一種礦用陀螺姿態(tài)測量儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種礦用陀螺姿態(tài)測量儀，包括主機和子機，主機和子機配合使用，用來測量礦用鉆探設備的姿態(tài)角，包括方位角、前后傾角和左右傾角。主機的功能是尋北，主要包括長方體外殼、動調(diào)陀螺儀，三軸加速度計、控制芯片、顯控裝置及電源部分，用以測量地球自轉(zhuǎn)角速度分量，從而測量出主機基準與正北的夾角；子機主要包括長方體外殼、微機械陀螺儀、三軸加速度計、控制芯片、顯控裝置及電源部分，用以測量其自身基準相對于主機基準的方位角旋轉(zhuǎn)變化量、前后傾角及左右傾角。主機和子機兩者配合使用即可測量礦用鉆探設備的三個姿態(tài)角。本發(fā)明無需GPS信號，且不受磁場干擾，適合于煤礦井下鉆探設備姿態(tài)角的測量。
【專利說明】一種礦用陀螺姿態(tài)測量儀

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及礦用鉆探設備姿態(tài)測量【技術領域】，特別涉及一種礦用陀螺姿態(tài)側量 儀。

【背景技術】
[0002] 煤礦鉆探設備在鉆進或探測的過程中，需要調(diào)節(jié)好其姿態(tài)角（方位角及雙向傾 角），以滿足鉆探工藝要求，因而需要一種設備對其姿態(tài)角進行準確測量；由于礦井下無 GPS信號，目前一般用的方法是用磁羅盤測量及以巷道中線為基準的測量方法，由于鉆探 設備一般由鐵磁材料制造，其對地磁場方向有干擾，為磁羅盤測量法帶來較大的測量誤差 (有時超過10° );而通過巷道中線為基準來測量時，由于尋找中線的方法目前多是用人工 扯線來實現(xiàn)，再通過量角器來量鉆探設備與中線夾角，扯線及量夾角時人為因素引入的誤 差較大，且兩過程的誤差是累積誤差，因而最終方位角的測量誤差較大，特別是巷道有傾角 或者巷道彎曲時。由上知，在姿態(tài)測量過程中，方位角的精確測量是難點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種礦用陀螺姿態(tài)測量儀，用于測量鉆探設備的 姿態(tài)角，由主機和子機兩部分組成，通過陀螺原理進行方位角測量，精確度高，且所述姿態(tài) 測量儀為礦用本安便攜式儀器，易于攜帶，測量時勞動強度低。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的，一種礦用陀螺姿態(tài)測量儀，包括用 于尋北的主機和用于測量姿態(tài)角的子機，所述主機為子機提供方位基準；所述主機包括用 于測量地球自轉(zhuǎn)角速度的敏感軸分量的動調(diào)陀螺儀、用于測出主機前后傾角和左右傾角的 第一三軸加速度計、第一控制芯片、用于實現(xiàn)人機交互的第一顯不屏和第一電源模塊；所述 動調(diào)陀螺儀和第一三軸加速度計分別與第一控制芯片連接，所述第一顯示屏與第一控制芯 片連接，所述第一電源模塊經(jīng)DC/DC變換后給用電單元供電。
[0005] 進一步，所述子機包括用于測量方位角旋轉(zhuǎn)角速度的微機械陀螺儀、用于測量子 機前后傾角和左右傾角的第二三軸加速度計、第二控制芯片、第二顯示屏、第二電源模塊和 薄膜鍵盤及按鈕，所述微機陀螺儀和第二三軸加速度計分別與第二控制芯片連接，所述第 二顯示屏與第二控制芯片連接，所述薄膜鍵盤及按鈕與第二控制芯片連接，所述第二電源 模塊經(jīng)DC/DC變換后給用電單元供電。
[0006] 進一步，所述主機還包括第一長方形外殼，所述動調(diào)陀螺儀、第一三軸加速度計、 第一控制芯片和第一電源模塊設置于第一長方形外殼內(nèi)。
[0007] 進一步，所述子機還包括第二長方形外殼，所述微機械陀螺儀、第二三軸加速度 計、第二控制芯片和第二電源模塊設置于第二長方形包殼內(nèi)。
[0008] 進一步，所述主機表面設置向上的凸出部，所述凸出部具有第一基準面；所述子機 的邊緣設置在向下延伸的凸沿，所述凸沿具有第二基準面，在子機放在主機上使用時，所述 第一基準面與第二基準面緊密貼合。
[0009] 本發(fā)明的有益效果：
[0010] 本發(fā)明可直接測量鉆探設備的方位角及傾角，所用陀螺均不受磁場干擾，且無需 GPS信號，適用于煤礦井下環(huán)境，在測量方位角時每次測量前對子機進行方位角初始化，可 有效的消除微機械陀螺的累積誤差，提高了測量精度，該設備為本安便攜式儀器，工人勞動 強度低。本發(fā)明為礦用鉆探設備姿態(tài)測量提供了簡單實用的設備及測量方法，提高了鉆探 準確度及效率，從而提高了煤礦安全系數(shù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行 說明：
[0012] 圖1姿態(tài)儀的原理框圖，其中a為主機電器原理示意圖，b為子機電器原理示意 圖；
[0013] 圖2為姿態(tài)儀結構示意圖，子機放在主機上，基準重合；其中a為正視圖，b為俯視 圖；
[0014] 圖3為子機結構示意圖，a為正視圖，b為側視圖；
[0015] 圖4為主機結構示意圖，a為正視圖，b為側剖視圖。

【具體實施方式】
[0016] 下面將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0017] 圖1姿態(tài)儀的原理框圖，其中a為主機電器原理示意圖，b為子機電器原理示意圖； 圖2為姿態(tài)儀結構示意圖，子機放在主機上，基準重合；其中a為正視圖，b為俯視圖；圖3 為子機結構示意圖，a為正視圖，b為側視圖；圖4為主機結構示意圖，a為正視圖，b為側剖 視圖。
[0018] 一種礦用陀螺姿態(tài)測量儀，包括主機1和子機2,兩者配合使用，用來測量鉆探設 備機構的方位角及傾角。
[0019] 如圖1所示，所述主機包括第一長方形外殼、動調(diào)陀螺儀、第一三軸加速度計、第 一控制芯片、第一顯不屏6和第一電源模塊；所述動調(diào)陀螺儀、第一三軸加速度計、第一控 制芯片和第一電源模塊設置于第一長方形外殼內(nèi)。所述動調(diào)陀螺儀和第一三軸加速度計分 別與第一控制芯片連接，所述第一顯示屏與第一控制芯片連接，所述第一電源模塊經(jīng)DC/DC 變換后給用電單元供電；所述第一顯示屏用于實現(xiàn)人機交互。
[0020] 所述主機起尋北作用，子機提供方位基準；使用過程中一直保持靜止（包括尋北 的過程和配合子機測量的過程）。動調(diào)陀螺儀的轉(zhuǎn)子高速自轉(zhuǎn)，同時又隨地球的自轉(zhuǎn)進行 旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生陀螺效應，利用該效應來測量地球自轉(zhuǎn)角速度的敏感軸分量，再通過反正切 函數(shù)來求主機外殼基準與正北的夾角，從而完成尋北；在尋北過程中，當主機有一定的傾角 時，第一三軸加速度計可以測出前后傾角和左右傾角，在計算主機與真北夾角時，將所測的 兩傾角考慮到算法里即可；為了保證尋北的精度，尋北時主機盡量保持水平，且不在高緯度 地區(qū)（如南北極圈內(nèi)）。
[0021] 主機外殼基準與正北的夾角Vtl的計算方法為：
[0022]

【權利要求】
1. 一種礦用陀螺姿態(tài)測量儀，其特征在于：包括用于尋北的主機和用于測量姿態(tài)角的 子機，所述主機為子機提供方位基準； 所述主機包括用于測量地球自轉(zhuǎn)角速度的敏感軸分量的動調(diào)陀螺儀、用于測出主機前 后傾角和左右傾角的第一三軸加速度計、第一控制芯片、用于實現(xiàn)人機交互的第一顯示屏 和第一電源模塊；所述動調(diào)陀螺儀和第一三軸加速度計分別與第一控制芯片連接，所述第 一顯示屏與第一控制芯片連接，所述第一電源模塊經(jīng)DC/DC變換后給用電單元供電。
2. 根據(jù)權利要求1所述的陀螺姿態(tài)測量儀，其特征在于：所述子機包括用于測量方位 角旋轉(zhuǎn)角速度的微機械陀螺儀、用于測量子機前后傾角和左右傾角的第二三軸加速度計、 第二控制芯片、第二顯示屏、第二電源模塊和薄膜鍵盤及按鈕，所述微機陀螺儀和第二三軸 加速度計分別與第二控制芯片連接，所述第二顯示屏與第二控制芯片連接，所述薄膜鍵盤 及按鈕與第二控制芯片連接，所述第二電源模塊經(jīng)DC/DC變換后給用電單元供電。
3. 根據(jù)權利要求1所述的礦用陀螺姿態(tài)測量儀，其特征在于：所述主機還包括第一長 方形外殼，所述動調(diào)陀螺儀、第一三軸加速度計、第一控制芯片和第一電源模塊設置于第一 長方形外殼內(nèi)。
4. 根據(jù)權利要求2所述的礦用陀螺姿態(tài)測量儀，其特征在于：所述子機還包括第二長 方形外殼，所述微機械陀螺儀、第二三軸加速度計、第二控制芯片和第二電源模塊設置于第 二長方形包殼內(nèi)。
5. 根據(jù)權利要求1所述的礦用陀螺姿態(tài)測量儀，其特征在于：所述主機表面設置向上 的凸出部，所述凸出部具有第一基準面；所述子機的邊緣設置在向下延伸的凸沿，所述凸沿 具有第二基準面，在子機放在主機上使用時，所述第一基準面與第二基準面緊密貼合。
【文檔編號】G01C21/10GK104457747SQ201410766919
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權日:2014年12月12日
【發(fā)明者】肖玉清, 黃麟森, 段勛興, 王清峰, 陳松林, 王國震, 王宇, 胡小林, 吳鋒, 宋輝, 陶勇, 李新, 張先韜, 秦怡, 傅雙玲 申請人:中煤科工集團重慶研究院有限公司