TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƢ PHẠM
BỘ MÔN SƢ PHẠM VẬT LÝ

TÌM HIỂU VỀ MÁY KINH VĨ
Luận văn tốt nghiệp
Ngành: SƢ PHẠM VẬT LÝ

Giáo viên hƣớng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh

Phạm Thị Ngọc Giàu
Mã số sinh viên: 1117516
Lớp: Sƣ Phạm Vật Lý
Khóa: 37

Cần Thơ, năm 2014


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

MỤC LỤC
Phần MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................................ 1
2. Mục đích của đề tài ..................................................................................................... 1
3. Giới hạn của đề tài ..................................................................................................... 1

4. Phương pháp thực hiện đề tài ..................................................................................... 2
5. Các bước thực hiện đề tài .......................................................................................... 2
Phần NỘI DUNG
Chương 1: MÁY KINH VĨ LÀ GÌ? ............................................................................... 3
1.1 Máy kinh vĩ là gì? ..................................................................................................... 3
1.2 Lịch sử máy kinh vĩ ................................................................................................... 3
1.3 Phân loại máy kinh vĩ ................................................................................................ 5
Chương 2: CẤU TẠO MÁY KINH VĨ .......................................................................... 8
2.1 Nguyên lý cấu tạo máy kinh vĩ ................................................................................. 8
2.2 Cấu tạo chung của máy kinh vĩ ................................................................................. 8
2.3 Cấu tạo chi tiết máy kinh vĩ ...................................................................................... 10
2.3.1 Ống kính (bộ phận ngắm) ...................................................................................... 11
2.3.2 Bàn độ và bộ phận đọc số ...................................................................................... 19
2.3.3 Ống thủy................................................................................................................. 25
2.3.4 Các loại ốc.............................................................................................................. 27
Chương 3: SỬ DỤNG, KIỂM NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH, BẢO QUẢN MÁY KINH
VĨ .................................................................................................................................... 28
3.1 Các thao tác chính khi sử dụng máy kinh vĩ ............................................................. 28
3.1.1 Định tâm máy ......................................................................................................... 28
3.1.2 Cân máy ................................................................................................................. 28
3.1.3 Đặt máy .................................................................................................................. 28
3.1.4 Tìm lưới chữ thập rõ nhất ...................................................................................... 29
3.1.5 Ngắm điểm mục tiêu .............................................................................................. 30
3.2 Kiểm nghiệm và hiệu chỉnh máy kinh vĩ .................................................................. 30
3.2.1 Trục ống thủy dài trên bàn độ ngang phải vuông góc với trục quay thẳng đứng của
máy .................................................................................................................................. 30
3.2.2 Trục ngắm của ống kính phải vuông góc với trục quay nằm ngang của ống
kính ................................................................................................................. 30
3.2.3 Trục quay nằm ngang của ống kính phải vuông góc với trục quay thẳng đứng của
máy .................................................................................................................................. 31

3.2.4 Sai số chỉ tiêu ban đầu của bàn độ đứng (MO) phải ổn định và gần bằng 0 ......... 31
3.3 Bảo quản máy kinh vĩ ............................................................................................... 31
Chương 4: MỘT SỐ MÁY KINH VĨ ............................................................................. 33
4.1 Máy kinh vĩ quang cơ
.................................................................................. 33
4.1.1 Tác dụng và tính năng kỹ thuật .............................................................................. 33
GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

4.1.2 Cấu tạo ................................................................................................................... 34
4.1.3 Cách sử dụng.......................................................................................................... 36
4.1.4 Kiểm tra, hiệu chỉnh và bảo quản .......................................................................... 41
4.2 Máy kinh vĩ điện tử DT-200-FOIF ........................................................................... 45
4.2.1 Tác dụng và tính năng kỹ thuật .............................................................................. 45
4.2.2 Cấu tạo ................................................................................................................... 46
4.2.3 Cách sử dụng.......................................................................................................... 49
4.2.4 Kiểm tra, hiệu chỉnh và bảo quản .......................................................................... 55
Phần KẾT LUẬN ............................................................................................................ 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO

GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu



Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

Phần MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
“Trắc địa” là đo đạc vị trí, tọa độ, độ cao, hình dạng, kích thước, phương hướng, của
địa hình và địa vật nằm trên mặt đất. Ngành “Trắc địa” đã có lịch sử phát triển lâu đời tại
các nước châu Âu và nó cũng là một ngành quan trọng với Việt Nam hiện nay. Sản phẩm
của ngành có sự đóng góp quan trọng và liên quan đến nhiều lĩnh vực trong xã hội đặc
biệt là trong nghiên cứu quy hoạch, thiết kế, thi công các công trình; quản lý đất đai, quản
lý tài nguyên khoáng sản, quản lý rừng, quản lý biến đổi khí hậu, quản lý giao thông, điện
lực, viễn thông, thủy lợi…
Chính vì tầm quan trọng của ngành “Trắc địa” mà nó đã mở ra nhiều cơ hội và thách
thức cho mọi người đặc biệt là với những sinh viên ngành “Trắc địa” và ngành xây dựng.
Cơ hội là dù cho nền kinh tế có trì trệ thì những dự án đầu tư cho việc thành lập bản đồ
vẫn được quan tâm như hàng loạt dự án của bộ Tài Nguyên Môi Trường: dự án Vilas cho
các tỉnh trọng điểm, dự án thành lập bản đồ địa chính và hoàn thiện hồ sơ địa chính ở tất
cả các tỉnh thành trong cả nước, thành lập bản đồ khoáng sản trung và nhỏ ở các khu vực
Biển Đông… Bên cạnh đó còn có các dự án đầu tư xây dựng công trình như: công trình
xây dựng cầu, tuyến đường, tuyến dẫn dầu khí, xây dựng các khu công nghiệp… Mỗi
một công trình lớn nhỏ như vậy cần từ một đến vài nhóm máy tiến hành công tác trắc địa.
Tuy nhiên, để có thể tham gia vào các dự án trắc địa bản đồ và xây dựng công trình
trên, tất cả mọi người không chỉ cần phải có những kiến thức chuyên ngành về trắc địa
bản đồ và công trình và còn phải thành thạo những kỹ năng sử dụng các loại máy đo và
máy tính. Rất nhiều nhà tuyển dụng quan tâm đến kỹ năng sử dụng máy móc. Chính vì
vậy, mọi sinh viên ngành trắc địa và xây dựng không chỉ cần học tập những kiến thức
chuyên ngành mà còn phải nâng cao kỹ năng sử dụng các loại máy móc hiện đại như:
máy định vị vệ tinh GPS, máy thủy chuẩn, máy đo sâu hồi âm… Trong đó “máy kinh vĩ”

là một công cụ được sử dụng thường xuyên và có tác dụng to lớn trong công tác trắc địa.
Máy kinh vĩ là một công cụ đã ứng dụng quang hình học để đo đạc địa hình thực tế.
Bản thân em rất yêu thích quang học, mong muốn được tìm hiểu về các dụng cụ quang
học và ứng dụng của nó trong cuộc sống. Nên em đã chọn đề tài “Tìm hiểu về máy kinh
vĩ”.

2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Thực hiện đề tài với hai mục đích chính là:
- Nghiên cứu về cấu tạo, cách sử dụng, cách kiểm nghiệm và hiệu chỉnh cũng như
cách bảo quản máy kinh vĩ.
- Giới thiệu đến mọi người cấu tạo và cách sử dụng của: “máy kinh vĩ quang cơ
3T5K ” và “máy kinh vĩ điện tử DT 200 FOIF”.

3. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay, có rất nhiều dòng “máy kinh vĩ” được mọi người sử dụng với nhiều mục
đích khác nhau trên khắp thế giới. Mặt khác, do không có điều kiện tiếp xúc với các loại
“máy kinh vĩ” nên đề tài chỉ dừng lại ở mức độ lý thuyết nghiên cứu qua sách vở và

GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

1

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

internet không thể giới thiệu tới mọi người tất cả những dòng “máy kinh vĩ” cũng như là

những ứng dụng và những số liệu mà máy đo đạc trong thực tế.

4. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THỰC HIỆN
Phân tích, tổng hợptài liệu.

5. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN
Bước 1: Nhận đề tài.
Bước 2: Viết đề cương.
Bước 3: Viết luận văn.
Bước 4: Chỉnh sửa luận văn.
Bước 5: Bảo vệ luận văn.

6. CÁC THUẬT NGỮ QUAN TRỌNG TRONG ĐỀ TÀI
- 1 MKV: máy kinh vĩ.
- 2Mia: Mia (do tiếng Pháp mire) là cái thước đặt trước máy trắc địa hay cột chuẩn có
công dụng là đo hiệu số độ cao và khoảng cách giữa các điểm trên mặt đất. Từ mia này
còn gặp trong các cụm từ giá mia hay giá giữ thước mia (tiếng Pháp là porte-mire), mia
khắc (tiếng Pháp là mire parlante).
- Dioptra: máy kinh vĩ (trong các văn bản cũ) hay một công cụ thiên văn.
- Illunminating mirror: gương chiếu sáng.
- Optical plummet telescope: kính dọi quang.
- Reading microscope: kính hiển vi đọc số.
- Reading prism: lăng kính đọc số.
- Horizontal circle: bàn độ ngang.
- Vertical circle: bàn độ đứng.
- Theodolite: máy kinh vĩ.

GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

2


SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

Phần NỘI DUNG
Chƣơng 1: MÁY KINH VĨ LÀ GÌ?
1.1. MÁY KINH VĨ LÀ GÌ?
Máy kinh vĩ là loại dụng cụ đo lường các góc mặt bằng và góc đứng trong không gian.
Độ chính xác của máy đo được có thể đạt đến một giây (góc). Loại máy này được dùng
phổ biến trong điều tra khảo sát thực địa.
Cấu tạo cơ bản của máy gồm một ống kính gắn trên bệ có khả năng quay tự do trên
hai mặt phẳng vuông góc với nhau: mặt phẳng nằm ngang và một mặt phẳng bất kì vuông
góc với nó.
Trước khiđo đạc cần thăng bằng máy bằng cách chỉnh độ dài của các chân máy sao
cho bọt thủy nằm vào giữa tâm của miếng kính gắn trên bệ máy.
Kết quả đo góc được biểu thị trên thang chia độ (đối với các máy cũ) hoặc hiện số (đối
với các máy hiện đại).

1.2. LỊCH SỬ MÁY KINH VĨ
Sự phát sinh và phát triển của trắc địa gắn liền với sựphát triển của khoa học và đời
sống. Cách đây khoảng 3.000 năm trước Công nguyên, người Ai Cập thường phải “phân
chia đất đai” giữa các bộ tộc sau các trận lũ của sông Nil. Thuật ngữ “trắc địa” tức “phân
chia đất đai” được ra đời từ đấy.
Sau Ai Cập, Cổ Hi Lạp có nền văn hoá phát triển mạnh. Khoảng 300 năm trước Công
nguyên, nhà thiên văn học Eratosten đã cho rằng quả đất có dạng hình cầu, và đo được độ
dài cung kinh tuyến.

Thế kỷ thứ 13, Trung quốc đã tìm ra la bàn và ứng dụng la bàn vào việc thành lập bản
đồ hàng hải bằng phương pháp sao hoả tâm.
Thế kỷ thứ 16, nhà bản đồ học Mecartor đã tìm ra phép chiếu phương vị ngang đồng
góc để vẽ bản đồ.
Thế kỷ thứ 17, nhà bác học Vecnie đã phát minh ra du xích.
Thế kỷ thứ 18, nhà bác học Lambert đo được độ dài kinh tuyến qua Pari và đặt ra đơn
vị độ dài đo là mét.
Thế kỷ 19, nhà toán học Gauss tìm ra phương pháp chiếu đồ mới.
Trải qua nhiều thời đại, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật và
nền sản xuất xã hội, khoa học trắc địa ngày càng phát triển.Những phát minh kính viễn
vọng, logarit, tam giác lượng mặt cầu… đã tạo điều kiện vững chắc cho sự phát triển của
khoa học trắc địa. Đặc biệt là sự ra đời của máy kinh vĩ .
Thuật ngữ đi-ốp đôi khi được sử dụng trong các văn bản cũ như một từ đồng nghĩa với
máy kinh vĩ. Điều này xuất phát từ một công cụ thiên văn cũ gọi là dioptra .
Trước khi có máy kinh vĩ, các dụng cụ hình vuông, hình tròn (giống như la bàn) và
hình bán nguyệt đã được sử dụng để do góc theo phương ngang và phương đứng. Các
dụng cụ đó đã từng là dụng cụ duy nhất trong một thời gian trước khi có người gộp hai
thiết bị đo thành một dụng cụ có thể đo góctheo cả hai phương trong cùng một lúc.
Gregorius Reisch đã trình bày một dụng cụ như thế trong phụ lục của cuốn Margarita
Philosophica mà ông đã xuất bản tại Strasburg năm 1512. Trong cuốn “Địa hình
GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

3

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ


Rheinland và vẽ bản đồ”, Martin Waldseemuwller cũng từng mô tả một dụng cụ như trên
và ông gọi nó là polimetrum.
Từ “Máy kinh vĩ” xuất hiện lần đầu tiên trong một quyển sách giáo khoa luyện tập
hình học mang tên Pantometia (1571) do Leonard Digges viết, được xuất bản bởi con trai
ông là Thomas Digges sau khi ông mất. Ban đầu từ “Máy kinh vĩ” được dùng để chỉ
những công cụ chỉ phương vị. Trong sách của Digges thì “Máy kinh vĩ” được mô tả là
một công cụ đo góc ngang.
Công cụ đầu tiên thực sự giống một máy kinh vĩngày nay được xây dựng bởi Joshua
Habemeil ở Đức năm 1576, gồm la bàn và chân máy. Các công cụ đo phương vị ban đầu
gồm một vành tròn ngang và một thiết bị đo góc thẳng trực tiếp hình bán nguyệt. Một
kính ngắm chuẩn nhìn góc ngang và kính ngắm chuẩn thứ hai để nhìn góc thẳng đứng.
Sau đó, kính ngắm bị thay bằng kính thiên văn bởi Jonathan Sisson năm 1725.

Hình 1.1: Máy kinh vĩ có gắn la bàn
Máy kinh vĩ trở nên hiện đại và đo chính xác hơn vào năm 1787, khi những máy
kinh vĩ chính xác tuyệt vời của Jesse Ramsden ra đời. Ông đã sử dụng những động cơ
phân chia chính xác do chính ông thiết kế. Nhưng lúc bấy giờ, những yêu cầu của động
cơ phân chia không thể đáp ứng được ở nước khác ngoài Anh vì thế các công cụ yêu cầu
độ chính xác cao đều được sản xuất tại Anh. Đó là lí do tại sao mặc dù do người Đức
thiết kế nhưng lại không có máy kinh vĩ nào sử dụng tiếng Đức.
Trong những năm 1870, phiên bản đường thủy của máy kinh vĩ đã được phát minh
bởi Edward Samuel Ritchie và được hải quân Mĩ sử dụng trong những cuộc điều tra địa
hình chính xác đầu tiên của hải quân Mĩ trên Ấn Độ Dương và Vùng Vịnh.
GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

4

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu



Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

Những năm đầu thế kỉ XX, Heinrich Wild đã sản xuất hàng loạt máy kinh vĩ và nó
trở nên thông dụng với những điều tra viên. Wild T2, T3, A1 của ông được sản xuất trong
nhiều năm và ông sẽ tiếp tục phát triển DK1, DKM2, DKM3. Với những cải tiến ngày
càng hiện đại, máy kinh vĩ trở nên ngày càng hữu ích, phổ biến hơn.

Hình 1.2: Một số máy kinh vĩ được sử dụng vào những năm
1800 - 1900 của thế kỉ XX

1.3. PHÂN LOẠI MÁY KINH VĨ
MKV1 (máy kinh vĩ) là một dụng cụ trắc địa dùng để đo góc ngang, góc đứng trên
thực địa. Nguyên lý cấu tạo của MKV ngoài việc thỏa mãn các yêu cầu để đo được các
góc trên thực địa, chúng còn phải thỏa mãn các đặc điểm:
- Tiện lợi và gọn nhẹ, dễ vận chuyển và bảo quản;
- Các phần chính của máy được bảo vệ chắc chắn, tránh bị đốt nóng, bụi bẩn, ẩm ướt
và hỏng hóc cơ học;
- Các bộ phận thao tác trên máy bố trí hợp lí sao cho người sử dụng không phải thay
đổi vị trí khi thao tác;
- Máy có độ chắc chắn ổn định cao, ít phải điều chỉnh thêm ngay cả khi sử dụng trong
một thời gian dài trong điều kiện khó khăn;
- Hệ thống quang học có chất lượng lý tưởng, cho ảnh rõ nét (độ tương phản cao)
ngay cả khi điều kiện chiếu sáng kém;
- Hình dạng đơn giản đạt chất lượng kiểu dáng công nghiệp cao.
- MKV thường được phân loại theo cấu tạo và độ chính xác.
1.3.1. Phân loại theo cấu tạo
Theo cấu tạo, MKV được chia làm 3 loại: MKV kim loại, MKV quang học và MKV

quang điện tử.
- MKV kim loại là máy có bàn độ ngang và bàn độ đứng được làm bằng kim loại, có
thể đọc trực tiếp bằng mắt các giá trị hướng đo trên bàn độ ở hai vị trí đối diện qua tâm,
cho phép loại trừ ảnh hưởng lệch tâm của các sốđọc. Ví dụ: máy kinh vĩ TT-50; TT53TH (Liên Xô cũ), Meopta (Tiệp Khắc cũ)… Những loại máy này do công nghệ chếtạo
lạc hậu nên đã ngừng sản xuất.

GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

5

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

Hình 1.3: MKV có vành kim loại
- MKV quang học là máy có bàn độ làm bằng thủy tinh chất lượng cao, các vạch chia
độ được khắc hoặc in chụp trên đĩa thủy tinh và được bảo vệ bởi một vỏ bọc kimloại. Các
giá trị hướng ngắm trên bàn độ được đọc thông qua một hệ thống quang học và gương
chiếu. Các loại MKV quang học được sử dụng rộng rãi ở nước ta như: T2; Tb1; T5;
3T5K (Liên Xô cũ); Theo 10; Theo 20; Dahtla (CHDC Đức); Wild (Thụy Sĩ)…

Hình 1.4: Máy kinh vĩ quang cơ
- Hiện nay nhiều nước trên thế giới đã đưa ra thị trường nhiều loại MKV thế hệ mới,
từ đó có nhiều tiến bộ khoa học công nghệ đã được ứng dụng, đó là các loại MKV quang
học điện tử và máy toàn đạc điện tử tự động đa chức năng. Nhờ số hóa các tín hiệu và tự
động hóa tối đa chương trình đo và tính nên khi ngắm chỉ cần bấm vào những nút chức
năng là có thể nhận được các số liệu cần thiết (góc ngang, góc đứng, khoảng cách, độ

cao…) những số liệu ấy được hiện bằng số trên màn hình nhỏ.
GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

6

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

1.3.2. Phân loại theo độ chính xác
Theo độ chính xác thì MKV được chia thành ba nhóm:
- Nhóm 1 là nhóm MKV có độ chính xác cao cho phép đo góc ngang với sai số trung
phương mβ từ 0‟‟,5 đến 2‟‟,0 như T05, T1, T2, Theo 02, Theo 010, Wild-T3…
- Nhóm 2 là nhóm MKV có độ chính xác trung bình cho phép đo các góc ngang với
sai số trung phương mβ từ 5‟‟ đến 10‟‟ nhưT5, TE01, Theo 20…
- Nhóm 3 là nhóm MKV có độ chính xác thấp (MKV kĩ thuật) cho phép đo góc
ngang với sai số trung phương mβ từ 15‟‟ đến 30‟‟ như TT-5; T30; Theo 080, T16…
MKV tuy có nhiều loại nhưng về cấu tạo cơ bản chúng đều có những bộ phận chính
giống nhau.

GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

7

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu



Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

Chƣơng 2: CẤU TẠO CHUNG MÁY KINH VĨ
2.1. NGUYÊN LÝ CẤU TẠO MÁY KINH VĨ
Một MKV chủ yếu được cấu tạo như sau:
- Hai vành độ ngang và đứng;
- Trục chính là trục sau khi cân bằng sẽ trùng với phương thẳng đứng đi qua đỉnh góc
đo;
- Trục phụ là trục quay của ống kính,nó vuông góc với trục chính;
- Trục ngắm của ống kính vuông góc với trục quay của ống kính, khi quay trục ngắm
sẽ tạo nên một mặt phẳng thẳng đứng;
- Vành độ ngang có tâm nằm trên trục chính dùng để đo góc bằng;
- Vành độ đứng có tâm nằm trên trục phụ dùng để đo góc đứng (còn gọi là góc
nghiêng).

Hình 2.1: Nguyên lý cấu tạo MKV

2.2. CẤU TẠO CHUNG CỦA MÁY KINH VĨ
MKV tuy có nhiều loại khác nhau nhưng về cấu tạo chung thì có có những bộ phận
chính sau đây:
- Ống kính (bộ phận ngắm)
- Vành độ ngang, đứng và bộ phận đọc số (kính hiển vi đọc số đối với MKV quang
cơ, màn hình hiển thị nhỏ đối với MKV điện tử)
- Ống thủy
- Các loại ốc khóa, ốc vi động, ốc cân máy.

GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh


8

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

Tùy theo những loại MKV khác nhau mà chúng có cấu tạo chi tiết từng bộ phận khác
nhau.

Hình 2.2: Mặt cắt MKV Wild giữa những năm 1970
1: Ống kính
2: Ống Thủy
4: Bàn độ ngang
6: Bàn độ đứng
3, 5, 7: Các ốc vi động và điều chỉnh

GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

9

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ


Hình 2.3: Các máy kinh vĩ về mặt cấu tạo chính thì giống nhau.

2.3. CẤU TẠO CHI TIẾT MÁY KINH VĨ

Hình 2.4: Cấu tạo máy kinh vĩ

GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

10

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

VV: Trục chính (trục đứng, trục quay
máy)

5. Ốc hãm chuyển động ống kính.
6. Ốc vi động đứng.

HH: Trục phụ (trục ngang, trục quay
ống kính).

7. Gương chiếu sáng.

CC: Trục ngắm.


8. Vành độ và du xích đứng.

LL: Trục ống bọt thủy dài

9. Ống bọt nước dài.

1. Ống kính ngắm

10. Vành độ và du xích ngang.

2. Ốc điều ảnh (ốc cự li).

11. Ốc hãm và vi động ngang.

3. Ống kính hiển vi đọc số.

12. Ốc cân và đế máy.

4. Giá đỡ ống kính.
Máy kính vĩ quang học (quang cơ): Là loại máy có vành độ được chế tạo từ thủy tinh
quang học, bộ phận đọc số bằng hệ thống lăng kính, thấu kính, kính mắt của kính hiển vi
đọc số được bố trí bên cạnh kính mắt của ống kính. Tuy nhiên, sơ đồ cấu tạo bộ phận đọc
sốcủa các loại máy lại không giống nhau. Ở đây ta không nghiên cứu những máy đơn
giản có độ chính xác thấp và những máy đặc biệt tinh vi có độ chính xác cao mà ta chỉ
tìm hiểu những máy kinh vĩ thông thường có độ chính xác trung bình người ta hay dùng
trong đo đạc công trình.
MKV được cấu tạo chủ yếu như hình 2.4.
2.3.1. Ống kính (bộ phận ngắm)
Ống kính của MKV là một hệ thống quang học gồm có kính vật, bộ phận thay đổi tiêu
cự (bộ phận điều quang), kính mắt và lưới chữ thập. Bộ phận điều quang gồm một hoặc

một số thấu kính có thể di chuyển trong ống kim loại giữa kính mắt và kính vật, nhờ đó
mà có thể điều chỉnh hình ảnh rõ nét ở những khoảng cách khác nhau.
Lưới chữ thập là một tấm kính mỏng trên đó có khắc những đường chỉ mảnh dưới
dạng tấm lưới hình chữ thập. Phần trung tâm lưới chữ thập dùng để bắt mục tiêu. Trục
ngắm CC của ống kính là đường thẳng nối quang tâm của kính vật với tâm của lưới chỉ.
Mắt người là một hệ quang học. Thủy tinh thể của mắt người là một thấu kính lồi hai
mặt. Thấu kính này chiều ảnh của vật lên võng mạc, ở đó các thấu kính thị giác sẽ thực
hiện chức năng của mình.
Khi nhìn vật thể AB = 1 bằng mắt thường người ta thường đặt vật cách mắt một
khoảng Dm = 250mm. Độ lớn của ảnh vật trên võng mạc sẽ là :

Trong đó:
là tiêu cự sau của mắt.
Nói chung mắt nhìn có thể phân biệt được các chi tiết với góc nhìn
60”. Góc nhìn
3‟ là thuận lợi cho việc quan sát vật thể được gọi là góc dễ phân biệt. Khi quan sát
góc vật thể nhỏ hay vật thể ở xa, để tạo điều kiện có
3‟, ta dùng kính lúp, kính hiển
vi và ống kính (ống kính trắc địa).
GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

11

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ


2.3.1.1. Kính lúp
Kính lúp là một thấu kính hai mặt lồi có tiêu cự nhỏ (từ 1cm đến 10cm). Kính lúp
được đặt gần sát vật, còn mắt nằm giữa thấu kính và tiêu điểm trước của thấu kính. Ta thu
được ảnh ảo, cùng chiều và lớn hơn vật ở khoảng cách mắt nhìn tốt nhất, điều đó đạt
được bằng cách dịch chuyển kính lúp. (Hình 2.5)
Độ phóng đại của kính lúp Vlúp được tính theo công thức:

Vlúp =
Trong đó:
Dm – khoảng cách mắt nhìn tốt = 250mm
F – tiêu cự của kính lúp
Kính lúp thường có độ phóng đại không quá 15x .
Nhận thấy rằng độ phóng đại của kính lúp càng lớn khi tiêu cự f của nó càng nhỏ.Tiêu
cự càng nhỏ thì độ cong của bề mặt kính lúp càng lớn, khi ấy hiện tượng quang sai cầu và
quang sai sắc càng tăng mạnh.Vì vậy, người ta thường sử dụng kính lúp có cấu tạo phức
tạp gồm hai thấu kính, thường là một thấu kính phẳng và thấu kính lồi, được đặt cách
nhau một khoảng sao cho chúng triệt tiêu quang sai thì độ phóng đại đạt giá trị lớn nhất.

Hình 2.5: Kính lúp
2.3.1.2. Kính hiển vi
Khi xem những vật thể nhỏ ở gần, độ phóng đại nhiều hơn 15x người ta thường dùng
kính hiển vi.
Kính hiển vi là một dụng cụ quang học gồm hệ hai thấu kính: vật kính và thị kính như
hình 2.6.

GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

12

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu



Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

Hình 2.6: Kính hiển vi

Từ sơ đồ trên độ phóng đại do mục tiêu là

Độ phóng đại do các thị kính là

Độ phóng đại tổng thể là sản phẩm:
Độ phóng đại của kính hiển vi còn được tính theo công thức:

Trong đó:Vvk,Vtk – độ phóng đại của vật kính và thị kính
fvk, ftk – tiêu cự của vật kính và thị kính
S –độ dài ống kính hiển vi
D –độ dài khoảng cách mắt nhìn tốt nhất = 250mm
2.3.1.3. Ống kính trắc địa
Là bộ phận dùng để ngắm mục tiêu trong MKVgồm có:
- Kính vật: Là một hệ thấu kính hội tụ để tạo hình ảnh thật của vật và bé hơn vật.
- Kính mắt: Là một hệ thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn có tác dụng phóng to ảnh thực
thu được từ kính vật, kính mắt có thể di chuyển được nhờ một ốc gọi là ốc điều tiêu (điều
ảnh).
GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

13

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu



Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

- Lưới chữ thập: được khắc trên một thấu kính phẳng, ảnh của vật khi đo sẽ nằm trên
lưới của dây chữ thập. Muốn nhìn rõ lưới chữ thập ta xoay kính mắt của ống kính ngắm
chạy ra chạy vào một số vòng.
- Ốc điều ảnh: Cho ta nhìn rõ ảnh của vật.
- Trục ngắm: Đường thẳng nối quang tâm kính vật và quang tâm kính mắt là trục
ngắm. Tâm của vòng dây chữ thập nằm trên trục ngắm.
- Đặc tính quan trọng nhất của ống kính là độ phóng đại ống kính Vx.

α' : Là góc nhìn vật bằng mắt thường.
α : Là góc nhìn vật qua ống kính.
fkv : Là tiêu cự kính vật.
fkm : Là tiêu cự kính mắt.
Hiện nay ống kính trắc địa thường có độ phóng đại 15 - 50 lần, vùng ngắm 30'-20.
Khoảng cách mà máy ngắm xa được tính theo công thức:
d: Đường kính vật ngắm
x

V : Độ phóng đại của ống kính ngắm.
60”: là khả năng phân biệt bằng mắt thường của con
người.
Cấu tạo của ống kính trắc địa (Hình 2.7):

Hình 2.7: Ống kính trắc địa


4. Lưới chữ thập
5. Ốc điều ảnh
6. Ốc điều chỉnh lưới chữ thập

1. Kính vật
2. Kính mắt
3. Thấu kính điều ảnh

Ống kính được sử dụng trong MKV có hai loại thông dụng là:

GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

14

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

a) Ống kính điều tiêu ngoài
Vật thể AB nằm cách xa vật kính ≥ 2f. Qua vật kính (Lvk) thu được ảnh thật A‟B‟ bé
hơn vật và nằm ở giữa tiêu điểm sau của vật kính (Fs.vk) và hai lần tiêu cự (2f). Tiếp theo
muốn nhận được ảnh ảo lớn hơn thì ảnh thật AB phải nằm giữa quang tâm và tiêu điểm
trước của thị kính (Ft.tk). Qua vật kính, ảnh thật A‟B‟ nhận được ở những vị trí khác nhau
(d) vì nó phụ thuộc vào khoảng cách từ vật thể đến vật kính (D). Do đó thị kính cần phải
dịch chuyển theo tùy thuộc vào ảnh thật qua vật kính nằm ở đâu. Sơ đồ của ống kính như
vậy được vẽ trên hình 2.8. Ống thị kính lồng trong ống lưới chữ thập, ống màng dây chữ
thập lại lồng trong ống vật kính để có thể dễ dàng thay đổi vị trí khoảng cách giữa vật

kính, lưới chữ thập và thị kính, sao cho lưới chữ thập luôn nằm trùng với mặt phẳng thật
A‟B‟ để ngắm được chính xác, đồng thời thỏa mãn các điều kiện quang hình đã nói trên.
Đường thẳng O1K nối quang tâm vật kính với trung tâm lưới chữ thập gọi là trục ngắm
của ống kính.

Hình 2.8: Ống kính điều tiêu ngoài
b) Ống kính điều tiêu trong
Muốn ngắm được vật rõ và chính xác thì ảnh của vật phải luôn nằm ở mặt phẳng lưới
chữ thập (tức là phải có khoảng cách từ vật kính đến ảnh là d không đổi), khi ngắm tới
các vật thể khác nhau (tức là khi khoảng cách từ vật thể tới vật kính là D thay đổi). Như
thế tiêu cự của vật kính f phải thay đổi (theo công thức cơ bản của thấu kính). Muốn vậy
phải thay vật kính bằng một hệ thấu kính gồm một thấu kính hội tụ L1 và một thấu kính
phân kì L2. Khoảng cách giữa hai thấu kính này ngắn hơn tiêu cự của thấu kính hội tụ. Hệ
GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

15

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

này tương đương với một thấu kính hội tụ L có tiêu cự tương đương thay đổi được nhờ
thay đổi khoảng cách giữa thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ.
Tia ngắm S (Hình 2.9) song song với trục quang học khi đi đến thấu kính L1, ở điểm A
bị khúc xạ và đi đến thấu kính L2 ở điểm B. Sau khi bị khúc xạ, tia sáng S đi đến điểm F‟
trên trục quang học. Tiếp tục kéo dài BF‟ đến cắt tia sáng S tại C. Từ C hạ đường vuông
góc xuống trục quang học thì nhận được vị trí tâm O của thấu kính tương đương L. Do

tác dụng của hai thấu kính L1 và L2 mà tia sáng đi đến điểm F. Tia sáng đi từ thấu kính
tương đương L cùng đi đến điểm F‟ này.

Hình 2.9: Ống kính điều tiêu trong
Để xác định tiêu cự của thấu kính tương đương ftd hãy xét tam giác đồng dạng O1AF1,
BO2F1, OCF‟, BO2F1‟. Từ đó tìm được:

(1)

Trong phương trình (1) vì các vế trái bằng nhau nên các vế phải cũng bằng nhau.

GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

16

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

Từ đó ta có:
(2)

Muốn tìm giá trị x ta thành lập công thức cơ bản của thấu kính L2 bằng cách coi tiêu điểm
F‟ là vật, còn coi tiêu điểm F1 là ảnh ảo của F‟. Áp dụng công thức cơ bản của thấu kính
ở đây ta có:

Từ đây tìm được:

(3)

Thay (3) vào (2) được:

Rõ ràng tiêu cự tương đương ftd là một đại lượng thay đổi bởi vì khoảng cách e giữa
hai thấu kính L1 và L2 thay đổi được. Thay đổi tiêu cự của thấu kính tương đương là để
cho ảnh của vật luôn luôn nhận được ở vị trí cố định trên mặt phẳng lưới chữ thập, do đó
ngắm vật được chính xác. Ngoài ra, các điều kiện quang hình khác đều được đảm bảo
như ở ống kính điều tiêu ngoài, nên ngắm vật được rõ hơn (do được phóng đại).
So với ống kính điều tiêu ngoài ống kính điều tiêu trong sẽ có được những ưu điểm
sau đây:
- Nếu các chỉ tiêu kỹ thuật như nhau thì ống kính điều tiêu ngoài dài 265mm, còn ống
kính điều tiêu trong chỉ dài 160mm.
- Ống kính điều tiêu trong có chiều dài cố định.
- Khi điều tiêu trục ngắm ít bị vi phạm.
- Ống ngắm kín giữ cho độ trong suốt của các hệ quang học được lâu hơn.
Ống kính điều tiêu trong có nhược điểm là: khi điều tiêu thì tiêu cự của thấu kính
tương đương thay đổi, do đó độ phóng đại của ống kính cũng thay đổi theo.
Hiện nay ống kính trắc địa thường có: độ phóng đại từ 15 đến 50 lần, vùng ngắm từ
30‟ đến 2o, tầm ngắm từ 2 mét trở ra.
c) Vùng ngắm ống kính
Vùng ngắm là phạm vi không gian nhìn thấy được qua ống kính khi ống kính cố định.
Vùng ngắm được biểu thị bằng góc kẹp giữa hai đường thẳng nối từ quang tâm thấu kính
đến lưới chữ thập, kí hiệu là .
Thông thường vật ngắm ở xa ống kính và lưới chữ thập lại trùng với vị trí ảnh thật nên
khoảng cách từ lưới chữ thập đến quang tâm thấu kính gần bằng tiêu cự của kính vật (fv).

GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

17


SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

Vì góc nhỏ nên có thể xem vùng ngắm của ống kính là một cung tròn tâm O bán kính là
tiêu cự của kính vật.

Hình 2.10: Vùng ngắm ống kính
Từ hình 2.10ta có:

Trong đó q là đường kính lưới chữ thập.
Mà ta có công thức tính độ phóng đại:

Suy ra:
Nên :

Hiện nay, các máy trắc địa thường có:
Vùng ngắm tỉ lệ nghịch với độ phóng đại của thấu kính.
d) Độ rõ
Độ rõ là lượng ánh sáng mà mắt ta thu được trong khoảng thời gian một giây trên
1mm2 vật ngắm. Để đánh giá chất lượng của ống kính người ta thường dùng độ rõ tương
đối.
Độ rõ tương đối là tỉ số giữa độ rõ của ảnh nhìn qua ống kính (I) và độ rõ của ảnh nhìn
qua mắt thường (i).
Độ rõ tương đối được tính qua công thức:


Với:
- R là bán kính kính vật của ống kính
- r là bán kính con ngươi mắt người
GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

18

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

- Vx là độ phóng đại của ống kính
Từ công thức trên cho thấy độ rõ tương đối tỉ lệ thuận với bình phương bán kính kính
vật và tỉ lệ nghịch với bình phương độ phóng đại ống kính. Cho nên khi đo đạc ở những
nơi ẩm thấp thiếu ánh sáng như rừng rậm… nên chọn những MKV có kính vật lớn và độ
phóng đại nhỏ.
e) Sai số ống kính
Từ thực nghiệm cho thấy mắt nhìn không thể phân biệt hai điểm dưới góc nhìn <60”.
Do đó có thể coi sai số ngắm bằng mắt thường là ± 60”. Khi đo ngắm dùng MKV có độ
phóng đại Vx nên ảnh của vật sẽ được phóng đại lên Vx lần. Nên sai số ngắm giới hạn qua
ống kính sẽlà

. Cùng một điều kiện vật ngắm ở gần sẽ nhìn thấy rõ hơn ở

xa. Nếu quá xa sẽ không nhìn thấy được.

Hình 2.11: Sai số ống kính

Từ hình 2.11 ta có thể tính được tầm ngắm xa nhất cho một vật có đường kính (d) bằng
công thức sau:

Trong thực tế tầm ngắm còn phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh chiết quang lộ là độ
trong sạch của không khí.
2.3.2. Bàn độ và bộ phận đọc số
2.3.2.1. Bàn độ
Các vành độ (ngang và đứng) dùng để đo góc thường gồm hai bàn tròn đồng tâm
chống lên nhau. Một bàn khắc độ (bàn độ) được gắn vào thân máy, một bàn khắc các
vạch chuẩn (du xích) được gắn vào phần ngắm (Hình 2.12).
a) Bàn độ ngang
Bàn độ ngang của MKV có dạng hình vành khăn, ở những MKV hiện đại chúng
được làm bằng thủy tinh đặc biệt trong suốt, trên đó có vạch chia đều đặn và được đánh
số tăng theo chiều kim đồng hồ (từ 0o đến 360o). Mỗi khoảng chia độ (1o) lại được chia
thành những vạch nhỏ giá trị 10‟, 20‟ hoặc 30‟ tùy theo từng loại máy, đó là giá trị
khoảng chia vòng độ. Ở bên trong bàn độ là một đĩa tròn đồng tâm với bàn độ, trên đó có
khắc một vạch chuẩn đọc số nên còn gọi là vòng đọc số. (Hình 2.14)
GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

19

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

Vòng đọc số tách rời và chuyển động độc lập so với vòng bàn độ, vạch chuẩn chỉ
vào số nào trên bàn độ thì đó là số đọc trên bàn độ. Vòng đọc số gắn liền với trục đỡ ống

kính do đó khi quay máy trong mặt phẳng nằm ngang (quanh trục đứng) thì vòng đọc số
cũng quay theo còn vòng bàn độ ngang thì đứng yên.

Hình 2.12:Cấu tạo bàn độ đọc số

a. Bàn độ đọc theo vạch chuẩn

b. Bàn độ đọc theo thang phụ

Hình 2.13:Bàn độ ngang

GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

20

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

Hình 2.14: Bàn độ ngang đọc 331o53‟
b) Bàn độ đứng
Bàn độ đứng và vòng đọc số trên bàn độ đứng về cấu tạo cơ bản cũng giống như bàn
độ ngang. Tuy nhiên, nó cũng có hai điểm khác biệt chính: thứ nhất, 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 lại đứng yên. Thứ hai, cách đánh số trên bàn độ đứng không thống
nhất mà khác nhau, chúng có thể được đánh số liên tục từ 0o đến 360o thuận chiều hoặc
ngược chiều kim đồng hồ, hoặc không liên tục mà đối xứng từ 0o đến 90o.


Hình 2.15: Bàn độ đứng chia theo 0o - 0o, 0o - 180o, 90o -270o
Vòng chia độ của bàn độ đứng được gắn chặt với ống kính sao cho tâm của nó trùng
với tâm trục quay nằm ngang H-H của ống kính. Đường kính 0o – 180o (hoặc 90o – 270o,
GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

21

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu


Luận Văn Tốt Nghiệp

Tìm hiểu về máy kinh vĩ

hoặc 0o – 0o tùy thuộc theo từng loại máy) vòng chia độ phải song song với trục ngắm
của ống kính.Đường kính 0 – 0 của vòng đọc số phải nằm ngang.
Vòng đọc số của bàn độ ngang và bàn độ đứng có các bộ phận đọc số cho phép đọc
được các số trên vòng bàn độ có độ chính xác nhất định. Các loại MKV có độ chính xác
trung bình và MKV kỹ thuật thường đọc số theo kính hiển vi một vạch chuẩn hay kính
hiển vi thang vạch chuẩn.
c) Sai số MO
Theo lý thuyết cấu tạo của bàn độ đứng cần phải thỏa mãn các điều kiện: khi trục
ngắm nằm ngang và bọt nước của ống thủy nằm ở vị trí cân bằng thì đường kính gốc của
bàn độ phải trùng với vạch 0 – 0 của du xích.
Trong thực tế không phải lúc nào cũng thỏa mãn điều kiện trên, trường hợp không thỏa
mãn sẽ gây ra sai số chỉ tiêu MO.
Nếu MO không quá ổn định thì ta cần phải hiệu chỉnh.
Tùy theo cách chia vạch độvà ghi số trên bàn độ đứng mà ta có cách tính chỉ tiêu MO
và góc đứng V như sau:


Hình 2.16: Trường hợp máy có bàn độ đứng được khắc vạch và ghi số liên tục
Trường hợp máy có bàn độ đứng được khắc vạch và ghi số liên tục:
- Thuận kính (bàn độ đứng nằm bên trái ống kính) ngắm chính xác một điểm M và đọc
số trên bàn độ đứng là Tr.
- Đảo kính (bàn độ đứng nằm bên phải ống kính) ngắm chính xác một điểm M và đọc số
trên bàn độ đứng là Ph.
Theo hình vẽ ta có:

Từ đó ta tính được:

GVHD: Thầy Hoàng Xuân Dinh

22

SVTH: Phạm Thị Ngọc Giàu