CN107289918A - 一种便携式寻北测距组合测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种便携式寻北测距组合测量装置，包括经纬仪和陀螺寻北仪，所述经纬仪通过对接锁紧机构与陀螺寻北仪连接，所述对接锁紧机构包括设置在经纬仪的底面上精密圆柱和支脚、以及设置在所述陀螺寻北仪顶面上的精密钢珠、压圈、卡盘和拨钮，所述支脚设有螺旋槽，所述卡盘设有与螺旋槽匹配对应的螺旋斜面，且可围绕所述压圈旋转，拨动所述拨钮可使卡盘旋转，所述卡盘通过螺旋斜面、螺旋槽与支脚紧密结合，使所述精密圆柱与一对精密钢珠紧密接触。本发明通过对接锁紧装置连接经纬仪和陀螺寻北仪，实现了快速安装和拆卸，同时对接精度可达±2″，对陀螺寻北仪的寻北精度影响甚微。

Description

一种便携式寻北测距组合测量设备

技术领域

本发明涉及一种寻北仪。更具体地，涉及一种便携式、具有寻北、测角、测距组装式的全自动高精度寻北仪。

背景技术

常用的寻北方法有惯性仪器寻北法、天文观测法、大地测量法、磁寻北、卫星定位法、参照物法等多种方法。但在坑道、水下等复杂地形、复杂天气以及战争环境等特殊条件下，磁寻北、天文观测法、大地测量法、卫星定位法和参照物法都会不同程度地受到制约，或者精度低，或者根本无法实施。只有利用惯性原理的寻北仪才能不受自然条件或环境的干扰，独立完成寻北任务。

陀螺经纬仪是由陀螺罗盘与经纬仪结合组成的一种精密仪器，它兼有定向和测角功能，按照陀螺罗盘效应，它能根据地球自转角速度的北向分量自动寻找并跟踪地理北向，并精确确定地面点的方位角。目前陀螺经纬仪半自动寻北，需要进行手动缩放陀螺，操作复杂时间长，易对陀螺悬丝造成损坏，对于使用维护水平要求高。现有国内陀螺经纬仪体积笨重，无法分拆使用且不便携带。若需要将两者进行组装式设计并保持能够分体独立使用，其中对接锁紧机构的重复对接精度对寻北测量精度影响很大，为了保证寻北测量精度，要求对接机构的重复精度偏差控制在一定范围内。目前国内市场还没有可以同时完成自准直测角和光学测距功能的自准直经纬仪，需要借助其他测量设备辅助完成，操作复杂且引入人为操作误差大，无法满足快速定向瞄准及测距的测量需求。同时，一般测距经纬仪采用激光测距无法满足-50℃工作环境，因此需要对现有的陀螺经纬仪进行改进设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种便携式、具有寻北、测角、测距组装式的全自动高精度寻北仪，解决现有测量设备自动化程度低、人为操作影响大、不便携带和灵活使用、准直与测距不同轴、低温测距的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种便携式寻北测距组合测量装置，包括经纬仪和陀螺寻北仪，所述经纬仪通过对接锁紧机构与陀螺寻北仪连接，所述对接锁紧机构包括设置在经纬仪的底面上精密圆柱和支脚、以及设置在所述陀螺寻北仪顶面上的精密钢珠、压圈、卡盘和拨钮，所述支脚设有螺旋槽，所述卡盘设有与螺旋槽匹配对应的螺旋斜面，且可围绕所述压圈旋转，拨动所述拨钮可使卡盘旋转，所述卡盘通过螺旋斜面、螺旋槽与支脚紧密结合，使所述精密圆柱与一对精密钢珠紧密接触。

优选地，所述精密圆柱和支脚的数量均为3个，间隔均匀的设置在所述经纬仪的底面上，所述精密钢珠的数量为3对。

优选地，所述陀螺寻北仪包括用于对陀螺房体进行下放和锁紧的锁放装置，该锁放装置包括由电机驱动的滚珠丝杠和一端与所述滚珠丝杠上的螺母连接的弹簧，通过调节所述滚珠丝杠的转速，使陀螺房体在不同的下放阶段具有不同的下放速度。

优选地，所述锁放装置还包括设置在陀螺房体上方的限位板，所述限位板开设有用于穿过悬带的孔洞，所述滚珠丝杠托动陀螺房体向上方移动锁紧时，所述弹簧将陀螺房体压紧在所述限位板上。

优选地，所述锁放装置在下放陀螺房体时分为三个阶段，在陀螺房体下放行程0～0.5mm内时，所述电机的转速为1500rpm，在陀螺房体下放形成0.5～0.8mm内时，所述电机的转速为500rpm，在陀螺房体下放形成0.8～2.5mm内时，所述电机的转速为3500rpm。

优选地，所述锁放装置在向上移动陀螺房体时，所述电机的转速为3500rpm。

优选地，所述锁放装置中驱动滚珠丝杠的电机为直流无刷电机。

优选地，所述经纬仪包括设置在望远物镜与调焦透镜之间的分光棱镜系统，所述经纬仪通过分光棱镜系统实现自准直测角和测距。

优选地，所述经纬仪自准直测角的实现过程为：通过自准直光源照亮处于望远物镜焦平面上的十字丝分划板，光通过望远物镜后形成平行光线射向目标棱镜，经目标棱镜反射后，寻原路返回至目镜并聚焦，通过观察自准直光返回像进行角度测量。

优选地，所述经纬仪测距包括外光路和内光路，所述外光路为光敏二极管发射的调制红外光经分光棱镜系统后，一路在经所述望远物镜射向目标棱镜后，经同一路径返回，再经所述分光棱镜系统使返回光被光电二极管接收，所述内光路为光敏二极管发射的调制红外光经分光棱镜系统后，另一路经所述分光棱镜系统中的光导纤维后，被所述光电二极管接收，所述经纬仪根据内、外光路调制红外光的相位差计算光的传播时间，并计算出距离。

本发明的有益效果如下：

本发明通过对接锁紧装置连接经纬仪和陀螺寻北仪，实现了快速安装和拆卸，同时对接精度可达±2″，对陀螺寻北仪的寻北精度影响甚微。本发明的对接锁紧装置空间紧凑、操作方便、对接和分离速度快；重复定位精度高，而且误差恒定；具有限位保护功能，可保证对接位置唯一性。

本发明采用悬丝陀螺自动锁放术，解决了半自动陀螺寻北仪不可避免的出现陀螺房体下放不稳现象，从而延长了定向测量时间的问题，使得寻北操作自动化，缩短了寻北时间；采用分体组装技术，可实现经纬仪与寻北仪可快速拆分使用，也可以组装使用。对接精度高且速度快，操作简单，对定向测量精度影响小；采用低温自准直同轴化技术，在经纬仪望远镜筒光路增加红外测距光路和自准直测角光路，实现视准轴、自准直光轴、测距光轴同轴，实现经纬仪同时具有自准直测角和红外测距功能。并且采用红外光源测距代替激光测距，解决-50℃工作环境的难题。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的结构分解图。

图2示出本发明对接锁紧机构上部结构示意图。

图3示出本发明对接锁紧机构上部结构示意图。

图4示出本发明对接锁紧机构下部结构示意图。

图5示出本发明对接锁紧机构下部结构示意图。

图6示出本发明锁放装置结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示的便携式寻北测距组合测量装置，包括经纬仪10和陀螺寻北仪20，经纬仪10通过对接锁紧机构30与陀螺寻北仪20连接。如图2～5所示，对接锁紧机构30包括上部结构31和下部结构32，上部结构31包括精密圆柱301、支脚302、下部结构32包括精密钢珠303、压圈304、卡盘305和拨钮306。精密圆柱301和支脚302的数量为3个，间隔均匀地设置在经纬仪10的底面上。精密钢珠303、压圈304、卡盘305和拨钮306设置在陀螺寻北仪20的顶面上，精密钢珠303成对设置，每一对精密钢珠303与一个精密圆柱301匹配对应设置，使精密圆柱301位于两个精密钢珠303之间。压圈304与陀螺寻北仪20的顶面固定连接，卡盘305设置在压圈304内并可围绕其旋转，拨钮306与卡盘304连接，通过旋转拨钮306可使卡盘305旋转。支脚302上设有螺旋槽，卡盘304上设有与螺旋槽对应的螺旋斜面，

经纬仪10与陀螺寻北仪20对接时，将经纬仪底座上的三个精密圆柱301分别对准寻陀螺北仪主机顶面上的三对精密钢珠303，两者完全接触后拨动拨钮306驱动卡盘305旋转，使卡盘305的螺旋斜面与支脚302的螺旋槽紧密结合，使每个精密圆柱301压紧在对应的一对精密钢珠303上，从而限制经纬仪10的六个自由度，实现经纬仪10与陀螺寻北仪20的快速对接。经纬仪10与陀螺寻北仪20主机分离时，拨动拨钮306驱动卡盘304旋转，使卡盘304的螺旋斜面与支脚302的螺旋槽分离，使每个精密圆柱301与对应的一对精密钢珠303的外加压紧力消失，实现经纬仪与寻北仪主机的快速分离。

本发明进一步在陀螺寻北仪20内设置有锁放装置，该锁放装置用于对陀螺房体进行下放和向上方移动的锁紧，无需安装码盘或选转变压器,位置开关只需要一个，整体方案可靠性高。如图6所示，锁放装置包括，驱动电机201、滚珠丝杠202、弹簧203和限位板204，本实施例中驱动电机201为直流无刷电机驱动滚珠丝杠202旋转，直流无刷电机由于无机械电刷，寿命长，转速高，可靠性与有刷直流电机相比更具有优势。弹簧203的一端与滚珠丝杠上的螺母连接，另一端与陀螺房体接触，通过滚珠丝杠202的旋转，带动陀螺房体下降。直至弹簧203与陀螺房体脱离，陀螺房体上的悬带穿过限位板204。

缩紧装置是通过将电机安装于陀螺房体下方，通过处理器控制电机201带动滚珠丝杠202来代替人工手动操作，执行托起锁紧房体，放下下放房体的动作。电机通过调速控制在提高房体锁放时间的同时，使房体由托起到放下的状态转换尽量平稳。

缩紧装置下放陀螺房体分为如下三个阶段：

在陀螺房体下放行程的0～0.5mm内时，为了保证下放时间满足要求，电机的转速为1500rpm；

在陀螺房体下放形成0.5～0.8mm内时，为了保证陀螺房体下放的平稳，电机的转速为500rpm，

在陀螺房体下放形成0.8～2.5mm内时，因弹簧203已经与陀螺房体脱离，电机的转速为3500rpm。

锁放装置向上方移动托起陀螺房体时，因不用考虑陀螺房体锁紧的平稳，故全程电机采用3500rpm转速实现陀螺房体的锁紧，保证锁紧时间满足要求。锁紧行程结束时，弹簧203将陀螺房体压紧在限位板204上。

本发明的经纬仪进一步在在望远物镜与调焦透镜间设置分光棱镜系统，通过该分光棱镜系统同时实现望远物镜的测角和测距功能。自准直测角的实现，通过自准直光源照亮处于望远物镜焦面上的十字丝分划板，光通过望远物镜口后形成平行光线射向目标棱镜，经目标棱镜反射后，寻原路返回至目镜并聚焦，通过观察自准直光返回像可以进行精确角度测量。同时其测距部分的外光路系统又能使测距部分的光敏二极管发射的调制红外光在经物镜射向反光棱镜后，经同一路径反射回来，再经分光棱镜作用使回光被光电二极管接收；为测距需要在仪器内部另设一内光路系统，通过分光棱镜系统中的光导纤维将由光敏二极管发射的调制红外光也送给光电二极管接收，进而由内、外光路调制光的相位差间接计算光的传播时间、计算实测距离。从而实现视准轴、自准直光轴、测距光波的发射、接收光轴同轴化。

同轴化设计使得经纬仪10望远镜一次瞄准即可实现同时测定水平角、垂直角、和斜距等全部测量要素的测定功能。再加上经纬仪便捷的数据处理功能使经纬仪的使用更加方便。通过试验验证，能够在低温-50℃条件下有效进行测角和测距，保证了全天候测量的实现。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种便携式寻北测距组合测量装置，包括经纬仪和陀螺寻北仪，其特征在于，所述经纬仪通过对接锁紧机构与陀螺寻北仪连接，所述对接锁紧机构包括设置在经纬仪的底面上精密圆柱和支脚、以及设置在所述陀螺寻北仪顶面上的精密钢珠、压圈、卡盘和拨钮，所述支脚设有螺旋槽，所述卡盘设有与螺旋槽匹配对应的螺旋斜面，且可围绕所述压圈旋转，拨动所述拨钮可使卡盘旋转，所述卡盘通过螺旋斜面、螺旋槽与支脚紧密结合，使所述精密圆柱与一对精密钢珠紧密接触。

2.根据权利要求1所述的便携式寻北测距组合测量装置，其特征在于，所述精密圆柱和支脚的数量均为3个，间隔均匀的设置在所述经纬仪的底面上，所述精密钢珠的数量为3对。

3.根据权利要求1所述的便携式寻北测距组合测量装置，其特征在于，所述陀螺寻北仪包括用于对陀螺房体进行下放和锁紧的锁放装置，该锁放装置包括由电机驱动的滚珠丝杠和一端与所述滚珠丝杠上的螺母连接的弹簧，通过调节所述滚珠丝杠的转速，使陀螺房体在不同的下放阶段具有不同的下放速度。

4.根据权利要求3所述的便携式寻北测距组合测量装置，其特征在于，所述锁放装置还包括设置在陀螺房体上方的限位板，所述限位板开设有用于穿过悬带的孔洞，所述滚珠丝杠托动陀螺房体向上方移动锁紧时，所述弹簧将陀螺房体压紧在所述限位板上。

5.根据权利要求3所述的便携式寻北测距组合测量装置，其特征在于，所述锁放装置在下放陀螺房体时分为三个阶段，在陀螺房体下放行程0～0.5mm内时，所述电机的转速为1500rpm，在陀螺房体下放形成0.5～0.8mm内时，所述电机的转速为500rpm，在陀螺房体下放形成0.8～2.5mm内时，所述电机的转速为3500rpm。

6.根据权利要求5所述的便携式寻北测距组合测量装置，其特征在于，所述锁放装置在向上移动陀螺房体时，所述电机的转速为3500rpm。

7.根据权利要求3所述的便携式寻北测距组合测量装置，其特征在于，所述锁放装置中驱动滚珠丝杠的电机为直流无刷电机。

8.根据权利要求1所述的便携式寻北测距组合测量装置，其特征在于，所述经纬仪包括设置在望远物镜与调焦透镜之间的分光棱镜系统，所述经纬仪通过分光棱镜系统实现自准直测角和测距。

9.根据权利要求8所述的便携式寻北测距组合测量装置，其特征在于，所述经纬仪自准直测角的实现过程为：通过自准直光源照亮处于望远物镜焦平面上的十字丝分划板，光通过望远物镜后形成平行光线射向目标棱镜，经目标棱镜反射后，寻原路返回至目镜并聚焦，通过观察自准直光返回像进行角度测量。

10.根据权利要求9所述的便携式寻北测距组合测量装置，其特征在于，所述经纬仪测距包括外光路和内光路，所述外光路为光敏二极管发射的调制红外光经分光棱镜系统后，一路在经所述望远物镜射向目标棱镜后，经同一路径返回，再经所述分光棱镜系统使返回光被光电二极管接收，所述内光路为光敏二极管发射的调制红外光经分光棱镜系统后，另一路经所述分光棱镜系统中的光导纤维后，被所述光电二极管接收，所述经纬仪根据内、外光路调制红外光的相位差计算光的传播时间，并计算出距离。