Данная статья посвящена приборам, которыми производят измерение такого параметра, как высота. Однако прежде чем приступать к описанию самого инструмента, давайте разберемся, что представляет собой этот самый показатель.
Понятие высоты
Упомянутый параметр является относительной величиной, то есть данное значение всегда определяется относительно чего-либо. Чаще всего его измеряют относительно уровня моря, это значит, что линия морской поверхности принята за точку отсчета.
Такая система напоминает определение градуса воды по Цельсию, когда точкой отсчета принята температура перехода воды из жидкого состояния в твердое, и наоборот. Так же и с измерением высоты, положительным считается значение выше уровня моря, а отрицательным - ниже. В особых случаях точкой отсчета может выбираться любая другая поверхность. Например, высоту дома никто не будет измерять относительно уровня моря, здесь началом отсчета выступает на которой построено здание. По такому же принципу измеряют все частные случаи: высоту дерева, строения и т. д. А вот высоту горы или любой точки а также объекта, летящего в атмосфере (самолет, вертолет и т. п.) измеряют относительно уровня моря. Читатель может задать вопрос: «А какой принято использовать прибор для измерения относительной высоты?» Ответ на этот вопрос вы найдете, если прочитаете статью до конца.
Прибор для измерения относительной высоты: история развития и основные виды
С древности люди использовали для строительства и определения рельефа такой инструмент, как уровень. Это устройство стало основой и для современного измерительного механизма. К древнему уровню была приделана трубка, так и получился самый элементарный прибор для измерения относительной высоты, который назвали нивелиром, что означает «выравнивать». Элементарный нивелир представляет собой горизонтальную рейку и вертикальную планку, к которой присоединен отвес. Однако с развитием науки совершенствуются и инструменты. Прибор для измерения высоты не стал исключением. Так, современные нивелиры можно разделить на три основные группы. Первая - наиболее распространенная, к ней относятся приборы, в основу которых заложена высококачественная оптика. Вторая группа - это лазерные устройства. Эти приборы характеризуются И третья - самая «молодая» - это цифровые нивелиры.
Оптические измерительные инструменты
Такое устройство представляет собой цилиндрический уровень (либо компенсатор) и оптическую систему, которая помещена в металлический корпус (трубу). Уровень необходим для выставления визирной оси в горизонтальное положение.
Для проведения измерений нивелир устанавливается на треногу с опорной площадкой. Цилиндрический уровень представляет собой ампулу с жидкостью (эфир, спирт). Часть пространства, заполненную спиртовыми парами, называют пузырьком уровня. На верхней поверхности ампулы нанесена шкала с шагом в два миллиметра, средняя ее точка называется нуль-линией.
Лазерный нивелир
В данных устройствах в дополнение к оптическим системам пришли лазерные светодиоды, но, по сути, названное устройство мало чем отличается от оптического. Главной его особенностью является очень тонкий, идеально ровный луч, проецируемый на измеряемую поверхность. Это значительно упрощает процесс определения высоты.
Цифровой прибор для измерения относительной высоты
Данный инструмент существенно отличается от своих предшественников. Он не только изменил свой внешний облик и внутреннее устройство, но и значительно расширил свои возможности. Цифровой нивелир - это измерительный прибор, который способен не только проводить измерение, но и проецировать лучи, плоскости на любую поверхность. Этот инструмент просто незаменим при проведении строительных и ремонтных работ. Упомянутое устройство характеризуется высокой и простотой в применении, таким инструментом сможет пользоваться даже новичок.
Принцип работы цифрового нивелира
Основой рассматриваемого устройства являются электромагнитная система маятников и светодиодная (лазерная) оптическая система, которая предназначена для проецирования лазерных лучей в виде точек или линий. Один такой прибор может проецировать сразу несколько плоскостей, что очень удобно при строительстве. Для обеспечения точности измерений в используется металлический маятник, который выравнивает всю электронную и оптическую часть прибора относительно уровня земли. Даже если устройство стоит неточно или его сдвинули в процессе работы, маятник выставит схему параллельно земле, и проецируемая поверхность останется точной. Рассмотрим, как это происходит. Под маятником располагается несколько электрических или природных магнитов. Благодаря созданному магнитному полю предотвращается раскачивание маятника при изменении положения нивелира. При установке устройства данный элемент свободно раскачивается. Однако при прохождении через в материале (металле) наводится электрическое поле, трансформируемое в тепловую энергию, которая и тормозит всю систему.
Оптическая система прибора строится на светодиодах, создающих горизонтальные, вертикальные и диагональные лучи. Проходя через систему линз, они преобразуются в линии, которые и проецируются на измеряемых поверхностях.
Достоинства и недостатки цифровых нивелиров
Главным преимуществом такого прибора является простота и наглядность, а также возможность проводить работы с базовой плоскостью в нескольких точках одновременно. Также следует упомянуть и возможность построения горизонтальных и вертикальных плоскостей, причем сразу в разных направлениях.
Недостатком рассматриваемого устройства является его высокая стоимость. Изо всех них только устройства третьего класса соизмеримы по цене с оптическими нивелирами. Их можно использовать только при проведении ремонтных работ внутри помещения, где высокая точность большой роли не играет. Например, для разметки полов, стен, потолков. А для проведения геодезических измерений и для разметки грандиозных строящихся объектов требуются приборы первого или второго класса точности. Однако дальность применения таких инструментов все равно ограничена 600 метрами. При необходимости проводить измерения на большие расстояния следует использовать оптические нивелиры.
Классификация цифровых нивелиров
1. Точечный прибор для измерения высоты. Он напоминает лазерную указку, то есть, проецирует на измеряемую поверхность одну или несколько точек.
2. Статичный, или позиционный цифровой нивелир. Это устройство имеет два источника, проецирующих лазерные лучи на перпендикулярно размещенные призмы, которые преобразуют их в две видимые плоскости. В результате получаются две пересекающиеся крестом плоскости. В случае использования сложных оптических систем, содержащих более трех полупроводниковых диодов, появляется возможность проводить проецирование большого количества плоскостей, что весьма удобно при работе с многомерными объектами. Кроме того, чем больше плоскостей, тем больше мастеров могут заниматься ремонтными или строительными работами. Позиционные нивелиры также снабжаются функцией «лазерного отвеса». Это дополнительные диоды, благодаря которым можно направлять луч одновременно на пол и на потолок.
3. Ротационный цифровой нивелир. В таком устройстве лазер прикреплен к валу электродвигателя, то есть он может вращаться на 360 градусов. Кроме того, в таких приборах (вместо призмы) используется фокусирующая линза. В результате, вместо плоскости человек видит небольшую точку, однако при включении по всей рабочей области или площади комнаты проецируется непрерывная линия.
В настоящее время в различных строительных и ремонтных работах все чаще используются точные современные измерительные приборы - нивелиры. Эти приборы позволяют измерять разницу в высоте между двумя отдаленными друг от друга точками пространства, весь такой процесс измерения называется нивелированием. У профессионалов принято различать гидростатическое, тригонометрическое, барометрическое и геометрическое нивелирование.
Нивелиры также различаются между собой. По типу конструкции и принципу работы выделяют широко известные оптические нивелиры, электронные (они же «цифровые») и лазерные нивелиры.
Оптический нивелир представляет собой специальный геодезический прибор для геометрического нивелирования, в корпусе которого находится зрительная труба с окуляром, прикрепленная к подставке и опорной площадке при помощи системы винтов, позволяющих ей вращаться в разные стороны по горизонтали. Подъемные винты оптического нивелира служат для укрепления прибора в рабочем положении, а для осуществления горизонтального движения при взятии точки отсчета используется элевационный винт. В современных оптических нивелирах для того, чтобы удерживать горизонтальную визирную ось используют автоматические компенсаторы, что позволяет увеличить точность и скорость производимых измерений.
Электронные нивелиры являются современными геодезическими приборами, позволяющими получать наиболее точные результаты измерений. В их конструкции и принципе работы удачно сочетаются функции точного оптического нивелира с новейшими цифровыми технологиями используемого запоминающего устройства со встроенным программным обеспечением, позволяющим производить оперативную обработку результатов производимых измерений и фиксирующим результат с высокой степенью точности.
Наибольшей популярностью сегодня пользуются лазерные нивелиры , используемые при проведении различных строительных работ. Широта сферы применения и простота использования этих приборов объясняется особенностями конструкции и принципа работы, на котором функционируют все лазерные нивелиры.
Принцип работы этих приборов кардинально отличается от предыдущих моделей оптического и электронного нивелиров. Основа их конструкции - лазерные излучатели, подающие лучи лазера через оптическую призму в открытое пространство. При этом два, исходящих из нивелира лазерных луча образуют во внешнем пространстве две идеально ровные перпендикулярно пересекающиеся плоскости. Ориентируясь на эти плоскости, можно выравнивать различные поверхности (стены, полы, дверные проемы) и выполнять другие виды ремонта. Работающие по такому принципу нивелиры называются статичными или, иначе - позиционными.
Существует и другой тип подобных лазерных измерительных приборов - ротационные нивелиры . Работают они быстро благодаря использованию электродвигателя, вращающего лазерный излучатель на 360 градусов. Вместо призм в них используется фокусирующая линза, которая создает видимую глазом точку во внешнем пространстве, превращающуюся в идеально прямую линию между нивелиром и поверхностью. Такие нивелиры больше всего подходят для отделочных ремонтных работ, таких как поклейка обоев, выкладка плитки, установка плинтусов и т.д.
Еще несколько статей из раздела " "
Нивелир – геодезический прибор для измерения превышений между двумя точками местности посредством горизонтального визирного луча. Нивелиры обозначают буквой Н,. Нивелиры разделяются на оптические, лазерные и электронные (цифровые). В оптических нивелирах горизонтальной линией является мнимый визирный луч, в лазерных – видимый лазерный луч, создаваемый источником излучения, в цифровых – визирный луч. По точности оптические нивелиры делятся на три группы: высокоточные - Н-0,5, точные Н-3 и технические – Н-10
По способу приведения визирного луча в горизонтальное положение различают нивелиры с уровнем и с компенсатором. Нивелиры изготавливают с лимбом для измерения горизонтальных углов и без него. В шифре нивелира арабскими цифрами перед буквой Н обозначают номер модели, цифрами после нее – точность в миллиметрах и буквами - конструктивные особенности – наличие компенсатора К и лимба Л, например, 2Н10КЛ расшифровывается: вторая модель нивелира точности 10мм на 1км двойного хода с компенсатором и лимбом. У лазерных нивелиров ставятся буквы НЛ или ВЛ (визир лазерный). В шифре нивелира наличие уровня не указывается, так как во всех нивелирах горизонтальная линия создается с помощью уровня.
В настоящее время высокоточные нивелиры выпускают только с уровнем, а точные и технические - с уровнем или с компенсатором. Все нивелиры с уровнем являются глухими (труба наглухо скреплена с вертикальной осью вращения) и с элевационным винтом, наклоняющим трубу в небольших пределах. Зрительные трубы отечественных нивелиров, изготовленных после 1990г., имеют прямое изображение предметов, а выпущенные ранее – обратное. Зарубежные фирмы выпускают в основном нивелиры с компенсатором и зрительными трубами прямого изображения. Технические нивелиры предназначены для нивелирования технической точности. В комплект нивелира типа Н-10 входят шашечные нивелирные рейки типа РН-10 и штатив типа ШР-120.
7.4.2. Устройство нивелиров с уровнем Н-3
Основными частями оптических нивелиров являются: зрительная труба, цилиндрический уровень или компенсатор, круглый уровень и подставка с тремя подъемными винтами. Зрительная труба с уровнями располагается на опорной плите, ось вращения которой входит в трегер (подставку). Точный нивелир Н-3 является нивелиром с цилиндрическим уровнем и элевационным винтом, состоит из нижней неподвижной части и верхней подвижной. Внизу неподвижной части имеется пружинящая пластина, с резьбовой втулкой в середине для скрепления нивелира со штативом становым винтом. В пластину входят нижние части подъемных винтов, а верхние - в трегер. В центре трегера имеется втулка, в которую входит ось вращения верхней части нивелира. Верхняя часть нивелира и подставка неразъемные. На основании верхней части нивелира - опорной плите - укреплены зрительная труба и круглый уровень. Корпус зрительной трубы в нижней части имеет два выступа: один из них (в объективной части) шарнирно скреплен с опорной плитой, другой (в окулярной части) покоится на элевационном винте, вращением которого окулярный конец зрительной трубы может перемещаться в вертикальной плоскости в небольших пределах и наклонять зрительную трубу. Корпус зрительной трубы с левой стороны имеет выступ, в котором расположены цилиндрический уровень и призменное устройство, передающее изображение концов пузырька уровня в поле зрения трубы. Ампула цилиндрического уровня имеет термостатирующее устройство, благодаря которому длина пузырька при колебаниях температуры воздуха остается практически неизменной. Со стороны окуляра цилиндрический уровень имеет четыре исправительных винта, закрытых круглой пластинкой, закрепленной винтом. С правой стороны корпуса трубы имеется кремальера для фокусирования. Сверху трубы имеется мушка для приближенного наведения на рейку. Зрительная труба с окуляром и объективом представляет собой телескопическую систему с внутренней фокусировкой и дает обратное изображение предмета. В окулярной части трубы помещена сетка нитей, награвированная на стеклянной пластинке. В плоскости сетки нитей получается изображение рейки. Сетка нитей имеет четыре исправительных винта, закрытых навинчиваемой на окулярную часть крышкой Круглый уровень служит для приближенной установки оси вращения нивелира в отвесное положение подъемными винтами. Снизу уровня имеются три исправительных винта.
Нивелир - геодезический прибор со зрительной трубой, визирная ось которого служит для воспроизведения горизонтальной линии.
Нивелиры снабжены уровнями или компенсаторами - устройствами для достижения горизонтальности оптической оси. Таким образом,
оптические нивелиры бывают двух типов: нивелиры с уровнем и ни
зирования (с компенсатором). Кроме того, электронные технологии позволили создать современный многофункциональный цифровой
(электронный) нивелир, совмещающий функции высокоточного
оптического нивелира, электронного запоминающего устройства
и встроенного программного обеспечения для обработки выполнен
ных измерений.
Оптические нивелиры - самые распространенные приборы.
Некоторые марки их отличаются продолжительным сроком службы
(НВ-1, Н-3 и др.). Многообразие марок нивелиров обусловлено ши
роким спектром областей применения: от изысканий, строительства
до создания государственных нивелирных сетей.
Цифра перед буквой Н в марке нивелира обозначает серию. Нали
чие в марке следующих букв означает: К - труба нивелира снабжена
компенсатором, П - зрительная труба с прямым изображением,
JI - нивелир с горизонтальным лимбом.
Нивелиры также различаются по точности, что указывается в их марке. Например, у нивелиров Н-05, Н-3, 3H5JI, Н-10 гарантированная погрешность нивелирования на 1 км хода составляет соответственно 0,5; 3; 5 и 10 мм.
Рассмотрим устройство нивелира Н-3
Зрительная труба и уровень при ней являются важнейшими частями нивелира.
Элевационный винт служит для приведения визирной линии трубы в горизонтальное положение. С его помощью поднимают или опускают окулярный конец трубы; при этом пузырек уровня перемещается и когда он будет точно в нуль-пункте, визирная линия должна устанавливаться горизонтально.
Цилиндрический уровень обычно контактный; изображение контактов пузырька передается системой призм в поле зрения трубы, что очень удобно, так как наблюдатель видит сразу и рейку, и уровень.
1 - зрительная труба; 2 -цилиндрический уровень при трубе;
3 - элевационный винт; 4 -установочный круглый уровень (на рисунке не показан);
5,6 - закрепительный и микрометренный винты азимутального вращения;
8 -подставка с тремя подъемными винтами.
В поле зрения трубы нивелира помимо сетки нитей введено изображение двух половинок концов цилиндрического уровня, которые в момент взятия отсчета по рейкам должны быть совмещены (на рисунке поле зрения трубы)
В комплект любого нивелира входят также две рейки и металлические «башмаки» или костыли. Для технического нивелирования используют деревянные двусторонние рейки, на которых с каждой стороны нанесены деления через 1 см. Одна сторона - красная, другая - черная. Деления черной стороны начинаются с нуля, а деления красной стороны - с произвольного отсчета, чаще близко к 4684 или 4784. Правильность нанесения делений на рейках проверяют специальной металлической контрольной линейкой, точная длина которой известна.
Костыли и башмаки используют для того, чтобы рейки на пикетах стояли устойчиво, не сдвигаясь ни в плане, ни по высоте. Костыли забивают, а башмаки устанавливают на грунте, иногда предварительно сняв дерн. При техническом нивелировании их нередко заменяют деревянными колышками, которыми отмечают пикеты и по которым ведется нивелирование.
В последнее время в работе с заказчиками часто приходится сталкиваться с вопросами о правильном подборе оптического нивелира для определенного вида работ. Подобные вопросы неоднократно поднимались и в Интернете. Речь идет не о том, какая марка или продукция какой компании наиболее подходит для выполнения той или иной работы, а непосредственно о тех технических характеристиках, которыми должен обладать прибор, используемый для какого-то конкретного вида работ. Появление таких вопросов, на наш взгляд, закономерно - и причин этому несколько. Во-первых, за последние годы на российском рынке появилось огромное количество моделей нивелиров различных зарубежных фирм. Часто продукция разных производителей имеет одинаковую маркировку. В таком обилии информации бывает тяжело разобраться. Во-вторых, большинство документов (СНиПов, Инструкций, ГОСТов), регламентирующих порядок тех или иных работ, рекомендуют использовать в разных случаях нивелиры, выпуск которых давно прекращен. Как быть в этом случае? В данной статье мы постарались собрать и систематизировать информацию, которая может быть полезна при подборе необходимых приборов.
В дополнение следует сказать, что по требованиям статьи 15 того же Закона нивелиры подвергаются поверке органами Государственной метрологической службы при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту и эксплуатации. Межповерочный интервал для нивелиров, как правило, составляет один год.
Как мы смогли убедиться, аспектов, которые необходимо учитывать при решении казалось бы такого простого вопроса, как выбор оптического нивелира, необходимого для определенной работы, достаточно много. Для того чтобы облегчить задачу для наших действующих и потенциальных клиентов, приведем еще одну таблицу. В Таблице 4 собрана информация по классификации нивелиров зарубежного производства, поставляемых ЗАО "ГЕОСТРОЙИЗЫСКАНИЯ", определены отношения нивелиров к группам согласно ГОСТ 10528-90, даны номера записей в Реестре средств измерений РФ.
Надеемся, что статья окажется полезной для наших читателей. С любыми возникшими дополнительно вопросами вы можете всегда обратиться к менеджерам ЗАО "ГЕОСТРОЙИЗЫСКАНИЯ".
Литература :
- ГОСТ 10528-90 НИВЕЛИРЫ. Общие технические условия.
- ГОСТ 24846- 81 ГРУНТЫ. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ.
- "Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов", Москва, ЦНИИГАиК, 2003 год.
- Закон Российской Федерации от 27 апреля 1993 г. №4871-1 "Об обеспечении единства измерений"
- Информационное обеспечение поверочных работ. Шелагин С.П. "Геостройизыскания", 2008г.
- Каталог "Геостройизыскания", Выпуск 8, Москва, 2008 г.