一种结构面产状无线测量仪器的制作方法

本发明涉及一种结构面产状测量仪器，尤其是涉及一种结构面产状无线测量仪器。

背景技术：

在地质领域，结构面是指岩体内开裂的和易开裂的面如层面、节理、断层、片理等又称不连续面。结构面的产状是指结构面在空间的延展方位。包含三个要素，即走向、倾向和倾角。

结构面走向是结构面与水平面相交线的方位，测量时将罗盘长边的底棱角紧靠结构面，当圆形水准器气泡居中时读指北或指南针所指度数即所求(因走向线是一直线，其方向可两边延伸，故读南、北针均可)。

结构面倾向的测量是指结构面向下最大倾斜方向线(真倾向线)在水平面上投影的方位。测量时将罗盘北段指向结构面向下倾斜的方向，以南端短棱靠着结构面，当圆形水准器气泡居中时，读指北针所指度数即所求。

结构面倾角是指结构面与假想水平面间的最大夹角，称真倾角。真倾角可沿结构面真倾斜线测量求得，若沿其他倾斜测得的倾角均较真倾角小，称为视倾角。测量时将罗盘侧立，使罗盘边长紧靠结构面，并用手指拨动底盘外之活动扳手，同时沿结构面移动罗盘，当管状水准器气泡居中时，测斜指针所指最大度数即结构面的真倾角。若测斜器是悬锤式的罗盘，方法与上基本相同，不同之处是手指按住底盘外的按钮，悬锤则自由摆动，当达最大值时松开手指，悬锤固定所指的读数即结构面的真倾角。

使用现有的机械罗盘方法对结构面产状进行测量都必须使圆形水准器气泡或管状水准器气泡居中，方能进行准确测量。因此，在实际使用过程中，需要工作人员手持检测器具到指定位置进行手动测量。不但需要耗费工作人员大量的时间校准水准器，同时在一些较高或位置危险的位置，还会严重威胁到工作人员的人身安全。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构面产状无线测量仪器，该无线测量仪器能够实现对结构面产状的无线智能测量。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种结构面产状无线测量仪器，包括固定连接的底座和测试头，所述测试头包括透光的球形测定壳、包裹在球形测定壳外的护罩以及设置在球形测定壳内的水浮磁针，球形测定壳内设置有水，所述水浮磁针内设置有电池以及与电池连接的测定激光灯，所述水浮磁针还通过挂绳连接有定位激光灯，所述定位激光灯与所述电池连接，所述护罩内壁设置有若干图像采集器，所述图像采集器的图像采集范围包含所述球形测定壳的全部球面，图像采集器通过中央处理器连接有无线传输模块。

通过采用上述技术方案，当需要对结构面的产状进行测量时，首先通过无人机等设备将无线测量仪器运送至需要测量的结构面，并将底座贴合在结构面上。水浮磁针可在指南针原理下保持指向南北方向，由于水浮磁针内设置有测定激光灯并连接有定位激光灯，且球形测定壳透光，测定激光灯以及定位激光灯射出的激光将会打在球形测定壳的外壳上并形成对应的光点，其中，定位激光灯与水浮磁针通过挂绳连接，在重力作用下，定位激光灯的照射方向不变。通过图像采集器采集球形测定壳球面的图像信息，并得到每一图像采集器所采集的图像信息。由于图像采集器的图像采集范围包含球形测定壳全部球面，所以图像采集器可采集到测定激光灯以及定位激光灯打在球形测定壳的外壳上的光点，通过中央处理器分析出两个光点对应相应图像的位置，即可测得底座的倾向和倾角，即相应结构面的产状。测得的产状数据以及图像数据可通过无线传输模块传输至工作人员，从而实现对结构面产状的无线测量。由于整个过程中实现了对结构面产状的无线测量，省去了工作人员人工测量的同时，也避免工作人员设身危险的环境，在一定程度上保证了工作人员的人身安全。

进一步的，所述水浮磁针的轴线穿过所述球形测定壳的球心，所述测定激光灯沿水浮磁针的轴线方向照射球形测定壳的外壳。

通过采用上述技术方案，由于水浮磁针的轴线穿过所述球形测定壳的球心，所述测定激光灯沿水浮磁针的轴线方向照射球形测定壳的外壳，使得的定激光灯只能够沿球形测定壳的径向照射球形测定壳，从而方便了工作人员将光点位置与球形测定壳倾向与倾角数据进行映射。

进一步的，所述水浮磁针外包裹有与球形测定壳内径配合的球形浮体，所述球形浮体内设置有密封腔。

通过采用上述技术方案，球形浮体的设置在一定程度上保证了水浮磁针相对与球形测定壳的位置的稳定性。进而保证了测量数据的准确性。

进一步的，所述球形测定壳的外壳设置有刻度。

通过采用上述技术方案，当球形测定壳上形成光点时，如球形测定壳的外壳上有刻度，可使得工作人员直接读取球形测定壳上的刻度，进而计算出相应的倾向和倾角，相比于仅通过图像分析的方式获得产状数据而言，加入了人工计算的验证方式，进一步的保证了产状数据的准确性。

进一步的，所述护罩为球形。

通过采用上述技术方案，将护罩设置为球形，可增加该测量仪器对外部物力冲击力的抵抗能力，在一定程度上保证了该测量仪器实用过程中的安全性和数据的稳定性。

进一步的，所述测试头与底座之间固定连接有连接杆。

通过采用上述技术方案，连接杆的设置使得测试头与底座之间具有一定的距离，方便了无线测量仪器的搬运。

进一步的，所述护罩包括与所述球形测定壳固定连接的底壳以及与底壳可拆卸连接的壳盖。

通过采用上述技术方案，由于护罩包括有底壳以及壳盖，在需要测量结构面产状时，可将壳盖盖合在底壳上，实现对产状的测量，当不需要测量结构面产状时，将壳盖拆下，可将该无线测量仪器当作指南针使用。

进一步的，所述底壳内壁与所述球形测定壳的外壳通过若干透明固定杆固定连接。

通过采用上述技术方案，固定杆不但能够实现外壳与球形测定壳之间的连接，同时也能够保持外壳与球形测定壳之间具有一定的间隙，为图像采集器预留出足够的图像采集空间。

进一步的，所述图像采集器设置为微型摄像头。

进一步的，所述中央处理器设置为单片机。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.安全性高，对于需要测定结构面产状的位置来说，其物理结构大部分都具有一定的不稳定性，通过无线测量的方式对结构面产状进行智能化测量，可避免工作人员进行实地测量，降低了人工测量结构面产状的危险性；

2.灵活性强，由于实现了无线测量，可通过该无线测量仪器对一些工作人员无法到达的位置进行产状测量，使用方便；

3.功能多样，该无线测量仪器不但能够用于结构面产状的测定，同时还能够当做指南针使用，相比于传统的测量仪器，更能够适用于野外使用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是无线测量仪器内部结构示意图；

图3是水浮磁针结构示意图；

图4是数据采集系统的系统图。

图中，1、底座；2、连接杆；3、测试头；31、护罩；311、底壳；312、壳盖；32、球形测定壳；33、球形浮体；331、固定隔板；34、水浮磁针；341、电池；342、测定激光灯；343、定位激光灯；344、挂绳；35、透明固定杆；4、数据采集系统；41、微型摄像头。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

一种结构面产状无线测量仪器，如图1所示，包括依次固定连接的底座1、连接杆2以及测试头3。其中，底座1优选为圆盘状底座1，测试头3外部的球形的护罩31包括有与连接管固定连接的底壳311以及与底壳311螺纹可拆卸连接的壳盖312。

如图2所示，测试头3还包括位于护罩31内的球形测定壳32以及设置在球形测定壳32内的球形浮体33，球形浮体33内设密封腔。其中密封腔内设置有固定隔板331，固定隔板331上表面固定设置有一水浮磁针34。球形测定壳32内填充有水，球形浮体33与球形测定壳32内径配合，并通过球形测定壳32内的水，漂浮在球形测定壳32内，水浮磁针34在磁力的作用下指向南北方向。

进一步的水浮磁针34的轴线穿过球形测定壳32的球心,且水浮磁针34相应于球形测定壳32球心的位置，通过挂绳344连接有定位激光灯343。如图3所示，固定隔板331相应于挂绳344的位置设置供挂绳344穿过的锥形孔。锥形孔的设置可使得挂绳344能够悬挂于水浮磁针34并沿球形测定壳32的径向自由摆动。

再参照图2和图3所示，水浮磁针34内设置有电池341，水浮磁针34一端设置有测定激光灯342，测定激光灯342以及定位激光灯343均与电池341连通。其中，测定激光灯342沿水浮磁针34轴线的延伸方向照射到球形测定壳32的外壳，定位激光灯343沿垂直于水平面向下的方向照射球形测定壳32的外壳。球形测定壳32为透明材料制作而成，当测定激光灯342与定位激光灯343照射到球形测定壳32的外壳时，球形测定壳32的外壳对应形成两个光点。优选的，测定激光灯342与定位激光灯343为不同颜色的激光灯，在一个实施例中，测定激光灯342为红色激光灯，定位激光灯343为绿色激光灯。

进一步的，在一个实施例中，为了方便携带该无线测量仪器，测试头3与底座1之间固定连接有连接杆2。

如图2和图4所示，该无线测量仪器内还设置有数据采集系统4，数据采集系统4包括固定设置在护罩31内壁的若干微型摄像头41、与微型摄像头41连接的中央处理器以及与中央处理器连接的无线传输模块。其中，为了实现微型摄像头41的图像采集范围包含球形测定壳32的全部球面，球形测定壳32与护罩31内壁之间固定有若干透明固定杆35。中央处理器优选为嵌入式单片机。在使用该无线测量仪器时，为工作人员配置数据接收终端，数据接收终端优选为设置在pc端的数据处理软。中央处理器以及无线传输模块集成于同一电路板中，并内嵌于上述底座1。

当需要对结构面产状进行测量时，首先通过无人机将该无线测量仪器运送到待测结构面，并使得底座1与结构面贴合。水浮磁针34可在指南针原理下保持指向南北方向，由于水浮磁针34内设置有测定激光灯342并连接有定位激光灯343，且球形测定壳32透光，测定激光灯342以及定位激光灯343射出的激光将会打在球形测定壳32的外壳上并形成对应的光点，其中，定位激光灯343与水浮磁针34通过挂绳344连接，在重力作用下，定位激光灯343的照射方向不变。此时各微型摄像头41所采集的图像上的光点位置将会与无线测量仪的摆放位置呈线性变化，通过图像识别技术，计算出微型摄像头41采集的图像中的光点的位置，可得出无线测量仪器的摆放角度和方向。

在一个实施例中，中央处理器将微型摄像头41所采集的图像数据依次进行均值化处理、差值处理以及二值化处理，以排除图像数据中干扰光线对数据判断干扰。再通过图像识别技术对图像数据进行分析，从而得出两个光点的位置数据。

在另一个实施例中，中央处理器将微型摄像头41所采集的图像数据通过无线传输模块传输至数据接收终端，并由工作人员进行数据处理。

进一步的，为了方便对微型摄像头41所采集的图像数据进行图像数据分析，在球形测定壳32的外壳设置有刻度。当球形测定壳32的外壳上形成光点时，微型摄像头41所采集的图像数据中可直接读出光点所在位置的坐标，从而方便工作人员对图像数据进行分析。

进一步的，上述护罩31包括与连接杆2固定连接的底壳311以及与底壳311螺纹可拆卸连接的壳盖312。位于底壳311与球形测定壳32之间的透明固定杆35两端分别与底壳311与球形测定壳32固定连接；位于壳盖312与球形测定壳32之间的透明固定杆35一端与壳盖312内壁固定连接，另一端与球形额定壳抵接。

当需要测量结构面产状时，将壳盖312盖合在底壳311上，以实现对结构面产状的数据测量；当不测量结构面产状时，可将壳盖312拆下，将球形测定壳32当做指南针使用，从而实现了该无线测量仪器的多功能应用。

进一步的，球形浮体33的上表面设置有方向标，当该无线测量仪器当做指南针使用时，可方便使用人员读取方向信息。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。