CN100562709C - 倾角方向仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种倾角方向仪，包括一底座和一测量器，所述的测量器包括一球状的透明罩壳以及容置于该罩壳内的球体，且球体和罩壳之间填充有透明的防冻液体，所述的球体内部固定设置磁条和配重物，使球体在罩壳内成为一自由浮动的陀螺，其特征在于，所述的球体表面由重力决定的极点处设有标记；所述的球体表面沿纬线方向设有用于表示倾斜方向的方向角刻度，该方向角刻度与由球体内部的磁条所确定地理方向相对应；所述的罩壳表面设有两条正交的坐标轴，该坐标轴是以罩壳球心为圆心的圆或圆弧，坐标轴上设有用于测量倾角大小的刻度线，所述的刻度线是以球面等角刻度方法标识。

Description

倾角方向仪

技术领域

本发明涉及一种倾角仪，尤其涉及一种能够同时测量物体的倾斜角度和方向的倾角方向仪，将该倾角方向仪应用于运动的物体，还可以即时测量运动物体的倾斜姿态及其变化。

技术背景

目前，在建筑、安装、各类运输工具以及日常生活中，公知的水平仪、倾角仪以及姿态测量仪器等在测定倾角时一般只能够检验是否水平，或者只能够测量左右倾角或仰俯角的大小。由于这样的测量结果缺少方向参照系，所以在测量结果的认知、判断和使用方面常常出现困难。如果需要测量方向，一般要使用指南针等设备另行测量，不仅烦琐而且精度也会受到影响。

发明CN87201170公开了一种万向水平仪，它设有一个带有刻度线的薄壁透明的半球面体，一个指示小球和充满在内腔中的液体组成的半球型水准器。半球型水准器密封装配在一个收放式的底座上，底座上设指南针附件。上述的万向水平仪，可以测定被测平面的倾斜角度。但是受到结构的限制，指南针一般只适合水平条件下测量方向，在具有倾角的情况下并不适用，因此这类结构的倾角仪在需要精确测量和确定运动物体的姿态等场合就不能满足使用要求。

发明CN92237439公开了一种指南球，它有壳体，壳体的空腔内充有液体，液体上漂浮着底坠，底坠空腔的下部设有平衡块和磁铁，底坠的侧壁的上端与标示盘固定连接形成封闭芯体，该装置虽然具有定向功能，但是不能测量倾角。

因此，研制一种能够同时测量水平、倾角和方向的多功能测量器是非常有意义的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够同时测定物体的倾角及其方向的倾角方向仪，同时具有水平仪、倾角仪和方向仪的功能，能够唯一地确认和判定物体在空间中的状态。

根据本发明的目的，倾角方向仪包括一底座和一测量器，所述的测量器包括一球状的透明罩壳以及容置于该罩壳内的球体，且球体和罩壳之间填充有透明的防冻液体，所述的球体内部固定设置磁条和配重物，使球体在罩壳内成为一自由浮动的陀螺，在球体表面由重力决定的极点处设有标记，以极点确立的重力轴为中心建立用于测量方向的极坐标系，即在所述的球体表面沿纬线方向设有用于表示倾斜方向的方向角刻度，与由球体内部的磁条所确定地理方向相对应；在罩壳表面设立球面坐标系，即所述的罩壳表面设有两条正交的坐标轴，所述的坐标轴是以罩壳球心为圆心的圆或圆弧，坐标轴上设有用于测量倾角大小的刻度线，所述的刻度线是以球面等角刻度方法标识。

在重力和地磁力共同作用下，陀螺的状态是保持不变的，所以当倾角方向仪的底座与被测物体处于同一平面时，观测底座或者底座上固定的罩壳相对于陀螺的位置变化就可以测量物体的倾角和方向。

使用时，将倾角方向仪平放在被测物体上，转动倾角方向仪使罩壳上的某条用于测量倾角大小的刻度线和罩壳内的球体极点处的标记重合，此时该标记所对应的刻度线上的读数就是物体倾角的大小，该刻度线所对应的方向角读数就是被测物体倾斜的方向角度。

其中，所述的球体极点处的标记可以是设在球体表面上的标记，如小圆点、小十字等，并且此时球体极点处的标记可以是一个，或者是上下各设一个。当在所述球体的表面上设置两个极点标记，并且罩壳表面所设的两条测量倾角大小的刻度线为两个完整的圆的时候，本发明的倾角方向仪还可以用于测量顶面如天花板的倾斜状况。另一方面，所述的球体极点处的标记还可以是在球体和罩壳之间形成的一个气泡，即，在填充防冻液体的时候留一个气泡，因为这个气泡始终与球体的极点位置是一致的。优选的技术方案是在球体表面的上下极点处各标一个记号，它既可以避免由于气泡具有一定的面积或者由于倾角方向仪的振动引起气泡分裂等导致的读数不精确，同时也可以用于测量顶面的倾斜状况。

进一步地，还可以在球体表面的赤道处标设一水平刻度线，即球体表面上的赤道线，由赤道线决定的水平面与通过极点的重力轴相互垂直，以此水平刻度线作为倾角指示器，并在底座上与罩壳连接处环设用于表示左右倾角大小的刻度，则可以即时地测量运动物体的左右倾角、前后倾角、倾斜方向及其变化。底座上的左右倾角刻度值一般以倾角方向仪竖直放置时，倾角指示器所对应的刻度分别为刻度值0起点，刻度值的范围一般为4个0°～90°。使用时，将倾角方向仪竖直地固定在被测物体上，此时倾角指示器所对应的底座上的倾角刻度值即物体左右倾斜的角度，而倾角指示器所对应的罩壳上的刻度线的读数就是物体的仰俯角大小，也可以通俗地称其为前后倾斜的角度，球体极点处的标记与罩壳上所述的两条正交刻度线交点的连线所对应的方向角刻度的读数就是物体倾斜的方向。这种测量方式尤其适合应用于交通工具上，使用者可以方便地了解到车辆或其他交通工具的左右、前后倾斜的状况，并同时掌握其倾斜的方向。

此外，为了更方便地读取数值，还可以将倾角方向仪设计成可以倾斜地固定在被测物体上的形式，此时可以对倾角方向仪重新进行水平标定，令倾角方向仪的罩壳可以相对底座进行转动调整，则当底座以相对被测物体倾斜一定的角度固定放置的时候，转动罩壳使其表面上的某条刻度线与球体上的倾角指示器(即水平刻度线)相互对应，就可以采用上述方式读取被测物体的左右倾角、前后倾角和倾斜方向。

在本发明的较佳实施例中，所述的球体既可以是空心球体，也可以实心球体，只要在球体内部设置磁性物质和配重物，使得球体构成自由浮动的陀螺，就能够同样实现本发明的目的。

进一步地，本发明的倾角方向仪还可以包括一照明设备，设置在底座内，所述的照明设备可以是一个或多个发光二极管，外接电源或由电池供电，在环境光线不足的时候提供照明。

本发明的技术效果在于，采用球体、罩壳和底座组合而成的测量器，可以同时测量空间中被测物体的倾角角度和方向，比现有的倾角仪多测量一个参数。本发明的倾角方向仪不但适用于静态测量时的一般情况，也适用于顶面测量等静态测量中的特殊情况，同时还可以用在测量运动物体特别是交通工具的行驶状况上，通过测量运动物体的左右倾角、前后倾角和倾斜方向，可以很容易地掌握其运动和平衡状态。

附图说明

下面结合附图和最佳实施例对本发明进一步说明。

图1是倾角方向仪水平放置时的俯视图；

图2是图1的A-A向剖视图；

图3是图1中球体的俯视图；

图4是图1中球体的侧视图。

1-底座    2-测量器    3-球体    4-罩壳    5-配重物    6-磁条

7-防冻液体    8-倾角指示器    9-双凹垫片    10-校准螺钉

11-发光二极管  12-气泡

具体实施方式

以下结合附图和最佳实施例进一步说明本发明，但不构成对本发明的限制。

如图1所示，为本发明一最佳实施例水平放置时的俯视图，结合图2的A-A向剖视图，图中所示的倾角方向仪包括底座1和测量器2，测量器2由空心球体3和透明的罩壳4组成，罩壳4可以相对底座转动调整，球体3和罩壳4之间用透明的防冻液体7填充，并留有一个气泡12。罩壳4设置于挖空的底座1内，底座1上穿设有一校准螺钉10，罩壳4的底部对应该校准螺钉10的位置设有双凹垫片9，籍由校准螺钉10和双凹垫片9的配合可以校准和固定测量器2相对于底座1的位置。

如图2所示，球体3内部固定地设置有配重物5和磁条6，使球体3在罩壳4内构成一可以自由浮动的陀螺，参见图3，球体3表面上的上、下两个极点处做标记A点，作为读数指示标记。当倾角方向仪水平放置时，球体3上的极点标记A点与罩壳4的顶点B点以及气泡12的圆心处于同一竖直线上。

在罩壳4的表面上，以B点为原点设置有两条正交的以罩壳球心为圆心的圆形刻度线，刻度值范围均为两个0°～180°，即图1中罩壳的背面也有刻度，背面的刻度90°～180°在图1中未示出。当然，在其他的实施例中，前述的圆形刻度线也可以是圆弧，其量程的大小可以根据具体应用的需要设定为0°～180°之间的任意值。进一步，还可以经过B点在罩壳4的表面标设一个或者多个与前述两条正交圆形刻度线成一定夹角的同样用于表示倾角大小的刻度线，称其为辅助刻度线，从而可以更快更精确地读出倾角的大小。进一步，还可以在罩壳4表面的刻度线上0°、90°、180°处标记0°～5°的等角标记(即一个圆形)，当球体3上的极点标记A或者气泡12比较靠近这些等角标记时，可以更快更精确地进行倾角大小的读数。

如图1所示，在底座1上和罩壳4相连处环设有4个数值范围分别为0°～90°的左右倾角刻度值，当然该左右倾角刻度值也可以是两个0°～90°、两个0°～-90°。

如图3所示，球体3的表面标设赤道线，作为倾角指示器8。在球体3的表面上标明了由磁条6所确定的地理方向东、南、西、北，当然还可以将东北、西北、东南、西南也标示出来。在球体3的表面沿纬线方向设有用于表示倾斜方向的方向角刻度，用于标识被测物体的倾斜方向。在本实施例中，该方向角刻度以正北方向为起始0°，量程为360°，并且方向角刻度线以赤道线为中心对称设置。

如图2所示，底座1内还设置有发光二极管，使倾角方向仪在光线不足的环境中也能够正常使用，所述的发光二极管的数目可以根据照明需要确定。

上述的倾角方向仪使用灵活，这里采用两种不同的方式测量物体的倾角方向。

在测量静态物体时，将倾角方向仪水平放置于被测平面，转动倾角方向仪使罩壳4表面的某条刻度线和球体3上的极点标记A点重合，此时A点所对应的刻度值就是被测物体仰俯倾角的大小，而该刻度线所对应的方向角刻度值就是被测物体倾斜的方向。更为一般的情况是，测量时无须转动倾角方向仪，可以根据极点标记A在球面坐标系中的位置，根据球面等角刻度读出倾角的大小，倾斜方向就是极点标记A与罩壳4上的刻度线交点之间的连线所对应的方向角读数；还可以直接由倾角指示器8将物体的左右倾角、仰俯倾角、倾斜方向这样一个三维的向量读出来。需要指出的是，使用倾角指示器8测量时，因为倾角方向仪水平与被测物体之间的相对位置不同，一个物体的左右倾角、仰俯倾角、倾斜方向在数值上可能不是唯一的。但是，由左右倾角、仰俯倾角、倾斜方向这样一个三维向量所确定的物体的倾斜状况仍然是唯一的。用这样一个三维的向量表示物体的倾斜状况，在某些特殊使用环境下可能是非常有好处的，譬如在无法对倾角方向仪和被测物体的相对位置进行调整的时候。

在测量运动物体时，将倾角方向仪竖直或倾斜地固定在被测物体上，以汽车为例，为了方便读数，可以将倾角方向仪倾斜一定角度固定在汽车上，并在汽车处于水平状态时进行校准，调整罩壳4使罩壳4上的某条刻度线和球体3上的倾角指示器8平行，并使球体3上的极点标记A点位于罩壳4的另一条刻度线上的90°刻度处，此时，由倾角方向仪的倾角指示器8读出的汽车的初始位置的倾角为：左右倾角为0°，仰俯角或前后倾角读数为0°；方向则由极点标记A点所在的刻度线所对应的方向角刻度决定。需要指出的是，在汽车的行驶过程中，上述三个数值随汽车的倾斜状态发生变化，驾驶者可以很方便地掌握汽车左右和前后倾斜的角度，并确定汽车前进的方向，从而适时控制车辆姿态，确保安全行驶。

在本实施例中，虽然球体和罩壳之间留有气泡，但是在测量的过程中仍以球体3表面的极点标记A点作为读数指示器。本领域的技术人员应当理解，在本发明的其他实施方式中，气泡也可以作为一种极点标记进行读数。

本发明提供的倾角方向仪，由于加入了方向参照系，从而确立了物体倾角的唯一性，克服了现有倾角测量、记录、认知和判定的困难。本发明总体结构简单可靠，同时适用于在静态和动态两种情况下的测量，安装了照明设备后，又具有了在光线微弱环境下使用的功能，可广泛用于建筑、安装、汽车、轮船、摄影以及登山、旅行、探险、深海作业等行业，是一种理想的倾角方向测定装置。

Claims (9)

1、一种倾角方向仪，包括一底座和一测量器，所述的测量器包括一球状的透明罩壳以及容置于该罩壳内的球体，且球体和罩壳之间填充有透明的防冻液体，所述的球体内部固定设置磁条和配重物，使球体在罩壳内成为一自由浮动的陀螺，其特征在于，所述的球体表面由重力决定的极点处设有标记；所述的球体表面沿纬线方向设有用于表示倾斜方向的方向角刻度，该方向角刻度与由球体内部的磁条所确定地理方向相对应；所述的球体表面赤道处标设一作为倾角指示器的水平刻度线，该水平刻度线决定的水平面与通过极点的重力轴相互垂直；所述的罩壳表面设有两条正交的坐标轴，该坐标轴是以罩壳球心为圆心的圆或圆弧，坐标轴上设有用于测量倾角大小的刻度线，所述的用于测量倾角大小的刻度线是以球面等角刻度方法标识。

2、如权利要求1所述的倾角方向仪，其特征在于，所述的底座上在与罩壳连接处环设有左右倾角刻度。

3、如权利要求1所述的倾角方向仪，其特征在于，所述的球体极点处的标记是设在球体表面上的记号，或者是在球体和罩壳之间形成的一个气泡，或者是前述记号和气泡兼具。

4、如权利要求1所述的倾角方向仪，其特征在于，所述的罩壳可以相对底座转动调整。

5、如权利要求1所述的倾角方向仪，其特征在于，所述的罩壳表面上的两条正交的用于测量倾角大小的刻度线为两个圆，刻度值均为两个0°～180°，并在0°、90°、180°处做0°～5°的球面等角标记。

6、如权利要求1所述的倾角方向仪，其特征在于，所述的球体表面设有由所述的磁条确定的地理方向。

7、如权利要求1所述的倾角方向仪，其特征在于，所述罩壳的表面上，经过所述的两条正交刻度线的交叉点还设有至少一条辅助坐标轴及刻度线。

8、如权利要求1所述的倾角方向仪，其特征在于，所述的底座上穿设有一校准螺钉，所述的罩壳底部对应该校准螺钉的位置设有双凹垫片。

9、如权利要求1所述的倾角方向仪，其特征在于，所述的底座内部设有照明设备。

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