и полностью ручная система выравнивания.

 

 В отличие  от оптического цифровой, или  электронный, нивелир снабжен электронным  модулем, упрощающим снятие показаний. Все полученные данные выводятся на дисплей, могут запоминаться и даже сбрасываться на ваш персональный компьютер. При использовании цифрового нивелира вероятность погрешности сводится к нулю, так как влияние человеческого фактора практически исключается. Но за точность приходится переплачивать: цены на такие устройства весьма кусачи. Еще один минус в том, что эти приборы можно использовать на ограниченной дальности.

 

Лазерный нивелир во многом отличается от описанных выше моделей. В нем отсутствует окуляр, а показания прибора пользователь снимает, глядя непосредственно на рейку вокруг устройства. Главная техническая особенность лазерного нивелира – наличие излучателей, формирующих лазерный луч, который образует на поверхности линию или точку. За счет этой линии или точки между рейкой и нивелиром образуется плоскость – горизонтальная или вертикальная. Лазерный нивелир оснащается ручным или автоматическим компенсатором, который может быть магнитным или электронным.

 

 К достоинствам  лазерных нивелиров следует отнести  наглядность и расширенные возможности для работы: например, одновременное построение вертикальных и горизонтальных плоскостей и работа с основной плоскостью не в одной точке, а в нескольких. Но по точности эти устройства все-таки немного проигрывают оптическим. Они так же, как и цифровые, не могут работать на слишком больших расстояниях: максимум дальности определяется мощностью излучателей. Но лазерный нивелир отлично подходит как для бытовых, так и для профессиональных целей.

 

 

                                   Особенности современных

                                                  нивелиров

Отметим основные особенности современных оптических нивелиров. Современные нивелиры имеют ударопрочный, пылевлагозащищенный корпус. Зрительная труба дает прямое изображение. Некоторые фирмы производят нивелиры, у которых зрительная труба заполнена инертным газом, что делает их абсолютно непроницаемыми для влажности. Увеличение трубы в различных моделях варьируется от 20х до 50х. Минимальное фокусное расстояние от 0,3 м, как например в нивелире SAL_24 компании Chicago Steel Corp./Berger. Большинство выпускаемых сейчас точных и технических нивелиров имеют автоматический компенсатор, который позволяет ускорить процесс измерений и повысить производительность. Для быстрого затухания колебаний компенсатора и установки его в рабочее положение используют прикрепленный к компенсатору воздушный, магнитный или жидкостной демпфер. Магнитный демпфер позволяет компенсатору удерживать горизонтально визирную ось при порывистом ветре и в условиях вибрации, что особенно актуально при работе на стройплощадке. Ими снабжены, например, нивелиры Spectra Precision AL120 и AL124, нивелир SETL AT_20D. Хорошим дополнением к этим современным приборам являются призма для прямого отображения пузырька круглого уровня, пылезащищенный горизонтальный лимб и непрерывно вращающиеся наводящие винты. Большинство крупных зарубежных компаний производят точные и технические нивелиры в Китае, что позволяет предоставлять клиентам всего мира продукцию высокого качества по доступным ценам. Есть марки уже давно зарекомендовавшие себя в России и успевшие стать «бестселлерами», например С41 фирмы Sokkia. Из зарубежных новинок сейчас на российском рынке появились нивелиры серии SAL24 производства Chicago Steel Corp./Berger и нивелиры Spectra Precision серий AL100/AL200, выпускаемые под маркой Trimble. Вышеназванные приборы производятся так же в Китае. Несмотря на то, что современные оптические нивелиры являются глубоко усовершенствованными инструментами, их конструкция и принцип работы практически не изменились. Как простейший геодезический прибор, оптический нивелир имеет только одну степень автоматизации в виде функции самоустановки в горизонт визирной оси. Казалось бы, что еще можно усовершенствовать или изменить. Однако, если рассмотреть весь процесс работы с инструментом: наведение, фокусировка на объект или рейку, считывание по рейке, запись результатов, расчеты и др., то изменить необходимо многое. Следующим шагом развития этого направления стало появление цифровых нивелиров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                    Классификация нивелиров

 

 

Нивелиры предназначены для измерения превышений между точками на местности или строительных конструкций, а также для установки их в проектное положение. В нашей стране, согласно ГОСТ 10528-76 «Нивелиры. Общие технические условия», выпускают три типа нивелиров: высокоточные, точные и технические. В зависимости от метода приведения визирной оси в горизонтальное положение они подразделяются на два типа:

1) нивелиры с уровнем при зрительной трубе;

2) нивелиры с компенсатором.

При выполнении геодезических работ на строительной площадке применяют в основном нивелиры точные и технической точности.

Буква «К» означает, что нивелир снабжен компенсатором, а буква «Л» означает, что у нивелира имеется лимб. 
 
ГОСТ 10528—76 утверждены к серийному выпуску три типа нивелиров: высокоточные Н-05; точные Н-3 и технические Н-10. Числа в шифре нивелира означают допустимую среднюю квадратическую погрешность, получаемую при нивелировании на 1 км двойного хода. Кроме того, числа, стоящие впереди Н, — номера последующих моделей. Нивелиры всех типов в зависимости от устройства, применяемого для приведения линии визирования в горизонтальное положение, выпускают в двух исполне- исполнениях: с уровнем при зрительной трубе и с компенсатором углов на- наклона. При наличии компенсатора к шифру нивелира добавляется К. Нивелиры типов Н-3 и Н-10 допускается изготовлять с лимбом для измерения горизонтальных углов. При наличии лимба к шифру нивелира добавляется Л.

 

НИВЕЛИР Н-3. Этот прибор крепят к штативу с помощью станового винта и пружинящей пластины . В отвесное положение ось вращения нивелира устанавливают по круглому уровню 4 с помощью подъемных винтов , винтовая нарезка которых входит в гнезда подставки . Для приближенного наведения трубы на рейку служит мушка над объективом зрительной трубы нивелира, а для точного — наводящий винт  при закрепленной трубе винтом . Винт кремальеры  служит для фокусировки трубы , а резкость изображения сетки нитей достигается вращением окулярной трубочки . Перед каждым отсчетом по рейке визирную ось нивелира устанавливают в горизонтальное положение с помощью элевационного винта по цилиндрическому уровню. Изображения половинок концов пузырька уровня через систему призм передаются в поле зрения трубы. Если центр пузырька уровня  вращением элевационного винта совместить с нуль-пунктом ампулы, то про- произойдет оптический контакт—изображения половинок концов пузырька уровня будут равными по длине и образуют в верхней час- части один овал. При наклоне оси уровня контакт нарушается.

 

НИВЕЛИР Н-ЗК. В настоящее время в строительном производстве нашли широкое применение нивелиры с компенсатором. У этих нивелиров визирная ось зрительной трубы устанавливается в горизонтальное положение не с помощью цилиндрического уровня, а с помощью специального устройства, называемого компенсатором. Наиболее удачной конструкцией в этой группе из отечественных приборов является нивелир Н-3К выпускаемый в настоящее время УОМЗ под маркой 3Н-3КЛ.

Внешний вид этого нивелира практически ни чем не отличается от нивелира Н-3. Та же зрительная труба , состоящая из объектива , окуляра , круглого уровня , подставки с тремя подъемными винтами , наводящего винта с бесконечной резьбой, что выгодно отличает его от нивелира Н-3. Зрительная труба нивелира Н-3К ломанная в виду того, что перед сеткой нитей помещен маятниковый компенсатор. Перемещением фокусирующей линзы достигается возможность изменения фокусного расстояния и резкого изображения делений на рейке независимо от расстояния от нее до нивелира.

На представлен разрез зрительной трубы, на котором хорошо видно устройство компенсатора. Он состоит из подвижной прямоугольной призмы и неподвижной прямоугольной призмы .

Подвижная призма подвешена на четырех скрещенных нитях. Отражающие грани обеих призм расположены под углом 450 к горизонтальному лучу, проходящему через центр объектива. Наклон трубы на небольшой угол (не более 15′) вызовет наклон отражающей грани призмы 3. В это время отражающая грань призмы 4 наклонится на такой же угол, но в противоположном направлении по отношению к наклону призмы . Тем самым будет компенсирован угол наклона визирной оси, а следовательно, отсчет по рейке будет соответствовать горизонтальному положению визирной оси. Следует помнить, что компенсатор способен компенсировать только небольшие углы наклона зрительной трубы. Поэтому у данного класса нивелиров круглый уровень является основной частью нивелира по сравнению с уровненным. 
 
НИВЕЛИР Н-10КЛ. Он состоит из двух основных частей: нижней неподвижной части с тремя подъемными винтами и верхней с горизонтальным лимбом, вращающейся относительно нижней на 360°. В верхней части нивелира укреплены зрительная труба, ось вращения которой приводится в вертикальное поло- положение круглым установочным уровнем. Визирная ось наводится поворотом верхней части нивелира. Перед поверками нивелира при его осмотре убеждаются в отсутствии механических повреждений, в свободном и плавном вращении верхней части прибора и в устойчивости его на штативе.

 
Лазерные нивелиры. В последнее время в мировой практике геодезического приборостроения, в том числе и в нашей стране, ведутся работы по созданию нового поколения нивелиров – лазерных. Уже первые модели таких приборов показали высокую эффективность их применения в строительстве за счет повышения производительности труда и точности установки конструкций в проектное положение. Применение лазерных нивелиров позволяет в значительной степени автоматизировать процесс измерения, а следовательно исключить многие личные погрешности наблюдателя.

Простейшими приборами такого класса являются лазерные нивелиры семейства «Лимка»

Одним из серьѐзных недостатков лазерных нивелиров такого класса является большое расхождение лазерного пучка, что приводит к значительному диаметру светового пятна. Так на расстоянии 50 метров он равен 5 мм. Учитывая, что центр пятна определяется визуально, точность отсчета по рейке не высока.

Более совершенными по конструкции и не уступающие по точности уровневым нивелирам, являются лазерные нивелиры Beniamin и SOKKIL 
Beniamin, ротационный лазерный нивелир. Он предназначен для построения как горизонтальной, так и вертикальной плоскости. Прибор излучает красный лазерный луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Один из лучей, вращаясь, образует видимую лазерную плоскость, а второй луч проецирует видимую перпендикулярную линию. Специальный трегер позволяет устанавливать прибор в горизонтальное положение и задавать вертикальную плоскость.

Лазерный нивелир SOKKIL относится к точным нивелирам. Он предназначен для построения горизонтальной плоскости с невидимым лазерным лучом. В комплекте с нивелиром поставляется нивелирная рейка, на которой имеются лазерные датчики. Нивелир снабжен точными маятниковыми компенсаторами и имеет встроенную функцию автоматического отключения при наклоне, превышающем пределы компенсации.

 

Цифровые нивелиры. Особую группу лазерных нивелиров составляют цифровые нивелиры. В них используется специальное устройство с зарядовой связью (ССД) для снятия отсчета по штриховому коду, нанесенному на рейку. Отсчет обрабатывается встроенным процессором. Цифровой дисплей снижает вероятность снятия неверного отсчета и исключает личные ошибки наблюдателя. На рис. представлен один из цифровых нивелиров SDL30M. Он позволяет измерять превышения с использованием фиберглассовых реек с точностью 1 мм на 1 км двойного хода. Точность измерения расстояния составляет 1 см на 10 м. К особенностям такого нивелира можно отнести: небольшой вес 2.4 кг; жидкокристаллический дисплей с подсветкой; порт для подключения электронного полевого журнала; память на 2000 измерений; аккумулятор стандарта цифровых камер. 
              Для измерения превышения оператору достаточно навести прибор на рейку, сфокусировать изображение и нажать на клавишу. Прибор выполнит измерение, отобразит на экране значения отсчета по рейке, а также расстояние до нее. Прибор позволяет передавать результаты измерения в режиме on-line, прост в управлении, имеет большой графический дисплей и порт для соединения его с персональным компьютером.

 

Сразу о терминологии: различные производители используют обозначения Digital Level, поэтому в России их называют электронными или цифровыми. Главной особенностью данных инструментов является возможность автоматического снятия отсчета по специальной рейке с нанесенным штрихкодом. Для этого рейка должна быть достаточно освещена. Штрихкод не повторяется по всей ее длине и, таким образом, позволяет определить высоту от пятки рейки до места наведения горизонтальной нити трубы нивелира. Инструмент может измерить расстояние до рейки с точностью до 0,5 м. Он снабжен процессором, позволяющим выполнять вычисления превышений и отметок, жидкокристаллическим дисплеем для вывода результатов на экран, а также внутренней памятью для записи данных в