Thực hành máy trắc địa

Trang 1

Ứ sùpuvouymn | DUY QUYNH

Trang 2

BUI DUY QUYNH

THỰC HÀNH MAY TRAC DIA

NHA XUAT BAN XAY DUNG

Trang 3

LOI NOI DAU

Trắc địa có một vai tro quan trong déi vdi nén kinh té quéc dan va

quốc phịng nói chung, đặc biệt đối uới các ngành xây dựng cơ bản, Trắc

địa luôn giữ uị trí quan trong hàng đâu Những tài liệu, số liệu trắc địa luôn là những cơ sở ban đầu để giải quyết những nhiệm uụ kỹ thuật cụ thể từ khâu khảo sát thiết kế, quy hoạch, thi công xây dựng cho đến khai thác sử dụng cơng trình Để có những số liệu chính xác đó thì khơng thể

thiếu các loại máy trắc địa Thục hành máy trắc địa là môn học trong chương trình đào lạo các chuyên ngành Trắc địa xây dựng, Địa chính uà

Trắc địa hạ tầng đô thị thuộc ngành Kỹ thuật Trắc địa của trường Đại

học Xây dựng Hà Nội

Nội dụng của cuốn sách cung cấp cho sinh uiên những biến thức cd bản uê máy trắc địa, từ đó có thể hiểu rõ nguyên lý hoạt động của máy,

cách sử dụng máy, cách kiểm tra, kiểm nghiệm các điều hiện cơ bản của máy Để có thể làm chủ được máy móc, hiểu bản chất qui trình đo, tính

để có được các kết quả đo đạc một cách chính xác nhất

Cuốn sách Thực hành máy trắc địa được biên soạn gồm các chương như sau:

Chương 1 Ứng dụng quang học trong máy trắc địa

Chương 2 Máy hình tĩ

Chương 3 Kiểm nghiệm uà hiệu chỉnh máy kinh uĩ Chương 4 Máy thuỷ bình

Chương 5 Kiểm nghiệm uà hiệu chỉnh máy thuỷ bình va mia

Cuối tài liệu là phụ lục uê các loại máy trắc địa uà phụ lục huớng dẫn sử dụng máy trắc địa điện tử LEICA CCR 405

Đây lò tài liệu biên soạn lên đầu, nên trong nội dụng của tài liệu khó tránh khỏi những khiếm khuyết Chúng tơi kính mong nhận được những

phê bình, góp Ý của đồng nghiệp uà bạn đọc để tài liệu hoàn chỉnh hơn

Các ý kiến góp ý, phê bình xin gửi uê Bộ môn Trắc địa, trường Đại học

Xây dụng, Bð đường Giải Phóng, Hè Nội

Trang 4

Chương 1

ỨNG DỤNG QUANG HỌC TRONG MAY TRAC DIA

1.1 GUONG PHANG, LANG KINH, THẤU KÍNH 1.1.1 Gương phẳng

1 Khái niệm

Gương phẳng là một mặt phẳng nhắn bóng (một tấm thuỷ tỉnh phẳng, mặt

kim loại) có tính chất phản xạ hầu như hoàn toàn ánh sáng chiếu vào nó 2 Ảnh của nguồn sáng đi qua gương phẳng

S$ là điểm sáng đặt trên Mái

gương phẳng GG Điểm sáng

đó phát ra những tia sáng SA, SB, SC dén dap vào mật gương phẳng và phan xa theo phuong AD, BE, CF tạo thành những chùm tia phản xạ phân kỳ Ta có S` là ảnh ảo của

S ở đằng sau gương, cách

gương một khoảng cách đúng

bằng khoảng cách từ 5 tới gương Vậy ảnh của một điểm sáng sau một gương phẳng là

một ảnh ảo, đối xứng với điểm

sáng qua mặt gương

Trong các máy trắc địa, gương phẳng thường được sử dụng để thu ánh

sáng thiên nhiên hoặc ánh sáng đèn đưa vào các bộ phận bên trong của máy thông qua các hệ thống lăng kính, thấu kính cung cấp ánh sáng cho việc hiện giá trị trên bàn độ lên bộ phận đọc số Đôi khi gương phẳng được

bố trí nghiêng một góc 459 để tạo thành một mặt phản xạ toàn phần

1.1.2 Lãng kính 1 Khái niệm

Lãng kính là một khối trong suốt, đồng chất (thuỷ tỉnh, nhựa ) giao tuyến BB’ gidi han bởi hai mặt phang ABB’ A’ va BCC?B' không song song

Hình 1.1 Tạo ảnh do của một điểm

sau gương phẳng

Trang 5

gọi là cạnh Một mặt thứ ba ACC?A" đối diện và song song với cạnh gọi là

đáy Góc phẳng của nhị diện do hai mat tạo ra gọi là góc chiết quang @ (góc khúc xạ)

A © abolà tiết diện thẳng của lãng kính

Hình 1.2 Lăng kính

2 Đường đi của một tỉa sáng đơn sắc di qua một lăng kính

Tà chiếu một tia sáng đơn sắc DE tới mặt thứ nhất AB của làng kính EF là pháp tuyến của AB ở điểm E, tia sáng khúc xạ và truyền trong thuỷ tinh theo huéng EL Gap mat thứ hai của lăng kính, nó khúc xạ theo phương L.P về phía đáy BC của lăng kính Tia tới DE và tia ló LP lập thành một góc ð gọi là góc lệch Độ lớn của góc lệch phụ thuộc vào góc chiết quang @ của lăng kính

Trong các máy quang học, lãng kính được ứng dụng rộng rãi vì góc

chiết quang khơng bị sai lệch, gá lắp đễ dàng, chắc chắn, ít bị hao mất

ánh sáng trong khi gương phẳng hao từ 6% đến 10% ánh sáng, việc gia

Trang 6

công dễ dàng, đại bộ phận ứng dụng theo nguyên lý phản xạ toàn phần nên mặt phản xạ không cần phải mạ bạc Lãng kính có tác dụng sau:

- Làm thay đổi hướng đi của ánh sáng

~ Đảo chiều ảnh và tách các tỉa sáng cùng trong một đường đi 3 Một số lăng kính thường dùng trong máy trắc địa

* Lang kinh vng góc Lãng kính phản xạ tồn phần hay cịn gọi là lãng kính vng góc có tiết diện là một hình vuông cân Nếu dùng mặt nghiêng làm mặt phản xạ thì tác dụng như một gương phản xạ đơn thuần, ảnh của vật sẽ quay đi một góc 909 Nếu dùng 2 mặt của góc vng phẩn xạ, tác dụng

giống như hai gương phẳng

đặt giao nhau, bất kỳ góc tới

to hay nhỏ, tỉa ló vấn giữ

đúng vị trí song song với hướng cũ, ảnh quay đi 180°

* Lăng kính hình thang

A

@

Hình 1.4 Lăng kính phản xạ tồn phân

Là một lăng kính hình vng cắt bổ phần góc vuông bằng thiết diện ABCD Các mặt tới, mặt ló và mặt phản xạ được mài bóng, các mặt khác

mài mờ Tỉa tới và tia ló vẫn song song với nhau, không đổi hướng Tia tới sau khi vào lăng kính bị khúc xạ chiếu lên mặt đáy, bị mặt đáy phản xạ lên

Trang 7

mat 16; qua 2 lần khúc xạ tỉa sáng vẫn theo hướng cũ khi vào mà tách rời khỏi lăng kính, ảnh bị đảo ngược Vì mặt nghiêng và mặt đáy làm thành góc 459 (lớn hơn góc giới hạn) nên không phải mạ bạc Lăng kính hình thang có đặc tính cơ bản đó là khi quay quanh một trục song song với tỉa tới một góc x thì ảnh của vật thể cố định sẽ quay một góc gấp 2x

Tuy nhiên, trong thực tế tuỳ vào mục đích sử dụng lãng kính hình thang cịn

được dùng để nâng,

hạ tỉa sáng sau khi 45°

D c

469

đi qua lăng kính

bằng cách thay đối

vị trí chiếu các tia

tới khác nhau Hình 1.6 Lăng kinh hình thang với tỉa tới ở vị trí khác

* Lăng kính hình chữ nhật lệch

ADD'A' là mặt tới, BCB°C' là mặt ló AD//BC AB//DC tạo thành góc

459 với tỉa tới, cho nên hai mặt ABCD và A'B°C'D' không cần phải mạ

bac Bén mat AA’D’D, ABB’A’, BCC’B’ va CC’D’D dugc mài bóng

Hình 17

Lãng kính hình chữ nhật lệch

Lăng kính hình chữ nhật lệch có tiết điện hình thoi, cho ảnh thuận và không

bị đảo ảnh cả chiều đứng lẫn chiều nằm

Tĩa tới song song với tia ló, cách một

khoảng bằng chiều dài lăng kính AD Lăng kính hình chữ nhật lệch được

ứng dụng trong các bộ phận truyền ảnh của máy kinh vĩ và các máy móc quang, học khác, và chủ yếu dùng để dịch chuyển

tỉa sáng đi một góc khơng lớn lắm

* Lãng kính hình mái hiện

Lăng kính hình mái hiên là lăng

kính vng góc biến thành sau khi cắt

Trang 8

một góc 909 để thay thế tác dụng của hai gương phẳng phản xạ Tia sang di theo các điểm 1 2 3 4, tia sáng và tia ló ngược nhau

một góc 909 Tác dụng cũng giống tác dụng của lãng kính vng góc, chỉ khác là ảnh hoàn toàn đảo ngược; cịn lãng kính vng góc thì cho ảnh đảo một chiều

Lang kính mái hiên được ứng dụng rộng rãi trong các máy ngắm, máy quan sát và các

máy quang học khác Tùy theo yêu cầu cụ thể

mà lãng kính mái hiên được chế tạo hình dạng khác nhau cho phù hợp

* Lắng kính hình nêm

Là lãng kính tam giác có góc chiết quang rất nhỏ Tia tới và tỉa ló đi qua các điểm 1 2 3 4 lập thành một góc rất nhỏ gọi là góc lệch Góc lệch phụ thuộc vào chiết suất thuỷ tỉnh Lãng kính hình nêm dùng trong máy quang

học để làm lệch một góc rất nhỏ, đơi khi dùng làm kính báo vệ vật kính của máy trắc địa

* Lăng kính năm góc

Lãng kính năm góc có hai mặt phản xạ CDEE và MNOP, giao tuyến của hai mặt phan xạ gọi là cạnh của lãng kính năm góc Mặt tới ABPO và mặt ló ABCD giao nhau một góc 909, Tia tới chiếu thẳng góc vào tới ABOP rồi vào lãng kính mà không bị khúc xạ và chiếu lên mat CDEF; sau khi bị phản xạ lại chiếu tới mặt OPMN Từ OPMN bị phản xạ, tỉa sáng ra

thẳng góc với mặt ló nên không bị khúc xạ mà truyền thẳng ra khỏi lăng kính

Vì ở mặt phản xạ chùm tỉa tới tạo góc tới là 22,59 (nhỏ hơn góc giới hạn) nên ở các mặt này phải mạ bạc phản xạ Loại lăng kính này cho ta ảnh thuận nhưng quay đi góc 909 Tia

5 D A 3 B F "Y 6 Hình 1.8 Lăng kính hình mái hiên

Trang 9

tới và tia ló giao nhau 909, Khi lăng kính quay xung quanh một trục thẳng góc với vật thì góc này khơng thay đổi Đây chính là ưu điểm lớn của lăng kính năm góc, vì vậy dùng lăng kính năm góc đặt tại vị trí phản xa cuối cùng của hệ thống quang học trong máy kinh vĩ, là vị trí đảm bảo cho tỉa tới thẳng góc với tia ló Tuy nhiên, lăng kính năm góc cịn được sử dụng trong các vị trí khác nhau của máy quang học để quay chùm tia sáng một góc 90° và cho ảnh thuận

* Hệ thống lăng kính truyền ảnh

Là một hệ thống lăng kính truyền ảnh hay còn gọi là lãng kính Boro, gồm hai lăng kính vng góc lắp đối diện mặt huyền với nhau Mặt huyền lang kính này chứa tỉa tới thì mặt huyền lăng kính kia chứa tia ló Hai mặt

phẳng thẳng góc nhau của lãng kính là hai mặt phần xa Hệ thống lăng

kính này cho ta ảnh đảo ngược hoàn tồn Lăng kính truyền ảnh được ứng dụng trong ống nhòm kép để đảo ảnh cho ta ảnh cùng chiều với vật, đồng thời giữ cho kích thước của ống kính không dài quá

|

Hinh 1.11, Lang kinh truyén dnh

1.1.3 Thấu kính 1 Khái niệm

_ Thấu kính là một mơi trường trong suốt, thường làm bằng thuỷ tỉnh giới hạn bởi hai mặt cầu hoặc một mặt cầu và một mặt phẳng

Trang 10

Đặc tính: truyền ánh sáng, cho ta ảnh thật hay ảnh ảo, bán kính mặt cầu càng lớn thì độ khúc xạ càng nhiều Với quy luật đó cho ta tổ hợp các thấu

kính để tạo được những chùm sáng theo ý muốn Trường hợp mặt kính

khơng phải là mặt cầu mà có hình dáng parabol thì gọi là thấu kính phi mật cầu

Thấu kính được ứng dựng rộng rãi trong đời sống hàng ngày như kính

lúp, ống nhóm, máy trắc địa Trong máy trắc địa, thấu kính chiếm vai trị

quan trọng xem như bộ phận cấu tạo chủ yếu của hệ thống quang học như ống kính, kính hiển vi

Tuỳ theo hình đạng của các mặt giới hạn, người ta phân biệt ra các loại thấu kính:

a) Thấu kính hội rụ: là thấu kính ở giữa dày hơn cạnh, hầu hết các trường hợp đều cho ảnh thật

b) Thấu kính phân kỳ: là thấu kính ở giữa mỏng hơn cạnh, hầu hết cho ảnh ảo

a) b)

Thấu kính Thấu kính Thấu kinh Thấu kính Thấu kính hai mặt lơi hai mặt lãm một mặt lồi, một mặt một mặt lồi,

(thấu kính (thấu kính một mặt phẳng, một một

hội tụ) phản kỳ) phẳng mặt lốm mặt lõm

Hình 1.12 Một số dạng thấu kính

Tuy nhiên, thấu kính gây nên các hiện tượng làm chất lượng ảnh kém như: mặt cầu sai, loạn thị, trực quan lệch, ảnh biến dạng

Trang 11

2 Sự khúc xạ của một tia sáng qua thấu kính

F F

a) Tia sáng tới song song với trục b) Các tia sáng đi qua quang học ÓÓ2 khi qua thấu kính quang tâm Ĩ của thấu kính

hội tụ tại tiêu điển F" không bị khúc xạ

©) Một chùm sáng gâm những tia sáng d) Qua một thấu kính phân kỳ mỏng,

song song với trục phụ di qua thấu cde tia sáng song song với trục chính, kính hội tụ Ở giao điểm của trục phụ sơn khi khúc xạ qua thấu kính phân kỳ

về tiêu diện F” như là xuất phát qua tiêu điểm F

Hình 1.13 Sự khúc xạ của tía sáng qua thấu kính

Trang 14

Hình 1.17 Hệ thống lãng, thấu kính trong mây Kinh vĩ T2

Trang 15

1.2 UNG DUNG QUANG HỌC ĐỂ TỰ ĐỘNG BUA TRỤC NGAM

NAM NGANG

Việc ứng dụng quang học để tự động đưa trục ngắm nằm ngang là dựa vào tính chất tự cân bằng của cơ cấu đặc biệt là con lắc Dây treo con lắc trùng với phương của trọng lực luôn song song với phương dây dọi và gọi là Compensator (nghĩa là cân bằng, bù trừ)

Nguyên lý hoạt động của bộ phận tự cân bằng Compensator như sau:

1 2 3 L}- 0, É Ị 3 4

a) Compensator b) Compensator ¢) Compensator

là cánh tay đòn là ống thuỷ dài là con lắc lăng kính Hình 1.18 Sự khúc xạ của tia sáng qua thấu kính

Trường hợp như hình (a) là ống kính nằm ngang, số đọc O¡ ở trên mia | sẽ qua quang tâm kính vật (4) và rơi vào tâm O của màng dây chữ thập Ở hình (b) là trường hợp ống kính bị nghiêng đi một góc nhỏ e, khi số đọc O, duge tao anh tai O’, còn tâm O của lưới chữ thập sẽ trùng với số đọc tại O; trên mia Điều đó có nghĩa là tâm của lưới chỉ chữ thập đã dịch chuyển khỏi trục nằm ngang một đoạn OO"

Theo hình vẽ ta có OO" = f.tge = s.tg nhưng vì e, rất nhỏ nên có thể coi fe = s.B

Như vậy, nhiệm vụ của Compensator là phải đưa O trùng với O' thì tâm của lưới chữ thập phải dịch chuyển đi một lượng fe hoặc làm khúc xạ thay đổi hướng đi của tia ngắm để ảnh O\ rơi đúng vào tam O

Trang 16

an os @

Hinh 1.20 Hé théng Compensator trong Hinh 1.21 Hé thong Compensator máy thuỷ bình AT-G và Na2 (Leica) trong máy kinh vĩ Nikon

1.3 HỆ THONG LANG KINH, THẤU KINH TRONG CAC MAY TRAC DIA

1.3.1 May kinh vi

Trang 17

18

Máy kinh vĩ

Theo 010

Máy kinh vĩ

Trang 19

20

Máy kinh vĩ Dahlta 010A Máy kinh vĩ Theo 010A

Trang 20

1.3.2 Máy thuỷ bình

Máy thuỷ bình Na820

Trang 21

22

Trang 22

Chương 2

MÁY KINH VĨ 2.1 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY KINH VĨ

Máy kinh vĩ là dụng cụ trắc địa, chủ yếu dùng để đo góc, ngồi ra cịn đo khoảng cách và đo cao

2.1.1, Phân loại máy kinh vĩ * Phân loại theo nguyên lý cấu tạo

1 Máy kinh vĩ - vành độ bằng kim loại, đọc số trực tiếp trên vành độ nhờ du xích bằng mắt thường hoặc kính lúp

Máy TT5, Zuho - Nhật

Hình 2.1 Máy kinh vĩ vành độ bằng kim loại

2 Máy kinh vĩ quang học - vành độ bằng thủy tỉnh, vị trí đọc số được truyền lên cửa số có thang vạch chuẩn qua hệ thống lang kính Đọc số trên

cửa số nhờ kính lúp

Máy Theo 020, 3T5KP, Wild T16

ze Hình 2.2 Máy kinh vĩ quang học

Trang 23

3 Máy kinh vĩ điện tử: thông qua bộ đếm trên vành độ, số đọc hiện trên màn hình

Máy T110, DT7C, T100

Hình 2.3 Máy kinh vĩ điện tử

* Phản loại máy kinh vĩ theo độ chính xác 1 Độ chính xác rất cao: mg = 0035520,

May Wild T3, TCA2003, TS30

Hình 2.4 Máy kinh vĩ độ chính xác rất cao

2 Độ chính xác cao mp = 2.0”- 10” May Theo 010

Hình 2.5

Máy kinh vĩ độ chính xác cao

Trang 24

3 Độ chính xác trung bình mg = 10” - 60” May T110, DT600, T100, Theo 020

Hình 2.6 Máy kinh vĩ độ chính xác trung bình

4 Độ chính xác thấp còn gọi là máy kinh vĩ kỹ thuật mạ = > 60”

Máy Theo 080 - Đức, STNO-

Pháp, T.30- Liên Xô, Tranxit 50- Mỹ 2.1.2 Sơ đô nguyên lý máy kinh vĩ quang học

* Bộ phận đọc số quang học: Ánh sáng tự nhiên nhờ gương phản chiếu (1) hướng vào thấu kính hội tụ (2) đến lăng kính khúc xạ (3) và được truyền xuống bàn độ ngang (4) nhờ lang kính khúc xạ (5) Hình ảnh vạch khắc trên bàn độ ngang (4) được lăng kính phản xạ (7) đưa ngược lên qua hai thấu kính (8) và (9) đến thang chuẩn

Hình 2.7 Máy kinh vĩ Theo 080

đọc số quang học (10) Sau đó hình ảnh của vạch khắc trên bàn độ ngang (4) và thang đọc số (10) nhờ lăng kính khúc xạ (11) truyền vào ống kính hiển vi Nhờ có lãng kính (12) và kính mắt (13) của ống kính hiển vi và dựa vào vạch chuẩn hoặc thang đọc số (10) mà ta có thể đọc được giá trị hướng ngang trên bàn độ ngang (4) Hình ảnh của bàn độ đứng (14) và

thang đọc số (10) cũng được truyền đồng thời vào ống kính hiển vi nhờ hệ thống lăng kính (3), (15), (16), (17), (18) và (11)

Trang 25

Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo máy kinh vĩ quang học

* Ong kinh

Hệ thống quang học của ống kính gồm kính vật (20), kinh diéu anh

(21), lưới chữ thập (22) và kính mắt (23) * Đọi tâm quang học

Hệ thống quang học của ống dọi tâm quang học gồm kính vật của dọi

quang học (24), lang kính (25), kính điều ảnh (26) và kính mắt (27)

Trang 26

2.1.3 Cấu tạo các bộ phận cơ bản của máy kinh vĩ quang học 1 Các trục cơ bản của máy kinh vi

+ Trục đứng - trục quay máy VV + Trục ngang - trục quay ống kính HH + Trục ống kính SS + Trục ống thuỷ đài LL "Trục đứng "Trục ngang AY Vy Kính mắt 'Trục ống kính Góc ngang Ban độ ngang Bàn độ đứng Trục ống thủy

Hình 2.9 Các trục cơ bản của máy kinh vĩ

Trang 27

2 Các bộ phận cơ bản của máy Theo 020

Hình 2.10 Máy kinh vĩ Theo 020

Các bộ phận chính:

5 Ốc điều chỉnh kính mắt 14 Ống kính đọc số

6 Ốc điều chỉnh kính vật 15 Gương chiếu sáng bộ phận đọc số

he Ong ngắm sơ bộ 16 Ốc khoá bàn độ ngang

8 Oc ham trục quay máy TỰ Ống thuỷ tròn

9 Ốc vi động ngang 18 Ống thuỷ dài

10 Ốc hãm trục quay ống kính _ 19 Ốc cân bằng máy

11 Ốc vi động đứng 20 Định tâm quang học

12 Bàn độ đứng 21 Đế máy

13 Bàn độ ngang 22 Ốc liên kết thân và đế máy

3 Các bộ phận cơ bẩn của máy kinh vĩ a) Ong kinh

Trang 28

gian khá dài, kính viễn vọng đều được chế tạo ra kiểu điều quang ngoài Đến 1909 nhà chế tạo máy trắc địa Thụy Sỹ Wild đã sáng chế được kính viễn vọng điều quang trong, ống kính có sự cải tiến rất lớn Nhưng các tính năng của ống kính như: độ phóng đại, độ sáng, khả năng phân ly và khả năng ngắm thường khống chế lẫn nhau, do đó việc cải tiến để nâng cao tính năng chung của ống kính rất khó khăn Hiện nay, các máy trắc địa đều

dùng ống kính điều quang trong

Hình 2.11 Ống kính của máy kinh vĩ

Cấu tạo của ống kính điều quang trong gồm ba ống thép hình trụ đồng tâm lồng vào nhau Một đầu của ống trụ ngoài (1) được gắn với kính vật (2) còn đầu kia là vòng trịn điêu quang (3) có rãnh xoắn ăn khớp với rãnh xoắn của ống trụ trong (4) có gắn lăng kính điều quang (5) và lưới chữ thập (6) Khi xoay vòng điều quang (3) thấu kính điều quang (5) di chuyển dọc

theo trục ngắm CC của ống kính Ơng trụ thứ ba được gắn với hệ kính mắt

(7) Trục ngắm CC đi qua quang tâm của kính vật (2), kính điều quang (5) và kính mắt (7) cùng với giao điểm của màng dây chữ thập (6) Ống kính

điêu quang trong khác với ống kính điều quang ngồi ở chỗ: kính vật và

kính gắn lưới chữ thập được gắn cố định ở thân ống kính, giữa chúng có đặt một thấu kính phân kỳ di động đóng vai trị “kính điều quang” Khi

van ốc điều quang, kính phân kỳ sẽ đi động, làm thay đổi khoảng cách

giữa kính vật và ảnh thật (hình 2.11) tới khi ảnh thật trùng với mặt phẳng

Trang 29

16 14 15

Hình 2.12 Các bộ phận của ống kính của máy kinh vĩ b) Kính vật

Là một tổ hợp lăng kính hội tụ và phân kỳ ghép lại với nhau (thường là 2-3 kính) dùng để phóng đại với độ phóng đại lớn 18-50 lần Rất ít khi người ta dùng đơn độc một thấu kính, thấu kính đơn chỉ dùng trong việc tụ quang và các kính với độ phóng đại khơng lớn lắm Để đạt được chất lượng ảnh tốt trong hệ thống kính quang học như kính vật cũng như giảm bớt khó khăn trong quá trình chế tạo, sửa chữa, những loại kính này làm

bằng thuỷ tỉnh quang học có hệ số chiết suất khác nhau Các kính này được lắp ghép với nhau, giữa các lớp kính là các lớp đệm bằng vòng kim loại hoặc bằng giấy thiếc

Tuy nhiên, việc ghép các kính lại với nhau lại gây nên hiện tượng hao hụt ánh sáng khi đi qua các kính Để giảm hiện tượng này, người ta đã nghiên cứu thành công phương pháp màng giảm phản xạ Chính vì thế mà chúng ta thấy các kính có màu xanh, màu tím hoặc màu xanh tím đó chính là kính đã được mạ một lớp rat mong Oxit Sillic-SiO, để tăng thêm độ sáng trong các hệ thống kính quang học

Trang 30

Dây chữ thập _ Kính Hệ kính mái hiên Kính mắt Kính vật điều quang

Hình 2.13 Hệ thống thấu kính, lăng kính trong ống kính

Vì vậy sau khi ánh sáng đi qua một môi trường kính thì bị chia ra làm 3 thành phần:

+ Phần phản xạ trở lại; + Phần bị kính hấp thụ;

+ Phần còn lại sau khi bị khúc xạ và đi qua thấu kính ra ngoài Hệ số hao hụt ánh sáng nhiều hay ít tuỳ theo loại kính, nhưng thông thường

từ 0,2 - 2%

Qua nghiên cứu người ta thấy trong một ống kính viễn vọng loại cũ khơng có màng giảm phản xạ thì lượng ánh sáng bị mất đi từ 50% - 60%, thậm chí có trường hợp mất đi 70%

Hiện nay, có các phương pháp mạ màng giảm phản xạ như sau:

+ Dùng axit yếu cho tác dụng vào mặt kính: axit acetic -

CHạCOOH 0,5%; axit nitric - HNO; 0,5%; axit hydrochloric HCI 0,5%

Trang 31

màng mỏng trên kính Dùng dung dịch ethyl silicate thuỷ phân để thu được axit sHixit HaSiO¿, rồi làm ôxy siHic tách khỏi axit silixit và lắng xuống bám chặt vào kính

+ Phương pháp vật lý, trong chân không cho kim loại hoá hơi rồi

làm ngưng tụ trên kính

©) Lưới chữ thập

Cấu tạo của lưới chữ thập là hai tấm kính mỏng ghép lại, trên đó

khắc những đường chỉ màu đen rất

sắc nét có độ lớn là ¿ = 0,02mm Có hai đây chỉ cơ bản là dây chỉ đứng và dây chỉ ngang tạo thành

chữ thập Giao điểm của chúng là điểm chuẩn để ngắm mục tiêu khi

đo Độ chính xác của lưới chữ thập Hình 2.14

được quyết định bởi các yếu +ưới chữ thập và các ốc hiệu chỉmh

16 sau:

+ Chiều rộng của vạch khác + Khoảng cách giữa hai vạch khắc

+ Sai số góc của các vạch

+ Khoảng cách của cặp dây đo khoảng cách trên dây chữ thập

phải đảm bảo đúng bằng hệ số K của máy

Nếu lưới chữ thập có:

+ Sai s6 dai > 0,1mm va sai số góc > 5` là độ chính xác thấp

+ Sai số dài từ 0,01 - 0,1 mm và sai số góc từ 1'+5' là độ chính xác

trung bình 1

+ Sai số dài từ 0,001 - 0,01mm và sai số góc từ 1”+1" là độ chính

xác cao

Hiện nay có một số phương pháp chế tạo lưới chữ thập như sau: + Loại lưới chữ thập tự căng bằng tơ nhện,

+ Loại lưới chữ thập tự căng bằng dây bạch kim 0,02mm

+ Khắc trên kính

+ In ảnh trên kính, là phương pháp được dùng phổ biến hiện nay vì nó phù hợp cho các linh kiện sản xuất hàng loạt,

Trang 32

Tấm kính khác lưới chữ thập này sẽ được cố định bởi bốn ốc điều chỉnh xung quanh

Tuỳ thuộc vào chức năng của từng loại máy mà lưới chữ thập có các đạng khác nhau

€6 Hình 2.15 Các loại lưới chữ thập

4d) Nguyên lý cấu tạo của dây do khoảng cách

Trong ống kính của máy kinh vĩ cũng như của phần lớn các loại máy trắc địa khác, trên lưới chữ thập người ta tạo một cặp dây chỉ ngắn đối xứng qua chữ thập (dây giữa): đó là cặp đây do khoảng cách

Trục quay (VV) của máy

Hình 2.16 Nguyên lý cấp dây do khoảng cách

Khoảng cách ngang D được tính theo công thức:

D=DPs+f+ô=Do+C (2.1.1)

Trong đó C = (Š+f) là hằng số cộng là khoảng cách tính từ trục đứng VV của máy đến tiêu điểm kính vật F; f là tiêu cự kính vật, ỗ là khoảng cách từ tâm kính vật đến trục đứng VV của mấy

l=t-d (2.1.2)

Trang 33

Khoảng cách ngang Dẹ tính từ tam giác Ftg:

! B

Do = —— cotg— ° 2 & 2 (2.1.3)

Góc trong máy kinh vĩ cố định và thường được chế tạo sao cho cotgB/2 : 2 = K (K hệ số của cặp đây đo khoảng cách), thơng thường để dễ tính toán người ta thường chế tạo K=100 hoặc K=200

e) Ong thuỷ dài là một ống thuỷ tỉnh hình ống, nếu cắt doc thay mat trong có dạng một cung trịn Tuỳ theo độ nhạy ống thuỷ mà bán kính R của cung đo khác nhau, thường R=3m +200m Trên mặt ống thuỷ dài có khắc vạch, cách đều các điểm giữa Khoảng cách giữa các vạch khắc là 2mm Độ nhạy của ống thuỷ dài là góc ở tâm cung dài 2mm có bán kính cong R:

„2mm „

H= R p (2.1.4)

cũng tuỳ theo từng loại máy khdc nhau, cé thé tir 1’+2’ dén 4’+5° O một

vài loại máy đo đạc thiên văn độ nhạy đến 1” Một ống thuỷ tốt không những phụ thuộc vào chất lượng thuỷ tỉnh làm thân ống mà phần lớn còn đo độ tỉnh xảo trong lòng ống quyết định, cho nên việc mài độ cong đó rất khó khăn và cơng phu Ngồi ra, tuỳ theo độ nhạy mà chọn dung dịch lỏng cho vào ống thuỷ: thường dùng ête hoặc cồn tuyệt đối bơm đầy rồi dùng cách chườm nóng cho ête trào ra, để cịn lại một ít bọt khí nhỏ gọi là bọt thuỷ, thường thì bọt khí có độ đài bằng 0,3+0,4 chiều dài thân ống (khi nhiệt độ ở 209C) rồi hàn kín ống lại

Trang 34

Tuy nhiên ở những nơi có điều kiện chênh lệch quá nhiều, người ta chế tạo một đầu nhỏ ở đầu dùng ống thuỷ để điều chỉnh chiều dài bọt khí Thân ống thuỷ được lắp trong một ống kim loại, hai đầu của ống kim loại được

thiết kế có các ốc điều chỉnh để nâng hạ hiệu chỉnh cũng như các ốc để gắn cố định vào mấy

Ngoài mặt ống thuỷ được chia khắc vạch với khoảng cách 2mm một gọi là khoảng chia ống thuỷ Vạch chính giữa S của các khoảng chia đó gọi là điểm O của ống thuỷ Vì thường nhìn hai đầu ống thuỷ để xác định vị trí nên ít khi người ta khắc tất cả khoảng chia Trường hợp đó ta xem điểm O của ống thủy là tâm đối xứng của các vạch ở hai phía Tiếp tuyến LL với cung ab của mặt trong ống thuỷ tại điểm S gọi là trục của ống thuỷ

? Ống thuỷ tròn

Ống thuỷ trịn có cấu tạo như hình vẽ 2.18 Ngoài cùng là vỏ bằng kim loại bảo vệ, bên trong ống thuỷ tỉnh chứa cồn nguyên chất hoặc ête và chứa ít bọt tạo thành bọt thuỷ có đường kính từ 3+5mm Mặt trên của bọt thuỷ

trịn hình chỏm cầu có bán kính r = 0,5m, trên chỏm cầu người ta khắc hai

vòng tròn đồng tâm Khi tâm của bọt thuỷ nằm giữa vòng tròn thì trục của bọt thủy trùng với phương của dây đọi

Hình 2.18 Ống thuỷ trịn 4

Do bán kính của mặt cầu là khá nhỏ nên độ nhạy kém từ 3'+8”, đo đó

ống thuỷ trịn thường được dùng để cân bằng sơ bộ Vỏ của ống thuỷ tròn làm bằng kim loại để lắp vào máy, ống thuỷ tròn thường có 3 ốc điều chỉnh

tạo thành 3 đỉnh của tam giác đều, cũng có khi khơng có ốc điều chỉnh mà được cân và gắn chặt ngay tir lúc sản xuất tại xưởng

Trang 35

8) Trục của máy

Trục quay máy thường làm bằng đồng

hoặc bằng thép, tuỳ theo từng loại máy mà trục có hình đạng kích thước khác nhau cho thích hợp Việc sản xuất các hệ thống trục là q trình gia cơng tỉnh chế rất phức tạp, độ tinh xảo yêu cầu rất cao Hình đáng của trục

có nhiều kiểu như: hình cơn suốt, cơn 2 mặt,

hình trụ Đối với các trục đứng thì phải đảm bảo các yêu cầu chính sau:

+ Thân trục phải nhắn, tròn, nếu là

hình trụ thì phải thật thẳng và tiết diện ở bất

cứ đoạn nào cũng đều phải bằng nhau

Nếu là hình cơn thì hai nấc côn cũng như trục trong và ngoài phải đồng tam

+ Ổn định trong lúc quay máy, không đảo, không lắc Thân trục không dài quá làm giảm thấp trọng tâm của máy

+ Bảo đảm máy quay nhẹ nhàng, trơn tru, khơng vấp váp, rít hay xộc xệch

Tuỳ theo cấu tạo, trục đứng có một số

dang như sau:

* Hệ thống trục I

Trục quay máy và bàn độ ngang gắn liền với nhau Trục có dạng hình cơn ngược, ở giữa có chỗ lõm để giảm ma sát và dự trữ một

lượng đầu Loại trục này được sử đụng cho các dòng máy do Pháp chế tạo

* Hệ thống trục II

Trang 36

* Hệ thống trục [ÍI

Trục quay máy cho vào lồng trục bàn độ

ngang, đặc điểm của loại trục này là rất

khít, nhẹ nhàng, thích ứng cho máy kinh vĩ

loại nhỏ có ống kính ở giữa, nhược điểm là + —

trục quay máy dễ bị bàn độ ngang truyền sự rung động Các loại máy Theo 10A, 20A

thường dùng các loại trục này Hình 2.22

* Hệ thống trục IV Hệ thống trục đứng loại IV

Là loại trục có dạng hình trụ thẳng có độ chính xác rất cao Loại trục

này có nhiều ưu điểm nên phần lớn các máy trắc địa hiện nay hay dùng

Trục được làm bằng thép đặc biệt và gia công rất tỉnh xảo Với loại trục này, mặt tiếp xúc của thân trục chỉ để giữ cho trục quay vững vàng, mà hồn tồn khơng có lực nén nào cả Loại trục này sử dụng được lâu mà khơng bị mịn, để trục quay được nhẹ nhàng và giảm sức tải trọng của Hục người ta chế tạo đỉnh trục có dang mũi nhọn hoặc dùng vòng bị đỡ trục Ngoài ra, có thiết bị điều chỉnh trục lên xuống bằng vít hay nhíp lị xo Với loại trục này thì lớp đầu không bị nén giữa thân và lỗ trục nên lớp dầu được giữ lâu dài, khơng gây rít và khơ dau

Thân và lỗ trục đều làm bằng thép tốt, hệ số giãn nở rất nhỏ, lại được xử lý đặc biệt, độ tỉnh xảo gia cơng cao do đó cho phép máy hoạt động bình thường trong những điều kiện khí hậu chênh lệch rất lớn (-50%C đến

+50°C)

h) Bàn độ và bộ phận đọc số của máy kinh vĩ quang học - Bàn độ ngang

Bàn độ ngang trong máy quang học có cấu tạo là một đĩa tròn đặc hoặc rỗng ở giữa có đường kính từ 60mm đến 250mm làm bằng thuỷ tỉnh hoặc pha lê trong suốt, trên đó có vạch khác chia độ và được đánh số tăng theo chiêu kim đồng hồ (từ 0° đến 360° hoặc 08 + 4008) và phần phút, giây xác định nhờ thang vạch và du xích

Trang 37

với trục ống kính, do đó khi quay máy trong mật phẳng nằm ngang thì vịng đọc số cũng quay theo, còn vòng bàn độ ngang thì đứng yên

lành yom 30 00 0 10 20 30 40 60 60 nliubalinlidanluulanbnl "pm 73 172 Az V: 849456 - H:172950’5 Hình 2.23 Bàn độ của máy kinh vĩ và thang vạch đọc số

- Ban độ đứng

Bàn độ đứng và vòng đọc số trên bàn độ đứng cơ bản giống với bàn độ ngang Nhưng nó có một số điểm khác biệt chính, đó là bàn độ đứng được gắn chặt với ống kính nên khi quay ống kính quanh trục nằm ngang thì bàn độ cũng quay theo, còn vòng đọc số thì đứng yên Một số máy trên vòng đọc số có gắn ống thuỷ dài để xác định vạch chuẩn đọc số nằm trong

mặt phẳng nằm ngang đi qua trục quay ống kính Khi tia ngắm nằm

Trang 38

- Màn hình đọc số bàn độ của một số loại máy kinh vĩ Vv V 96 95 90 9 0.10 40 50 60 rot

adtanmelfunitinhiay lala dil 7578" 15241

Ce NE 8 359.1 0 0 10 20 30 40 50 l60 TT a H 18401

b 8b 08L 6 236 285 | Hz Hz Hz

Máy kinh vĩ Zeiss 080 Máy kinh vĩ Wild T16 Máy kinh vĩ

V : 96° 05° V : 96° 06.5” Sokkia TM6 Hi 359° 28" H: 235° 56.4’ H: 263° 15’ 24” 102 103 ss TM HD Ho vn 0200 387 48 Ee HH 0I|Eđie 2: 3004 aeftriÔ tulunluuludlualunlunhalonlualuulunH H

Máy kinh vĩ Sokkia TS20A H: 1039 2.5°'hoặc H: 2569 57.5”

V._ 8514620"

Ân H 8359c0'R

Máy kinh vĩ Theo 020

Hz: 357° 4’ May kinh vi dién tir Leica T100 Vz: 92° 5’ V: 95° 46’ 20” H: 89° 59° 20”

onan

92 91

Hình 2.25 Bộ phận đọc số của máy kinh vĩ

2.1.4 Máy kinh vĩ điện tử

1 Cấu tạo máy kinh vĩ điện tử T100

Máy kinh vĩ điện tử có cấu tạo về cơ bản giống với máy kinh vĩ quang học Điểm khác biệt là các số đọc trên bàn độ ngang và bàn độ đứng được

mã hoá và thể hiện trên màn hình đọc số mà không phải đoán đọc như máy

kinh vĩ quang cơ

Trang 39

Hình 2.26 Máy kinh vĩ điện tử T100

1 Tay cầm 10 Hộp pin Ze Ong ngắm sơ bộ ll Ong thuy dai

3 Kinh vat 12 Ốc vi động đứng

4 Tâm trục quay ống kính 13 Ốc hãm trục quay ống kính

5 Định tâm quang học 14 Màn hình đọc số

6 Ốc cân máy 15 Bàn phím

7 Đế máy 16 Ốc vi động ngang 8 Ốc điều ánh 17 Ốc hãm trục quay máy

9 Ốc điều chỉnh dây chữ thập 18 Ống thuỷ trịn

(kính mắt) 19 Ốc hãm thân máy

2 Bàn độ điện tử mã hoá của máy kinh vĩ điện tử

Bàn độ mã hố được mơ tả trên hình 2.27 bao gồm 1 bóng đèn Z„ một tụ điện, hai đi-ôt quang điện A và B và hệ thống lãng, thấu kính PI, P2, W,

P3,D,OI, O2

Trang 40

n=4, cho 16 vùng mã đánh số từ 0 đến 15 Có thể hiểu mỗi vùng mã là một

khoảng chia bàn độ Với hình 2.27b thì ta có khoảng chia bàn độ sẽ là

3609/2"=3609/16=22.59

Vì phía trên bàn độ có đèn chiếu sáng Z va hai di-6t quang điện A và B, khi ánh sáng đi qua khoảng trắng sẽ tạo ra dòng quang điện mạnh, đi qua khoảng đen tạo ra quang điện yếu Nếu gán cho trạng thái có ánh sáng đi qua là 1 và ngược lại ứng với Ô ta sẽ tạo ra mỗi vùng mã ứng với con số đếm trong hệ 2 Nối các vùng mã với máy đếm điện tử và giải mã ta sẽ nhận được giá trị góc đo hiển thị thơng qua màn hình hiện số hoặc ghi vào bộ nhớ của máy

Hình 2.27 Bàn độ điện tử và vàng mã hoá

Hiện nay, chủ yếu người ta chế tạo ra bàn độ điện tử động để khắc phục sai số vạch khắc chia bàn độ lớn Bàn độ điện tử động gồm bàn độ thuỷ tỉnh có thể chuyển động được, tấm chắn ánh sáng L¿ cố định và tấm chắn

Lạ gắn với chuyển động của bộ phận ngắm

Bàn độ được chia thành m rẻ quạt có khoảng cách bằng nhau, và có khoảng cách góc là œọ gọi là chu kỳ chia Mỗi rẻ quạt lại chia thành 2 nửa sáng và tối để ánh sáng đi qua hoặc cản ánh sáng lại khi bàn độ chuyển động, giá trị vạch khắc bị Lạ và Lạ quét cho ra dòng quang điện ứng với