专利名称：一种电子罗盘及其应用的电子水平气泡仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及定向技术领域，更具体地说，涉及一种电子罗盘及其应用 的电子水平气泡仪。
背景技术：
目前市场上多采用两轴式或者三轴式的电子罗盘。
两轴式电子罗盘中，x轴、y轴各一颗磁场传感器，其材料成本相对较低， 组建亦较为简单，在水平面可测得低误差的方位角，但倾斜时存在方位角误差 较高的问题。而三轴式电子罗盘中，x轴、y轴和z轴各一颗磁场传感器，其精度 与两轴式电子罗盘相比较高，但是材料成本与组建难度也较高。
因此需要一种新的电子罗盘，能够在不增加成本的情况下降低误差，提高 电子罗盘的精度。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种电子罗盘，旨在解决现有技术中的电子罗 盘精度较低的问题。
本实用新型的目的还在于提供一种应用于该电子罗盘中的电子水平气泡 仪，以更好地解决现有技术中存在的问题。
为了实现本实用新型目的，所述应用于电子罗盘中的电子水平气泡仪包括 水平感测元件、运算单元和显示装置；
所述水平感测元件根据电子罗盘的倾斜状态输出对应的电信号，并将所述 电信号输入运算单元；
所述运算单元与水平感测元件相连，用于根据所述电信号计算当前电子罗 盘相对于水平面的倾角；
所述显示装置与运算单元相连，用于将运算单元计算出的倾角显示给用户。
优选地，所述水平感测元件包括倾角芯片。
优选地，所述倾角芯片进一步包括轴向传感器和振荡器；所述振荡器与各轴向的传感器相连，所述各轴向的传感器分别连接一个电 荷放大器和电容，并分别连接到各轴向的输出端。
优选地，所述各轴向包括X轴向、Y轴向、Z轴向。
优选地，所述运算单元进一步包括模数转换模块、倾角计算模块；
所述模数转换模块用于对水平感测元件发送的电信号进行模数转换，并将 得到的数字信号送入倾角计算模块；
所述倾角计算模块与模数转换模块相连，利用一个倾角计算函数，计算当 前电子罗盘相对于水平面的倾角。
优选地，所述倾角计算模块在计算当前电子罗盘相对于水平面的倾角时， 将地球重力场分量带入倾角计算函数。
优选地，所述显示装置显示的项目包括方位角、指示纵向倾角的电子气 泡、指示横向倾角的电子气泡。
优选地，当方位角误差超过阈值时，所述显示装置中显示的方位角数值为工。
为了更好地实现本实用新型的目的，还提供了一种电子罗盘，所述电子罗 盘包括一个电子水平气泡仪，所述电子水平气泡仪根据电子罗盘的倾斜状态产 生对应的电信号，并根据所述电信号计算当前电子罗盘相对于水平面的倾角， 以及将所述倾角显示给用户。
优选地，所述电子水平气泡仪包括水平感测元件、运算单元和显示装置； 所述水平感测元件根据电子罗盘的倾斜状态输出对应的电信号，并将所述 电信号输入运算单元；
所述运算单元与水平感测元件相连，用于根据所述电信号计算当前电子罗 盘相对于水平面的倾角；
所述显示装置与运算单元相连，用于将运算单元计算出的倾角显示给用户。 本实用新型的电子罗盘包含一个电子水平气泡仪，其根据对倾斜的感应，
计算倾角并将倾角转换为直观的图像显示给用户，从而让使用者迅速掌握电子 罗盘与水平面的偏差，从而可及时调整。
图l是本实用新型的电子罗盘中应用的电子水平气泡仪的结构原理图； 图2是本实用新型的一个实施例中水平感测元件的内部电路图；图3是本实用新型中电子水平气泡仪的显示装置及其所显示的状态示意图;
图4是本实用新型的一个实施例中显示装置所显示的第一个状态示意图5是本实用新型的一个实施例中显示装置所显示的第二个状态示意图6是本实用新型的一个实施例中显示装置所显示的第三个状态示意图7是本实用新型的一个实施例中显示装置所显示的第四个状态示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图 及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型的电子罗盘包含一个电子水平气泡仪，该电子水平气泡仪包含 水平感测元件、运算单元、显示装置，其中水平感测元件输出在倾斜状态下产 生的对应的电信号。经由模拟数字转换后，运算单元计算出对水平面之倾斜角 度。最后将计算出来之倾斜角度转为图像的方式显示在显示装置上，让使用者 可以简单迅速掌握电子罗盘与水平面之间的偏差，从而可及时调整。
图l示出了本实用新型的电子罗盘中应用的电子水平气泡仪100的结构原 理，该电子水平气泡仪100包括水平感测元件101、运算单元102和显示装置103。 应当说明的是，该图示中各设备之间的连接关系是为了清楚阐释其信息交互及 控制过程的需要，因此应当视为逻辑上的连接关系，而不应仅限于物理连接。 其中
(1)水平感测元件101才艮据电子罗盘的倾斜状态输出对应的电信号，并将 该电信号输入运算单元102。其具体的信号转换过程是当水平感测元件101自 身产生移动或者转动时，其内部的CMOS微结构产生位移，造成电容值的变化， 再转换为特定的输出电压。
在一个实施例中，水平感测元件101是加速度感应芯片。在该实施例中，水 平感测元件IOI包括利用深度离子反应蚀刻技术制作的传感器组，例如图2所示 的内部电路中，水平感测元件101的电路包括一个振荡器1011,其分别与各轴向 (X轴向、Y轴向、Z轴向)的传感器相连，这些传感器分别连接一个电荷放大 器和电容，也即X轴传感器1012与电荷放大器1015相连，Y轴传感器1013与电 荷;故大器1016相连，Z轴传感器1014与电荷力文大器1017相连。应当i^t明的是，若该电子罗盘是两轴式的，那么传感器则只包括X轴向、Y轴向的传感器，若电子
罗盘是三轴式的，那么传感器则包括X轴向、Y轴向及Z轴向的传感器。在该实 施例的电路中，电源(Vdd)可在2.7V至5.5V之间，d、 C2、 C3分别是X轴向、Y 轴向及Z轴向输出端的低通滤波电容，分别通过X轴输出端2号引脚、Y轴输出端 13号引脚、Z轴输出端14号引脚与水平感测元件101内部的等效电阻(32K)构成 RC电路，从而不同的电容值决定不同的输出频宽。振荡器1011与自测脚位10号 引脚相连，再连接到芯片的电压脚位8号引脚，再通过3号引脚和12号引脚接地。 微控制电路1018连接有多个引脚，其中9号引脚是开关(Power Shutdown, PS) 脚位，当该脚位空接或者接地时水平感测元件101为待机状态，当PS脚位接上电 源(Vdd)时水平感测元件101进入正常工作状态；5号引脚是奇偶校-验(Parity) 脚位；4号、6号、7号、ll号均为保留未用(Reserved)的引脚。需要说明的是，图 2中各元件及其组合只是一个典型示例，并不用以限定本实用新型的保护范围。
(2) 运算单元102与水平感测元件101相连，用于根据该电信号计算当前电 子罗盘相对于水平面的倾角。
本实用新型的运算单元102可以是微处理器(Micro Controller Unit, MCU )、 中央处理器(Central Processing Unit, CPU)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device, CPLD )、数字信号处理器(digital singnalprocessor, DSP)等， 当然，上述示例并不用以限定本实用新型的保护范围。该运算单元102进一步包 括模数转换模块1021、倾角计算模块1022，其中
模数转换模块1021用于对水平感测元件101发送的电信号进行模数转换，并 将得到的数字信号送入倾角计算模块1022;
倾角计算模块1022与模数转换模块1021相连，利用一个倾角计算函数，计 算当前电子罗盘相对于水平面的倾角。该倾角计算模块1022在计算当前电子罗 盘相对于水平面的倾角时，将该模拟转数字模块转换后的各轴数字讯号先经过 归一化，而取得在地球重力场各轴的分量，再代入倾角计算函数的计算，可得 出倾角，所计算的倾角包括纵向倾角、横向倾角。
(3) 显示装置103与运算单元102相连，用于将运算单元102计算出的倾角 显示给用户。该显示装置103典型的可为液晶显示器(Liquid Crystal Display, LCD) 、LED显示器等，当然，上述示例并不用以限定本实用新型的保护范围。
该显示装置103中显示的项目包括方位角、指示纵向倾角的电子气泡、指示横向倾角的电子气泡。如图3所示，是本实用新型中电子水平气泡仪100的显 示装置103及其所显示的状态。当方位角误差超过阈值(例如当电子罗盘与水平 面之间偏差超过默认值12°)时，显示装置103中显示的方位角数值为空。
以下通过一个具体应用场景中的实施例来说明如何利用该电子水平气泡仪 IOO来准确定向。假定在后述的测量中，使用者的实际方位角是123。。
图4示出了本实用新型的一个实施例中显示装置103所显示的第一个状态。 此时电子罗盘仰角大于12°、向左倾斜大于12。，右方的纵向电子气泡指示亮起， 向上表示目前电子罗盘处于上仰的状态，下方的横向电子气泡指示亮起，向左 表示目前电子罗盘处于左倾的状态。方位角显示"…。"则说明使用者此时方位 角误差过大，建议使用者调整握持角度再重新测量方位，可让使用者避免釆用 误差相对4支大之方位角。
图5示出了该实施例中显示装置103所显示的第二个状态，使用者透过显示 装置103的屏幕，察觉电子罗盘与水平面偏差过大，调整握持角度，右方以及下 方的电子气泡随之变化。此时仰角大于9。、向左倾斜大于6。，测得方位角为129°， 与实际方位角123。尚有5。误差。
图6示出了该实施例中显示装置103所显示的第三个状态，使用者透过显示 装置103的屏幕，察觉电子罗盘与水平面仍然有差距，持续调整握持角度。右方 以及下方之水平气泡随之变化。此时仰角大于6。、向左倾斜小于3。，测得方位 角为125°,随着电子罗盘接近水平面，与实际方位角123。之误差亦下降至2。。
图7示出了该实施例中显示装置103所显示的第四个状态，使用者透过显示 装置103的屏幕，察觉电子罗盘与水平面仍然有些微差距，持续调整握持角度， 右方以及下方之水平气泡随之变化。此时仰角小于3。、向左倾斜小于3。，电子 罗盘已非常接近水平面，测得方位角为123。，该测得之方位角与电子罗盘实际正 对的方位角123°相同。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型， 凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应 包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种应用于电子罗盘中的电子水平气泡仪，其特征在于，所述电子水平气泡仪包括水平感测元件、运算单元和显示装置；所述水平感测元件根据电子罗盘的倾斜状态输出对应的电信号，并将所述电信号输入运算单元；所述运算单元与水平感测元件相连，用于根据所述电信号计算当前电子罗盘相对于水平面的倾角；所述显示装置与运算单元相连，用于将运算单元计算出的倾角显示给用户。
2、 根据权利要求l所述的电子水平气泡仪，其特征在于，所述水平感测组 件包括加速度感应芯片。
3、 根据权利要求2所述的电子水平气泡仪，其特征在于，所述加速度感应 芯片进一步包括轴向传感器和振荡器；所述振荡器与各轴向的传感器相连，所述各轴向的传感器分别连接一个电 荷放大器和电容。
4、 根据权利要求3所述的电子水平气泡仪，其特征在于，所述各轴向包括 X轴向、Y轴向、Z轴向。
5、 根据权利要求l所述的电子水平气泡仪，其特征在于，所述运算单元进 一步包括模数转换模块、倾角计算模块；所述模数转换模块用于对水平感测元件发送的电信号进行模数转换，并将 得到的数字信号送入倾角计算模块；所述倾角计算模块与模数转换模块相连，利用一个倾角计算函数，计算当 前电子罗盘相对于水平面的倾角。
6、 根据权利要求5所述的电子水平气泡仪，其特征在于，所述倾角计算模 块在计算当前电子罗盘相对于水平面的倾角时，将地球重力场分量带入倾角计 算函数。
7、 根据权利要求l所述的电子水平气泡仪，其特征在于，所述显示装置显 示的项目包括方位角、指示纵向倾角的电子气泡、指示横向倾角的电子气泡。
8、 根据权利要求7所述的电子水平气泡仪，其特征在于，当方位角误差超 过阈值时，所述显示装置中显示的方位角数值为空。
9、 一种电子罗盘，其特征在于，所述电子罗盘包括一个电子水平气泡仪，所述电子水平气泡仪根据电子罗盘的倾斜状态产生对应的电信号，并根据所述 电信号计算当前电子罗盘相对于水平面的倾角，以及将所述倾角显示给用户。
10、根据权利要求9所述的电子罗盘，其特征在于，所述电子水平气泡仪包括水平感测元件、运算单元和显示装置；所述水平感测元件根据电子罗盘的倾斜状态输出对应的电信号，并将所述电信号输入运算单元；所述运算单元与水平感测元件相连，用于根据所述电信号计算当前电子罗 盘相对于水平面的倾角；所述显示装置与运算单元相连，用于将运算单元计算出的倾角显示给用户。
专利摘要本实用新型涉及定向技术，提供了一种电子罗盘及其应用的电子水平气泡仪。所述电子水平气泡仪包括水平感测元件、运算单元和显示装置；所述水平感测元件根据电子罗盘的倾斜状态输出对应的电信号，并将所述电信号输入运算单元；所述运算单元与水平感测元件相连，用于根据所述电信号计算当前电子罗盘相对于水平面的倾角；所述显示装置与运算单元相连，用于将运算单元计算出的倾角显示给用户。本实用新型的电子罗盘包含一个电子水平气泡仪，其根据对倾斜的感应，计算倾角并将倾角转换为直观的图像显示给用户，从而让使用者迅速掌握电子罗盘与水平面的偏差，从而可及时调整。
文档编号G01C9/24GK201233241SQ200820115719
公开日2009年5月6日 申请日期2008年6月19日 优先权日2008年6月19日
发明者刘华唐, 吴任弘, 孙国瑞 申请人:亚洲光学股份有限公司