CN110440776B - 一种三轴自校准式罗盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三轴自校准式罗盘，包括透明壳体、设在透明壳体内的横轴，该横轴的两端与透明壳体两侧的中部活动连接，横轴的中部固定连接有外球体，该外球体内设置有一內球体；外球体开设有与水平面垂直的环形切口；透明壳体内还设有一与水平面垂直的竖轴，该竖轴的上端连接有水平指南针，竖轴的下端设有重物坠，并在竖轴上固定有与内球体同心的而与开口环形切口一致的刻度盘；结构简单，指南针在重物坠作用下始终处于水平位置，在测量时无需进行人工水平校准；圆形刻度盘能够对待测斜面的倾角进行检测，同样无需人工校准；将透明壳体一个面与待测斜面贴合接触，一次性得到待测斜面的方位和倾角两个参数，测量时更加方便，测量出的数据更加精确。

Description

一种三轴自校准式罗盘

技术领域

本发明涉及方位和姿态检测领域，具体涉及一种三轴自校准式三轴自校准式罗盘。

背景技术

产状数据(主要是平面的方位角和倾角)是一种重要的空间信息，可以唯一定义某一倾斜平面的姿态，倾斜平面与水平面的交线方位即平面的走向，倾斜平面与水平面的夹角即为平面的倾角。目前在进行测量时需要与罗盘进行接触，首先需要对罗盘进行人工校准到水平面，才能够保证罗盘有效测得方位角，再次需要将罗盘进行人工校准到铅直面上，才能保证测得测得待测倾斜平面的倾角，该测得的数据精确度不高，且测量时很困难，在人不可达到的地方则无法测量。

目前随着自动化信息时代带来了巨大的变化，研究人员迫切需要一种自动化程度高的罗盘，以便简化测量步骤并测得一些之前无法到达位置的数据，无需进行人工校准，在任何情况下，都能够保证罗盘存在一个水平面，存在一个铅直面，同时测得两组数据，检测到的数据更加准确的装置。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种使用方便，在任何环境中，罗盘都能保证内部构造存在一个水平面，存在一个铅直面，存在一个代表任意姿态待测面的倾斜面，无需进行人工校对的且能同时测得两个参数的三轴自校准式罗盘。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，一种三轴自校准式罗盘，包括透明壳体、设在透明壳体内的横轴，该横轴的两端与透明壳体两侧的中部活动连接，且该横轴能够绕着其中心线进行转动，所述横轴的中部固定连接有外球体，该外球体内设置有一內球体,且该内球体相对外球体进行转动；所述的外球体的上下两端分别开设有与水平面垂直的环形切口，且该环形切口与横轴的中心线位于同一垂直面上，所述环形切口的两端延伸到横轴与外球体交叉部；

所述透明壳体内还设有一与水平面垂直的竖轴，该竖轴的上端固定连接有与水平面平行的水平指南针，竖轴的下端依次穿过外球体上下两端的环形切口与外球体外设有的重物坠固定连接，且该竖轴的中部穿过内球体中心并与内球体固定连接。

所述外球体上下两端的环形切口相连通，所述横轴与外球体连接端的端部上设有横向贯穿孔，该横向贯穿孔与环形切口连通，所述环形切口内设有一环形倾角刻度盘，该环形倾角刻度盘固定套设在内球体上，且该环形倾角刻度盘随着内球体沿环形切口转动。

所述横轴包括左横轴和右横轴组成，所述横向贯穿孔分别设在左横轴和右横轴与外球体的连接端，且所述左横轴和右横轴上横向贯穿孔两侧的端部分别与环形切口两侧的外球体固定连接；所述左横轴和右横轴相背离的端部与透明壳体的两侧面活动连接。

所述左横轴和右横轴为中孔状，且该左横轴和右横轴中部为椭圆状，所述椭圆状的中心到内球体之间的距离与重物坠和水平指南针到内球体之间的距离相等，所述左横轴和右横轴的端部分别套在透明壳体两侧设有的凸起上,设在左横轴和右横轴上的横向贯穿孔分别延伸到左横轴和右横轴中部的椭圆状上，且该延伸到椭圆状上的横向贯穿孔的宽度大于水平指南针和重物坠的直径。

所述透明壳体的形状为正方形或长方形，且由两个半透明壳体扣合而成。

所述的环形倾角刻度盘与内球体为一体结构，且环形倾角刻度盘上刻有四个象限的0～90°数字标识。

本发明的有益效果是：结构简单，在使用的过程中，指南针始终处于水平状态，在测量时无需进行人工校对；横轴因透明外壳姿态的不同而与铅直竖轴有变化的夹角，横轴在竖轴上固定的圆形刻度盘上的锐夹角度数即为待测斜面的倾角，同样无需人工校准；将透明壳体一个面与待测斜面贴合接触，即可一次性得到待测斜面的方位和倾角两个参数；测量时更加方便，测量出的数据更加精确，适用范围广。

附图说明

图1是本发明的轴侧透视结构示意图；

图2是本发明中正视结构示意图；

图3是本发明中俯视结构示意图；

图4为本发明中正视剖面结构示意图；

图5是本发明中具有倾斜角刻度盘的正视剖面结构示意图

图6是本发明中外球体与横杆配合的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1

如图1、图2、图3、图4和图5所示的一种三轴自校准式三轴自校准式罗盘，包括透明壳体1、该透明壳体1为正方形或长方形，可以通过两个半透明壳体扣合而成，方便整个罗盘的安装，同时如采用两个半透明壳体扣合得到该透明壳体，则需要对该扣合而成的透明壳体进行密封处理，如在扣合部增加密封圈的方式进行密封，或采用其它现有的密封方式进行；在选择该透明壳体的支撑材料时，主要选择符合透明度和抗摔程度的材料来支撑该透明壳体，在本实施例中主要选用透明PVC板材制作透明壳体。

设在透明壳体1内的横轴5，该横轴5的两端与透明壳体1两侧的中部活动连接，且该横轴5能够沿着其中心线进行转动，该横轴5采用空心管制成，且具体在使用的过程中，该横轴5由左横轴501和右横轴502组成，并且在该左横轴和右横轴的中部设有椭圆状503，能够确保所述横轴5在进行自转时更加的稳定，所述左横轴和右横轴与透明壳体的两侧进行连接时，是通过将固定设在透明壳体1两侧的凸起101与左横轴和右横轴进行配合连接，具体是左横轴和右横轴相背离的端部套设在凸起101上，且能够沿着凸起进行转动，实现横轴的连接与自转的目的。

所述横轴5的中部固定连接有外球体601，该外球体601内设置有一內球体602,且该内球体602相对外球体601进行转动；所述外球体601的上下两端分别开设有与水平面垂直的环形切口603，且该环形切口603与横轴5的中心线位于同一垂直面上，所述环形切口603的两端延伸到横轴5与外球体601交叉部；所述外球体601与横轴5为一体结构，及所述的左横轴和右横轴的两端与外球体的两端为一体结构，同时该左横轴和右横轴的向外球体601的延伸线位于外球体的中心点上，设在外球体601上下两端面的环形切口603位于同一垂直面上，且该上下两个环形切口相对横轴5对称设置，该环形切口的两端向外球体与后横轴的连接处延伸，能够保证环形切口的切口范围最大，同时还能够保证外球体与横轴能够进行稳定的固定连接。

所述内球体位于外球体之内，且该外球体601的内表面与内球体的内表面光滑，保证内球体能够沿外球体内壁进行相对的转动；

所述透明壳体1内还设有一与水平面垂直的竖轴4，该竖轴4的上端固定连接有与水平面平行的水平指南针3，竖轴4的下端依次穿过外球体601上下两端的环形切口603与外球体601外设有的重物坠7固定连接，且该竖轴4的中部穿过内球体602中心并与内球体602固定连接；

所述竖轴4的上下两端分别穿过外球体601上下端面的环形切口，中部与内球体进行固定连接，保证了所述的竖轴4能够沿着环形切口的方向进行摆动，所述水平指南针3包括罗盘和设在罗盘上的指北针，该水平指南针3底部的中心位置与竖轴4的顶部固定连接，保证该水平指南针3与竖轴保持垂直，同时该竖轴4能够沿着环形切口在左右方向进行摆动，同时由于横轴与透明壳体的两侧进行活动连接，能够实现转动，及该竖轴4在进行前后摆动时，带动外球体及横轴进行转动，可以实现三轴移动。

进一步的，为了保证所述重物坠和水平指南针能够在环形切口中进行360°转动，所述外球体601上下两端的环形切口603相连通，能够保证重物坠能够实现360°转动，所述横轴5与外球体601连接端的端部上设有横向贯穿孔504，横轴上设有的横向贯穿孔504能够保证竖轴穿过，该横向贯穿孔504与环形切口603连通,设在左横轴501和右横轴502上的横向贯穿孔504分别延伸到左横轴501和右横轴502中部的椭圆状503上，且该延伸到椭圆状503上的横向贯穿孔504的直径大于水平指南针3和重物坠7的直径，能够保证水平指南针和重物坠7能够顺利的穿过，所述椭圆状503的中心到内球体602之间的距离与重物坠7和水平指南针3到内球体602之间的距离相等，在使用的过程中，左横轴501和右横轴502上横向贯穿孔504两侧的端部分别与环形切口603两侧的外球体601固定连接，重物坠能够带动水平指南针沿着环形切口603进行360°转动，能够保证罗盘在倒置的情况下，重物坠也能够垂直向下，保证水平指南针处于水平面上，无需进行校正。

因此，当该本实施例中的罗盘位于左右倾斜的斜面上时，重物坠在重力的作用，该重物坠带动竖轴沿环形切口进行摆动，当重物坠和竖轴与水平面垂直时停止，此时竖轴顶部的水平指南针与水平面保持水平，无需进行校对，就可以检测出准确的数据；

当该本实施例中的罗盘位于前后倾斜的斜面上时，此时竖轴与环形切口的切口面接触，由于重物坠在重力的作用，需要向下运动，此时带动竖轴推动外球体和横轴进行转动，当重物坠和竖轴与水平面垂直时停止，此时竖轴顶部的水平指南针与水平面保持水平，无需进行校对，就可以检测出准确的数据；

当该本实施例中的罗盘位于前后和左右都有倾斜的斜面时，重物坠在重力的作用下带动竖轴运动到与水平面垂直的方向，此时竖轴沿环形切口方向运动，同时带动外球体进行转动，实现三轴运动，直到竖轴与水平面垂直为止，竖轴顶部的水平指南针与水平面保持水平，无需进行校对，就可以检测出准确的数据；

同时为了保证无论本实施例中的罗盘的上下前后四个面无论那个面与斜面进行接触，此时重物坠都能够垂直向下，所述内球体602到水平指南针3的距离小于内球体602到重物坠7的距离，保证来了重物坠的力臂大于指南针的力臂，更好保证竖轴沿横轴进行360°的旋转。

如图6所示，所述外球体601上下两端的环形切口603相连通，所述横轴5与外球体601连接端的端部上设有横向贯穿孔504，该横向贯穿孔504与环形切口603连通，所述环形切口603内设有一环形倾角刻度盘2，该环形倾角刻度盘2固定套设在内球体602上，且该环形倾角刻度盘2随着内球体602沿环形切口603转动。所述的环形倾角刻度盘2铸造在内球体上，厚度小于环形切口的宽度，能够保证内球体602在转动的过程中，能够带动该环形倾角刻度盘沿着环形切口进行转动；

具体的是所述横向贯穿孔504分别设在左横轴501和右横轴502与外球体601的连接端，且所述左横轴501和右横轴502上横向贯穿孔504两侧的端部分别与环形切口603两侧的外球体601固定连接；通过图6可以直观的看出，左横轴与右横轴502的端部与外球体环形切口的两侧固定连接，能够保证外球体与横轴的固定连接，同时设有的环形切口和横向贯穿孔相互连通保证环形倾角刻度盘2能够实现转动；

在使用时，所述环形倾角刻度盘2能够检测出竖轴在环形切口中摆动时，所测斜面的倾斜角度，具体的是该倾角刻度盘2上刻有四个象限的0～90°数字标识，能够保证无论在任何的姿态倾斜，都能够读取出相交的锐角读数；

具体的是，当竖轴沿着环形切口进行左右摆动时，内球体也会沿着内球体的中心进行左右转动，此时由于该倾角刻度盘2固定铸造在内球体602上，此时在内球体在左右转动时，带动该环形斜角刻度盘2自由穿过环形切口而绕着球心旋转，由于横轴相对静止，此时环形斜角刻度盘2的中线与横轴的交叉角度(即横轴与竖轴交叉的角度)通过倾斜刻度盘上的数字标识可以读出，该读出的数据为所测的倾斜面的角度。

该罗盘在使用时，无需进行人工校准，该罗盘上的水平指南针在任何的斜面上都能够保持水平，因此该指南针所检测到的方位角数据更加的精确，同时还能够检测出斜面的倾角，能够为产状数据提供精确的数据支撑。

以上实施例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种三轴自校准式罗盘，其特征在于，包括透明壳体(1)、设在透明壳体(1)内的横轴(5)，该横轴(5)的两端与透明壳体(1)两侧的中部活动连接，且该横轴(5)能够绕着其中心线进行转动，所述横轴(5)的中部固定连接有外球体(601)，该外球体(601)内设置有一内球体(602),且该内球体(602)相对外球体(601)进行转动；所述的外球体(601)的上下两端分别开设有与水平面垂直的环形切口(603)，且该环形切口(603)与横轴(5)的中心线位于同一垂直面上，所述环形切口(603)的两端延伸到横轴(5)与外球体(601)交叉部；

所述透明壳体(1)内还设有一与水平面垂直的竖轴(4)，该竖轴(4)的上端固定连接有与水平面平行的水平指南针(3)，竖轴(4)的下端依次穿过外球体(601)上下两端的环形切口(603)与外球体(601)外设有的重物坠(7)固定连接，且该竖轴(4)的中部穿过内球体(602)中心并与内球体(602)固定连接；

所述外球体(601)上下两端的环形切口(603)相连通，所述横轴(5)与外球体(601)连接端的端部上设有横向贯穿孔(504)，该横向贯穿孔(504)与环形切口(603)连通，所述环形切口(603)内设有一环形倾角刻度盘(2)，该环形倾角刻度盘(2)固定套设在内球体(602)上，且该环形倾角刻度盘(2)随着内球体(602)沿环形切口(603)转动；

所述横轴(5)包括左横轴(501)和右横轴(502)组成，所述横向贯穿孔(504)分别设在左横轴(501)和右横轴(502)与外球体(601)的连接端，且所述左横轴(501)和右横轴(502)上横向贯穿孔(504)两侧的端部分别与环形切口(603)两侧的外球体(601)固定连接；所述左横轴(501)和右横轴(502)相背离的端部与透明壳体(1)的两侧面活动连接；

所述左横轴(501)和右横轴(502)为中孔状，且该左横轴(501) 和右横轴(502)中部为椭圆状(503)，所述椭圆状(503)的中心到内球体(602)之间的距离与重物坠(7)和水平指南针(3)到内球体(602)之间的距离相等，所述左横轴(501)和右横轴(502)的端部分别套在透明壳体(1)两侧设有的凸起(101)上,设在左横轴(501)和右横轴(502)上的横向贯穿孔(504)分别延伸到左横轴(501)和右横轴(502)中部的椭圆状(503)上，且该延伸到椭圆状(503)上的横向贯穿孔(504)的宽度大于水平指南针(3)和重物坠(7)的直径。

2.根据权利要求1所述一种三轴自校准式罗盘，其特征在于，所述透明壳体(1)的形状为正方形或长方形，且由两个半透明壳体扣合而成。

3.根据权利要求1所述一种三轴自校准式罗盘，其特征在于，所述的环形倾角刻度盘(2)与内球体(602)为一体结构，且环形倾角刻度盘(2)上刻有四个象限的0～90°数字标识。

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