Оптический нивелир конструкция и принцип действия

Выделяются четыре основных элемента прибора

1. Оптическое устройство, так называемая зрительная труба. Принцип работы этой детали — свободное вращение в горизонтальной плоскости. Главной функцией зрительной трубы является наведение системы на объект съемки.

2. Цилиндрический уровень. Эта деталь является исключительно чувствительным устройством. Его назначением является определение точности ориентирования нивелира относительно отвеса. Точность расположения горизонтальной оси определяется по нахождению пузырька уровня в так называемом «нуль-пункте».

3. Трегер. Подставка для зрительной трубы с тремя винтами, регулирующими высоту расположения.

4. Винт элевационный. Эта деталь отвечает за однозначное ориентирование. Для определения параметра необходимо визирную линию прибора привести в горизонтальное положение.

Кроме того, в конструкцию оптических нивелиров последних моделей в большинстве случаев встроен компенсатор. Его задача — поддержание инструмента в строго горизонтальном положении и, как следствие, исключение погрешностей, которые могут быть вызваны даже небольшим наклоном прибора, при этом геодезическая съемка становится более точной.

Выбор типа оптического нивелира основан на требуемой точности измерений в зависимости от уровня проводимых геодезистом работ.

Применение геодезических умений при строительстве

Во время работ по вынесению планов в натуру следует знать, какова разница между высотами нескольких точках на участках поверхности и отметкой, выступающей в роли условного уровня. Нахождение разности высот называется геометрическим нивелированием и выполняется с помощью нивелира и специальных реек.

Ось нивелира имеет горизонтальное положение, из точки условного уровня имеются разницы высот показаний в зависимости от отметок на рейках. В процессе работы каждая точка располагается в ста метрах от точки размещения нивелира, уровень ее нужно мерить как минимум три раза, следует при этом принимать среднее арифметическое значение. Планы земельных участков строят на основе таких данных. Так, нивелир нужен с целью выяснения разницы высот в точках измерений.

Рейки и их описание

Под нивелирной рейкой понимается специальная планка, которая в точках для измерений высот устанавливается вертикально. Ее можно делать из дерева или металла (алюминия).

Такая рейка имеет длину около 3−4 метров, и чтобы ее удобно было транспортировать, можно складывать пополам посредством специального узла. Современные варианты подразумевают раздвижную телескопическую конструкцию.

На сторонах стандартной рейки часто имеется градуировка:

  • с лицевой стороны разметка делается в метрической системе измерения;
  • с обратной стороны — в дюймовой соответственно.

Перед началом работ рейку ставят на нижней металлической скобе в центр измерительной точки посредством специальной отметки.

С целью удобства для удержания инструментов на точке присутствуют специальные ручки. Если рейки качественные и сделаны на основе специального сплава железа и никеля, то на них есть пузырьковые уровни, чтобы можно было контролировать вертикальное размещение рейки.

Если работы находятся на начальном этапе исследований застройки, то нужно выполнить комплексное моделирование объекта в будущем во взаимодействии с окружающим ландшафтом и архитектурой.

Точки измерения фотографируют с переносом значений реальных масштабов как данные для разных компьютерных программ, благодаря чему объект можно смоделировать во взаимодействии с окружающим экстерьером.

Устройство нивелира оптического типа

Данный прибор включает в себя четыре ключевых элемента:

  • зрительную трубу оптического типа. Принцип ее работы предусматривает свободное движение в горизонтальной плоскости. Ключевой функцией такой трубы является то, что она наводит систему на объект съемки;
  • уровень цилиндрический. Такая деталь — это очень чувствительное устройство, оно нужно для того, чтобы точно определить ориентированность нивелира относительно отвеса. Определить точность размещения горизонтальной оси можно по нахождению пузырька уровня в т. н. «нуль-пункте»;
  • трегер — это подстава для оптической трубы с тремя винтами, с помощью которых регулируется высота;
  • элевационный винт — он нужен для однозначного ориентирования. Чтобы определить параметр, нужно привести в горизонтальное положение визирную линию устройства.

А еще в конструкции оптических нивелиров последнего поколения часто предусмотрен встроенный компенсатор. Он нужен для поддержки нивелира в строго горизонтальном положении. Это исключает погрешности, которые могут быть спровоцированы даже незначительным наклоном устройства, а геодезическая съемка будет более точной.

Выбирать тот или иной тип устройства нужно в зависимости от точности измерений и уровня проводимых работ.

Видео о том, как пользоваться оптическим нивелиром

Основным элементом оптического нивелира является зрительная труба, увеличивающая в 20-34 раза, установленная на трегер с регулируемой высотой. Устройство снабжено цилиндрическим уровнем для горизонтального выравнивания и элевационным винтом, для ориентации в пространстве.

Фокусировочным и наводящим винтами производится точная фиксация на рейку. Показания снимаются и записываются. Можно переходить к другой точке.

Лазерные нивелиры

Нивелиры лазерного типа все более уверенно теснят оптико-механических собратьев, привлекая потребителей своим удобством, компактностью, простотой использования и многофункциональностью. Современные лазерные нивелиры позволяют не только с высокой точностью проводить измерения в традиционной форме, но и выстраивать идеально прямые линии по нескольким плоскостям за раз.

В основе работы лазерного нивелира лежит световой поток, который при помощи системы линз фокусируется на местности в виде яркой точки или четкой линии. Свет излучается особым светодиодом, заключенным в пластиковый корпус, там же находятся линзы. Корпус защищает систему от попадания грязи, ударов и повреждений, а, кроме того, в него вмонтирован уровень, необходимый для выравнивания устройства в горизонтальном положении.

Работа с лазерным уровнем не вызывает затруднений. Лазер устанавливается на ровную поверхность или штатив и выравнивается. Направленный луч отмечает на поверхности точку или линию необходимую для проведения работ. При геодезических работах на открытой местности, луч проецируется на рейки, и полученные данные записываются в журнал.

К недостаткам лазерных нивелиров можно отнести их высокую цену и зависимость от источников питания. Без электроэнергии эти измерители долго не работают.

Цифровые нивелиры

Устройства лазерного или оптического типа, снабженные современной высокотехнологичной электроникой, автоматически снимающие нужные показания при получении соответствующего сигнала – это цифровые нивелиры.

После установки цифрового нивелира в нужном месте и правильном положении (идеально горизонтальном), его наводят на специально установленную штрих-кодовую рейку и снимают отчет, путем нажатия кнопки на корпусе. Полученные данные мгновенно отображаются на встроенном дисплее устройства, а некоторых модели позволяют сразу же произвести расчеты, необходимые для дальнейшей работы. Информация сохраняется в памяти нивелира, а затем может переноситься на ПК.

Преимущества и недостатки

Автоматические компенсаторы угла наклона имеют существенные преимущества перед используемыми издавна цилиндрическими уровнями:

  • нет необходимости постоянного контроля уровня отклонения прибора от горизонтального или вертикального положения;
  • работа становится более стабильной;
  • измерения выполняются быстрее и обеспечивают более точные и надежные показатели.

Из недостатков можно назвать:

  • возможность сбоя компенсирующей системы, невозможность устранения неполадок на месте;
  • наличие блокиратора, который не позволит выполнять измерения при превышении допустимых значений отклонений;
  • нестабильная работа и существенные отклонения в показаниях прибора компенсатором с магнитным демпфером вблизи линий электропередачи: побочные электромагнитные наводки оказывают серьезное влияние.

В настоящее время нивелиры с компенсаторами гораздо более востребованы и распространены, нежели приборы с цилиндрическими уровнями.

Читайте также  Мерная емкость для смешивания бензина и масла

Необходимость в нивелировании возникает при выполнении геодезических работ в самых разных направлениях. Эти приборы применяются в строительстве, при выполнении дорожных работ, геологоразведке, геодезии, картографии и топографии, при ведении монтажных работ в любых отраслях промышленности. Практически всегда при выполнении подобных задач необходимо обеспечить горизонтальную плоскость или определенный уровень уклона, в чем и помогает геодезический нивелир. Этим обуславливается значительная востребованность данных приборов на современном рынке.

Нивелир – прибор высокого уровня точности.

Нивелир является одним из самых старых видов геодезических приборов, применяемых человеком. Его принцип действия остался неизменным практически со времен Древнего Египта. Однако сегодня все более высокие требования предъявляются к классу точности и функциональности данных приборов. Поэтому технологии производства нивелиров становятся все более совершенными и эффективными.
Современные приборы для нивелирования должны обеспечивать максимально точное, простое и быстрое определение разницы высот. Кроме этого, они должны быть простыми и удобными в эксплуатации. Основные требования, предъявляемые сегодня к нивелирам:
• максимальная точность измерения;
• небольшой вес и компактная конструкция;
• простота в эксплуатации;
• возможность сохранения данных на разных носителях;
• высокая надежность и устойчивость к внешним воздействиям;
• выгодная стоимость.

В зависимости от разных классификационных признаков нивелиры подразделяются на несколько разновидностей. Так по классу точности разделяют следующие виды нивелиров:
• высокоточные – точность менее 1 мм;
• технические – точность от 1мм до 2.5 мм.

У нас можно купить нивелир Trimble Dini в двух исполнениях: 0,3 и 0,7 (среднее квадратичное отклонение на 1 км двойного хода: 0.3 мм и 0,7 мм соответственно для разных нивелиров)

В нивелире Trimble Dini лучшим образом учтены требования к приборам для современного топографо–геодезического производства: экономическая эффективность при высокой точности, удобство в работе, надежность и цифровой вид предоставления данных. Нивелир Dini обладает рядом технических новшеств: улучшенная система автоматического считывания по рейке со специальным штрих-кодом, точное измерение расстояний, память на 30000 строк для хранения данных, бесконечный винт тонкой наводки и компенсатор.

Благодаря высокой точности, а так же компенсатору и автоматическому вводу атмосферных и инструментальных поправок в результаты измерений, цифровые нивелиры серии Dini позволяют проводить работы по нивелированию 2 класса точности. Возможность измерения расстояний позволяет быстро выравнивать плечи в нивелирных ходах вперед и назад, обеспечивая высокую надежность результатов, и оптимизируя распределение ошибок. Простой технологический процесс и удобный интерфейс меню, позволят вам быстро освоить работу с прибором и эффективно его использовать. Работая с нивелиром Dini, Вы можете сэкономить до 50 процентов временных и материальных затрат, благодаря тому, что использование нивелира Dini исключает личные ошибки человека (ошибки при считывании, ошибки записи, ошибки расчетов); все измерения и вычисления производятся автоматически и быстро.

Программное обеспечение нивелира Trimble Dini имеет различные функции измерений: передача высот, разбивочные работы, нивелирование пикетов, контроль при проложении нивелирных ходов. Цифровой нивелир Dini для сохранения данных использует внутреннюю память, а для обмена данными с компьютером – RS232С порт. Для уравнивания отдельных ходов и нивелирных сетей данные могут быть загружены в специальное программного обеспечение: Trimble Geomatics Office, CREDO. Вы можете забыть о проблемах передачи данных и их преобразовании в разные форматы. Также прибор может быть укомплектован программным пакетом Terramodel Field Data, который позволяет производить импорт и экспорт данных, делать вычисления, строить поверхности и планы, проектировать дороги, вычислять объемы и создавать модели местности в виде цифрового видео-фильма для работ по ландшафтному проектированию.

Преимущества электронных нивелиров

Электронные нивелиры обладают такими основными положительными особенностями:

  • Полная автоматизация, благодаря которой результаты измерения сразу выводятся на экран прибора.
  • Защита от ударов и влаги. Благодаря этой особенности прибор можно использовать в любых условиях.
  • Встроенная память. Возможность записывать информацию на устройство.
  • Перенос данных на компьютер. При наличии слота для карты памяти, можно скидывать информацию с прибора на компьютер, чтобы проанализировать полученные результаты в более комфортных условиях.
  • Простота использования. Работа с прибором не требует особых навыков, все понятно на интуитивном уровне.

Все эти особенности оборудования позволяют гораздо быстрее и удобнее выполнять множество задач. Со временем такие инструменты становятся еще более развитыми, поскольку в них добавляют новые функции, которые позволяют выполнять измерения еще быстрее и точнее. Такие приспособления являются незаменимыми во многих сферах.

3.3. Нивелирные рейки

При техническом нивелировании применяются двухсторонние шашечные рейки, изготавливаемые из дерева или пластмассы. Они бывают складные или цельные длиной 3-4 м. На рейки наносят деления, цена деления рек для технического нивелирования 10 мм. Счёт делений ведётся от нижнего конца (пятки рейки). Для упрощения отсчётов по рейкам начало каждого дециметра обозначают чертой. С этой же целью первые пять делений каждого дециметра отображают в виде буквы Е. Дециметры подписывают арабскими цифрами. Если используется прибор со зрительной трубой, дающей перевёрнутое изображение, то для удобства отсчитывания дециметры на рейку наносятся в перевёрнутом виде.

Для технического нивелирования чаще всего используют рейку РН-3 (рис. 28, а) длиной 3 м.

Рис. 28. Нивелирная рейка РН-3 (а) и поле зрения зрительной трубы нивелира с цилиндрическим уровнем (б)

Основная шкала рейки имеет деления черного и белого цвета, нулевой отсчёт совмещен с пяткой рейки. Дополнительная шкала на другой стороне рейки имеет чередующиеся красные и белые деления. На красной стороне с пяткой рейки совмещен отсчет больше 4000 мм. Деления на красных сторонах реек сдвинуты относительно делений на чёрных сторонах так, что с пяткой одной рейки совпадает, например, отсчёт 4687 мм, с пяткой другой 4787 мм, т. е. отсчёты по красным стороны пары реек различаются на 100 мм. Сдвиг делений позволяет контролировать правильность отсчётов по обеим сторонам каждой рейки (разность отсчётов должна быть равна 4687 или 4787), а также правильность определения превышений на станции (превышение, полученное по чёрным и красным сторонам реек, должны последовательно отличаться на +100 или –100 мм). Отсчёты по рейкам при техническом нивелировании берут по среднему штриху сетки нитей в миллиметрах, оценивая доли сантиметра – миллиметры на глаз.

Для чего нужен нивелир

Как было сказано выше, различные виды нивелиров получили широчайшее применение, как при выполнении геодезических работ, так и в строительстве. Работа с лазерными и цифровыми нивелирами проста, поэтому даже неподготовленный человек, без труда справится с ней.


Так для чего нужен нивелир? С помощью нивелира, чаще всего:

  1. Выполняют разметку стройплощадки под основание будущего строения;
  2. Размечают тротуары, площадки и садовые дорожки;
  3. Делают разбивку парка, сада, ограждений и т. д.;
  4. Осуществляют землеустроительные работы.

При отделке и выполнении ремонта, нивелир применяется, чтобы:

  1. Разметить места прокладки всевозможных коммуникаций;
  2. Ровно установить двери и окна;
  3. Выполнить разметку потолков и плинтусов;
  4. Произвести контроль за ровностью монтажа полов, установки внутренних перегородок и многого другого.
Читайте также  Модуль юнга алюминий

Это далеко не полный перечень тех работ, где используется оптический нивелир. Без сомнения, данный измерительный инструмент очень удобен в работе, он имеет огромную важность при выполнении практически любой строительной работы.

Устройства нивелира

Во время геометрического нивелирования превышение между точками получают как разность отсчётов по рейкам при горизонтальном положении визирной оси нивелира. Этот метод является наиболее простым и точным, но позволяет с одной постановки прибора получить превышение не более длины рейки, поэтому при больших превышениях в горной местности его эффективность падает.

Определение превышения заключается в визировании горизонтальным лучом с помощью нивелира и отсчета разности высот по рейкам. где — отсчет по задней рейке; — отсчет по передней рейке;

Точность отсчета по рейкам составляет от 1-2 мм (техническое нивелирование) до 0.1 мм (нивелирование I класса).

На рисунке показано нивелирование методом «из середины», также существует метод «вперед»

Тригонометрическое нивелирование

При тригонометрическом нивелировании превышение между точками определяют по измеренным вертикальным углам и расстояниям между точками (горизонтальным проложениям). Тригонометрическое нивелирование позволяет с одной станции определить практически любое превышение между точками, имеющими взаимную видимость, но его точность ограничена из-за недостаточно точного учёта влияния на величины вертикальных углов оптического преломления и уклонений отвесных линий, особенно в горной местности.

Превышение определяется по измеренному теодолитом (кипрегелем, эклиметром) углу наклона линии визирования с одной точки на другую (α) и расстоянию между этими точками (S). Тригонометрическое нивелирование применяется при топографической съемке и других работах.

Барометрическое нивелирование

Превышение определяется по значениям атмосферного давления при помощи полной барометрической формулы

Гидростатическое нивелирование

Основано на свойстве жидкости в сообщающихся сосудах находиться на одном уровне вне зависимости от высоты расположения сосудов. Этот метод имеет высокую точность, позволяет определять разность высот между точками при отсутствии взаимной видимости, но измеряемая разность высот ограничена длиной наибольшей из трубок, соединённых шлангами.

Построение плоскостей

Вертикальное проектирование или построение плоскостей выполняется электронно-механическими прибором Зенит-прибором или лазерным уровнем.

Зенит-прибором (прибором оптического вертикального проецирования) переносят точки по вертикали. При возведении высоких зданий и сооружений положение стен и других элементов на каждом этаже проверяют от осей. Точки пересечения осей проецируют оптическим или лазерным лучом зенит-прибора . [1] .

Отметки проецируются с использованием принципа вращения лазерного луча и оптической системы, позволяющей развернуть луч в линию. Основное достоинство лазерного уровня — простота в работе, не требующая специальных навыков по настройке прибора, и возможность проведения работ только одним человеком. Такие уровни применяются в строительстве. Многие модели лазерных уровней имеют также возможность построения наклонных плоскостей и отвесных линий.

Для приведения нивелира в рабочее положение служат подъёмные винты подставки, для точного горизонтирования визирной оси при взятии отсчёта — элевационный винт.

Маркировка нивелиров, выпускаемых в России, состоит из буквенно-цифрового кода примерно такого вида: 3Н2КЛ. Здесь цифра 3 обозначает модификацию прибора, буква Н — нивелир, цифра 2 — среднеквадратическая погрешность на 1 километр двойного хода в миллиметрах, К — обозначает наличие компенсатора, Л — наличие горизонтального лимба для измерения горизонтальных углов (обычно с точностью порядка одного градуса).

Современные оптические нивелиры оснащены автоматическим компенсатором — устройством автоматической установки зрительной оси прибора в горизонтальное (рабочее) положение. В нивелирах с компенсатором цилиндрический уровень, параллельный оси зрительной трубы, может отсутствовать. В большинстве нивелиров также имеется круглый уровень для грубого горизонтирования инструмента.

Все оптические нивелиры имеют также нитяной дальномер для определения расстояний по рейке. Это связано с необходимостью контролировать равенство плеч при нивелировании способом «из середины».

По точности нивелиры делятся на высокоточные, точные и технические. Высокоточные оптические нивелиры снабжены микрометренной пластиной или съёмной насадкой для взятия отсчётов по штриховой инварной рейке. Для технического нивелирования, а также нивелирования III и IV классов точности обычно применяются шашечные рейки.

Помимо оптических, в последние годы получили распространение цифровые нивелиры. Они используются со специальной штрихкодовой рейкой, что позволяет автоматизировать взятие отсчёта. Цифровые нивелиры обычно оснащены запоминающим устройством, позволяющим сохранять результаты наблюдений.

В настоящее время существует терминологическая путаница понятий построитель плоскостей и Лазерный нивелир. Сам по себе такой прибор не является измерительным, т.е. нивелиром. Однако при наличии измерительной нивелирной рейки и достаточной стабильности указания уровня (в соответствии требованиями точности измерения для оптических нивелиров по ГОСТ 10528-90), эти приборы можно считать нивелирами. Если же требования по точности измерения, которые можно выполнить по проецируемой линии, не соответствуют этим требованиям, подобные приборы следует считать лазерными уровнями (большинство бытовых приборов), что соответствует функциям строительных уровней согласно ГОСТ 9416-83 по проверке горизонтальных и вертикальных плоскостей, но не измерению разности высот!