Устройство и принцип работы нивелира

Лазерный уровень — устройство и принцип работы

Для качественного выполнения строительных, монтажных или ремонтных работ недостаточно только знаний мастера. Для ровной кладки кирпича, для установки перегородок из гипсокартона, и даже просто для наклейки новых обоев, — необходимо точно нанести разметку или хотя бы выровнять элементы по вертикали или по горизонтали, чтобы все получилось аккуратно и ровно.

Во все времена для выравнивания поверхностей строители и монтажники использовали пузырьковый уровень или отвес, этого профессиональному работнику всегда хватало, скажем честно. Но насколько это удобно — пользоваться механическим инструментом? Может быть пора присмотреться к современным достижениям технического прогресса?

На самом деле в продаже давно появился инструмент, способный не только облегчить нанесение разметки, но и значительно ускорить работы. Для тех кто профессионально занимается строительными и монтажными работами данный инструмент станет незаменимым помощником. Речь о лазерном уровне.

Лазер сегодня много где используется: в полиграфии, в медицине, в электротехнике, в военной сфере, — везде, где требуется высокая точность и ответственный подход к решению тех или иных задач. Исторически о данной технологии еще в 1916 году заговорил Эйнштейн, и спустя почти 45 лет появился первый твердотельный лазер — его создал американский физик Теодор Мейман на базе возбуждаемого светом рубина.

Открытие Меймана по получению видимого лазерного луча явилось одним из наиболее значимых открытий, сделанных в ХХ веке, и стоит в одном ряду с квантовой теорией Планка. Сегодня лазер оказывается полезным и в такой широчайшей сфере человеческой деятельности как строительство, и в частности — в ремонтных работах.

Лазерный уровень, или более точно — лазерный нивелир, сильно облегчает работы. Для нанесения разметки достаточно навести лазерный луч на объект, и прибор сам выстроит ровные горизонтальную и вертикальную линии. Человеку останется сделать разметку карандашом либо даже сразу установить мебель или например наклеить плитку. Это гораздо удобнее, чем возиться с линейкой или с уровнем в надежде ровно вручную отстрелить вертикаль или горизонталь, не говоря уже о построении линии под определенным углом.

Не удивительно, что сегодня лазерные уровни пользуются такой популярностью у строителей, ведь им все время приходится возводить самые разные конструкции. А ремонтные бригады? Им тоже очень удобно делать ремонт и отделку, клеить обои, укладывать плитку, возводить потолки, пользуясь лазерным уровнем для выполнения ровной разметки. И сборщики мебели не обходятся без лазерного уровня, ведь с ним работы идут куда быстрее, особенно если устанавливается большой встраиваемый гарнитур или любая другая встраиваемая мебель.

Так, если всего несколько лет назад лазерный уровень был по карману лишь профессиональным организациям, то сегодня в продаже появились бытовые лазерные уровни, обладающие стандартным набором функций, которые с лихвой перекрывают возможности линейки и отвеса, делая работу более приятной и быстрой.

Цена лазерного нивелира, конечно, выше чем у обычного пузырькового уровня, однако затраты обязательно будут оправданы, тем более если мастер работает регулярно. А если речь идет об одном единственном ремонте? Стоит ли покупать дорогой уровень ради одного ремонта? Конечно стоит. Ведь после того как ремонт сделан, в жилище так или иначе будут перестановки, обновление интерьера и т. д.

Можно захотеть поклеить новые обои, повесить картину, полку, шкаф, сделать новую плитку в ванной комнате, поменять плинтус, сделать на стене несколько дополнительных розеток и т. д. С лазерным уровнем все эти новшества можно будет внести в интерьер без лишних мучений и без лазаний по стремянке с линейкой и рулеткой в руках.

Примеры электромонтажных работ, где может понадобиться использование лазерного уровня:

Устройство лазерного уровня довольно необычно, при том не очень сложно. Внутри корпуса установлен светодиодный источник света, который и порождает световой поток для лазера. Свет проходит сквозь линзу или призму (в зависимости от типа прибора), и в проекции на объекте получается ровная линия.

Прибор может строить линии на расстоянии в несколько десятков метров от себя. В самом простом виде лазерный уровень способен построить две взаимно перпендикулярные линии, более сложные профессиональные модели строят до девяти линий — чем больше проецируемых лучей — тем больше линий. Когда лучей несколько, удобно выстроить разметку например для укладки плитки, а с четырьмя лучами можно делать разметку сразу в нескольких плоскостях.

Лазерные нивелиры бывают двух типов: линейные и ротационные. В линейном нивелире свет проходит через перпендикулярные призмы, и в проекции получаются два взаимно перпендикулярных луча на плоскости объекта (луч как-бы размывается призмой в плоскость на 120 градусов).

Наиболее простые модели проецируют точку, более сложные — перекрещивающиеся прямые (вертикальную и горизонтальную). В ротационных уровнях свет фокусируется в точку проходя через линзу, а прямая получается за счет вращения светодиодного источника на 360 градусов вокруг оси.

Так, при помощи ротационного уровня можно разметить помещение по периметру, одновременно бригада мастеров может работать с одним прибором, выполняя работы в помещении одновременно. Ротационный уровень способен выполнить проекцию на расстояние до 100 метров.

Перед началом работ уровень выставляют на штативе, выравнивают его вручную, ориентируясь по встроенному в прибор пузырьковому уровню. Более профессиональные приборы имеют еще и встроенный компенсатор, который делает эти приборы самовыравнивающимися при отклонениях от горизонта в пределах 4 градусов (маятник с качающимся медным наконечником-грузиком тормозится в магнитном поле постоянных магнитов наведенными вихревыми токами). Когда прибор на штативе установлен, приступают к выполнению разметки. Вот и все, что нужно знать о лазерном уровне.

Давайте резюмируем теперь особенности и достоинства лазерного уровня.

Во-первых, использование лазерного уровня не требует особенных специальных знаний, достаточно установить прибор на штатив, включить требуемый режим разметки (один луч, два луча или несколько лучей), направить прибор на поверхность, и нанести по красным линиям отметки, либо сразу начать работу с отделочными или строительными материалами. С этим справится даже новичок.

Во-вторых, применение лазерного уровня значительно экономит время и силы человека. Не нужны ни отвес, ни стремянка, не нужно больше держать в руке отвес, пока помощник делает разметку. Один человек справится со всем самостоятельно, стоит только нажать кнопку на приборе — ровные световые линии появятся на стене или на потолке, там где нужно.

В-третьих, лазерный оптический прибор обладает высокой точностью. Погрешность профессионального лазерного прибора не превысит 0.3 мм на метр, а более простые приборы ошибутся максимум на 1 мм на метр.

В-четвертых, современные лазерные нивелиры отличаются наличием множества дополнительных функций. Этим не сможет похвастаться ни один отвес или уровень-линейка с пузырьком. Лазерный нивелир построит горизонтальный луч, вертикальный луч, сделает крест, построит по желанию пользователя дополнительные контрольные точки в зените или надире.

В-пятых, лазерный инструмент неприхотлив в хранении и легок при транспортировке. Весит средний профессиональный прибор не более 3 кг, а бытовой — не более 1 кг. Прочный пылезащищенный корпус в сочетании с сумкой или фирменным кейсом — надежная защита на время хранения.

Те мастера, кто впервые воспользовался лазерным нивелиром (строители, монтажники, ремонтники, и просто люди, любящие делать дома перестановки), оценили достоинства прогрессивного прибора. Все в один голос утверждают, что старые механические приспособления — это уже пережитки прошлого, и выбор однозначно делается в пользу современного лазерного прибора.

НИВЕЛИРЫ И ИХ УСТРОЙСТВО

Нивелиром называют геодезический прибор, предназначенный для измерения превышений методом геометрического нивелирования. По своей точности нивелиры подразделяются на высокоточные, точные и технические. Высокоточные нивелиры предназначены для выполнения наиболее точных работ — нивелирования I и 11 классов, точные — для нивелирования 111 и IV классов, технические — для инженерно-технических работ, в том числе для технического нивелирования. Примером технического нивелира является нивелир Н-3 (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Нивелир Н-3:

• 1 — объектив; 2 — зрительная труба; 3 — защитный колпачок; 4 — диоптрийное кольцо; 5 — цилиндрический уровень; б — подставка; 7 — подъемные винты; 8 — пружинящая пластина; 9 — кремальера; 10 — визир; 11 — закрепительный винт; 12 — наводящий винт; 13 — круглый уровень; 14 — исправительный винт;
• 15 — элевационный винт

Нивелир Н-3 имеет подставку, расположенную на трех подъемных винтах. Для визирования используется зрительная труба с внутренней фокусировкой, имеющая сетку нитей. Для установки трубы по глазу — получения четкого изображения сетки нитей — используется диоптрийное кольцо окуляра. Для установки трубы по предмету — получения четкого изображения наблюдаемого предмета (рейки) — предназначена кремальера, при вращении которой внутри трубы перемещается фокусирующая линза.

Для быстрого приведения прибора в рабочее положение служит круглый уровень, его цена деления равна 5′. Для точного приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение предназначен цилиндрический уровень. Цилиндрический уровень нивелира имеет такую же конструкцию, как и цилиндрический уровень теодолита. Отличие заключается только в его более высокой чувствительности, цена деления цилиндрического уровня нивелира составляет 15″. Цилиндрический уровень нивелира жестко скреплен со зрительной трубой, поэтому при наклонах цилиндрического уровня наклоняется и визирная ось зрительной трубы. И наоборот: при наклонах зрительной трубы наклоняется цилиндрический уровень, вследствие чего происходит перемещение его пузырька. Для приведения пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункт слу-

жит элевсщионный винт. Одновременно с перемещением пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункт визирная ось зрительной трубы занимает горизонтальное положение.

Рис. 7.3. Поле зрения нивелира

Цилиндрический уровень является контактным. Это означает, что нивелир имеет специальную оптическую систему для передачи изображения концов цилиндрического уровня в поле зрения зрительной трубы (рис. 7.3). Если пузырек цилиндрического уровня находится в нуль-пункте, то изображения концов его пузырька в поле зрения трубы совпадают, что представлено на рис. 7.3, б. Если пузырек цилиндрического уровня не находится в нуль-пункте, то в поле зрения трубы изображения концов цилиндрического уровня расходятся так, как в увеличенном масштабе показано на рис. 7.3, а. Отсюда следует, что для приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение необходимо с помощью элевационного винта совместить изображения концов пузырька цилиндрического уровня в поле зрения зрительной трубы.

Для плавного перемещения зрительной трубы по горизонту служит наводящий винт зрительной трубы, который работает только при закрепленном положении закрепительного винта зрительной трубы. Увеличение зрительной трубы нивелира составляет 30 х , поле зрения — Г20″.

Существуют нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования. Для этой цели служат компенсаторы — специальные призмы, подвешенные на тонких металлических нитях. С помощью круглого уровня прибор приводится в рабочее положение. Если при этом отклонение оси вращения прибора от отвесной линии не превышает 5′, то с помощью компенсатора визирная ось нивелира автоматически приводится в горизонтальное положение.

Нивелиры оптические: устройство и принцип работы

Во многом процесс монтажных и строительных работ зависит от того, насколько точно были выполнены разметочные работы на площадке. Определить разницу между разными точками участка крайне сложно, поскольку идеально ровных поверхностей не бывает, а точки на плоскости разные по высоте. Здесь потребуется специальный инструмент под названием нивелир, которому и будет посвящена эта статья.

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.

Классы нивелирования

Существуют разные классы нивелирования. Ключевыми высотными основами являются первый и второй класс.

Нивелирование первого класса имеет высокую точность работ. Данный результат можно получить только с применением качественных современных геодезических устройств, с помощью которых можно проводить данные измерения. И только ультрасовременные разработки позволят не допускать даже мелких погрешностей и даже стандартных ошибок.

Конструкция данного оборудования включает в себя плоскопараллельную пластину, выступающую в роли составного элемента микрометра. Данную деталь ставят перед объективом движущейся зрительной трубы, а еще такой оптический нивелир должен быть оснащен компенсатором или же контактным уровнем, в котором пузырек отличается в поле зрения трубы. Есть несколько видов оптических нивелиров, которые применяются для выполнения работ первого класса. Все их функциональные особенности целиком должны соответствовать всем нужным требованиям.

Для проведения нивелирования второго класса тоже нужно применять высокоточные оптические приборы. Их конструкция предусматривает наличие плоскопараллельных пластин, а также компенсатора или же контактного уровня. Как и в предыдущем случае, есть специальные виды приборы для этой работы, но также можно применять и те устройства, что прошли сертификацию и имеют требуемый уровень точности.

Чтобы выполнять измерения третьего класса, нужен оптический нивелир, оснащенный встроенным компенсатором, а для четвертого класса нужен прибор с уровнем и компенсатором. В зависимости от классификации нивелирования, оптические приборы бывают таких видов:

Принцип работы во время съемок

Чтобы не допускать ошибок и понимать принцип работы устройства, нужно знать, как он устроен изнутри и какие существуют его виды. Самые распространенные оптические приборы обладают различной степенью точности измерения. Обычно они состоят из зрительной трубы со специальным цилиндрическим уровнем, с помощью которого можно контролировать горизонт оптической оси.

Сквозь оптическую призматическую систему изображение проецируется в оптику трубы, а затем постоянно контролируется. Для того чтобы правильно его настроить для выполнения измерительных работ, нужно внимательно прочесть инструкцию. Благодаря специальным винтовым механизмам (азимутальным, подставочным и элевационным) можно обеспечить максимальную точность выставленного горизонта. Устройство ставят на специальную треногу с осью вращения.

Чтобы результаты измерений были более точными, а погрешности в определении расстояния между разными точками были сведены к минимуму, следует использовать нивелиры цифрового типа. Но для них нужно иметь рейки со специальными штрих-кодами, благодаря которым обеспечивается автоматическая регистрация данных с помощью микропроцессоров.

Принцип работы данного нивелира можно увидеть в интернете в специальных роликах. Если подобные рейки отсутствуют, то данные виды нивелиров применятся по аналогии с обычными оптическими.

Но помните, что перед применением даже самого простого оптического нивелира, его следует подвергнуть таким проверкам:

• уровня при трубе;
• уровня круглого;
• горизонтальности сетей ниток.

Помимо этого, по уровню могут проверять и вертикаль сети ниток разметки устройства с уровнем при трубе.

Немаловажными показателями выступают еще цена деления уровня при трубе, а также ее краткость. Это позволяет определить пригодность.

Сами работы могут выполняться с применением оптических, а также водяных или лазерных уровней.

Нивелирование 4 класса методом средней нити

Для начала прибор приводится в рабочее положение посредством цилиндрического или контактного уровня. Потом зрительная труба наводится на поверхность темной стороны задней рейки, а пузырек уровня приводится в «нуль-пункт» элевационными или подъемными винтами. Отсчет можно снять посредством дальномерных и средних штрихов.

Таким же образом нужно выполнить съемку во время наведения трубы на поверхность темной стороны передней рейки, а затем на поверхность красной стороны передней части, а потом — на поверхность темной стороны задней части.

При условии применения оптического прибора с компенсатором следует, прежде всего, установить устройство в рабочее положение, а также проконтролировать нормальнее рабочее положение компенсатора. И только после этого приступать к процессу съемки.

Во время съемки все фиксируйте в полевом журнале. Удобнее всего применять для этого запоминающее устройство регистратора. Если была определена разница в значениях более 5 мм, то измерения проводят заново, при этом следует изменить высоту приборы как минимум на 3 см. По окончании полевых работ подсчитайте невязки по линии между исходными реперами. Это значение должно быть от 20 мм, все результаты нужно вносить в ведомость повышений.

Итак, выше были рассмотрены особенности и принцип работы оптического нивелира, который часто используется при строительных работах. В настоящее время альтернативы такому прибору не существует, поэтому при проведении геодезических работ он долго еще будет являться наиболее актуальным.

Конструкция и принцип действия нивелира

По сути оптический нивелир это прибор который используется в геодезии и строительстве для измерения перепада высот земной поверхности и работает как подзорная труба. Давайте подробнее остановимся на его устройстве.

Устройство оптического нивелира

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.

Разделение нивелирования по классам

Соединения нивелирных сетей, образующих единую государственную нивелирную сеть РФ, можно разделить по классам. К основной высотной основе относятся первый и второй классы.

Для нивелирования I класса характерна высочайшая точность работ. Получение такого результата работы возможно только с помощью современнейших геодезических приборов, позволяющих использовать соответствующие методы измерений. Только последние разработки геодезического оборудования позволяют избежать стандартных ошибок и малейших погрешностей в работе. Речь, разумеется, идет о высокоточном оптическом нивелире.

В его конструкцию входит плоскопараллельная пластина, являющаяся составным элементом оптического микрометра. Устанавливается эта деталь перед объективом вращающейся зрительной трубы. Кроме того, оптический нивелир такого уровня снабжается компенсатором или такой деталью, как контактный уровень, пузырек которого различается в поле зрения вращающейся зрительной трубы.

Для нивелирования I класса используются оптические нивелиры видов Н-05, H1, Ni-002 и Ni-004. Функциональные возможности этих марок полностью соответствуют всем необходимым требованиям.

При осуществлении нивелирования II класса также необходимы высокоточные нивелиры оптические с конструкцией, включающей в себя и плоскопараллельные пластины, и компенсатор или контактный уровень.

В данном случае могут применяться приборы H1 и Н-05, Ni-002, Ni-004 и Ni-007. Возможно и использование приборов, прошедших сертификацию и соответствующих необходимому уровню точности.

Для проведения измерений III класса предпочтителен нивелир оптический с компенсатором встроенного типа, а для IV класса — нивелир как с уровнем, так и с компенсатором.

Вообще, оптические нивелиры разделяют на технические, точные и высокоточные в зависимости от классификации нивелирования.

Принцип работы оптического нивелира при проведении съемки

Рассмотрим процесс нивелирования IV класса так называемым методом «средней нити».

В первую очередь прибор приводится в рабочее состояние с помощью контактного или цилиндрического уровня. Затем производятся наведение зрительной трубы на поверхность черной стороны задней рейки и приведение пузырька уровня в упомянутый «нуль-пункт» (посредством подъемных или элевационного винтов). Теперь дальномерные и средние штрихи позволяют снять отсчет.

Затем таким же образом производим съемку при наведении зрительной трубы на поверхность черной стороны передней рейки, далее — на поверхность красной стороны передней части рейки и, наконец, по поверхности черной стороны задней части рейки.

В случае использования оптического нивелира с компенсатором первое, что нужно сделать, — установить устройство в рабочее положение, проконтролировать нормальное рабочее состояние компенсатора. И лишь потом можно приступать к съемке.

В процессе съемки все наблюдения необходимо фиксировать в полевом журнале. Еще удобнее — использование для этих целей запоминающего устройства регистратора. При обнаружении разницы в значениях превышения более 5 мм необходимы повторные измерения, причем в этом случае необходимо изменить высоту прибора по меньшей мере на 3 см.

Заканчивая полевые работы, необходимо подсчитать невязку по линии меж исходных реперов. Ее значение не должно быть выше 20 мм. Результаты полевых работ заносятся в специальную ведомость превышений.

На сегодняшний день альтернативы использованию нивелира оптического нет, так что ближайшие десятилетия этот инструмент будет совершенно незаменим при проведении геодезических работ.

Видео: Нивелиры Setl, Vega. Начало работы