CN101196567A

CN101196567A - 数字式地质罗盘

Info

Publication number: CN101196567A
Application number: CNA2007101885568A
Authority: CN
Inventors: 李三忠; 金宠; 黄铭
Original assignee: HUANG MING JIN CHONG LI SANZHONG; HUANG MING JIN CHONG LI SANZHO
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2027-12-11
Also published as: CN101196567B

Abstract

本发明涉及一种数字式地质罗盘，包括底座、上盖、上盖双轴加速度传感器、磁阻传感器、底座双轴加速度传感器、处理单元、存储单元、外部接口、卫星定位单元和显示单元；上盖双轴加速度传感器安装在上盖内，磁阻传感器和底座双轴加速度传感器同向水平安装在底座内。本发明解决了传统地质罗盘使用烦琐、人为误差大、与现代微机无法并用的技术问题，具有使用方便、测量精度高、应用范围广、可以和PC机连接的优点。

Description

数字式地质罗盘

技术领域

本发明涉及一种地质罗盘。

背景技术

罗盘在地质工作中具有十分重要的意义，被称为地质工作的三件宝之一，但是传统地质罗盘的使用非常烦琐、人为误差大、与现代微机无法并用，给广大地质工作者，尤其是研究构造的地质工作者带来很大的麻烦，且十分耗时，而国内外对此都没有引起很大的重视。随着自动数字化技术的发展，研制数字地质罗盘从而减轻地质工作者的负担，提高工作效率是具有非常重要意义的。

发明内容

本发明目的是提供一种数字式地质罗盘，其解决了传统地质罗盘使用烦琐、人为误差大、与现代微机无法并用等技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种数字式地质罗盘，包括由底座3和上盖5组成的外壳，所述上盖5设置有镜子20、透光孔9、对物觇板小孔6，所述镜子20上设置有垂直线8，所述底座3设置有对目觇板1对目觇板小孔12，其特殊之处是，其还包括上盖双轴加速度传感器16、磁阻传感器19、底座双轴加速度传感器13、处理单元17、存储单元18和显示单元；所述上盖双轴加速度传感器16安装在上盖5内且与上盖5的顶面保持平行，其X轴与上盖5右棱边保持平行，Z轴与上盖5平面保持垂直；所述磁阻传感器19和底座双轴加速度传感器13同向水平安装在底座3内且与底座3平面保持平行，底座双轴加速度传感器13的Y轴平行于对目觇板1的轴线。

上述显示单元可以是设置在底座3上的底座显示屏10。

上述显示单元还可以是设置在底座3上的底座显示屏10和设置在上盖5上的上盖显示屏7。

上述数字式地质罗盘还包括可与计算机连接的外部接口15。

上述数字式地质罗盘还包括卫星定位单元14。

上述数字式地质罗盘的底座3上设置有至少一个输入按键11，所述输入按键11包括观察面的空间位置测量按键、目的物方位测量按键、目的物倾角测量按键、清零按键、确认按键、磁偏角矫正按键或/和删除按键。

上述数字式地质罗盘还包括扬声器4。

上述数字式地质罗盘还包括补偿旋钮2。

本发明具有如下优点：

1、使用方便。数字地质罗盘是具有自动化功能的新型罗盘，它相对于传统地质罗盘最大优势是：可自动读取传感器所测的各个角度数据并在显示单元上显示各角度数据；可自动存储所测出的数据和提供手动清零；可提供矫正磁偏角的输入，自动补偿和测量后的手动清零；可提供和PC的接口，能把所测数据直接输入到PC，方便数据的后处理；无线通讯模块提供无线链接功能，方便数据的共享和传输；无线测距模块提供测距功能；卫星定位扩展模块，提供当地的坐标，海拔和当地时间，结合软件内置地理位置磁偏角对照表自动修正磁偏角；在两个不同地点测量目的物的方位角和倾角，结合当地的地理信息(坐标和海拔)，结算目的物的地理信息(坐标和海拔)，完成目的物的测高和测距；可测出任何一个观察面、线的空间方位(如岩层层面、褶皱轴面、断层面、节理面、褶皱枢纽、拉伸线理……等构造面/线的空间位置)，以及火成岩的各种构造要素，矿体的产状等；可测量目的物方位，包括目的物的方位角和倾角；可提供小量程的刻度标尺。本发明在上盖上设置了一个上盖显示屏，方便使用者在不方便观察底座显示屏时进行观察。

2、测量精度高、范围广：倾角0°～90°，方位0°～365°(以地理北为0°)。

3、由于在使用过程中，对于可能出现的误操作，本发明通过删除按键可以删除不必要或者错误的数据，数据编号自动调整。

4、数字地质罗盘提供和PC的接口，文件按类别可读取，文件类型也提供大部分地质软件和办公软件的可兼容性，如dat文件格式、xls文件格式、txt文件格式。

附图说明

图1是本发明的电路原理示意图；

图2是本发明的外部结构示意图；

图3是本发明的内部结构示意图；

其中：1-对目觇板，2-补偿旋钮，3-底座，4-扬声器，5-上盖，6-对物觇板小孔，7-上盖显示屏，8-垂直线，9-透光孔，10-底座显示屏，11-输入按键，12-对目觇板小孔，13-底座双轴加速度传感器，14-卫星定位单元，15-外部接口，16-上盖双轴加速度传感器，17-处理单元，18-存储单元，19-磁阻传感器，20-镜子。

具体实施方式

数字地质罗盘是运用多种传感器和数字芯片的自动化程度较高的机电产品，其电路原理图参见图1，其上盖和底座的外部结构示意图参见图2，其上盖和底座的内部结构示意图参见图3，包括底座、上盖、上盖双轴加速度传感器、磁阻传感器、底座双轴加速度传感器、处理单元、存储单元、显示单元、卫星定位单元、扬声器、外部接口以及至少一个输入按键；其中：上盖设置有镜子、透光孔、对物觇板小孔，镜子上设置有垂直线，对物觇板小孔、垂直线、透光孔设置在同一条线上，底座设置有对目觇板及对目觇板小孔，上盖双轴加速度传感器安装在上盖内且与上盖顶面保持平行，其X轴与上盖右棱边保持平行，Z轴垂直上盖平面；磁阻传感器和底座双轴加速度传感器同向(磁阻传感器的X轴和底座双轴加速度传感器的X轴同向，同时磁阻传感器的Y轴和底座双轴加速度传感器的Y轴同向)水平安装在底座内且与底座平面保持平行，底座双轴加速度传感器的X轴或Y轴平行于觇板轴线；显示单元包括设置在底座上的底座显示屏和设置在上盖上的上盖显示屏；外部接口主要是和计算机连接；输入按键包括观察面的空间位置测量按键、目的物方位测量按键、目的物倾角测量按键、清零按键、确认按键、磁偏角矫正按键或/和删除按键。

本发明原理如下：

1]岩层走向、倾角、倾向(以及各种线理)的测量原理：

1.1]罗盘水平调整：手持罗盘，底座双轴加速度传感器的输出信号经过处理单元的运算反映在显示单元上，使用者可以很直观的做出相应的调整，为各测量提供一个水平基准面；

1.2]观察面(线)的空间位置的测量：当底座双轴加速度传感器的两轴输出将近为零时，即显示屏显示圆十字图形，根据传感器的两轴输出确定光标点在圆十字内的位置，当水平时，光标位于圆十字中心，扬声器发声提示水平调零完毕，发送读取信号给处理单元，处理单元读取底座双轴加速度传感器的信号，并将上盖双轴加速度传感器的输出信号进行运算，解算出岩层的倾角，同时读取磁阻传感器信号从而解算出岩层走向角度和倾向角度，然后将运算出的岩层走向角度、倾角和倾向角度传输给存储单元，同时将三个角度值反映至显示单元。操作完毕，处理单元给扬声器发送测量完毕信号，扬声器反应，通知使用者测量完毕。

2]目的物方位测量原理：

2.1]目的物方位角测量：数字地质罗盘和传统地质罗盘一样，在罗盘的外壳装有瞄准对物觇板，测量时，使对物觇板指向测物，即使罗盘北端对着目的物，南端靠着自己，进行瞄准，使目的物，对物觇板小孔，镜子上的垂直线，对目觇板小孔等连在一直线上，同时使圆光标居中，处理单元读取磁阻传感器信号并进行运算，将解算角度反映至显示单元，并传输给存储器自动存储。操作完毕，处理单元给扬声器发送测量完毕信号，扬声器反应，通知使用者测量完毕。

2.2]目的物倾角测量：测量时，调整上盖，使上盖双轴加速度传感器的Z轴与底座双轴加速度传感器的Y轴平行，对物觇板指向测物，瞄准，使目的物，对物觇板小孔连在一条直线上，沿对物觇板轴线转动罗盘，当上盖双轴加速度传感器X轴输出为最大，自动采集加速度传感器信号，解算出观察者和目的物的倾角，将倾角反映至显示单元，并传输给存储器自动存储，操作完毕，处理单元给扬声器发送测量完毕信号，扬声器反应，通知使用者测量完毕。

3]目的物位置测量原理：

加入卫星定位单元后，通过采集两处当地的地理信息，并测量目的物的方位，通过如下公式可以求出目的物的地理信息。

m_{1} = {taga}_{1} \times \sqrt{1 + tag {b_{1}}^{2}} \times \frac{| Y_{0} - Y_{1} |}{Y_{0} - Y_{1}}

m_{2} = {taga}_{2} \times \sqrt{1 + {tagb}_{2}^{2}} \times \frac{| Y_{0} - Y_{2} |}{Y_{0} - Y_{2}}

Y_{0} = \frac{Z_{2} - Z_{1} + m_{1} \times Y_{1} - m_{2} \times Y_{2}}{m_{1} - m_{2}}

Z₀＝m₁×(Y₀-Y₁)+Z₁

X₀＝tagb₁×(Y₀-Y₁)+X₁

其中：

(X₀，Y₀，Z₀)是目的物的坐标，(X₁，Y₁，Z₁)，(X₂，Y₂，Z₂)分别

是测量点1，2的当地坐标，由卫星定位系统提供；

taga₁，taga₂是测量点1，2测定目的物的倾角；

tagb₁，tagb₂是测量点1，2测测定目的物的方位角。

4]补偿软硬磁干扰原理：

根据罗差原理，无干扰时，磁阻传感器的X轴和Y轴在水平面上测量地磁场的水平分量，罗盘旋转一周，采样点绘制的图形为一个正圆，磁北极相对罗盘的偏角就是该点Y轴分量与X轴分量相除的正切值。当存在干扰时，采样点绘制的图形为一个偏心椭圆，使解算磁北极时产生误差。应用如下公式可以将偏离轨迹的采样点解算到圆上，补偿干扰所产生的误差。

E_{i, 1} = X_{i}^{2},

E_i，2＝X_i，

E_i，4＝Y_i；

G＝E^-1；

ax = \sqrt{\frac{1}{G_{1}}},

ay = \sqrt{\frac{1}{G_{2}}},

bx = - \frac{G_{2}}{2 \times G_{1}},

by = - \frac{G_{4}}{2 \times G_{3}};

X_{i}^{`} = \frac{X_{i} - bx}{ax},

Y_{i}^{`} = \frac{Y_{i} - by}{ay}

其中：

i为采样的点数；

X_i，Y_i为原始数据；

X_i`，Y_i`为修正后的数据。

Claims

1.一种数字式地质罗盘，包括由底座(3)和上盖(5)组成的外壳，所述上盖(5)设置有镜子(20)、透光孔(9)、对物觇板小孔(6)，所述镜子(20)上设置有垂直线(8)，所述底座(3)设置有对目觇板(1)对目觇板小孔(12)，其特征在于：其还包括上盖双轴加速度传感器(16)、磁阻传感器(19)、底座双轴加速度传感器(13)、处理单元(17)、存储单元(18)和显示单元；所述上盖双轴加速度传感器(16)安装在上盖(5)内且与上盖(5)的顶面保持平行，其X轴与上盖(5)右棱边保持平行，Z轴与上盖(5)平面保持垂直；所述磁阻传感器(19)和底座双轴加速度传感器(13)同向水平安装在底座(3)内且与底座(3)平面保持平行，底座双轴加速度传感器(13)的Y轴平行于对目觇板(1)的轴线。

2.根据权利要求1所述的数字式地质罗盘，其特征在于：所述显示单元包括设置在底座(3)上的底座显示屏(10)。

3.根据权利要求1所述的数字式地质罗盘，其特征在于：所述显示单元包括设置在底座(3)上的底座显示屏(10)和设置在上盖(5)上的上盖显示屏(7)。

4.根据权利要求1或2或3所述的数字式地质罗盘，其特征在于：所述数字式地质罗盘包括可与计算机连接的外部接口(15)。

5.根据权利要求4所述的数字式地质罗盘，其特征在于：所述数字式地质罗盘包括卫星定位单元(14)。

6.根据权利要求5所述的数字式地质罗盘，其特征在于：所述数字式地质罗盘的底座(3)上设置有至少一个输入按键(11)，所述输入按键(11)包括观察面的空间位置测量按键、目的物方位测量按键、目的物倾角测量按键、清零按键、确认按键、磁偏角矫正按键或/和删除按键。

7.根据权利要求6所述的数字式地质罗盘，其特征在于：所述数字式地质罗盘包括扬声器(4)。

8.根据权利要求5或6或7所述的数字式地质罗盘，其特征在于：所述数字式地质罗盘包括补偿旋钮(2)。