专利名称：一体式数字式地质罗盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地质罗盘，尤其涉及一种数字式地质罗盘。
背景技术：
罗盘在地质工作中具有十分重要的意义，被称为地质工作的三件宝之一，但是传统地质罗盘的使用非常烦琐、人为误差大、与现代微机无法并用，给广大地质工作者，尤其是研究构造的地质工作者带来很大的麻烦，且十分耗时，而国内外对此都没有引起很大的重视。随着自动数字化技术的发展，研制数字地质罗盘从而减轻地质工作者的负担，提高工作效率是具有非常重要意义的。申请人的专利申请“数字式地质罗盘”(专利申请号200710188556.8，公开号CN101196567)公开了一种运用多种传感器和数字芯片的自动化程度较高的合页结构的数字式地质罗盘，其包括本体、本体的上表面等，其本体的上表面设置有镜子、透光孔、对物觇板小孔，镜子上设置有垂直线，对物觇板小孔、垂直线、透光孔设置在同一条线上，本体设置有对目觇板及对目觇板小孔等，还是没有脱离现有传统罗盘的概念，结构和操作较为复杂。
发明内容
本发明目的是提供一种一体式数字式地质罗盘，其解决了传统地质罗盘使用烦琐和人为误差大以及现有数字式地质罗盘结构和操作较为复杂的技术问题。
本发明的技术解决方案是 一种一体式数字式地质罗盘，包括本体、输入按键、三轴加速度传感器、磁阻传感器、处理单元、存储单元和显示单元，所述三轴加速度传感器、磁阻传感器、处理单元和存储单元安装在本体内，所述三轴加速度传感器的X轴和Y轴分别与磁阻传感器的X轴和Y轴保持平行，其特殊之处是，所述一体式数字式地质罗盘还包括摄像头，所述显示屏和输入按键设置在本体的上端表面上，所述摄像头通过摄像头转轴设置在本体的外部，所述摄像头转轴与三轴加速度传感器的X轴保持平行，所述摄像头可在与三轴加速度传感器的Y、Z轴确定平面平行的平面内自由转动。
上述本体的外部设置有可放置摄像头的摄像头插槽，所述摄像头转轴设置在摄像头插槽内并可相对本体伸缩。
上述输入按键包括确认按键和退出按键；所述一体式数字式地质罗盘还包括摇杆，所述摇杆设置在本体的上端表面上。
本发明具有如下优点 1、结构简单。本发明新型数字地质罗盘是具有自动化功能的新型罗盘，它相对于现有地质罗盘最大的特点是本发明新型数字地质罗盘应用摄像头采集目的物和目标物的图像，完全替代传统地质罗盘本体的上表面反光镜和本体栈板的瞄准功能，结构上去除传统地质罗盘上盖，减小体积的同时提高了可靠性。
2、可测量任意线(如岩层层面、褶皱轴面、断层面、节理面、褶皱枢纽、拉伸线理……等构造面/线的空间位置)的方位。一般合页式的地质罗盘只能测量水平面内线的方位，若测试线为非水平线，必须借助其它工具将该线投影到地质罗盘所在的水平面上才能完成测量。数字罗盘通过可转动的摄像头采集测试线的图像，可以直接测量任意线的方位。
图1是本发明本体上表面的结构示意图； 图2是本发明本体内部的结构示意图； 其中1-摇杆，2-本体的上表面，3-显示屏，4-摄像头，41-摄像头转轴，42-摄像头插槽，5-输入按键，6-本体，7-磁阻传感器，8-处理单元，9-存储单元，10-三轴加速度传感器。
具体实施例方式 本发明数字地质罗盘包括本体、摄像头、显示屏、摇杆、输入按键、三轴加速度传感器、磁阻传感器、处理单元、存储单元。三轴加速度传感器(以下简称AS)安装在本体内，其X轴和Y轴与同样安装在本体内的磁阻传感器(以下简称GM)对应X轴和Y轴分别保持平行，且它们的Y轴平行于本发明罗盘的侧面。摄像头通过一个摄像头转轴链接在罗盘的右上端，摄像头转轴同AS的X轴保持平行，并可在与AS的Y、Z轴确定平面的平行平面内自由转动。输入按键包括确认按键和退出按键，摇杆用于对菜单进行选择，也可用四方位键或五方位键代替摇杆进行菜单选择。
为了减小罗盘的体积，可以在罗盘的右上端设置一个内陷的摄像头插槽用于收纳摄像头，摄像头转轴设置在摄像头插槽内并可相对本体伸缩。当摄像头缩回时，依靠罗盘本体的上表面和本体固定，使摄像头与AS的X、Y轴确定的平面保持平行；当摄像头伸出右端面时，摄像头可以在与AS的Y、Z轴确定平面的平行平面内自由转动。
本发明原理如下 1]岩层倾角、倾向、面里、线理等地质要素的测量原理 1.1]罗盘水平调整手持罗盘，AS的X轴和Y轴输出信号经过处理单元的运算反映在显示单元上，使用者可以很直观的作出相应的调整，当X轴和Y轴输出为零时，就为测量提供一个水平基准面； 1.2.1]观察面的倾角测量罗盘右侧面紧贴观察面，转动罗盘使AS的Z轴输出信号为零，处理单元读取AS的X轴和Y轴的信号，解算出观察面的倾角，然后将运算结果传输给存储单元并显示在显示屏上。
1.2.2]观察线的倾角测量罗盘右面紧贴观察线，即罗盘内AS的Y轴与观察线保持平行，转动罗盘使AS的X轴输出信号为零，处理单元读取AS的Y和Z的信号，解算出观察线倾角，然后将运算结果传输给存储单元并显示在显示屏上。
1.3]观察面(线)的倾向的测量 1.3.1]观察面的倾向测量罗盘右侧面紧贴观察面，调整罗盘至水平，处理单元读取GM的信号，解算出观察面的倾向，然后将运算结果传输给存储单元并显示在显示屏上。
1.3.2]观察线的倾向测量当观察线所在岩层垂直于水平面时，罗盘右侧面紧贴观察线，调整罗盘至水平，处理单元读取GM的信号，解算出观察线的倾向，然后将运算结果传输给存储单元并显示在显示屏上。当观察线所在岩层不垂直于水平面时，拉出罗盘右上端的摄像头，处理单元将摄像头采集的图像显示在显示屏上，并在所显示的图像上增加一条竖直的瞄准线，使瞄准线平行于AS和GM的Y轴。转动摄像头使观察线可以显示在显示屏上，调整罗盘至水平，在罗盘保持水平的情况下，转动罗盘使显示屏上显示的观察线与瞄准线重合，处理单元读取GM的信号，解算出观察线的倾向，然后将运算结果传输给存储单元并显示在显示屏上。
2]目的物方位测量原理 2.1]目的物方位角测量拉出罗盘右上端的摄像头，处理单元将摄像头采集的图像显示在显示屏上，并在所显示的图像上增加一条竖直的瞄准线，使瞄准线平行于AS和GM的Y轴。转动摄像头使目的物可以显示在显示屏上，调整罗盘至水平，在罗盘保持水平的情况下，转动罗盘使显示屏上显示的目的物与瞄准线重合，处理单元读取GM的信号，解算出目的物的方位角，然后将运算结果传输给存储单元并显示在显示屏上。
2.2]目的物倾角测量将摄像头退回罗盘的右上端，处理单元将摄像头采集的图像显示在显示屏上，并在所显示的图像上增加一条水平的瞄准线，使瞄准线处于AS和GM的X、Y轴所在平面且与X轴平行。转动罗盘，使AS的X轴输出信号为零，并使目的物与瞄准线重合，处理单元读取AS的Y和Z的信号，解算出目的物倾角，然后将运算结果传输给存储单元并显示在显示屏上。
3]目的物位置测量原理 加入卫星定位单元后，通过采集两处当地的地理信息，并测量目的物的方位，通过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)是目的物的坐标，(X1，Y1，Z1)，(X2，Y2，Z2)分别 是测量点1，2的当地坐标，由卫星定位系统提供； taga1，taga2是测量点1，2测定目的物的倾角； tagb1，tagb2是测量点1，2测测定目的物的方位角。
4]补偿软硬磁干扰原理 根据罗差原理，无干扰时，磁阻传感器的X轴和Y轴在水平面上测量地磁场的水平分量，罗盘旋转一周，采样点绘制的图形为一个正圆，磁北极相对罗盘的偏角就是该点Y轴分量与X轴分量相除的正切值。当存在干扰时，采样点绘制的图形为一个偏心椭圆，使解算磁北极时产生误差。应用如下公式可以将偏离轨迹的采样点解算到圆上，补偿干扰所产生的误差。
权利要求
1、一种一体式数字式地质罗盘，包括本体(6)、输入按键(5)、三轴加速度传感器(10)、磁阻传感器(7)、处理单元(8)、存储单元(9)和显示单元(3)，所述三轴加速度传感器(10)、磁阻传感器(7)、处理单元(8)和存储单元(9)安装在本体(6)内，所述三轴加速度传感器(10)的X轴和Y轴分别与磁阻传感器(7)的X轴和Y轴保持平行，其特征在于所述一体式数字式地质罗盘还包括摄像头(4)，所述显示屏(3)和输入按键(5)设置在本体(6)的上端表面(2)上，所述摄像头(4)通过摄像头转轴(41)设置在本体(6)的外部，所述摄像头转轴(41)与三轴加速度传感器(10)的X轴保持平行，所述摄像头(4)可在与三轴加速度传感器(10)的Y、Z轴确定平面平行的平面内自由转动。
2、根据权利要求1所述的一体式数字式地质罗盘，其特征在于所述本体(6)的外部设置有可放置摄像头(4)的摄像头插槽(42)，所述摄像头转轴(41)设置在摄像头插槽(42)内并可相对本体(6)伸缩。
3、根据权利要求1或2所述的一体式数字式地质罗盘，其特征在于所述输入按键(5)包括确认按键和退出按键；所述一体式数字式地质罗盘还包括摇杆(1)或方位键，所述摇杆(1)或方位键设置在本体(6)的上端表面(2)上。
全文摘要
本发明涉及一种一体式数字式地质罗盘，包括本体、输入按键、三轴加速度传感器、磁阻传感器、处理单元、存储单元和显示单元，三轴加速度传感器、磁阻传感器、摇杆和摄像头，显示屏、摇杆和输入按键设置在本体的上端表面上，摄像头通过摄像头转轴设置在本体的外部，摄像头转轴与三轴加速度传感器的X轴保持平行。本发明采用一体式结构，解决了传统地质罗盘使用烦琐和人为误差大以及现有数字式地质罗盘结构和操作较为复杂的技术问题，可测量任意线(如岩层层面、褶皱轴面、断层面、节理面、褶皱枢纽、拉伸线理……等构造面/线的空间位置)的方位。
文档编号G01C17/00GK101393021SQ20081023200
公开日2009年3月25日 申请日期2008年10月30日 优先权日2008年10月30日
发明者宠 金, 李三忠, 铭 黄 申请人:铭 黄, 宠 金, 李三忠