专利名称：一种地质罗盘的制作方法
技术领域：
本发明属于地质测量领域，具体涉及在地质调查中用于测量位置、方位、产状、坡度和坡向等的一种地质罗盘。
背景技术：
地质罗盘在地质工作中具有十分重要的意义，被称为地质工作者的三件宝之一。 地质罗盘样式很多，但其结构基本是一致的。人们常用的是圆盆式地质罗盘仪，它由磁针、 刻度盘、测斜仪、瞄准觇板、水准器等几部分安装在铜、铝或木制的圆盆内组成。地质学家面对各种地质实体，虽然其构造类型、成因、规模和形态千差万别，但从几何学上看，其基本结构可归纳为线状结构和面状结构。相应的，地质罗盘对各地质实体的测量分为对线状结构产状的测量和对面状结构产状的测量。传统地质罗盘对上述两类结构的测量主要存在如下缺陷。(1)测量线状结构的倾伏角易产生误差。测量线状结构的产状主要是对其倾伏向 (如方位角)和倾伏角(如仰角和俯角)的测量。采用传统地质罗盘测量倾伏角时，需用瞄准器瞄准线状结构，但人工操作传统地质罗盘无法确保罗盘底面处于线状结构所在的铅直平面，而罗盘底面偏离线状结构所在的铅直平面时，会产生倾伏角的测量误差，所以一般只能进行示意性测量。(2)测量面状结构的产状时操作繁琐，倾角易产生测量误差。测完倾向后测量倾角需将地质罗盘的长边的一条棱与层面紧贴然后转动罗盘，在翻转过程中地质罗盘易发生偏移，会产生倾角测量误差。(3)线状结构的倾伏向和倾伏角、面状结构的倾向和倾角需分两次测量，且需使用圆水准器和管水准器调整至水平，其操作繁琐、工作效率低，且手动调节水准器的误差较大。(4)当测量低倾岩层顶板的产状时，罗盖与罗体间空间小且黑暗，读数困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种地质罗盘，其构造简单、操作便捷、测量准确。为解决上述技术问题，本发明提供的一种地质罗盘，包括底座、瞄准器、方位刻度盘、测角器和半球形的透明罩；所述瞄准器设置于底座的侧面并具有两个位于同一水平线的尖端；所述底座的顶面开有半球状凹槽，凹槽的直径与所述透明罩内径相同，凹槽内设有浮液；所述方位刻度盘为具有磁极的圆盘并浮于浮液上；所述透明罩设置于凹槽上方并与底座的顶面密封连接；透明罩上设有对准线，所述对准线为经透明罩顶端的半个大圆，且对准线所在平面与瞄准器两个尖端所在直线平行；所述测角器为标有刻度的圆环并设置于透明罩和凹槽围成的空间内，经透明罩的顶端和凹槽的底端设有转轴，测角器的上、下端分别与所述转轴铰接；转轴所在直线将测角器分隔成的两个半圆环中，一个半圆环较另一个半
3圆环重。上述技术方案中，所述瞄准器为设置于底座侧面并位于同一水平线的一对凸块， 所述凸块的前端为尖端。进一步地，所述底座侧面开有槽口，所述凸块设置于槽口内并通过定位销与底座铰接。上述技术方案中，所述浮液为汞，所述方位刻度盘为磁性材质的圆盘。上述技术方案中，所述浮液为水，所述方位刻度盘为粘接有轻质材料的磁性材质的圆盘。上述技术方案中，所述方位刻度盘上的刻度按顺时针方向标注，且0°刻度线处为磁体N极，180°刻度线处为磁体S极。进一步地，所述方位刻度盘的180°刻度线一端较0°刻度线一端重。上述技术方案中，所述转轴为分别设置于透明罩顶端和凹槽底端的一对台阶状柱体。上述技术方案中，所述底座为底面呈正方形的长方体。与传统地质罗盘相比，本发明的有益效果在于
1)测量线状结构时传统罗盘会产生倾伏角的测量误差，尤其对于高倾线状结构误差更大；本发明通过采用测角器中线与对准线重合的方式，使测角器处于线状结构所在的铅直平面内，此方式操作简易、误差小；
2)传统地质罗盘需要调节圆水准器和管水准器，由于手动调节本身存在误差，最终误差会传播，导致测量结果的误差较大；本发明的地质罗盘无需水准器，进行线状结构的测量时浮液液面能够在重力作用下自动保持水平从而保证方位刻度盘水平、测角器能够在重力作用下自动保持在线状结构所在的铅直平面内，这样，当测角器中线与对准线重合时，读数便为倾伏向(方位角)、倾伏角(仰俯角);类似地，面状结构的测量也无需手动调整水平，由于浮液液面能够在重力作用下自动保持水平从而保证方位刻度盘水平、测角器能够在重力作用下自动保持在倾向所在的铅直平面内。整个装置不仅结构简单，而且无需手动调整水平， 减小了误差传播，提高测量的准确性和效率；
3)线状结构的倾伏向、倾伏角，面状结构的倾向、倾角，传统地质罗盘需分两次测量读数，而本发明都是一次性测量读数，显著提高了工作效率；
4)当测量低倾岩层顶板的产状时，使用传统罗盘，罗盖与罗体间空间小且黑暗，读数困难。而使用本发明测量时，用于读数的方位刻度板和测角器都朝向测量者，有足够的空间和明亮光线进行读数。
图1为本发明一个实施例的结构示意图。图2为图1所示实施例的主视图。图3为图2的俯视图。图4为图2的左视图。图5为图3的E-E剖视图。图6为图1中测角器的刻度展布图。
图中1 一底座，2—瞄准器，3—浮液，4一方位刻度盘，5—测角器(其中5. 1—中线)，6—对准线，7—转轴，8—透明罩，9一定位销。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的一个具体实施例作进一步的详细描述。如图所示，本发明的一种地质罗盘，包括底座1、瞄准器2、浮液3、方位刻度盘4、测角器5、和透明罩8。其中底座1采用减震、防渗漏、耐磨、不易变形、轻质、弱磁性或无磁性材料，如硬质PVC、PSU等制成。底座1的底面为正方形、侧面为长方形的长方体，底座1的顶面开有直径为透明罩8内径大小的半球状凹槽。瞄准器2为对称设置于底座1侧面两个槽口中的一对凸块，可采用耐磨、不易变形、高强度的材料，如有机玻璃等制成。凸块的前端为尖端、后端通过定位销9与底座铰接。 使用时，一对凸块可旋出且其尖端位于同一水平线上，使用后可旋入底座的槽口中，便于携带和保护其尖端。浮液3填充于底座1的半球状凹槽中，采用密度大(为能够浮起方位刻度盘4)、粘度小、沸点高、凝固点低、具有良好稳定性与润滑性、对透明罩8内部件无腐蚀性的液体。例如浮液3采用汞时，方位刻度盘4为普通磁性材质的圆盘即可；浮液采用水时，在磁性材质下方粘接泡沫等轻质材料，确保方位刻度盘4的平均密度小于浮液3密度。方位刻度盘4为低重度、抗震抗冲蚀的磁性材料制成的圆盘，它浮于浮液3液面且直径比凹槽直径略小。方位刻度盘4上按顺时针方向标有刻度，其最小刻度为Γ，且0° 刻度线处为磁体N极，180°刻度线处为磁体S极。由于我国位于北半球，磁体两端所受磁力不等，为防止方位刻度盘4失去平衡，让刻度盘180°端较0°端稍重。透明罩8为半球形的空心罩，透明罩8设置于凹槽上方，与凹槽一起围合成一个球形空间。为防止浮液3的泄露，透明罩8与底座1的顶面采用密封连接。透明罩8内壁刻有对准线6。该对准线6为经透明罩8顶端的半个大圆，对准线6所在平面与本实施例中瞄准器2所在的底座1侧面平行。为便于读数，本实施例中对准线6设为红色。测角器5为具有一定宽度的薄壁圆环，采用抗震抗冲蚀、不易变形、弱磁性或无磁性(防止与方位刻度盘4相互吸引导致读数不准确)透明材料，例如有机玻璃等制成。测角器5上均勻标有刻度，其最小刻度为Γ，中间为中线5.1，用于同对准线6对准。测角器5 位于透明罩8和凹槽围合成的球形空间内，在透明罩8顶端和凹槽底端设有一对台阶状柱体作为转轴7，台阶状柱体的一端与透明罩8顶端或凹槽底端固连、另一端与测角器5上的开孔间隙配合，以便测角器5能够绕转轴7自由转动。转轴7所在直线将测角器5分隔成的两个半圆环中，一个半圆环较另一个半圆环重，为便于区分，可将两个半圆环设置成不同的颜色，本实施例中，一个半圆环为浅绿色(图6中填充部分)，另一个半圆环无色(图6中未填充部分)，且绿色部分较重。本实施例的操作方法及工作原理如下。(1)测量线状结构。使用方法
a)测量线状结构的倾伏向和倾伏角。首先使用瞄准器2的两个尖端瞄准待测线状结构，再以瞄准器2尖端所在直线为转轴，使整个装置绕其转动，至测角器5的中线5. 1与透明罩8上的对准线6重合，此时测角器5浅绿色部分中线指示的方位刻度盘4上读数为磁方位角，浮液3液面指示的测角器5上读数为力°，则倾伏向—磁偏角，倾伏角= b° ；
b)测量目标物相对于自己或自己相对于目标物的方位角和仰角(或俯角)，都能抽象为测量一射线的方位角和仰角(或俯角)，当目标物相对于自己时，射线起点为自己，方向指向目标物；当自己相对于目标物时，射线起点为目标物，方向指向自己。首先使用瞄准器2的两个尖端瞄准射线，再以瞄准器2尖端所在直线为转轴，使整个装置绕其转动，至测角器5 的中线5. 1与透明罩8上的对准线6重合，因转轴7将测角器5分为两部分，所以读数有两个，这里只读取距射线起点较远的部分中线5. 1指示的方位刻度盘4读数a °即可，浮液3 液面所指示的测角器5上读数为力°，则方位角—磁偏角，仰角(或俯角。原理直线的倾伏向是直线指向地下方向在水平面上投影的方位角，倾伏角是直线在水平面上投影与该直线的夹角，即直线所在铅直平面内该直线与水平面的夹角，也等于直线所在铅直平面内该直线的法线与水平面的夹角的余角。因为转轴7所在直线恒是待测直线的法线，测角器5恒在待测直线的铅直平面内；对准线6所在平面恒为转轴7和待测直线构成的平面。所以，当对准线6与测角器5的中线5. 1重合时，待测直线的法线在待测直线所在的铅直平面内。此时法线、待测直线、倾伏向在同一铅直平面内，且满足法线与水平面的夹角是倾伏角的余角；浮液3的液面和方位刻度盘4恒处于水平状态，测角器5的读数是法线与水平面夹角的余角。所以当对准线6与测角器5中线5. 1重合时，测角器5读数即为倾伏角，测角器5的中线5. 1位于待测直线所在的铅直平面，此时指示的方位刻度盘 4读数即为磁方位角。(2)测量面状结构的倾向和倾角。使用方法
将本装置底面紧贴岩层底板或顶板，测角器5浅绿色部分的中线5. 1指示的方位刻度盘4上的读数为磁方位角a°，浮液3的液面所指示的测角器5上的读数为力°，则倾向 :a。一磁偏角，倾角动。。原理岩层的倾向是岩层层面的法线在水平面上投影的方位角，倾角是岩层层面的法线与水平面夹角的余角。因为方位刻度盘4和浮液3的液面恒处于水平状态，转轴7 所在直线恒为岩层层面的法线，测角器5的中线5. 1恒在铅直平面内，而转轴7又位于测角器5的中线5. 1所在平面上，所以测角器5的中线5. 1指示的方位刻度盘4的读数为磁方位角，浮液3的液面所指示的测角器5的读数为倾角。本发明的保护范围并不限于上述实施例。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。例如瞄准器2不限于上述一对凸块的结构，只要具有一对与底座1的底面平行的尖端即可；浮液3也不限于上述的汞或者水， 只要能够浮起方位刻度盘4并且粘度小、沸点高、凝固点低、具有良好稳定性与润滑性、对其他部件无腐蚀性就能够达到本发明技术效果；底座1、转轴7的形状分别也不限于长方体、台阶状柱体等。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。
权利要求
1.一种地质罗盘，其特征在于它包括底座(1)、瞄准器(2)、方位刻度盘(4)、测角器 (5)和半球形的透明罩(8);所述瞄准器(2)设置于底座(1)的侧面并具有两个位于同一水平线的尖端；所述底座(1)的顶面开有半球状凹槽，凹槽的直径与所述透明罩(8)内径相同，凹槽内设有浮液(3);所述方位刻度盘(4)为具有磁极的圆盘并浮于浮液(3)上；所述透明罩(8)设置于凹槽上方并与底座(1)的顶面密封连接；透明罩(8)上设有对准线(6)，所述对准线(6 )为经透明罩(8 )顶端的半个大圆，且对准线(6 )所在平面与瞄准器(2 )两个尖端所在直线平行；所述测角器(5)为标有刻度的圆环并设置于透明罩(8)和凹槽围成的空间内，经透明罩(8)的顶端和凹槽的底端设有转轴(7)，测角器(5)的上、下端分别与所述转轴(7)铰接；转轴(7)所在直线将测角器(5)分隔成的两个半圆环中，一个半圆环较另一个半圆环重。
2.根据权利要求1所述的一种地质罗盘，其特征在于所述瞄准器(2)为设置于底座 (1)侧面并位于同一水平线的一对凸块，所述凸块的前端为尖端。
3.根据权利要求2所述的一种地质罗盘，其特征在于所述底座(1)侧面开有槽口，所述凸块设置于槽口内并通过定位销(9 )与底座铰接。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种地质罗盘，其特征在于所述浮液 (3)为汞，所述方位刻度盘(4)为磁性材质的圆盘。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种地质罗盘，其特征在于所述浮液 (3)为水，所述方位刻度盘(4)为粘接有轻质材料的磁性材质的圆盘。
6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种地质罗盘，其特征在于所述方位刻度盘(4)上的刻度按顺时针方向标注，且0°刻度线处为磁体N极，180°刻度线处为磁体 S极。
7.根据权利要求6所述的一种地质罗盘，其特征在于所述方位刻度盘(4)的180°刻度线一端较0°刻度线一端重。
8.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种地质罗盘，其特征在于所述转轴 (7)为分别设置于透明罩(8)顶端和凹槽底端的一对台阶状柱体。
9.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种地质罗盘，其特征在于所述底座 (1)为底面呈正方形的长方体。
全文摘要
一种地质罗盘，包括底座、瞄准器、方位刻度盘、测角器和半球形的透明罩；瞄准器设置于底座的侧面并具有两个位于同一水平线的尖端；底座的顶面开有半球状凹槽，凹槽的直径与透明罩内径相同，其内设有浮液；方位刻度盘为具有磁极的圆盘并浮于浮液上；透明罩设置于凹槽上方并与底座的顶面密封连接；透明罩上设有对准线，对准线为经透明罩顶端的半个大圆，对准线所在平面与瞄准器两个尖端所在直线平行；测角器为标有刻度的圆环并设置于透明罩和凹槽围成的空间内，经透明罩的顶端和凹槽的底端设有转轴，测角器的上、下端分别与转轴铰接；转轴所在直线将测角器分隔成的两个半圆环中，一个半圆环较另一个半圆环重。本装置构造简单、操作便捷、测量准确。
文档编号G01C17/08GK102175232SQ201110054119
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者唐辉明, 张延志, 葛云峰, 黄磊 申请人:中国地质大学(武汉)