Использование компенсаторов в геодезии (стр. 2 из 4)

Возникают вредные для нивелира колебания при работе вблизи автомобильных и железных дорог, при работе на строительных площадках или на верхних этажах зданий, колебания могут быть вызваны резкими порывами ветра и т.д. и т.п. Наклон нивелира также может меняться совершенно произвольно - нивелир крепится на штативе, а ножки штатива легко могут уходить в рыхлый грунт или в размягченный солнцем асфальт. Во всех этих случаях начинает выполнять свою работу устройство под названием компенсатор, одним из узлов которого является демпфер.

Демпфер - слово нерусское, произошло оно от немецкого слова Dampfer, что переводится на русский язык как гаситель колебаний, амортизатор или успокоитель. Возможно, что пришло это слово в русский язык еще в Петровские времена, когда строили славный город на Неве немцы да голландцы. А может, и значительно позже, когда возвращались домой в Россию обученные в Германии да в Голландии молодые русские инженеры.

Сказать наверняка тут можно только одно демпфер - это устройство, предназначенное для гашения колебаний различного типа, в том числе и механических. В применении к нивелирам этот технический термин стал использоваться сравнительно недавно - вместе с появлением оптико-механических компенсаторов, получивших наибольшее распространение.

В настоящее время наибольшее распространение получили оптические нивелиры с магнитным и с воздушным демпфером маятниковой системы компенсатора.

При работе с нивелиром, так же как и с другими оптическими приборами, изображение объекта передается на сетчатку глаза человека через оптическую систему прибора. Пройдя через объектив, луч попадает на приемную призму. Затем луч преломляется приемной призмой и попадает на горизонтально расположенное зеркало. Отражаясь от зеркала, луч попадает на передающую призму, а затем на окуляр (рис. 2. б).

И приемная, и передающая призмы жестко закреплены в корпусе компенсатора, следовательно, жестко соединены с корпусом нивелира. Если нивелир наклоняется - наклоняются и объектив, и окуляр, и призмы. Зеркало, наоборот - свободно подвешено в компенсаторе на четырех торсионах-ленточках и при наклонах прибора каждый раз стремится занять горизонтальное положение, корректируя оптические лучи. Представьте себе обычный отвес, подвешенный на ниточке Если его случайно задеть, то раскачиваться он будет довольно долго. Если придержать его рукой - остановится отвес значительно быстрее. Рука в этом случае выполняет роль демпфера. Так же раскачивается и зеркало, свободно подвешенное внутри компенсатора. Поэтому корпус зеркала конструктивно выполнен в виде маятника, который совершает колебания при наклонах и перемещениях прибора. Верхняя часть маятника изготавливается из магнитных материалов, например, из стального сплава. На определенном расстоянии от верхней части маятника в корпусе компенсатора жестко закреплен постоянный магнит, который и гасит колебания качающегося рядом с ним маятника, следовательно - зеркала.

Конструктивно компенсаторы с магнитным демпфером могут быть изготовлены по-разному, но принцип их работы один - гашение колебаний происходит с помощью магнитного поля. Каждый раз, когда маятник проходит мимо кусочка магнита, магнитное поле тормозит его движение - и так несколько раз до полной остановки маятника. Таким образом, под действием магнитного поля происходят быстрое гашение колебаний зеркала и соответствующая стабилизация изображения в поле зрения нивелира. Характерным представителем автоматических нивелиров с магнитным демпфированием является серия нивелиров С300 фирмы Sokkia (рис. 3).

Принцип работы компенсатора с воздушным демпфером тот же - есть призма или зеркало, которые в подвешенном состоянии всегда стремятся занять горизонтальное положение. Точно так же корпус призмы или корпус зеркала конструктивно изготавливается в виде маятника, совершающего колебания при наклонах нивелира. Только в этом случае магнитное поле в работу компенсатора не вмешивается. Гашение колебаний происходит с помощью груза, расположенного в нижней части маятника. Чем больше масса груза - тем большей инерцией обладает маятник, тем сложнее его раскачать. Конечно же, все маятниковые системы оптико-механических компенсаторов очень тщательно рассчитываются - иначе такая система просто не будет работать. Типичный нивелир с воздушным демпфером - это нивелир Vega L30 производства фирмы SETL (рис.4).

Какой именно нивелир пред- почтительнее использовать - с магнитным или воздушным демпфером - правильнее всего будет решить непосредственно исполнителю в зависимости от типа выполняемых работ, требуемой точности, места проведения работ и многих других факторов. Например, при проведении работ, требующих технической точности, очень хорошо зарекомендовали себя нивелиры с магнитным демпфером. При проведении работ, требующих использования точных нивелиров, часто отдают предпочтение приборам с воздушным демпфером.Не стоит забывать, что конструктивно демпфирующие устройства - как воздушные, так и магнитные, могут быть выполнены по-разному. Качество изготовления компенсаторов также может быть совершенно разным. Зачастую отличная конструктивная идея сводится на нет отвратительным качеством изготовления в условиях коленной сборки или неграмотно, на скорую руку организованного производства. Поэтому при выборе нивелира большое значение имеют не только конструктивные особенности компенсатора, но и качество изготовления предлагаемых заводом-производителем приборов.

2. История. Современное применение компенсаторов в приборах

Нивелир с компенсатором нельзя назвать последней разработкой – первый образец подобного геодезического оборудования был построен еще в 40-х годах прошлого века. Однако, в последующие годы данное оборудование прошло ни одну модификацию прежде чем превратиться в современный нивелир. При использовании механических нивелиров не возникает необходимости быстрого гашения колебаний, при использовании же автоматических нивелиров все происходит с точностью до наоборот. И справляться с этим помогает именно система гашения колебаний. В исправном нивелире зеркало и призма постоянно сохраняют горизонтальное положение, позволяющее обеспечивать высокое качество нивелирной съемки. При этом на прибор действует внешнее окружение: произвольные наклонения прибора (просевшие ножки, неаккуратно задетый штатив и т.д.), колебания почвы (если съемка проводится вблизи железных дорог, метро и др.), сильные порывы ветра и прочее. В каждом из этих случаев включается система гашения колебаний. Это позволяет не только обеспечить высокое качество измерения, но и ускорить процесс съемки – свободно подвешенное внутри аппарата зеркало при воздействии извне будет довольно долго колебаться до момента полной остановки, если не использовать компенсацию. Демпфер в данном случае может быть магнитным или воздушным, и выбор нивелира в первую очередь зависит от требований к съемке.

Появились автоматические нивелиры - появилась и потребность быстро гасить колебания маятниковой подвесной системы компенсатора. Колебания, которые необходимо гасить - это механические колебания призмы или зеркала между призмами - в зависимости от конструкции компенсатора.

Например, призма подвешивается в нивелирах 3Н3КЛ (рис. 5) производства УОМЗ, а зеркало - в нивелирах C410 производства фирмы SOKKIA (рис. 6).

Первый в мире нивелир с компенсатором был изготовлен в СССР в 1946 году.

К высокоточным нивелирам с компенсатором относятся такие нивелиры как Ni002, Ni007, HC2. Это удобные нивелиры. Они повышают производительность труда на 10-15% по равнению с нивелирами с уровнем и облегчают труд нивелировщика. Главная особенность нивелиров с компенсаторами заключается в том, что приведение визирной оси нивелира в горизонтальное положение производится не с помощью контактного уровня, а с помощью специального компенсатора. Этот компенсатор по существу работает в автоматическом режиме т. е. линия визирования на каждой станции как бы самоустанавливается в горизонтальное положение.

В наше время выпускается около 50 типов нивелиров с компенсаторами разных классов точности.

Нивелировщики – практики предпочтение отдают нивелирам с компенсаторами. Очень им нравится нивелир Ni002.

1 — клинообразное защитное стекло; 2 — сетка нитей;

3 — объектив нивелира с компенсатором; 4 — зеркало компенсатора;

5 — переключатель компенсатора; 6 — призма подсветки;

7 — жесткий индекс микрометра; 8 — объектив нивелира;

9 — шкала оптического микрометра; 10 — зеркало;

11 — зеркало установочного уровня; 12 —установочный уровень.

Чувствительным элементом нивелира с компенсатором Ni002 (рис. 8) является специальное двустороннее плоское зеркало, которое находится в подвешенном состоянии в виде маятника в сходящемся пучке лучей, демпфер — воздушный. Благодаря возможности вращения зеркала на 180° вокруг своей вертикальной оси исключаются влияние ошибки за недокомпенсацию в отсчетах по рейке при нескольких положениях зеркала. Кроме компенсатора этот нивелир имеет еще одно дополнительное удобство. Окуляр Ni002 выведен на верхнюю стенку инструмента и может вращаться по азимуту на 240°. Поэтому нивелировщик при наблюдении на переднюю и заднюю рейку остается на одном месте, а не топчется вокруг нивелира.