專利名稱：一體式數(shù)字式地質(zhì)羅盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地質(zhì)羅盤，尤其涉及一種數(shù)字式地質(zhì)羅盤。

背景技術(shù)：
羅盤在地質(zhì)工作中具有十分重要的意義，被稱為地質(zhì)工作的三件寶之一，但是傳統(tǒng)地質(zhì)羅盤的使用非常煩瑣、人為誤差大、與現(xiàn)代微機無法并用，給廣大地質(zhì)工作者，尤其是研究構(gòu)造的地質(zhì)工作者帶來很大的麻煩，且十分耗時，而國內(nèi)外對此都沒有引起很大的重視。隨著自動數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，研制數(shù)字地質(zhì)羅盤從而減輕地質(zhì)工作者的負(fù)擔(dān)，提高工作效率是具有非常重要意義的。申請人的專利申請“數(shù)字式地質(zhì)羅盤”(專利申請?zhí)?00710188556.8，公開號CN101196567)公開了一種運用多種傳感器和數(shù)字芯片的自動化程度較高的合頁結(jié)構(gòu)的數(shù)字式地質(zhì)羅盤，其包括本體、本體的上表面等，其本體的上表面設(shè)置有鏡子、透光孔、對物覘板小孔，鏡子上設(shè)置有垂直線，對物覘板小孔、垂直線、透光孔設(shè)置在同一條線上，本體設(shè)置有對目覘板及對目覘板小孔等，還是沒有脫離現(xiàn)有傳統(tǒng)羅盤的概念，結(jié)構(gòu)和操作較為復(fù)雜。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種一體式數(shù)字式地質(zhì)羅盤，其解決了傳統(tǒng)地質(zhì)羅盤使用煩瑣和人為誤差大以及現(xiàn)有數(shù)字式地質(zhì)羅盤結(jié)構(gòu)和操作較為復(fù)雜的技術(shù)問題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種一體式數(shù)字式地質(zhì)羅盤，包括本體、輸入按鍵、三軸加速度傳感器、磁阻傳感器、處理單元、存儲單元和顯示單元，所述三軸加速度傳感器、磁阻傳感器、處理單元和存儲單元安裝在本體內(nèi)，所述三軸加速度傳感器的X軸和Y軸分別與磁阻傳感器的X軸和Y軸保持平行，其特殊之處是，所述一體式數(shù)字式地質(zhì)羅盤還包括攝像頭，所述顯示屏和輸入按鍵設(shè)置在本體的上端表面上，所述攝像頭通過攝像頭轉(zhuǎn)軸設(shè)置在本體的外部，所述攝像頭轉(zhuǎn)軸與三軸加速度傳感器的X軸保持平行，所述攝像頭可在與三軸加速度傳感器的Y、Z軸確定平面平行的平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。
上述本體的外部設(shè)置有可放置攝像頭的攝像頭插槽，所述攝像頭轉(zhuǎn)軸設(shè)置在攝像頭插槽內(nèi)并可相對本體伸縮。
上述輸入按鍵包括確認(rèn)按鍵和退出按鍵；所述一體式數(shù)字式地質(zhì)羅盤還包括搖桿，所述搖桿設(shè)置在本體的上端表面上。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點 1、結(jié)構(gòu)簡單。本發(fā)明新型數(shù)字地質(zhì)羅盤是具有自動化功能的新型羅盤，它相對于現(xiàn)有地質(zhì)羅盤最大的特點是本發(fā)明新型數(shù)字地質(zhì)羅盤應(yīng)用攝像頭采集目的物和目標(biāo)物的圖像，完全替代傳統(tǒng)地質(zhì)羅盤本體的上表面反光鏡和本體棧板的瞄準(zhǔn)功能，結(jié)構(gòu)上去除傳統(tǒng)地質(zhì)羅盤上蓋，減小體積的同時提高了可靠性。
2、可測量任意線(如巖層層面、褶皺軸面、斷層面、節(jié)理面、褶皺樞紐、拉伸線理……等構(gòu)造面/線的空間位置)的方位。一般合頁式的地質(zhì)羅盤只能測量水平面內(nèi)線的方位，若測試線為非水平線，必須借助其它工具將該線投影到地質(zhì)羅盤所在的水平面上才能完成測量。數(shù)字羅盤通過可轉(zhuǎn)動的攝像頭采集測試線的圖像，可以直接測量任意線的方位。



圖1是本發(fā)明本體上表面的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明本體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖； 其中1-搖桿，2-本體的上表面，3-顯示屏，4-攝像頭，41-攝像頭轉(zhuǎn)軸，42-攝像頭插槽，5-輸入按鍵，6-本體，7-磁阻傳感器，8-處理單元，9-存儲單元，10-三軸加速度傳感器。

具體實施例方式 本發(fā)明數(shù)字地質(zhì)羅盤包括本體、攝像頭、顯示屏、搖桿、輸入按鍵、三軸加速度傳感器、磁阻傳感器、處理單元、存儲單元。三軸加速度傳感器(以下簡稱AS)安裝在本體內(nèi)，其X軸和Y軸與同樣安裝在本體內(nèi)的磁阻傳感器(以下簡稱GM)對應(yīng)X軸和Y軸分別保持平行，且它們的Y軸平行于本發(fā)明羅盤的側(cè)面。攝像頭通過一個攝像頭轉(zhuǎn)軸鏈接在羅盤的右上端，攝像頭轉(zhuǎn)軸同AS的X軸保持平行，并可在與AS的Y、Z軸確定平面的平行平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。輸入按鍵包括確認(rèn)按鍵和退出按鍵，搖桿用于對菜單進行選擇，也可用四方位鍵或五方位鍵代替搖桿進行菜單選擇。
為了減小羅盤的體積，可以在羅盤的右上端設(shè)置一個內(nèi)陷的攝像頭插槽用于收納攝像頭，攝像頭轉(zhuǎn)軸設(shè)置在攝像頭插槽內(nèi)并可相對本體伸縮。當(dāng)攝像頭縮回時，依靠羅盤本體的上表面和本體固定，使攝像頭與AS的X、Y軸確定的平面保持平行；當(dāng)攝像頭伸出右端面時，攝像頭可以在與AS的Y、Z軸確定平面的平行平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明原理如下 1]巖層傾角、傾向、面里、線理等地質(zhì)要素的測量原理 1.1]羅盤水平調(diào)整手持羅盤，AS的X軸和Y軸輸出信號經(jīng)過處理單元的運算反映在顯示單元上，使用者可以很直觀的作出相應(yīng)的調(diào)整，當(dāng)X軸和Y軸輸出為零時，就為測量提供一個水平基準(zhǔn)面； 1.2.1]觀察面的傾角測量羅盤右側(cè)面緊貼觀察面，轉(zhuǎn)動羅盤使AS的Z軸輸出信號為零，處理單元讀取AS的X軸和Y軸的信號，解算出觀察面的傾角，然后將運算結(jié)果傳輸給存儲單元并顯示在顯示屏上。
1.2.2]觀察線的傾角測量羅盤右面緊貼觀察線，即羅盤內(nèi)AS的Y軸與觀察線保持平行，轉(zhuǎn)動羅盤使AS的X軸輸出信號為零，處理單元讀取AS的Y和Z的信號，解算出觀察線傾角，然后將運算結(jié)果傳輸給存儲單元并顯示在顯示屏上。
1.3]觀察面(線)的傾向的測量 1.3.1]觀察面的傾向測量羅盤右側(cè)面緊貼觀察面，調(diào)整羅盤至水平，處理單元讀取GM的信號，解算出觀察面的傾向，然后將運算結(jié)果傳輸給存儲單元并顯示在顯示屏上。
1.3.2]觀察線的傾向測量當(dāng)觀察線所在巖層垂直于水平面時，羅盤右側(cè)面緊貼觀察線，調(diào)整羅盤至水平，處理單元讀取GM的信號，解算出觀察線的傾向，然后將運算結(jié)果傳輸給存儲單元并顯示在顯示屏上。當(dāng)觀察線所在巖層不垂直于水平面時，拉出羅盤右上端的攝像頭，處理單元將攝像頭采集的圖像顯示在顯示屏上，并在所顯示的圖像上增加一條豎直的瞄準(zhǔn)線，使瞄準(zhǔn)線平行于AS和GM的Y軸。轉(zhuǎn)動攝像頭使觀察線可以顯示在顯示屏上，調(diào)整羅盤至水平，在羅盤保持水平的情況下，轉(zhuǎn)動羅盤使顯示屏上顯示的觀察線與瞄準(zhǔn)線重合，處理單元讀取GM的信號，解算出觀察線的傾向，然后將運算結(jié)果傳輸給存儲單元并顯示在顯示屏上。
2]目的物方位測量原理 2.1]目的物方位角測量拉出羅盤右上端的攝像頭，處理單元將攝像頭采集的圖像顯示在顯示屏上，并在所顯示的圖像上增加一條豎直的瞄準(zhǔn)線，使瞄準(zhǔn)線平行于AS和GM的Y軸。轉(zhuǎn)動攝像頭使目的物可以顯示在顯示屏上，調(diào)整羅盤至水平，在羅盤保持水平的情況下，轉(zhuǎn)動羅盤使顯示屏上顯示的目的物與瞄準(zhǔn)線重合，處理單元讀取GM的信號，解算出目的物的方位角，然后將運算結(jié)果傳輸給存儲單元并顯示在顯示屏上。
2.2]目的物傾角測量將攝像頭退回羅盤的右上端，處理單元將攝像頭采集的圖像顯示在顯示屏上，并在所顯示的圖像上增加一條水平的瞄準(zhǔn)線，使瞄準(zhǔn)線處于AS和GM的X、Y軸所在平面且與X軸平行。轉(zhuǎn)動羅盤，使AS的X軸輸出信號為零，并使目的物與瞄準(zhǔn)線重合，處理單元讀取AS的Y和Z的信號，解算出目的物傾角，然后將運算結(jié)果傳輸給存儲單元并顯示在顯示屏上。
3]目的物位置測量原理 加入衛(wèi)星定位單元后，通過采集兩處當(dāng)?shù)氐牡乩硇畔?，并測量目的物的方位，通過如下公式可以求出目的物的地理信息。
Z0＝m1×(Y0-Y1)+Z1 X0＝tagb1×(Y0-Y1)+X1 其中 (X0，Y0，Z0)是目的物的坐標(biāo)，(X1，Y1，Z1)，(X2，Y2，Z2)分別 是測量點1，2的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，由衛(wèi)星定位系統(tǒng)提供； taga1，taga2是測量點1，2測定目的物的傾角； tagb1，tagb2是測量點1，2測測定目的物的方位角。
4]補償軟硬磁干擾原理 根據(jù)羅差原理，無干擾時，磁阻傳感器的X軸和Y軸在水平面上測量地磁場的水平分量，羅盤旋轉(zhuǎn)一周，采樣點繪制的圖形為一個正圓，磁北極相對羅盤的偏角就是該點Y軸分量與X軸分量相除的正切值。當(dāng)存在干擾時，采樣點繪制的圖形為一個偏心橢圓，使解算磁北極時產(chǎn)生誤差。應(yīng)用如下公式可以將偏離軌跡的采樣點解算到圓上，補償干擾所產(chǎn)生的誤差。
權(quán)利要求
1、一種一體式數(shù)字式地質(zhì)羅盤，包括本體(6)、輸入按鍵(5)、三軸加速度傳感器(10)、磁阻傳感器(7)、處理單元(8)、存儲單元(9)和顯示單元(3)，所述三軸加速度傳感器(10)、磁阻傳感器(7)、處理單元(8)和存儲單元(9)安裝在本體(6)內(nèi)，所述三軸加速度傳感器(10)的X軸和Y軸分別與磁阻傳感器(7)的X軸和Y軸保持平行，其特征在于所述一體式數(shù)字式地質(zhì)羅盤還包括攝像頭(4)，所述顯示屏(3)和輸入按鍵(5)設(shè)置在本體(6)的上端表面(2)上，所述攝像頭(4)通過攝像頭轉(zhuǎn)軸(41)設(shè)置在本體(6)的外部，所述攝像頭轉(zhuǎn)軸(41)與三軸加速度傳感器(10)的X軸保持平行，所述攝像頭(4)可在與三軸加速度傳感器(10)的Y、Z軸確定平面平行的平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式數(shù)字式地質(zhì)羅盤，其特征在于所述本體(6)的外部設(shè)置有可放置攝像頭(4)的攝像頭插槽(42)，所述攝像頭轉(zhuǎn)軸(41)設(shè)置在攝像頭插槽(42)內(nèi)并可相對本體(6)伸縮。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一體式數(shù)字式地質(zhì)羅盤，其特征在于所述輸入按鍵(5)包括確認(rèn)按鍵和退出按鍵；所述一體式數(shù)字式地質(zhì)羅盤還包括搖桿(1)或方位鍵，所述搖桿(1)或方位鍵設(shè)置在本體(6)的上端表面(2)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種一體式數(shù)字式地質(zhì)羅盤，包括本體、輸入按鍵、三軸加速度傳感器、磁阻傳感器、處理單元、存儲單元和顯示單元，三軸加速度傳感器、磁阻傳感器、搖桿和攝像頭，顯示屏、搖桿和輸入按鍵設(shè)置在本體的上端表面上，攝像頭通過攝像頭轉(zhuǎn)軸設(shè)置在本體的外部，攝像頭轉(zhuǎn)軸與三軸加速度傳感器的X軸保持平行。本發(fā)明采用一體式結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)地質(zhì)羅盤使用煩瑣和人為誤差大以及現(xiàn)有數(shù)字式地質(zhì)羅盤結(jié)構(gòu)和操作較為復(fù)雜的技術(shù)問題，可測量任意線(如巖層層面、褶皺軸面、斷層面、節(jié)理面、褶皺樞紐、拉伸線理……等構(gòu)造面/線的空間位置)的方位。
文檔編號G01C17/00GK101393021SQ20081023200
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者寵 金, 李三忠, 銘 黃 申請人:銘 黃, 寵 金, 李三忠