专利名称：数字方位指示器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于自动测量领域中的自动方位测量，具体涉及一种气象仪器风向自
动测量的方位指示器。
二背景技术：
方位测量，即方向测量是测绘、水文地质、建筑、交通、气象等许多行业的重要测量参数。当今，有陀螺仪，GPS(卫星定位)等方法可以对方位做精确测量。但这些方法都存在一些不足，体积大，重量重，价格昂贵，需要外动力，而且是被动工作方式，受外界各种因素影响和限制；另外当方位参数与二次仪表结合进行其它测量和控制时，其接口复杂。这些方法在便携式、手持式和移动式测量仪器中应用有很多困难。 风向是气象领域中的基本要素。因此风向测量就成为气象仪器领域中的重要一
环。用传统的风向传感器测风向之前，首先要将风向传感器指北标记用指北针校准(对准
北，即0° )，也就是先要找到一个测量基准，显然这种测量方式很麻烦，同时对测量精度也
造成很大影响。近年来，在一些测风向的仪器中加入了自动方位测量系统，从而使风向测量
之前不用对北，实现了时时自动测量，简化了测量方法，提高了测量精度。 例如，市场上有一种电子磁罗盘可做自动方位测量系统与风向传感器相结合，从
而实现自动风向测量，这种电子磁罗盘其输出信号是模拟量，稳定性差，易受干扰，使用时
往往得用模数转换(A/D转换)，给具体应用带来不变。另外电子磁罗盘自由旋转部分采用
机油悬浮结构，结构烦杂，难以保证质量，它的测量部分利用电位器原理，而电位器是不能
旋转完整一周的，在0。前后有一段盲区，使关键的测量点O。前后产生误差或错误。这对
自动风向测量是个严重缺陷。
三
发明内容本实用新型的目的是提供一种无盲区、高精度、结构简单、体积小、重量轻、价格便宜和适用性宽的数字方位指示器； 本实用新型的技术方案是一种数字方位指示器，其特征是包括支承框架、自由指北机构、光电转换系统和数字处理系统。 所述的支承框架由圆形上下托盘、固定在上下托盘两侧的长条状左右立板组成，其中上下托盘中心制有螺纹孔，支承框架外面罩有圆筒状外壳，用螺钉固定在下托盘上；[0008] 所述的自由旋转指北机构由旋转轴、置于上下托盘螺纹孔中的轴承座、置于轴承座内的宝石轴承、与宝石轴承相匹配的针状轴尖、呈长方体的磁钢座、呈杯状透明的码盘体以及具有方位码的方位码盘组成，其中针状轴尖镶嵌在旋转轴两端的中心孔内，磁钢座用螺母固定在旋转轴的凸出轴肩下方，磁钢座内左右对称置有圆柱状磁钢，方位码盘粘贴在码盘体外壁上，码盘体底朝上用螺母固定在旋转轴上的凸出轴肩上方； 所述的光电转换系统由设置在码盘体内的长条形光电板、焊接在左立板内侧的发光二极管、上面制有分光孔的遮光罩及焊接在光电板上的光电池组成，其中遮光罩罩在光电板上，遮光罩上的分光孔分别与光电板上的光电池和左立板上的发光二极管一一对齐；[0010] 所述的数字处理系统由带有印制电路的主板及其上面的电子元器件组成，其中，主板置于下托盘上方，码盘体下方，主板两侧制有两个插槽，左立板和右立板分别插入插槽内，并焊接使发光二极管与电路连接，主板上还制有长条状槽孔，光电板插入槽孔内，并焊接使光电池与电路连接，从主板上的印刷电路引出一组共8根线的线束，穿过外壳的槽孔与外界相连。 上述技术方案中，所述的左立板内侧焊接6个发光二极管，遮光罩上制有6个分光孔，光电板上焊接6个光电池。 本实用新型根据实际需要确定其二进制输出数码位数和码制，位数和码制均由方位码盘确定，位数可以是6位、7位、8位或更多位，位数越多，分辨率越高。6位的分辨率为
26 = 64，^ = 5.625°; 7位的分辨率为27 = 128，^ = 2.8125° 。显然，位数每增加一位，64 128
分辨率提高一倍。码盘可以是格雷码(Gray Code) 、BCD码或其它二进制码。本实用新型采
用格雷码。格雷码为循环码，每相邻两个代码变换一次，其码位只有一位变化，故误码率最低。 本实用新型有益效果是提供一种数字量输出，无盲区的方位指示器。它可以独立单机主动测量任一时刻任意地方的方位角度；单机测量体积小，重量轻；可与二次仪表组成自动控制系统和自动测量系统；其接口简便，匹配性好；与风向传感器结合可实现无盲区，高精度的自动风向测量。
四
图1、是本实用新型数字方位指示器结构剖视图；[0015] 图2、是图1中A-A剖视图；[0016] 图3、方位码盘展开图； 图4、光电转换系统和数字处理系统电气原理图。 图中标记1-下托盘、2_左立板、3_主板、4_光电板、5_光电池、6_遮光罩、7-码盘体、8_方位码盘、9_发光二极管UO-螺钉、11_上托盘、12_外壳、13_轴承座、14_宝石轴承、15_轴尖、16-螺母、17-磁钢座、18-磁钢、19-螺母、20-右立板、21-旋转轴、22_螺钉、23-线束。
五具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例作详细说明 参见图1、图2，一种输出为6位格雷码的方位指示器，包括支承框架、自由旋转指北机构，光电转换系统和数字处理系统。 其中支承框架由上托盘11、下托盘1和用螺钉10固定在上下托盘两侧的左立板2和右立板20构成，形成一刚性支架。自由旋转指北机构由旋转轴21、置于上下托盘螺纹孔中的轴承座13、置于轴承座内的宝石轴承14、与宝石轴承相匹配的针状轴尖15、呈长方体的磁钢座17、呈杯状透明的码盘体7以及具有方位码的方位码盘8组成，其中针状轴尖镶嵌在旋转轴两端的中心孔内，磁钢座用螺母19固定在旋转轴的凸出轴肩下方，磁钢座内左右对称置有圆柱状磁钢18，方位码盘粘贴在码盘体外壁上，码盘体底朝上用螺母16固定在旋转轴上的凸出轴肩上方，紧固前必须将两磁钢的N极对称对准方位码盘的0 °标记，通过调整镶有宝石轴承的上下轴承座13可使自由旋转指北机构即能自由旋转又不因间隙过大而晃动。 光电转换系统由6个发光二极管9以及6个光电池5和l个遮光罩6组成，其中遮光罩上设有6个小1分光孔，这6个分光孔与6个发光二极管9以及6个光电池5 —一对齐，6个发光二极管9焊接在左立板2内侧上，左立板2和右立板20插入主板3两侧插槽内再焊接。光电板4上焊接6个光电池5，并插入主板3长方形槽内再焊接。[0023] 数字处理系统包括主板3及其上面的电子线路和电子元器件，从主板3上引出一组共8根线的线束23作为信号的输出端子和供电端子，其中1-6为方位输出6位格雷码，依次排列，1为最低位，6为最高位，7为+5V电源，8为公共地线。 上述的6位码分辨率为5. 625° ，带有小数，即不直观，也不便于数据处理。采取取
整方式做如下处理，6位的分度数64改为60，这样分辨率就为^~ = 6Q ，将完全64组格雷
60
码去掉最前两组和最后两组就余60组。因格雷码为循环码，最前和最后去掉相同组数，余下的仍为循环码，且保持其连续性。 光电转换系统和数字处理系统工作原理参见图4。发光二极管Dl-D6由线束中的7和8两根线供电发出近红外光，经方位码盘上的机械代码(参见图3)调制后，通过遮光罩上的6个分光孔照射到光电板上的6个光电池El-E6上，由于光电池具有光电效应，便在其上感应出与方位码盘上的机械代码相对应的6位电信号代码，这6位电信号代码分别接到6个放大器U2-l、U2-3、U3-l、U3-3、U4-l、U4-3进行放大，放大后的6位电信号代码再分别接到由仏做统一基准电压的6个比较器U2-2、 U2-4、 U3-2、 U3_4、 U4_2、 U4-4上进行比较，依照6位电信号的逻辑关系，6个比较器便生成6位与方位码盘上的机械代码相对应的6位标准的与欲测方位相对应的6位格雷码，此6位格雷码由线束中的1-6输出。[0026] 上述四部分整体由外壳12罩在支承框架上，再由螺钉22紧固在下托盘上。[0027] 工作原理磁钢在地磁场作用下，磁钢的南北极始终指向地磁场的南北极。带有方位码的方位码盘与磁钢同步旋转。在欲测方位的方向上方位码盘有一组与该方位相对应的机械代码，此机械代码经光电转换，数据处理后便生成一组代表所测方位的电信号数字代码。 本实施例主要零件说明磁钢18为稀有金属合金材料高导磁率磁钢，其尺寸为小3X8。方位码盘8由不干胶为材料，经电脑控制的雕刻机雕刻而成。码盘体7用无色透明有机玻璃机械加工成型后再研磨抛光至全透明。轴尖15用小0.5高强度不锈钢研磨成型后，镶嵌在旋转轴21两端。旋转轴21用不锈钢机械加工成型。宝石轴承14为2. 5X2X0. 8刚玉锥形止推宝石轴承。轴承座13由不锈钢机械加工成型后再镶嵌上宝石轴承14。左立板2、右立板20、光电板4和主板3均为lmm厚印制电路板。遮光罩用不透光尼龙加工成型。发光二极管9为0805表贴红色发光二极管，峰值波长A p = 880nm。光电池5为2CR2. 2X3硅光电池，峰值波长Ap = 880nm，转换效率n = 6% -12%。[0029] 本实施例与风向传感器结合，可实现无盲区、高精度的风向自动测量。
权利要求一种数字方位指示器，其特征在于该指示器包括支承框架、自由旋转指北机构、光电转换系统和数字处理系统；所述的支承框架由圆形上托盘(11)和下托盘(1)、固定在上下托盘两侧的长条状左立板(2)和右立板(20)组成，其中上下托盘中心制有螺纹孔，支承框架外面罩有外壳(12)；所述的自由旋转指北机构由旋转轴(21)、置于上下托盘螺纹孔中的轴承座(13)、置于轴承座内的宝石轴承(14)、与宝石轴承相匹配的针状轴尖(15)、呈长方体的磁钢座(17)、呈杯状透明的码盘体(7)以及具有方位码的方位码盘(8)组成，其中针状轴尖镶嵌嚀¨旋转轴两端的中心孔内，磁钢座固定在旋转轴的凸出轴肩下方，磁钢座内左右对称置有圆柱状磁钢(18)，方位码盘粘贴在码盘体外壁上，码盘体底朝上固定在旋转轴上的凸出轴肩上方；所述的光电转换系统由设置在码盘体内的长条形光电板(4)、焊接在左立板(2)内侧的发光二极管(9)、上面制有分光孔的遮光罩(6)及焊接在光电板上的光电池(5)组成，其中遮光罩罩在光电板上，遮光罩上的分光孔分别与光电板上的光电池和左立板上的发光二极管一一对齐；所述的数字处理系统由带有印刷电路的主板(3)及其上面的电子元器件组成，其中，主板置于下托盘(1)上方，码盘体(7)下面，主板两侧制有两个插槽，左立板和右立板分别插入插槽内，并焊接使发光二极管(9)与电路连接，主板上制有长方形槽孔，焊接有光电池(5)的光电板(4)插入长方形槽孔内，并焊接使光电池(5)与电路连接，从主板上的印刷电路引出一组线束(23)，穿过外壳的槽孔与外界相连。
2. 根据权利要求l所述的数字方位指示器，其特征是所述的立板(2)内侧焊接6个发光二极管(9)，遮光罩(6)上制有6个分光孔，光电板(4)焊接6个光电池(5)。
专利摘要一种数字方位指示器，属于自动测量领域中的自动方位测量，涉及气象仪器风向自动测量。它包括支承框架、自由旋转指北机构、光电转换系统和数字处理系统，支承框架由圆形上下托盘、固定在上下托盘两侧的左右立板组成，自由旋转指北机构由旋转轴、置于上下托盘螺纹孔中的轴承座和宝石轴承、针状轴尖、磁钢座、及具有方位码的方位码盘组成，光电转换系统由设置在码盘体内的光电板、左立板内侧的发光二极管、制有分光孔的遮光罩及光电板上的光电池组成，数字处理系统由印制电路的主板及其电子元器件组成。它可单机测量任意地方的方位角度，体积小，重量轻，与二次仪表组成自动测量或自动控制，接口简便，匹配性好，与风向传感器结合，实现无盲区、高精度的风向自动测量。
文档编号G01C17/04GK201532198SQ200920094689
公开日2010年7月21日 申请日期2009年11月12日 优先权日2009年11月12日
发明者杨丹宇 申请人:长春气象仪器研究所