CN102401650A

CN102401650A - 一种定向指北装置

Info

Publication number: CN102401650A
Application number: CN2010102883129A
Authority: CN
Inventors: 高铭鸿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2012-04-04

Abstract

本发明提供一种可以同时克服及校正一般利用地磁感应的定向装置，解决经常受到各种干扰源产生的磁干扰而造成测量误差的定向指北装置；本发明利用惯性力产生定轴性和进动性的原理，从而寻得真北(正北)，再利用真北和磁北磁偏角数据同时克服及校正一般利用地磁感应的定向装置受到各种干扰源产生的磁干扰测量误差。从而可替代一般利用磁针感应的磁罗盘，做为现行的堪舆(风水)罗盘和便于携带式指北(南)针的相关工具使用，进而提升方向辨别的准确性。

Description

一种定向指北装置

技术领域

本发明涉及一种方向测量仪器，尤指提供一种可以同时克服及校正一般利用地磁感应的定向装置因常受到各种干扰源所产生磁干扰，而造成测量误差的惯性定向指北装置。

背景技术

现行普遍使用的定向装置俗称指北(南)针或罗盘(经)，其属于一种以中心一根磁针感应地球地磁南北磁极的装置，由于其极易取得及方便携带，因此被广泛地应用于日常生活或工作中，以用来辨别方向的装置(简称磁罗盘)。

利用磁针感应的磁罗盘早在几千年之前即被古人所发明、使用；而中华民族自古以来特有之一门应天时地利选择环境的堪舆(又称风水、地理)文化，主要就是利用磁罗盘做为上至城都下至一般家庭居所或家族祖先墓地的环境及方位的量测。

随着人类生活水平和科技日新月异，加上现代建筑技术和日常生活便利需求上，多了许多不同古代的生活设备环境，但也产生许多古代没有的干扰源，如电流、无线讯号、铁、钢筋、矿石，甚至于太阳黑子活动等等，而这些干扰源充斥在现代住家环境之中。因此，磁罗盘在上述干扰源的影响下，使得方向角度的量测不可避免的产生一定的误差。

众所周知，陀螺仪能制成指向仪器(陀螺罗经)，是因为陀螺仪有着自己的、独特的动力学特性，这些特性就是定轴性和进动性；其中，定轴性(gyroscopic inertia)是在不受外力矩作用时，自由陀螺仪主轴保持它的空间的初始方向不变；至于，进动性(gyroscopicprecession)则是在外力矩作用下，陀螺仪主轴的动量矩矢端以快捷方式趋向外力矩矢端，作进动运动或称旋进运动。

为使陀螺仪主轴指北端向西与子午面北半平面同步偏转，自然应想到用陀螺仪的进动特性，而陀螺仪的定轴性和进动性是可以利用外力矩的作用互相转化的。

而机械性质的陀螺仪很多都是直接由地球重力作用获得控制力矩的，故把这种力矩称为重力控制力矩。在实践中，通常都是利用固体或液体的重心下移方法直接获得重力控制力矩，我们看到重心下移的陀螺仪，不但有自动寻找子午面的性能，而且还能自动抵达子午面里的稳定位置；并保持跟随子午面同步转动即指北，成为名符其实的陀螺罗经。

现有的航海电罗经技术亦是利用此原理制成，但由于航海电罗经必须考虑船是行进在大海中，会产生纬度误差(latitude error)、速度误差(speed error)、冲击误差(ballistic error)、摇摆误差(rolling error)、基线误差等等，必须要配合很多机械结构和校正技术才能完整应用；以至于，电罗经体积及重量和所需电力过于庞大、校正时间过长，所以并不适合陆地上方位定向要具有可轻便携带的特性使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定向指北装置，以解决现有技术中指向装置经常会受到各种干扰源所产生的磁干扰，而造成测量误差的问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种定向指北装置，其中，包括：

一组壳体，其内部具有容置空间，以及在其顶部设有一开孔；

一陀螺仪，设在该组壳体的容置空间处，具有一个位于中心并可旋转的陀螺仪；

一分度盘总成，设在该壳体顶部的开孔处，该陀螺仪轴心相对设在该分度盘总成的中心。

进一步，该分度盘总成具有以陀螺仪轴心为旋转中心的两个盘面，该两个盘面以内、外圈的方式配置，并可互相调整角度差，以及在调整后可彼此固定。

进一步，该两个盘面上制作有堪舆及方位资料。

进一步，该陀螺仪为机械式陀螺仪。

进一步，该陀螺仪为多轴惯性自由陀螺仪。

进一步，该陀螺仪为数字式或感应式电子陀螺仪。

采用上述结构后，本发明利用陀螺仪角动量守恒的原理使高速旋转陀螺仪产生的惯性力，使得陀螺转子轴向具有定轴性和指向与地球自转轴同向(即真北)进动性的特性。从而可以使该陀螺仪取代磁罗盘惯用的磁针，而得到定向和真北的正确指向。

附图说明

图1为本发明的定向指北装置外观立体图；

图2为本发明的定向指北装置的平面结构俯视图；

图3为本发明的定向指北装置的结构剖视图。

图中：

10 定向指北装置 11 壳体

12 陀螺仪 121 陀螺仪轴向指针盘

13 分度盘总成 131 盘面

132 盘面

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1及图2所示，本发明定向指北装置10包括有：一组壳体11、一陀螺仪12，以及一分度盘总成13；其中：

壳体11概呈一方盒状，其内部具有供容纳陀螺仪12的容置空间，以及在其顶部设有一开孔，分度盘总成13即设在该壳体11顶部的开孔处。

陀螺仪12设在壳体11的容置空间处，该陀螺仪12可以为机械式自由陀螺仪、多轴向惯性陀螺仪，或是各类数字式电子陀螺仪，其主要具有一个位于中心可以旋转的陀螺仪12且与陀螺仪12轴向相同的陀螺仪轴向指针盘121，陀螺仪轴向指针盘121中心优选相对位于陀螺仪12的轴心上方及壳体11顶部的开孔中心处。

分度盘总成13设在壳体11顶部的开孔处，使陀螺仪12轴心相对设于分度盘总成13的中心；分度盘总成13具有以陀螺仪轴向指针盘121为旋转中心的两个盘面131、132，该两个盘面131、132以内、外圈的方式配置，并可互相调整角度差(即磁偏角)，以及在调整后可彼此固定；以及，该两个盘面131、132可进一步制作有关于堪舆和方位等相关资料。

本发明定向指北装置主要利用陀螺仪12旋转惯性力产生定轴性和进动性原理，一旦陀螺仪12开始旋转产生惯性力，基于角动量守恒理论，其陀螺转子的角动量使陀螺仪12转子轴向具备抗拒方向改变的趋向定轴性和进动性的性质，从而达到定向和寻得真北(正北)目的，再利用真北和磁北的磁偏角数据同时克服及校正一般利用地磁感应的定向装置受到各种干扰源产生的磁干扰测量误差。

本发明定向指北装置在使用时，即通过分度盘总成13的盘面131、132上的角度、数据与陀螺仪12的陀螺转子轴向指针盘121的轴向进行定向；利用陀螺转子高速旋转时轴向永远指北，而得到真北的正确指向，而可由陀螺仪12取代磁罗盘惯用的磁针，做为现行的堪舆(风水)罗盘和指北针使用，进而提升方向辨别的准确性。

再者，因在地球各个纬度不同的地区，真北和磁北有不同的磁偏角，一般磁偏角的数据可以由各大天文信息中心取得，抑或是在同纬度之同地区找出一个户外无磁干扰的地方，可先用磁罗盘测量磁北数据，再用本发明的定向指北装置量测一次换算真北数据，两者相差角度数据即是磁偏角数据。然后在有磁干扰地方量测，因本发明的定向指北装置利用惯性定向完全不受磁干扰影响，故可利用本发明的定向指北装置同时换算出在移动后有磁干扰地方得到正确方向的数据。

以及，该分度盘总成13内、外圈的盘面131、132经调整相差磁偏角并彼此固定后，当任一盘面旋转时，内、外圈的盘面131、132即可同步旋转，再以内圈零度角对应该陀螺仪轴向方向(或真北向)，即可利用两个盘面131、132调整相差磁偏角，同时得到磁北与真北以及其周围正确方向数据。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims

1.一种定向指北装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种定向指北装置，其特征在于，该分度盘总成具有以陀螺仪轴心为旋转中心的两个盘面，该两个盘面以内、外圈的方式配置，并可互相调整角度差，以及在调整后可彼此固定。

3.如权利要求2所述的一种定向指北装置，其特征在于，该两个盘面上制作有堪舆及方位资料。

4.如权利要求1或2所述的一种定向指北装置，其特征在于，该陀螺仪为机械式陀螺仪。

5.如权利要求1或2所述的一种定向指北装置，其特征在于，该陀螺仪为多轴惯性自由陀螺仪。

6.如权利要求1或2所述的一种定向指北装置，其特征在于，该陀螺仪为数字式或感应式电子陀螺仪。