theodolite instructions

8/3/2019 Theodolite Instructions

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T h e o d o l i t e I n s t r u c t i o n s

E l i z a b e t h P e t r i k

A C M E E x p e r i m e n t

F e b r u a r y 1 9 , 2 0 1 1

A t h e o d o l i t e i s a t e l e s c o p e m o u n t e d t o v e r y s e n s i t i v e h o r i z o n t a l a n d v e r t i c a l p r o t r a c t o r s . I t i s c a p a b l e

o f m e a s u r i n g a n g l e s a n d , w h e n u s e d i n c o n j u n c t i o n w i t h g r a d u a t e d r e f e r e n c e o b j e c t s , d i s t a n c e s w i t h a h i g h

d e g r e e o f a c c u r a c y . T h e o d o l i t e s a r e p r i m a r i l y u s e d b y s u r v e y o r s t o m a p o u t t e r r a i n .

I n t h e A C M E e l e c t r o n E D M e x p e r i m e n t , a T o p c o n m o d e l D T - 2 0 9 L t h e o d o l i t e w i l l b e u s e d t o a l i g n t h e

b e a m s o u r c e w i t h t h e d e t e c t i o n r e g i o n i n o r d e r t o m a x i m i z e t h e m o l e c u l a r u x i n t o t h e d e t e c t i o n v o l u m e w h i l e

e x c l u d i n g a l l m o l e c u l e t r a j e c t o r i e s i n c i d e n t o n t h e e l e c t r i c e l d p l a t e s , a s t h e l a t t e r c o u l d c a u s e s y s t e m a t i c

e r r o r i n d u c i n g p a t c h e l d s .

T h i s d o c u m e n t o u t l i n e s t h e p r o c e d u r e f o r u s i n g t h e t h e o d o l i t e t o m e a s u r e a n g l e s .

1 S e t u p

1 . 1 T r i p o d s e t u p

I n t h i s s e c t i o n w e l e a r n h o w t o s e t u p t h e t r i p o d a n d r o u g h l y c e n t e r a n d l e v e l i t o v e r a s m a l l p o s i t i o n i n g

m a r k , s u c h a s a d i v o t i n a p e n n y g l u e d t o t h e o o r , a n a i l h e a d , o r a n y o t h e r s m a l l x e d o b j e c t .

( a ) P l a c e t h e t r i p o d o v e r t h e p o s i t i o n i n g m a r k , s e t t i n g t h e l e g s a t a c o n v e n i e n t h e i g h t , a n d r o u g h l y c e n t e r

a n d l e v e l t h e t r i p o d h e a d b y e y e .

( b ) S u s p e n d t h e p l u m b b o b i n c l u d e d i n t h e t h e o d o l i t e b o x f r o m t h e h a n g e r b e n e a t h t h e t r i p o d h e a d .

( c ) R e a d j u s t t h e t r i p o d t o c e n t e r t h e p l u m b b o b o v e r t h e p o s i t i o n i n g m a r k b y m o v i n g a l l t h r e e t r i p o d f e e t

b y t h e s a m e a m o u n t i n t h e s a m e d i r e c t i o n .

( d ) F i r m l y x t h e t r i p o d f e e t i n p o s i t i o n . I f n e c e s s a r y , a d j u s t t h e h e i g h t s o f t h e t r i p o d l e g s t o r e - c e n t e r t h e

t r i p o d w i t h i n 1 c m o f t h e r e f e r e n c e m a r k .

( e ) T i g h t e n t h e l e g c l a m p s o n t h e t r i p o d .

1 . 2 T h e o d o l i t e s e t u p

I n t h i s s e c t i o n w e l e a r n h o w t o u n p a c k , s e t u p , c e n t e r , a n d l e v e l t h e t h e o d o l i t e .

1 . 2 . 1 S e a t i n g a n d c e n t e r i n g t h e t h e o d o l i t e

( a ) E x a m i n e h o w t h e t r i p o d i s s e a t e d i n i t s b o x . S e e F i g . 1 .

( b ) L i f t t h e t h e o d o l i t e o u t o f i t s b o x b y t h e h a n d l e n e v e r b y t h e t e l e s c o p e .

( c ) P l a c e t h e t h e o d o l i t e o n t h e t r i p o d h e a d a n d s c r e w i n t h e c e n t e r i n g s c r e w w h i l e h o l d i n g o n t o t h e h a n d l e .

L e a v e t h e c e n t e r i n g s c r e w j u s t l o o s e e n o u g h t h a t t h e t h e o d o l i t e c a n s t i l l s l i d e a r o u n d t h e t r i p o d h e a d .

1


2/6

( d ) L o o k i n g t h r o u g h t h e o p t i c a l p l u m m e t , f o c u s t h e c e n t e r i n g i n d e x m a r k . S l i d e t h e t h e o d o l i t e o n t h e t r i p o d

h e a d u n t i l t h e r e f e r e n c e m a r k i s c e n t e r e d i n t h e o p t i c a l p l u m m e t .

( e ) F u l l y t i g h t e n t h e c e n t e r i n g s c r e w . L o o k t h r o u g h t h e o p t i c a l p l u m m e t a g a i n a n d a d j u s t t h e t h e o d o l i t e

f o o t s c r e w s f o r n e a l i g n m e n t w i t h t h e r e f e r e n c e m a r k .

F i g u r e 1 : T h e o d o l i t e - i n - a - b o x .

1 . 2 . 2 L e v e l i n g t h e t h e o d o l i t e

( a ) R e f e r r i n g t o F i g . 2 , r o u g h l y l e v e l t h e i n s t r u m e n t u s i n g t h e c i r c u l a r l e v e l :

i . T u r n t h e l e v e l i n g s c r e w s A a n d B i n o p p o s i t e d i r e c t i o n s t o c e n t e r t h e b u b b l e a l o n g t h e A B a x i s .

i i . T u r n l e v e l i n g s c r e w C t o b r i n g t h e b u b b l e t o t h e c e n t e r o f t h e c i r c u l a r l e v e l .

F i g u r e 2 : D i a g r a m f o r r o u g h l e v e l i n g w i t h t h e c i r c u l a r l e v e l .

( b ) R e f e r r i n g t o F i g . 3 , p r e c i s e l y l e v e l t h e i n s t r u m e n t u s i n g t h e p l a t e l e v e l .

2


3/6

i . F r e e t h e h o r i z o n t a l m o t i o n c l a m p a n d r o t a t e t h e i n s t r u m e n t h o r i z o n t a l l y u n t i l t h e p l a t e l e v e l i s

p a r a l l e l w i t h l i n e A B .

i i . B r i n g t h e b u b b l e t o t h e c e n t e r o f t h e p l a t e l e v e l b y t u r n i n g s c r e w s A a n d B i n o p p o s i t e d i r e c t i o n s .

i i i . R o t a t e t h e i n s t r u m e n t b y 90

a r o u n d i t s v e r t i c a l a x i s a n d t u r n s c r e w C t o c e n t e r t h e b u b b l e o n c e

m o r e .

i v . R e p e a t p r o c e d u r e s i . a n d i i . f o r e a c h

90

r o t a t i o n o f t h e i n s t r u m e n t a n d c h e c k t h a t t h e b u b b l e i s

c o r r e c t l y c e n t e r e d f o r a l l f o u r p o i n t s . I f a f t e r 180

o f r o t a t i o n , t h e b u b b l e i s o c e n t e r , r e m o v e h a l f

t h e e r r o r i n t h e b u b b l e c e n t e r i n g . C h e c k t h a t w h e n y o u h a v e s w u n g a n o t h e r 180

b a c k t o t h e i n i t i a l

p o i n t , t h e b u b b l e o s e t i s t h e s a m e a s t h e o s e t y o u a l l o w e d t o r e m a i n i n t h e 180

r o t a t e d p o s i t i o n .

F i g u r e 3 : D i a g r a m f o r n e l e v e l i n g w i t h t h e p l a t e l e v e l .

O n c e t h e t h e o d o l i t e i s l e v e l e d , d o u b l e c h e c k t h e o p t i c a l p l u m m e t t o m a k e s u r e t h a t i t i s s t i l l c e n t e r e d . I f

n o t , r e p e a t t h e p r o c e d u r e i n s e c t i o n 1 . 2 . 1 ( d ) t h r o u g h a l l o f s e c t i o n 1 . 2 . 2 .

2 M e a s u r e m e n t

I n t h i s s e c t i o n w e l e a r n h o w t o t a k e a c c u r a t e r e a d i n g s o f h o r i z o n t a l a n d v e r t i c a l a n g l e s u s i n g a t h e o d o l i t e .

( a ) D e t e r m i n e h o w m a n y r e f e r e n c e p o i n t s y o u w i l l n e e d t o m e a s u r e , a n d m a k e s u r e t h a t t h e i r h o r i z o n t a l a n d

v e r t i c a l p o s i t i o n s a r e c l e a r l y m a r k e d . I n o r d e r o f m e a s u r e m e n t , t h e s e r e f e r e n c e p o i n t s w i l l b e r e f e r r e d t o

a s X , Y , a n d Z i n t h e s e i n s t r u c t i o n s .

( b ) T u r n o n t h e t h e o d o l i t e b y p r e s s i n g t h e g r e e n p o w e r k e y .

2 . 1 H o r i z o n t a l m e a s u r e m e n t

T o a v o i d c o n f u s i o n , a l l h o r i z o n t a l a n g l e m e a s u r e m e n t s s h o u l d b e c o m p l e t e d b e f o r e t a k i n g v e r t i c a l a n g l e

m e a s u r e m e n t s .

( a ) T a k e f a c e - l e f t a n g l e m e a s u r e m e n t s .

i . R o t a t e t h e t e l e s c o p e a b o u t t h e t r u n n i o n a x i s u n t i l t h e i n s t r u m e n t i s i n f a c e - l e f t p o s i t i o n .

i i . P r e s s t h e O S E T k e y a n d r o t a t e t h e t e l e s c o p e h o r i z o n t a l l y t o g i v e a r e a d i n g b e t w e e n 0

a n d 1

.

i i i . P r e s s H O L D t o l o c k t h i s v a l u e .

i v . A f t e r m a k i n g s u r e n o o n e i s i n t h e t e l e s c o p e l i n e o f s i g h t , p r e s s t h e l a s e r o n b u t t o n o n t o p o f t h e

t e l e s c o p e . F r e e t h e h o r i z o n t a l a n d v e r t i c a l c l a m p s a n d s w i n g t h e l a s e r s p o t t o r e f e r e n c e p o i n t X .

3


4/6

v . R o u g h l y a l i g n t h e l a s e r s p o t a n d f o c u s i t u s i n g t h e f o c u s i n g r i n g o n t h e t e l e s c o p e . T i g h t e n t h e

h o r i z o n t a l a n d v e r t i c a l c l a m p s . T u r n o t h e l a s e r .

v i . P l a c e a b l a n k s h e e t o f p a p e r i n f r o n t o f t h e t e l e s c o p e , a n d , l o o k i n g t h r o u g h t h e t e l e s c o p e , f o c u s t h e

c r o s s h a i r s u s i n g t h e e y e p i e c e .

v i i . R e m o v e t h e p a p e r a n d f o c u s t h e t e l e s c o p e o n t h e r e f e r e n c e o b j e c t u s i n g t h e f o c u s i n g r i n g .

v i i i . C h e c k f o r p a r a l l a x b y m o v i n g y o u r h e a d u p a n d d o w n a n d l e f t t o r i g h t . I f t h e c r o s s h a i r s m o v e ,

r e f o c u s t h e c r o s s h a i r s , a n d r e f o c u s t h e r e f e r e n c e o b j e c t a s d e s c r i b e d a b o v e .

i x . L o o k i n g t h r o u g h t h e t e l e s c o p e , h o m e i n o n t h e r e f e r e n c e o b j e c t u s i n g t h e s l o w - m o t i o n s c r e w s . F o r

h o r i z o n t a l a n g l e m e a s u r e m e n t s , t h e v e r t i c a l c r o s s h a i r m u s t b e p e r f e c t l y a l i g n e d w i t h t h e r e f e r e n c e

p o i n t , b u t t h e h o r i z o n t a l c r o s s h a i r n e e d n o t b e , a s l o n g a s a p p r o x i m a t e l y t h e s a m e p a r t o f t h e v e r t i c a l

c r o s s h a i r i s u s e d f o r e a c h h o r i z o n t a l m e a s u r e m e n t .

x . C h e c k t h e t e l e s c o p e p o i n t i n g , b o o k t h e h o r i z o n a l a n g l e r e a d i n g , a n d c h e c k t h e b o o k i n g .

x i . R e l e a s e t h e H O L D k e y ( o n l y a p p l i e s t o t h e v e r y r s t r e a d i n g ) .

x i i . R e p e a t s t e p s i v . t o x . f o r r e f e r e n c e p o i n t s Y , Z , e t c .

( b ) T a k e f a c e - r i g h t a n g l e m e a s u r e m e n t s t o c o m p l e t e a r o u n d o f a n g l e s .

i . R o t a t e t h e t e l e s c o p e a b o u t t h e t r u n n i o n a x i s u n t i l t h e i n s t r u m e n t i s i n f a c e - r i g h t p o s i t i o n .

i i . R e p e a t s t e p s ( a ) i v . - x i . i n t h e f a c e - r i g h t p o s i t i o n . N o w y o u ' v e b o o k e d a s e r i e s o f a n g l e s b e t w e e n

0

a n d 360

a n d a s e r i e s b e t w e e n 360

a n d 720

. T h i s c o m p l e t e s a r o u n d o f a n g l e s .

( c ) T a k e a t l e a s t o n e m o r e r o u n d o f a n g l e s u s i n g a n i n i t i a l h o r i z o n t a l r e a d i n g b e t w e e n 90

a n d 91

f o r t h e

s e c o n d r o u n d , 180

a n d 181

f o r t h e t h i r d r o u n d , e t c . I f y o u t a k e o n l y t w o r o u n d s o f a n g l e s , m a k e s u r e

t h a t t h e r e a d i n g s a g r e e w i t h i n t w i c e t h e p r e c i s i o n o f t h e t h e o d o l i t e .

( d ) O n c e t h e d e s i r e d p r e c i s i o n i s a c h i e v e d , t a k e t h e m e a n v a l u e o f t h e m e a s u r e d a n g l e s .

2 . 2 V e r t i c a l m e a s u r e m e n t

T h e v e r t i c a l a n g l e s c a l e i s r e f e r e n c e d a b s o l u t e l y t o t h e g r o u n d , s o i t i s i m p o s s i b l e t o u s e d i e r e n t i n i t i a l

r e a d i n g s f o r t h e m u l t i p l e r o u n d s o f a n g l e s .

( a ) T a k e f a c e - l e f t a n g l e m e a s u r e m e n t s .

i . R o t a t e t h e t e l e s c o p e a b o u t t h e t r u n n i o n a x i s u n t i l t h e i n s t r u m e n t i s i n f a c e - l e f t p o s i t i o n .

i i . A f t e r m a k i n g s u r e n o o n e i s i n t h e t e l e s c o p e l i n e o f s i g h t , p r e s s t h e l a s e r o n b u t t o n o n t o p o f t h e

t e l e s c o p e . F r e e t h e h o r i z o n t a l a n d v e r t i c a l c l a m p s a n d s w i n g t h e l a s e r s p o t t o r e f e r e n c e p o i n t X .

i i i . R o u g h l y a l i g n t h e l a s e r s p o t a n d f o c u s i t u s i n g t h e f o c u s i n g r i n g o n t h e t e l e s c o p e . T i g h t e n t h e

h o r i z o n t a l a n d v e r t i c a l c l a m p s . T u r n o t h e l a s e r .

i v . P l a c e a b l a n k s h e e t o f p a p e r i n f r o n t o f t h e t e l e s c o p e , a n d , l o o k i n g t h r o u g h t h e t e l e s c o p e , f o c u s t h e

c r o s s h a i r s u s i n g t h e e y e p i e c e .

v . R e m o v e t h e p a p e r a n d f o c u s t h e t e l e s c o p e o n t h e r e f e r e n c e o b j e c t u s i n g t h e f o c u s i n g r i n g .

v i . C h e c k f o r p a r a l l a x b y m o v i n g y o u r h e a d u p a n d d o w n a n d l e f t t o r i g h t . I f t h e c r o s s h a i r s m o v e ,

r e f o c u s t h e c r o s s h a i r s , a n d r e f o c u s t h e r e f e r e n c e o b j e c t a s d e s c r i b e d a b o v e .

v i i . L o o k i n g t h r o u g h t h e t e l e s c o p e , h o m e i n o n t h e r e f e r e n c e o b j e c t u s i n g t h e s l o w - m o t i o n s c r e w s . F o r

v e r t i c a l a n g l e m e a s u r e m e n t s , t h e h o r i z o n t a l c r o s s h a i r m u s t b e p e r f e c t l y a l i g n e d w i t h t h e r e f e r e n c e

p o i n t , b u t t h e v e r t i c a l c r o s s h a i r n e e d n o t b e , a s l o n g a s a p p r o x i m a t e l y t h e s a m e p a r t o f t h e h o r i z o n t a l

c r o s s h a i r i s u s e d f o r e a c h v e r t i c a l m e a s u r e m e n t .

v i i i . C h e c k t h e t e l e s c o p e p o i n t i n g , b o o k t h e v e r t i c a l a n g l e r e a d i n g , a n d c h e c k t h e b o o k i n g .

4


5/6

i x . R e p e a t s t e p s i i . t o v i i i . f o r r e f e r e n c e p o i n t s Y , Z , e t c .

( b ) T a k e f a c e - r i g h t a n g l e m e a s u r e m e n t s t o c o m p l e t e a r o u n d o f a n g l e s .

i . R o t a t e t h e t e l e s c o p e a b o u t t h e t r u n n i o n a x i s u n t i l t h e i n s t r u m e n t i s i n f a c e - r i g h t p o s i t i o n .

i i . R e p e a t s t e p s ( a ) i i . - i x . i n t h e f a c e - r i g h t p o s i t i o n . T h i s c o m p l e t e s a r o u n d o f a n g l e s .

( c ) T a k e a t l e a s t o n e m o r e r o u n d o f a n g l e s . I f y o u t a k e o n l y t w o r o u n d s o f a n g l e s , m a k e s u r e t h a t t h e

r e a d i n g s a g r e e w i t h i n t w i c e t h e p r e c i s i o n o f t h e t h e o d o l i t e .

( d ) O n c e d e s i r e d p r e c i s i o n i s a c h i e v e d , t a k e t h e m e a n v a l u e o f t h e a n g l e s m e a s u r e d .

3 P a c k i n g u p

( a ) O p e n t h e t h e o d o l i t e b o x .

( b ) T u r n o t h e t h e o d o l i t e .

( c ) A l i g n t h e t h e o d o l i t e a s i t w a s b e f o r e p a c k i n g . R e f e r t o F i g . 1 .

( d ) B r i n g t h e t h e o d o l i t e f o o t s c r e w s t o t h e c e n t e r o f t h e i r t r a v e l .

( e ) H o l d i n g t h e t h e o d o l i t e h a n d l e w i t h o n e h a n d , u n d o t h e c e n t e r i n g s c r e w w i t h t h e o t h e r .

( f ) P u t t h e t h e o d o l i t e b a c k i n t h e b o x i n i t s o r i g i n a l p o s i t i o n a n d c l o s e t h e c l a s p s . R e f e r t o F i g . 1 .

( g ) B e i n g c a r e f u l n o t t o d i s t u r b t h e p o s i t i o n i n g m a r k , l i f t t h e t r i p o d a w a y , c o l l a p s e i t , a n d p u t i t a w a y .

4 G l o s s a r y o f t e r m s

g r a d i e n t - A n a l t e r n a t i v e t o m e a s u r i n g v e r t i c a l a n g l e s i n d e g r e e s , t h e g r a d i e n t i s d e n e d a s t h e t a n g e n t o f

t h e v e r t i c a l a n g l e w i t h r e s p e c t t o t h e h o r i z o n t a l t i m e s 1 0 0 % . F o r e x a m p l e , a g r a d i e n t o f - 5 0 % m e a n s a s l o p e

o f 22.5

b e l o w t h e h o r i z o n t a l .

f a c e l e f t - T h e t h e o d o l i t e p o s i t i o n i n w h i c h t h e v e r t i c a l c i r c l e i s o n t h e v i e w e r ' s l e f t w h i l e h e l o o k s i n t o t h e

t e l e s c o p e .

f a c e r i g h t - T h e t h e o d o l i t e p o s i t i o n i n w h i c h t h e v e r t i c a l c i r c l e i s o n t h e v i e w e r ' s r i g h t w h i l e h e l o o k s i n t o

t h e t e l e s c o p e .

h o r i z o n t a l c i r c l e - T h e g r a d u a t e d c i r c l e i n t h e h o r i z o n t a l p l a n e t h a t t h e t h e o d o l i t e r e a d s o u t t o m e a s u r e

h o r i z o n t a l a n g l e s .

h o r i z o n t a l c l a m p - T h u m b s c r e w t h a t c a n b e u s e d t o x t h e a n g l e o f t h e t h e o d o l i t e w i t h r e s p e c t t o t h e

v e r t i c a l a x i s . W h e n t h e h o r i z o n t a l c l a m p i s t i g h t , t h e i n s t r u m e n t c a n b e t r a n s l a t e d h o r i z o n t a l l y w i t h t h e

s l o w - m o t i o n s c r e w .

l i n e o f c o l l i m a t i o n - T h e l i n e o f s i g h t t h r o u g h t h e c e n t e r o f t h e t e l e s c o p e c r o s s h a i r s .

o p t i c a l p l u m m e t - S m a l l t e l e s c o p e w h o s e e y e p i e c e i s n e a r t h e b o t t o m o f t h e t h e o d o l i t e t h a t l o o k s a t t h e

d i r e c t l y b e n e a t h t h e t h e o d o l i t e a n d i s u s e d f o r c e n t e r i n g .

r o u n d o f a n g l e s - A c o m p l e t e s e t o f a n g l e m e a s u r e m e n t s p e r f o r m e d r s t i n t h e f a c e - l e f t , t h e n i n t h e

f a c e - r i g h t p o s i t i o n .

s l o w - m o t i o n s c r e w - T h e n e a d j u s t m e n t s c r e w u s e d t o t r a n s l a t e t h e t h e o d o l i t e i n t h e h o r i z o n t a l o r v e r t i c a l

p l a n e w h e n t h e h o r i z o n t a l o r v e r t i c a l c l a m p i s t i g h t e n e d .

t a n g e n t s c r e w - S e e s l o w - m o t i o n s c r e w .

t r u n n i o n a x i s - T h e a x i s a b o u t w h i c h t h e t e l e s c o p e p i v o t s .

v e r t i c a l a x i s - T h e a x i s a b o u t w h i c h t h e h o r i z o n t a l c i r c l e p i v o t s .

v e r t i c a l c i r c l e - T h e g r a d u a t e d c i r c l e i n t h e v e r t i c a l p l a n e t h a t t h e t h e o d o l i t e r e a d s o u t t o m e a s u r e v e r t i c a l

a n g l e s .

5


6/6

F i g u r e 4 : T h e o d o l i t e d i a g r a m f r o m m a n u a l .

v e r t i c a l c l a m p - T h u m b s c r e w t h a t c a n b e u s e d t o x t h e a n g l e o f t h e t h e o d o l i t e w i t h r e s p e c t t o t h e t r u n n i o n

a x i s . W h e n t h e v e r t i c a l c l a m p i s t i g h t , t h e i n s t r u m e n t c a n b e t r a n s l a t e d v e r t i c a l l y w i t h t h e s l o w - m o t i o n

s c r e w .

6

theodolite instructions

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