专利名称：液体悬浮磁针式罗盘仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种简易罗盘测试仪器，涉及被测量目标在水平面上的方位角和垂 直面上的俯仰角(坡度角)。用于道路的坡度、矿内的巷道等方面的方位角和俯仰角的测量。
2.背景技术(1).方位角是指在水平面内，从测量点到目标点的直线与南北直线之间的夹 角。目前、罗盘仪的南北直线的指示采用顶针式指南针，用水准器来标示水平面，从测量点 到目标点采用三点一线的方式，即仪器的两个照准器上有两点，再加上目标点，共三点成一直线。(2).俯仰角是指垂直面上，由水平面和俯仰面(坡度面)分别与垂直面的交线 之间的夹角。目前、罗盘仪用较长的水准器，配合专用的刻度盘，转动刻度盘使水准器的气 泡处在规定的标准位置，在刻度盘上则间接读出俯仰角的度数，这种方法则要求制造精度 高，但是测量误差大。(3).水准器是基于地球引力，让水准器的气泡处于中间，则表示测量点的水平状 态。指南针是基于地球的磁力线，指南针是标示地球磁力线方向的，地球磁力线是曲线，从 地球北磁极垂直从地球出来，经过赤道，在地球南磁极垂直进入地球，在赤道附近磁力线是 与地球平行的，在南极、北极附近，由于磁力线与水平面的夹角太大，顶针式指南针不能有 效地表示磁力线方向，目前已经发现，我国卖到靠近南极附近国家，目前通用的这种罗盘仪 不能有效地测量。(4).目前有的指南针采用液体悬浮磁针式，由大容器，小容器，底部滚珠，磁针组 成。
3.发明内容(1).要解决的技术问题①.要求直接读出数值；②.要求测量地球磁力线倾角；③.要求制造加工简单。(2).技术方案①.把目前指南针采用的液体悬浮磁针方式来代替目前通用的罗盘仪中顶针支 撑式方式，罗盘仪中的磁针采用液体悬浮式，把磁针装入小容器，把小容器装入大容器，把 液体装入大小容器内，密封后同球心，磁针处于悬浮状态能自由转动。②.在大小容器内液面处，刻有刻度作为水准器；在大小容器外侧有水平刻度线 和垂直刻度线，要特别标出标准水平刻度线和标准垂直刻度线，两者共用零点。③.小容器外壳四周对称，有若干半球面凹槽，在凹槽处的大小容器之间装入滚 珠，用于保证大小容器之间的距离，提高精度，减少阻力。在小容器底部凹槽处装入底部滚
3珠，使磁针保持水平。测量地球磁力线倾角时要去掉底部滚珠。④.在大容器外侧装有2个圆环和2个照准器，2个圆环分别在水平方向和垂直方 向上转动，2个照准器用于测量直线。在一个照准器上有小孔，装入能自由存取的小磁石，小 磁石吸引磁针通过圆环和照准器，能在水平方向和垂直方向自由转动。⑤.使大小容器有效球形部份的球心、磁针、小磁石、小容器标准水平刻度线处于 同一个平面上。(3).有益效果这个技术方案中，把磁针的顶针支撑，改为磁针通过大小容器之间液体悬浮，使 磁针可以任意转动，再利用小磁石吸引磁针的作用，能有效测量方位角和俯倾角。通过底部 滚珠使小容器中的磁针保持水平状态，将仪器置于斜坡的时候、能立即读出坡度角，不用动 用任何部件，非常简便，当去掉底部滚珠和小磁石的时候，作为一个仪器可以测量地球各地 的磁力线倾角，即当地的磁力线方向。
4.
附图是液体悬浮磁针式罗盘仪的比较全面的标准示意图，是一个剖面示意图。图 中1大容器、2.小容器、3.液体、4.小磁石、5.磁针、6.第一照准器、7.第一圆环(只显示 短轴)、8.底部滚珠、9.底盘座、10.第二圆环、11.第二照准器、12.滚珠、13.小圆环。
5.具体实施方式
1).液体悬浮磁针式罗盘仪(标准式，实施例1)(1).大容器 1:大容器1是透明容器，内部装盛液体，外部承装瞄准器。液体的选择，在规定使用的温度范围内，使液体不汽体化，不固体化，而且液体比 重无明显变化，液体粘度要小，而且透明。大容器球形在上下直立时把通过大容器1球心 的水平面规定为标准水平面，在标准水平面上的圆周刻有度数(360° )，其它所有部分都 以标准水平面为基准。与标准水平面刻度相互垂直的上下方向，像地球经纬度一样，刻有 士90°的刻度。大容器的形式可以是任意形状，但是做成球形或球形的一部分的形状较好， 像附图中1所标示的那样，当液体悬浮磁针部份也为球形时，刻度较易靠近，大容器1内表 面为光滑球形，坚硬而耐磨。大容器1在装入液体3和磁针小容器2后密封。在大容器1 的标准水平面的上方，平行于标准水平面的一个或两个地方标刻出圆形刻度线，当大容器1 装入液体3和磁针小容器2之后，使大容器1的顶部留有空气空间，使液体水平面与一个圆 形刻度线相一致，或处于两个圆形刻度线之间，成为一个液体水准器，即圆形刻度线与液体 水平面一致的时候，则表示大容器1处于水平状态，不一致的时候、则表示大容器1不处于 水平状态。大容器1的底部装有底座9，底座9的平面与标准水平面平行。为能测量90度， 使底座9的支架有一定的弯曲。标准水平刻度线和标准垂直刻度线共用零点。(2).液体悬浮磁针磁针5由高矫顽力磁性材料制作成两端为针形，或两端为圆柱形，或一端为针形 一端为圆柱形，两端为两个极，一端为N极指南，一端为S极指北，其特点是不易退磁，而且 磁场强度大。磁针端部是圆柱形是为了增大磁场强度，让小磁石4和磁针5的吸力远大于
4地磁力及由于不平衡等产生的其他力。使磁针5在液体中悬浮的方法有两个分别为磁针 小容器法和复合材料磁针法。在附图中是磁针小容器法。选取一个比大容器1稍稍小的簿 壁大部分为球形小容器2，把通过小容器2球心的水平面作为标准水平面，将磁针5置于小 容器2的标准水平面上并固定在小容器2上。在小容器2内装盛部分液体后密封，再置于 大容器1的液体中。由若干个滚珠12对称于容器的四周并分布于小容器2各个方向的半 球面凹槽与大容器1之间，目的是减少小磁石4吸引磁针5时产生的摩擦力，及让滚珠12 保持大容器1和小容器2之间的距离处处相等，滚珠12大小要使大容器1的球心和小容器 2的球心重合并能自由滚动。附图中标示了在磁针5的上下方四个地方使小容器2有四个 半球面凹槽，把四个滚珠12分别放入半球面凹槽和大容器1之间，不能掉出。装有磁针5 及部分液体的小容器2的比重与液体3比重相近；滚珠总有滚到内球面最低点的特点，底部 滚珠8保持在最低点带动小容器2而使磁针5保持在水平方向指向南北，如果由于工艺水 平低不能很好的平衡时，要在小容器2的最低点半球面凹槽的上方置一个小圆环13，保证 底部滚珠8保持在最低点，当简易式不用底部滚珠8时同时去掉这个小圆环13。小容器2 标准水平面和大容器1的标准水平面在同一个水平面内。以标准水平面为标准，在小容器 2的磁针5的两个极的外侧，标出向上90°、向下90°的刻度，同时在小容器标准水平面上 标出360°的刻度，磁针5的指向处为零度。在小容器2的顶部留有空气空间，像大容器1 一样作成一个液体水准器，标出液体水准器的刻度。大小容器有效球形部分的球心，磁针， 小磁石，小容器标准水平刻度线处于同一个平面上。(3).瞄准器·瞄准器可以利用现有的照准器，观察孔、垂直线、反光镜等方法。现在以照准器装 置为例进行说明。首先给圆环一个定义，围绕圆心或球心，半径相等，具有一定截面形状的环形物 体。在大容器1的标准水平面的下方侧设置一个水平轨道，在这个轨道上设置第一圆 环7，第一圆环7在这个轨道上水平滑动，在第一圆环7 —条直径线上的外侧，设置两个短 轴。第二圆环10依靠两个短轴绕第一圆环7垂直转动。第二圆环10被两个短轴孔分为相 等的两部分，在每部分的中心处各安装第一照准器6和第二照准器11，第一照准器6和第 二照准器11垂直于第二个圆环10并位于同侧，其观察部分的高度略高于主体大容器1顶 部，在第一照准器6 (或第二照准器)的外侧设置一个小孔，用于存取小磁石4，要使大容器 1的标准水平面的刻度线、磁针5、小磁石4在一个水平面上。小磁石4是用来吸引磁针5， 使磁针5在小磁石4的吸引下随第一个圆环7和第二个圆环11转动角度，不用小磁石4的 时候取出小磁石4，小磁石4的磁场强度要大于磁针5，而且要远远大于地球磁场的强度。当 测量的时候、转动小磁石4吸引磁针5，使第一照准器6、第二照准器11、与目标成为一条直 线，即可读出方位角和俯倾角。设置一个活动的插销或挡板装置，便于第一个圆环7和第二 个圆环11重合在一个水平面或分开转动。另外、第一个圆环7也可以设置在大容器1的垂 直轴上，其他也做适当地变化。在材料选取上，除去磁针和小磁石外，其他所有部分全部不能用铁性强导磁材料。(4).使用方法·①.测方位角[0032]把第一圆环7和第二圆环10重合在同一个水平面内，把液体悬浮磁针式罗盘仪用 手持或置于地面，磁针5自动在水平面上指向南北，利用水准器调整大容器1到水平面，使 大容器的“0”刻度对准磁针5的指针，使大容器1不动，装上小磁石4，转动第一圆环7，使 第一照准器6和第二照准器11对准目标，此时.磁针5所指大容器1上的刻度即为目标与 地球子午线的夹角，即方位角。测试后取出小磁石4。当用地球子午线时注意磁偏角的加 减。用于测量地面上的某一目标的方位角，或旅游的时候辨别方向。②.测俯仰角第一圆环7和第二圆环10重合在同一水平面内，把液体悬浮磁针式罗盘仪用手持 或置于地面，磁针5自动在水平面上指向南北，调整大容器1到标准水平面，使大容器1的 “0”刻度对准磁针5的指针，保持大容器1不动，装上小磁石4，转动第一圆环7，使第一照准 器6和第二照准器11对准目标或目标投影(目标垂直地面的投影)，此时.磁针5所指大 容器1上的刻度是该目标的方位角，保持大容器1和第一圆环7不动，转动第二圆环10，使 第一照准器6和第二照准器11对准目标，此时.磁针5所指在大容器1上的垂直方向的刻 度数即为该目标的俯仰角，也可以将液体悬浮磁针小容器2的垂直方向的刻度数与大容 器1的标准水平线的交点的刻度作为该此目标的俯仰角。当测量地形坡度的时候、此俯仰 角即为地形的坡度。③.测坡度把液体悬浮磁针式罗盘仪的底座直接置于地面的斜坡上，此时磁针5所指大容器 1上的垂直方向的刻度数为该斜坡的坡度，也可以将磁针小容器2的垂直方向的刻度与大 容器1的标准水平线的交点的刻度读为该斜坡的坡度。2).简易液体悬浮磁针式罗盘仪I (实施例2)在液体悬浮磁针式罗盘仪的标准式基本结构中去掉磁针小容器底部滚珠8和小 圆环13即是简易液体悬浮磁针式罗盘仪I。装有磁针的小容器2的比重与液体比重相等， 此时磁针不是在水平面方向，而是与水平方向有一个夹角，该夹角即是地球磁力线倾角。与 液体悬浮磁针式罗盘仪的标准式测量一样，使大容器1置于水平面上，使其0度跟磁针的指 向一样，利用小磁石4，2个圆环，2个照准器测出方位角和俯倾角。用小磁石4将磁针5置 于水平方向，将大容器1的底座直接置于地面的斜坡上而测得坡度。3).简易液体悬浮式磁针罗盘仪II (实施例3)把液体悬浮磁针式罗盘仪的标准式基本结构中去掉第一圆环7、第二圆环10、第 一照准器6、第二照准器11及小容器2的底部滚珠8和小圆环13，就成为简易液体悬浮磁 针式罗盘仪II。另外、在大容器1的上方的外侧面，即顶部对应标准水平面的刻度，也刻上 360°度的刻度线，即以顶部的正中心为点均分顶部的面积。使用方法，把简易液体悬浮磁针式罗盘仪II，用手持或置于地面，利用大容器1的 液体水平仪的刻度线，使大容器ι保持水平状态，此时、磁针5所指垂直方向刻度值为该地 区地球磁力线倾角。使大容器1保持水平状态，把大容器1的零刻度对准磁针5端部并保 持不动，手持小磁石4吸引磁针5，使磁针5处于水平状态，调整小磁石4的位置，使小磁石 4、磁针5、大容器1顶部刻度线与目标成为一条直线，此时.磁针5所指刻度数即为方位角 或俯倾角，地形坡度的测量，手持小磁石4将磁针5置于水平方向，将大容器1的底座直接 置于地面的斜坡上而测得坡度。[0042]4).简易液体悬浮磁针式罗盘仪III (实施例4)简易液体悬浮磁针式罗盘仪III由大容器1，复合材料磁针，滚珠12及小磁石4组 成。另外、在大容器1的上方的外侧面，即顶部对应标准水平面的刻度，也刻上360° 度的刻度线，即以顶部的正中心为点均分顶部的面积。把大容器1也作成有水准器的刻度线。首先介绍复合材料磁针方法，选择一种比重比较小的轻型固体材料，也做成针状， 与磁针粘成一体，或把磁针包起来，既为复合材料磁针。照仿大容器1和小容器2间有滚珠 的方式，在复合材料磁针的两端装有半球面凹槽，方向向外，将滚珠放入磁针端部半球面凹 槽与大容器1之间。为避开在地球磁力线倾角方面的影响，在磁针的正下方设一连杆，连杆 的端部也装有一个半球面凹槽，将滚珠12放入半球面凹槽与大容器1之间，这时使磁针正 中心到三个滚珠的距离相等，复合材料磁针的比重与大容器1中的液体比重相同，这种复 合材料磁针就能在液体中悬浮，并且自由地转动，在水平方向指向南北。磁针，小磁石，标准 水平刻度线，大容器球体部分的球心处于同一平面上。测量方法仿照液体悬浮式磁针罗盘 仪的标准式的方法，能测量方位角，俯倾角，坡度。5).简易液体悬浮磁针式罗盘仪IV (实施例5)简易液体悬浮磁针式罗盘仪IV是在简易液体悬浮磁针式罗盘仪III的基础上由 大容器1，复合材料磁针，磁针两端滚珠12，小磁石4组成。没有底部滚珠8。另外、在大容 器1的上方，即顶部对应标准水平面的刻度，也刻上360°度的刻度线，即以顶部的正中心 为点均分顶部的面积。把大容器1也作成有水准器的刻度线。复合材料磁针的比重与液体 3的比重相等时候，磁针5指向地球地磁线。测量方法仿照简易液体悬浮磁针式罗盘仪II， 可以测量方位角，俯倾角，坡度。6).磁针罗盘仪在过去测量时，是保持磁针指向不变，转动主体部分来测量的。本 专利液体悬浮磁针式罗盘仪是用小磁石吸引磁针转动，而大容器主体部分在固定一个方向 后指向不变，这一点在以前的罗盘仪是没有用过的。但是也可以采用磁针指向不变，转动大 容器来测量；两种方法都可以用。7).液体悬浮磁针式罗盘仪的优点和用途(1).利用液体悬浮磁针，大小容器及滚珠，小磁石测量方位角和俯倾角在以前是 没有的。也没有磁针与顶杆磨损问题。(2).可以直接读出数值。由于大小容器和滚珠在加工技术上很容易作到，基本精 度比较高。(3).没有使用高精密零件，制造加工简单。(4).可以测试地理状况，道路，山坡，矿井巷道中目标的方位角，俯仰角，坡度，地 球磁力线倾角，用作指南针。(5).可以作为旅游用品，携带方便。(6).该专利使用方法即可以使用传统的磁针指向不变，转动主体；也可以主体指 向不变，用小磁石吸引磁针进行转动。两种方法均可使用。
权利要求一种液体悬浮磁针式罗盘仪，其特征是罗盘仪中的磁针采用液体悬浮式，把磁针装入小容器，把小容器装入大容器，把液体装入大小容器内，密封之后同心，磁针处于悬浮状态自由转动；在大小容器液面处，刻有刻度作为水准器；在大小容器外侧有水平刻度线和垂直刻度线，特别标出标准水平刻度线和标准垂直刻度线，两者共用零点；小容器外壳四周对称有若干半球面凹槽，在半球面凹槽处的大小容器之间装入滚珠；大小容器有效球形部分的球心，磁针，小容器标准水平刻度线处于同一个平面上；使用时手持小磁石，作为简易测量。
2.根据权利要求1所述的液体悬浮磁针式罗盘仪，其特征是在大容器外侧装有2个 圆环和2个照准器，在一个照准器上有小孔，自由存取小磁石，小磁石吸引磁针通过圆环和 照准器，在水平方向和垂直方向上自由转动；大小容器有效球形部分的球心，磁针，小磁石， 小容器标准水平刻度线处于同一个平面上；用于测量俯倾角、方位角、地球磁力线倾角。
3.根据权利要求2所述的液体悬浮磁针式罗盘仪，其特征是在小容器底部凹槽处装 入底部滚珠；用于测量方位角、俯倾角。
4.根据权利要求1所述的液体悬浮磁针式罗盘仪，其特征是去掉磁针，小容器及滚 珠，改用复合材料磁针，其比重和液体比重相等，把复合材料悬浮在大容器内液体中，复合 材料磁针的两端各装有半球面凹槽，方向向外，在半球面凹槽与大容器之间各装入相同的 滚珠，在两端要有指针能指出大容器上的刻度位置；针磁，标准水平刻度线，大容器球体部 分的球心处于同一平面上；手持磁石进行测量。
5.根据权利要求4所述的液体悬浮磁针式罗盘仪，其特征是在复合材料磁针的中心 部正下方设一连杆，连杆的下顶端也装有一个半球面凹槽，在这个半球面凹槽与大容器之 间装入底部滚珠；在大容器外侧装有2个圆环和2个照准器，在一个照准器上有小孔，自由 存取小磁石，小磁石吸引磁针通过圆环和照准器，在水平方向和垂直方向自由转动；针磁、 小磁石，标准水平刻度线，大容器球体部分的球心处于同一平面上；用于测量方位角和俯倾
专利摘要液体悬浮磁针式罗盘仪是一种测试方位角，俯仰角，地磁倾角的简易测试仪器。为了有效地解决在地球南北地磁极附近地区测量方位角和俯仰角的困难，简化俯仰角测试时由间接读数变为直接读数，并且能测试地球各地区的地磁倾角。该仪器采用了磁针装入小容器内，小容器装入大容器内，在大小容器内装有液体，磁针能自由转动。容器外刻有水平刻度线和垂直刻度线。在大小容器之间有若干滚球，使二者在各个方位保持相同的距离。小磁石吸引磁针通过圆环和照准器在水平方向和垂直方向上自由转动。使磁针，大小容器的球心，标准水平刻度线，小磁石保持在一个平面内。该仪器用于道路、地形、矿井巷道的测试，也可以作为旅游者辨别方向，爬山坡度等的测试。
文档编号G01C17/08GK201653421SQ20092022011
公开日2010年11月24日 申请日期2009年10月26日 优先权日2009年10月26日
发明者矫健, 矫祥田 申请人:矫祥田