專利名稱：一種礦用數字地質羅盤儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種礦用數字地質羅盤儀，應用于各類礦山井下傳統羅盤儀使用的場合，如煤礦井下進行地質工作應用中測量方位角、傾角等。
背景技術：
截止目前，礦用地質羅盤儀均是機械式設計，常用于測量各種地質構造的方位角(走向、傾向)、傾角。這種羅盤有如下缺點(1)測量精度誤差大比如在測量方位時需要首先保持相對水平，這就需要觀察用于測量水平的水銀泡居中平衡狀態，由于手持羅盤產生的顫動此時會存在觀察誤差。在相對水平后讀取數據時或讀取指針漂移中心值或手動控制指針停止擺動，這時也會產生至少1-3度的誤差，與前述誤差累積會產生更大的精度誤差。而在機械部件老化及使用環境惡劣時，傳統羅盤的誤差會更大。測量傾角時需要首先獲取水平方向，也同樣會產生較大誤差；(2)操作效率低傳統羅盤由于在測量時受到前述保持、水銀泡的平衡、觀測指針平衡都比較費時，并且往往需要重復多次才能獲取比較準確的數據；測量傾角時也需要重復上述過程，故此需要花費相對較多的時間，這在礦井井下較惡劣甚至不安全的條件下，使用這種羅盤儀就有十分明顯的不足。鑒于以上缺陷，實有必要提供一種可以克服上述缺陷的羅盤儀。
實用新型內容本實用新型提供了一種礦用數字地質羅盤儀，其測量精度高且操作效率高。本實用新型所采用的技術方案是一種礦用數字地質羅盤儀，包括殼體，殼體內設置有數據采集模塊、存儲與控制模塊、電源模塊、激光指向模塊，以及顯示模塊，其中，所述數據采集模塊、激光指向模塊、電源模塊，以及顯示模塊均與存儲與控制模塊相連，所述數據采集模塊主要由磁阻傳感器芯片和傾角傳感器芯片組成，所述磁阻傳感器用于采集及讀取方位角，所述傾角傳感器芯片用于采集及讀取傾斜角度。作為本實用新型的優選實施例，所述磁阻傳感器芯片為3軸磁阻傳感器；作為本實用新型的優選實施例，所述羅盤儀進一步包括有溫度補償裝置，用以減少溫度漂移；作為本實用新型的優選實施例，通過所述礦用數字地質羅盤儀得到的方位角和傾角的精度高于1.0° ；作為本實用新型的優選實施例，所述傾角傳感器芯片采用3軸加速度計；本實用新型礦用數字地質羅盤儀至少具有以下優點本實用新型礦用數字地質羅盤儀利用磁阻傳感器芯片對方位角進行采集，利用傾角傳感器芯片對傾斜角度進行采集，然后輔助激光指向儀有效提高讀取方位的準確性，從而提高方位角讀取的精度，且操作十分便利，可以在不必刻意保持羅盤水平下實時讀取，大幅減少操作時間。
圖I是本實用新型礦用數字地質羅盤儀的結構框圖；圖2是本實用新型礦用數字地質羅盤儀的使用操作流程圖。
具體實施方式
本實用新型礦用數字地質羅盤儀采用現代電子羅盤技術、重力加速度檢測技術并與簡易的激光指向模塊配合，將有效避免上述傳統羅盤儀設計的不足，并且具備更加適合礦井井下環境使用的優點，成為礦井地質工作者的新型工作利器。本實用新型采用目前市場上可以方便購買到的磁阻傳感器、重力加速度傳感器作為核心電子芯片，配合簡易激光指向儀完成較高精度礦用地質羅盤儀的設計。內容簡介如下(I)本實用新型包含了目前市場上常見的電子羅盤儀設計原理。當前市場上的電子羅盤，也叫數字指南針，是利用磁阻傳感器測量地磁場來定北極的一種裝置。它只能測量方位，不能用于測量傾斜角度。這種電子羅盤或稱數字羅盤已經廣泛應用于手機、筆記本電腦、消費類電子、汽車導航系統和個人導航系統等領域。這種電子羅盤可以分為平面電子羅盤和三維(軸)電子羅盤。平面電子羅盤要求用戶在使用時必須保持羅盤的水平，否則當羅盤發生傾斜時，也會給出航向的變化而實際上航向并沒有變化。三維(軸)電子羅盤克服了平面電子羅盤在使用中的嚴格限制，因為三維(軸)電子羅盤在其內部加入了傾角傳感器，如果羅盤發生傾斜時可以對羅盤進行傾斜補償，這樣即使羅盤發生傾斜，航向(方位)數據依然準確無誤。有時為了克服溫度漂移，羅盤也可內置溫度補償裝置，最大限度減少傾斜角和指向角的溫度漂移。(2)本實用新型中包括的另一核心芯片是重力加速度傳感器(傾角傳感器)，它可以在傾斜檢測應用中測量靜態重力加速度，還可以測量運動或沖擊導致的動態加速度。其高分辨率足以能夠測量不到I. 0°的傾斜角度變化。此類芯片采用超低功耗3軸加速度計，可以同時讀取沿航向(方位角方向)上的仰俯角度和垂直航向的橫滾角度，分辨率高，可以滿足對各類對象的傾斜角度的測量。并且由于同時可以讀取仰俯、橫滾兩個角度，而給羅盤讀取傾角帶來操作上的便利(不必刻意旋轉羅盤，可以讀取即時的傾角)。此類傾角傳感器在軍事、航天航空、工業自動化、工程機械、鐵路機車、消費電子、海洋船舶等領域得到廣泛運用。(3)本實用新型采用常見的簡易激光指向模塊作為測量對象方位角時的生成輔助方向。它可以在通電后發射出激光束(打到對象上是一個點或輸出一條線)，用射出的激光束作為一條輔助線。通常可用于給觀察者標明測量對象方位角的方向。比如在井下揭露的斷層之類的地質體遇到巷道工程揭露而不連續時，利用羅盤上設計的激光指向模塊，輔助使用者指示出一個方向線，即發射出一條激光線，用羅盤讀取該線的方位，這樣測量出的方位角將更加精確。本實用新型設計的基本原理為通過對上述三方面進行常規電子技術開發，實現礦用地質羅盤儀讀取方位角、傾角的功能。即使用三維(軸)磁阻傳感器，讀取方位角，使用重力加速度傳感器讀取傾斜角度，簡易激光指向模塊輔助指示當前的測量方向。其特點如下(I)精度高兩種傳感器讀取的方位角、傾角測量精度一般可以達到1.0°，輔助激光指向儀可以有效提高讀取方位的準確性，從而提高方位角讀取的精度。(2)操作十分便利該數字羅盤在讀取方位角時由于采用三維(軸)技術，有角度補償功能，可以在不必刻意保持羅盤水平下實時讀取，大幅減少操作時間。(3)重量輕攜帶更加方便由于該設計是基于電子產品設計模式，可以實現羅盤重量僅為傳統羅盤的1/5，厚度尺寸達到傳動羅盤的1/3左右。
以下結合附圖對 本實用新型礦用數字地質羅盤儀做詳細描述請參閱圖I所示，本實用新型礦用數字地質羅盤儀包括1.數據采集模塊，2.存儲與控制模塊，3.顯示模塊，4.激光指向模塊，5.電源模塊。其中“數據采集模塊”:集成3軸磁阻傳感器芯片、3軸傾角傳感器芯片，分別以3軸磁阻傳感器芯片和3軸傾角傳感器芯片為核心，實現方位角傳感器原始數據、傾角的原始數據數據的采集。“存儲與控制模塊”對整個羅盤操作的電路控制、數據處理，如總電源開關、顯示控制、上述傳感器采集數據的加工處理、方位角、傾角等數據的存儲、顯示內容控制等。“顯示模塊”:采用液晶屏顯示模組，用于顯示結果數據如方位角、橫滾角、仰俯角度數及方位變化模擬圖形、仰俯與橫滾模擬圖形等(說明仰俯角指當前航向即方位角方向線相對水平面的夾角；橫滾角指羅盤平面垂直于航向方向與水平面的夾角)。“激光指向模塊”:采用常見的激光束發射模塊，發射激光束或激光點，指示當前方位角的方向，可以在羅盤側面設計兩個激光指向模組，使其發射激光在一條直線上，即向兩個相反方向指示出一條直線。“電源模塊”負責給羅盤的電路供電。如圖2所示，本實用新型礦用數字地質羅盤儀的實現過程包括如下步驟I)數據采集存儲及控制模塊通過數據采集模塊中的3軸磁阻傳感器芯片、3軸傾角傳感器芯片讀取各傳感器的地磁場數據與重力加速度變化數據。使用激光指向模塊發射的激光束來確定所需測量的航向(測量對象的延伸方向)。2)數據處理存儲及控制模塊對數據采集模塊采集的數據在控制模塊中進行加工處理，按照各類傳感器原始數據，計算出最終方位角、仰俯、橫滾角度。3)數據顯示與存儲對上述處理完畢的數據由控制模塊發送指令到顯示模塊進行顯示，控制模塊負責對顯示內容的控制。必要時存儲顯示結果，如方位角、仰俯、橫滾等，每次測量為一組數據，存儲可以為多組。以上所述僅為本實用新型的一種實施方式，不是全部或唯一的實施方式，本領域普通技術人員通過閱讀本實用新型說明書而對本實用新型技術方案采取的任何等效的變換，均為本實用新型的權利要求所涵蓋。
權利要求1.一種礦用數字地質羅盤儀，其特征在于包括殼體，殼體內設置有數據采集模塊、存儲與控制模塊、電源模塊、激光指向模塊，以及顯示模塊，其中，所述數據采集模塊、激光指向模塊、電源模塊，以及顯示模塊均與存儲與控制模塊相連，所述數據采集模塊主要由磁阻傳感器芯片和傾角傳感器芯片組成，所述磁阻傳感器用于采集及讀取方位角，所述傾角傳感器芯片用于采集及讀取傾斜角度。
2.如權利要求I所述的礦用數字地質羅盤儀，其特征在于所述磁阻傳感器芯片為3軸磁阻傳感器。
3.如權利要求I所述的礦用數字地質羅盤儀，其特征在于所述羅盤儀進一步包括有溫度補償裝置，用以減少溫度漂移。
4.如權利要求I所述的礦用數字地質羅盤儀，其特征在于通過所述礦用數字地質羅盤儀得到的方位角和傾角的精度高于I. 0°。
5.如權利要求I所述的礦用數字地質羅盤儀，其特征在于所述傾角傳感器芯片采用3軸加速度計。
專利摘要本實用新型提供了一種礦用數字地質羅盤儀，包括殼體，殼體內設置有數據采集模塊、存儲與控制模塊、電源模塊、激光指向模塊，以及顯示模塊，其中，所述數據采集模塊、激光指向模塊、電源模塊，以及顯示模塊均與存儲與控制模塊相連，所述數據采集模塊以磁阻傳感器芯片和傾角傳感器芯片為核心，所述磁阻傳感器用于采集及讀取方位角，所述傾角傳感器芯片用于采集及讀取傾斜角度。本實用新型采用磁阻傳感器、重力加速度傳感器作為核心電子芯片，配合簡易激光指向儀完成較高精度礦用地質羅盤儀的設計。
文檔編號G01C9/00GK202471077SQ20122007661
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月2日 優先權日2012年3月2日
發明者馬慶勛 申請人:馬慶勛