专利名称:地球磁场相对位移矢量自动测量系统的制作方法
技术领域:
本发明涉及一种地球磁场相对位移矢量自动测量系统,属于检测仪器技术领域。
背景技术:
众所周知,地球是一个大磁场,其本身及在周围空间产生的广阔磁场即地磁场。近 年来,随着科学技术的发展,各种能够检测地球磁场的磁传感器相继问世,常见的有磁阻传 感器、磁通传感器等。这些磁传感器的产品化及批量生产,大大提高了人们利用地球磁场的 能力。但是,目前人们只能利用上述技术实现地球磁场方向的检测,对于地球磁场相对位移 矢量的测量就无能为力。
发明内容
本发明的目的是一种能克服上述缺陷、能够准确测量地球磁场相对位移矢量的地 球磁场相对位移矢量自动测量系统。其技术方案为 —种地球磁场相对位移矢量自动测量系统,其特征在于包括托架、直径不同的两 个空心玻璃球、电机、电机支架、电源装置、指南针、托盘、无线接收器、感应模块、磁针传感 器和信号处理模块,其中两个空心玻璃球同圆心活动套装,大玻璃球活动支撑在托架内,电 机由过球心的电机支架固定吊装在电机支架中心的底部,托盘水平固定在电机输出轴的顶 端,指南针位于电机的上方且吊装在电机支架上,磁针传感器、感应模块和信号处理模块均 安装在托盘上,且磁针传感器位于指南针的正下方,输出端接信号处理模块,无线接收器安 装在电机支架上,电源装置包括蓄电池和贴附在小玻璃球内壁上的若干光电板,蓄电池的 输入端接光电板,输出端接磁针传感器、感应模块和信号处理模块,并经无线接收器接电机 的控制端。 所述的地球磁场相对位移矢量自动测量系统,两个空心玻璃球分别由两个半球固 定对接而成,托架上设有多个光源和凸起,大玻璃球活动支撑在托架的凸起上,大玻璃球的 内壁均布有若干支撑凸起,小玻璃球活动支撑在若干支撑凸起上,两个空心玻璃球同圆心 活动套装。 所述的地球磁场相对位移矢量自动测量系统,电机支架包括呈圆筒状的支座、分 居支座两侧的水平支杆和固定在小玻璃球内壁上的支杆座,其中支座底部固定一圆板,顶 部螺纹安装有筒盖,电机固定在圆板上,电机轴间隙垂直穿过圆板,顶端探入支座内,托盘 水平固定在电机输出轴的顶端,托盘顶面设有感应模块、磁针传感器和信号处理模块,底面 镶嵌有两圈环绕电机轴的导电环,指南针靠近筒盖顶面且水平吊装在筒盖上,磁针传感器 靠近指南针的一端部、且位于指南针的下方,两支杆对称位于球半径上,一端与支座侧壁固 定连接,另一端套装导电套、轴承安装在支杆座上。 所述的地球磁场相对位移矢量自动测量系统,圆板在平行于支杆的同一直线上对 称设有两蓄电池和两碳刷座,每个支杆座内均经第一弹簧压装有第一碳刷,第一碳刷与导 电套抵触,导电套经导线接邻近的蓄电池,每个碳刷座的顶端均经第二弹簧支撑一第二碳刷,碳刷座上的两第二碳刷对应与水平托盘底面的两圈导电环抵触,第二碳刷的输入端对 应接蓄电池,导电环经导线接磁针传感器、感应模块和信号处理模块。 所述的地球磁场相对位移矢量自动测量系统,感应模块包括Z轴磁传感器、X轴磁 传感器和Y轴磁传感器,其中Z轴磁传感器的轴线与电机轴的轴线平行,X轴磁传感器的轴 线与电机轴垂直,且与磁针传感器的中心及电机轴的轴线共面,Y轴磁传感器的轴线与X轴 磁传感器的轴线位于同一平面且互相垂直。 所述的地球磁场相对位移矢量自动测量系统,信号处理模块包括CPU、无线 发射器和无线收发器,其中CPU的输入端接磁针传感器和感应模块,1/0端接无线发 射器和无线收发器,地球磁场空间范围内A。点到^点的相对位移矢量可以利用公式 丄-2。= X。)2 + (K - y。)2 + (Z, - Z。)2求出,其中Z。、Zi是Z轴磁传感器(26)对
应在A。点、&点测得的垂直分量的磁场强度,X。、 &是X轴磁传感器(27)对应在A。点、& 点测得的垂直分量的磁场强度,Y。、 l是Y轴磁传感器(28)对应在A。点、&点测得的垂直 分量的磁场强度。 其工作原理为本发明可以完成垂直分量的自动调节、东西、南北分量的自动调 节、地球磁场位移矢量的运算。垂直分量自动调节的目的是使Z轴磁传感器的轴心线垂直 于地球表面。大玻璃球活动支撑在托架的若干凸起上,可以使大玻璃球在托架内自由滑动、 旋转;小玻璃球活动支撑在大玻璃球内的若干支撑凸起上,可以使小玻璃球在大玻璃球内 自由滑动、旋转;电机固定在圆板上,圆板固定在支座的底部,支座两侧固定支杆,支杆滑动 安装在支杆座内部,电机、圆板、支座能够随同支杆在支杆座上自由转动;三部分联合作用, 无论托架如何放置、如何移动、如何翻滚,在电机的重力作用下,电机轴的轴心线就会始终 处在电机的上方,且垂直于地球表面,Z轴磁传感器安装在托盘上,Z轴磁传感器的轴线与 电机轴的轴线平行,从而,Z轴磁传感器的轴心线也垂直于地球表面,实现了垂直分量的自 动调节。东西、南北分量自动调节的目的是使X轴磁传感器的轴心线平行于地球磁场南北 极的轴线,使Y轴磁传感器的轴心线垂直于X轴磁传感器的轴心线与Z轴磁传感器的轴心 线。指南针靠近筒盖顶面且水平吊装在筒盖上,指南针能够自由摆动,能够在地球磁场的作 用下指向南北方向,磁针传感器靠近指南针的一端部、且位于指南针的下方,磁针传感器能 够感应指南针有、无;当磁针传感器感应不到指南针的一端时,磁针传感器把这个信息传给 CPU,CPU就会控制无线发射器发出电机转动的指令,无线接收器接收到指令后,控制电机转 动,电机轴带动托盘及托盘上的所有部件转动;当磁针传感器在托盘带动下转动到指南针 下方,感应到指南针的一端时,磁针传感器把这个信息传给CPU, CPU就会控制无线发射器 发出电机停止转动的指令,无线接收器接收到指令后,控制电机停止转动;X轴磁传感器的 轴线与电机轴垂直,且与磁针传感器的中心及电机轴的轴线共面,此时,X轴磁传感器的轴 心线与指南针的指向方向相同,实现了南北分量自动调节的目的。Y轴磁传感器的轴心线垂 直于X轴磁传感器的轴心线与Z轴磁传感器的轴心线,当X轴磁传感器的轴心线在南北方 向时,Y轴磁传感器的轴心线就会处在东西方向,实现了东西分量的自动调节。
地球磁场相对位移矢量的运算有CPU完成。两两相互垂直的Z轴磁传感器、X轴 磁传感器、Y轴磁传感器,可以实时在地球磁场空间内采集、检测三个方向的磁场强度信号。 当本发明装置在地球磁场空间范围内,有一个空间位置移动到另一个空间位置时,Z轴磁传 感器就会检测到装置在垂直方向分量上的地球磁场的变化量,X轴磁传感器就会检测到装置在南北方向分量上的地球磁场的变化量,Y轴磁传感器就会检测到装置在东西方向分量 上的地球磁场的变化量。CPU接收到垂直方向分量、南北方向分量、东西方向分量上的磁场 强度的数据,进行运算,就会得到本发明装置在地球磁场空间内的位移矢量大小。CPU可以 通过无线收发器把计算结果、检测结果传输给玻璃球以外的其他接收装置,CPU也可以通过 无线收发器接收玻璃球以外的其他装置的指令信息。 为了进一步说明,可以设地球磁场空间范围内的一点A。, Z轴磁传感器测得的垂直 分量的磁场强度是Z。, X轴磁传感器测得的南北分量的磁场强度是X。, Y轴磁传感器测得的 东西分量的磁场强度是Y。,本发明装置移动到A" Z轴磁传感器测得的垂直分量的磁场强度 是Z" X轴磁传感器测得的南北分量的磁场强度是&, Y轴磁传感器测得的东西分量的磁场
强度是Yp利用公式丄-2。 = V(尤'一 x°)2 + — r。)2 + (z, — z。)2就可以求出A。点到 A点的相对位移矢量。 本发明与现有技术相比,其优点是能够在任意姿态下自动调节磁传感器轴心线 的方向,使三个磁传感器的轴心线分别朝向垂直方向、东西方向、南北方向;能够精确检测 地球磁场的南北分量、东西分量和垂直分量,计算地球磁场空间内始点、终点两个位置的相 对位移矢量。
图1是本发明实施例的结构示意图; 图2是图1所示实施例中去掉光电板、小玻璃球内剩余部分的结构示意图;
图3是图1所示实施例中托盘及托盘上各部件的结构示意图;
图4是图2中支杆座的A-A剖面图;
图5是托盘的仰视图; 图6是本发明信号处理模块与磁针传感器、感应模块的接线图。
图7是本发明相对位移矢量的计算原理图。 图中1、托架、2、玻璃球3、电机4、指南针5、托盘6、无线接收器7、磁针传感器8、 蓄电池9、光电板10、光源11、凸起12、支撑凸起13、支座14、支杆15、支杆座16、圆板17、筒 盖18、电机轴19、导电环20、导电套21、碳刷座22、第一弹簧23、第一碳刷24、第二弹簧25、 第二碳刷26、 Z轴磁传感器27、 X轴磁传感器28、 Y轴磁传感器29、无线发射器30、无线收 发器31、传感器座32、轴承33、炭刷盖34、信号处理模块35、吊绳
具体实施例方式
在图l-5所示的实施例中两个空心玻璃球2分别由两个半球固定对接而成,托架 1上设有多个光源10和凸起11,大玻璃球2活动支撑在托架1的凸起11上,大玻璃球2的 内壁均布有若干支撑凸起12,小玻璃球2活动支撑在支撑凸起12上,两个空心玻璃球2同 圆心活动套装。电机支架设置在小玻璃球2内,包括呈圆筒状的支座13、分居支座13两侧 的过球心的水平支杆14和固定在小玻璃球2内壁上的支杆座15,其中支座13底部固定一 圆板16,顶部螺纹安装有筒盖17,电机3固定在圆板16中心上,电机轴18间隙垂直穿过圆 板16,顶端探入支座13内,托盘5水平固定在电机轴18的顶端,托盘5顶面设有感应模块、 磁针传感器7和信号处理模块34,底面镶嵌有两圈环绕电机轴18的导电环19,指南针4靠近筒盖17顶面且水平吊装在筒盖17上,磁针传感器7靠近指南针4的一端部、且位于指南 针4的下方,输出端接信号处理模块34,对称的两支杆14一端与支座13侧壁固定连接,另 一端套装导电套20、轴承安装在支杆座15上。 电源装置包括蓄电池8和贴附在小玻璃球2内壁上若干串联或并联的光电板9,圆 板16在平行于支杆14的同一直线上对称设有两蓄电池8和两碳刷座21,每个支杆座15内 均经第一弹簧22压装有第一碳刷23,第一碳刷23接光电板9,并与导电套20抵触,导电套 20经导线接邻近的蓄电池8,圆板16上每个碳刷座21的顶端均经第二弹簧24支撑一第二 碳刷25,碳刷座21上的两第二碳刷25对应与水平托盘5底面的两圈导电环19抵触,第二 碳刷25的输入端对应接蓄电池8,导电环19经导线接磁针传感器7、感应模块和信号处理 模块34。 感应模块包括Z轴磁传感器26、X轴磁传感器27和Y轴磁传感器28,其中Z轴磁 传感器26的轴线与电机轴18平行,X轴磁传感器27的轴线与电机轴18垂直,且与磁针传 感器7的中心及电机轴18的轴线共面,Y轴磁传感器28的轴线与X轴磁传感器27的轴线 位于同一平面且互相垂直。 无线接收器6安装在圆板16上,信号处理模块34包括CPU、无线发射器29和无线 收发器30,其中CPU的输入端接磁针传感器7和Z轴磁传感器26、X轴磁传感器27、Y轴磁 传感器28的输出端,I/O端接无线发射器29和无线收发器30。
权利要求
一种地球磁场相对位移矢量自动测量系统,其特征在于包括托架(1)、直径不同的两个空心玻璃球(2)、电机(3)、电机支架、电源装置、指南针(4)、托盘(5)、无线接收器(6)、感应模块、磁针传感器(7)和信号处理模块(34),其中两个空心玻璃球(2)同圆心活动套装,大玻璃球(2)活动支撑在托架(1)内,电机(3)由过球心的电机支架固定吊装在电机支架中心的底部,托盘(5)水平固定在电机轴(18)的顶端,指南针(4)位于电机(3)的上方且吊装在电机支架上,磁针传感器(7)、感应模块和信号处理模块(34)均安装在托盘(5)上,且磁针传感器(7)位于指南针(4)的正下方,输出端接信号处理模块(34),无线接收器(6)安装在电机支架上,电源装置包括蓄电池(8)和贴附在小玻璃球(2)内壁上的若干光电板(9),蓄电池(8)的输入端接光电板(9),输出端接磁针传感器(7)、感应模块和信号处理模块(34),并经无线接收器(6)接电机(3)的控制端。
2. 如权利要求1所述的地球磁场相对位移矢量自动测量系统,其特征在于两个空心 玻璃球(2)分别由两个半球固定对接而成,托架(1)上设有多个光源(10)和凸起(11),大 玻璃球(2)活动支撑在托架(1)的凸起(11)上,大玻璃球(2)的内壁均布有若干支撑凸起 (12),小玻璃球(2)活动支撑在若干支撑凸起(12)上,两个空心玻璃球(2)同圆心活动套 装。
3. 如权利要求1所述的地球磁场相对位移矢量自动测量系统,其特征在于电机支架包括呈圆筒状的支座(13)、分居支座(13)两侧的水平支杆(14)和固定在小玻璃球(2)内 壁上的支杆座(15),其中支座(13)底部固定一圆板(16),顶部螺纹安装有筒盖(17),电机(3) 固定在圆板(16)上,电机轴(18)间隙垂直穿过圆板(16),顶端探入支座(13)内,托盘 (5)水平固定在电机轴(18)的顶端,托盘(5)顶面设有感应模块、磁针传感器(7)和信号处 理模块(34),底面镶嵌有两圈环绕电机轴(18)的导电环(19),指南针(4)靠近筒盖(17) 顶面且水平吊装在筒盖(17)上,磁针传感器(7)靠近指南针(4)的一端部、且位于指南针(4) 的下方,两支杆(14)对称位于球半径上,一端与支座(13)侧壁固定连接,另一端套装导 电套(20)、轴承安装在支杆座(15)上。
4. 如权利要求1、3所述的地球磁场相对位移矢量自动测量系统,其特征在于圆板 (16)在平行于支杆(14)的同一直线上对称设有两蓄电池(8)和两碳刷座(21),每个支杆 座(15)内均经第一弹簧(22)压装有第一碳刷(23),第一碳刷(23)与导电套(20)抵触, 导电套(20)经导线接邻近的蓄电池(8),每个碳刷座(21)的顶端均经第二弹簧(24)支撑 一第二碳刷(25),碳刷座(21)上的两第二碳刷(25)对应与水平托盘(5)底面的两圈导电 环(19)抵触,第二碳刷(25)的输入端对应接蓄电池(8),导电环(19)经导线接磁针传感器 (7)、感应模块和信号处理模块(34)。
5. 如权利要求1所述的地球磁场相对位移矢量自动测量系统,其特征在于感应模块 包括Z轴磁传感器(26) 、X轴磁传感器(27)和Y轴磁传感器(28),其中Z轴磁传感器(26) 的轴线与电机轴(18)平行,X轴磁传感器(27)的轴线与电机轴(18)垂直,且与磁针传感 器(7)的中心及电机轴(18)的轴线共面,Y轴磁传感器(28)的轴线与X轴磁传感器(27) 的轴线位于同一平面且互相垂直。
6. 如权利要求1所述的地球磁场相对位移矢量自动测量系统,其特征在于信号处理 模块(34)包括CPU、无线发射器(29)和无线收发器(30),其中CPU的输入端接磁针传感器 (7)和感应模块,1/0端接无线发射器(29)和无线收发器(30),地球磁场空间范围内A。点到点的相对位移矢量可以利用公式丄-i。 = V(z, — X。)2 + (T, — r。)2 + (z, — z。)2求出,其中Z。、 Z工是Z轴磁传感器(26)对应在A。点、&点测得的垂直分量的磁场强度,X。、 & 是X轴磁传感器(27)对应在A。点、&点测得的垂直分量的磁场强度,Y。、 l是Y轴磁传感 器(28)对应在A。点、&点测得的垂直分量的磁场强度。
全文摘要
本发明提供一种地球磁场相对位移矢量自动测量系统,其特征在于包括托架、直径不同的两个空心玻璃球、电机、电机支架、指南针、托盘、无线接收器、感应模块、磁针传感器和信号处理模块,其中两个空心玻璃球同圆心活动套装,大玻璃球活动支撑在托架内,电机固定吊装在电机支架中心的底部,托盘水平固定在电机输出轴的顶端,指南针吊装在电机支架上,磁针传感器、感应模块和信号处理模块均安装在托盘上,且磁针传感器位于指南针的正下方,输出端接信号处理模块,蓄电池的输入端接光电板,输出端接磁针传感器、感应模块和信号处理模块,并经无线接收器接电机的控制端。本发明能够调节感应模块的朝向,计算地球磁场空间内始点、终点的相对位移矢量。
文档编号G01V3/40GK101710188SQ20091023155
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月4日 优先权日2009年12月4日
发明者谭博学, 马立修 申请人:山东理工大学