CN205404837U - 传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构，包括：自动水平调节机构、传感器装配机构以及支撑支架；支撑支架包括水平设置的第1上支撑板和第1下支撑板；第1上支撑板和第1下支撑板之间通过第1支撑件连接固定；传感器装配机构用于安装固定三分量传感器；传感器装配机构置于支撑支架的内部空间，其顶端通过自动水平调节机构悬挂于第1上支撑板的下方。优点为：本实用新型提供的传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构，从源头上消除了三分量传感器在安装过程中水平调节误差和长期观测中因漂移引入的测量误差，提高了三分量传感器的测量精度，是一种简单易行、可显著提高传感器测量精度的装置，可广泛推广使用。

Description

传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构

技术领域

本实用新型涉及一种调整机构，具体涉及一种传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构。

背景技术

磁通门磁力仪是上世纪20年代兴起的弱磁场测量设备，因其灵敏度高、频带宽、易于实现数字化等优点，国际地磁观测台网(INTERMAGNET,InternationalReal-timeMagneticObservatoryNetwork)推荐使用磁通门磁力仪为其相对记录设备，目前，磁通门磁力仪已广泛应用于地磁观测台站。

磁通门磁力仪是矢量磁力仪，包括三分量传感器，用于分别测量地磁场水平、垂直和偏角三个方向的相对变化。理想情况下，三分量传感器的三个测量轴X、Y和Z需要两两垂直，所以，基于三分量传感器的测量坐标系XOY的坐标平面，即传感器轴心所在面理论上应该是水平的。然而，实际应用中，由于磁通门磁力仪安装工艺水平的限制，难以保证测量坐标系XOY的坐标平面的绝对水平。另外，既使磁通门磁力仪初始安装时，实现了测量坐标系XOY的坐标平面绝对水平，但是，由于磁通门磁力仪安装于观测墩上，长期使用后，观测墩由于季节的变化会发生偏移，从而使测量坐标系XOY的坐标平面相对于水平面出现倾斜。

研究人员通过数据分析证明，在地磁场环境下，如果测量坐标系XOY的坐标平面不水平度大于0.3°，各分量传感器的观测误差将在100nT以上，从而增加了磁通门磁力仪的测量误差，降低了磁通门磁力仪的测量精度。

现有技术中，研究人员提出多种数据修正算法，从而对磁通门磁力仪的测量数据进行修正，弥补由测量坐标系XOY的坐标平面不水平而导致的误差，例如，共轭次梯度搜索算法、共梯度优化算法、光干涉和传感器旋转优化算法等。

然而，采用数据修正算法对磁通门磁力仪的测量数据进行修正，主要具有以下不足：(1)数据修正算法通常非常复杂，会占用大量的计算资源和时间开销；(2)数据修正算法为一种事后弥补方式，能够提高的磁通门磁力仪的测量精度有限，难以应用于需要高精度测量数据的场合。

可见，现有技术中迫切需要一种简单易行、可显著提高磁通门磁力仪的测量精度的方式。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构，包括：自动水平调节机构(2)、传感器装配机构(3)以及支撑支架(4)；

其中，所述支撑支架(4)包括水平设置的第1上支撑板(4-1)和第1下支撑板(4-2)；所述第1上支撑板(4-1)和所述第1下支撑板(4-2)之间通过第1支撑件(4-3)连接固定；所述传感器装配机构(3)用于安装固定三分量传感器；所述传感器装配机构(3)置于所述支撑支架(4)的内部空间，其顶端通过所述自动水平调节机构(2)悬挂于所述第1上支撑板(4-1)的下方。

优选的，所述自动水平调节机构(2)包括主动叉轴(2-1)、十字轴(2-2)以及从动叉轴(2-3)；

所述十字轴(2-2)包括十字交叉可相互转动的横轴和纵轴；所述横轴的左右轴头可转动安装于所述主动叉轴(2-1)的左右轴孔中，所述主动叉轴(2-1)的顶部与所述第1上支撑板(4-1)固定连接；所述纵轴的左右轴头与所述从动叉轴(2-3)的左右轴孔固定连接，所述从动叉轴(2-3)的底部与所述传感器装配机构(3)的顶部固定连接。

优选的，还包括传感器升降调节装置(1)；所述传感器升降调节装置(1)包括调节杆以及调节螺母；

所述第1上支撑板(4-1)的中心位置开设有通孔；所述调节杆的顶端位于所述第1上支撑板(4-1)的上方，所述调节杆的底端穿过所述通孔而位于所述第1上支撑板(4-1)的下方，并且，所述调节杆的底端与所述主动叉轴(2-1)的顶部固定连接；所述调节杆的上部具有与所述调节螺母相适配的外螺纹，所述调节螺母螺纹连接于所述调节杆的上部，并且，所述调节螺母的外径大于所述通孔的内径，通过调节所述调节螺母在所述调节杆的上下位置，调节所述调节杆的底端距离所述第1上支撑板(4-1)的距离，从而调节与所述调节杆固定的所述自动水平调节机构(2)的高度，最终调节与所述自动水平调节机构(2)连接的所述传感器装配机构(3)的高度。

优选的，所述传感器装配机构(3)包括水平设置的第2上支撑板(3-1)和第2下支撑板(3-2)；所述第2上支撑板(3-1)和所述第2下支撑板(3-2)之间通过第2支撑件(3-3)连接固定；

在所述第2下支撑板(3-2)的上面固定安装有传感器安装骨架(3-6)；所述传感器安装骨架(3-6)为正面体结构；在所述正面体的左右对称面分别固定安装D分量传感器(3-4-1)和Z分量传感器(3-4-2)；在所述正面体的顶面固定安装H分量传感器(3-4-3)。

优选的，所述传感器装配机构(3)还包括配重螺钉；所述配重螺钉安装于所述第2上支撑板(3-1)，用于调节三分量磁传感器在三维空间的位置，保证在初始安装状态时，测量坐标系XOY的坐标平面绝对水平。

优选的，所述支撑支架(4)的所述第1下支撑板(4-2)开设有与所述传感器装配机构(3)的第2下支撑板(3-2)相适配的第1凹槽，所述第2下支撑板(3-2)可置于所述第1凹槽中；

在所述第1下支撑板(4-2)的中心设置有凸起；所述第2下支撑板(3-2)的底端设置有与所述凸起相适配的第2凹槽，当所述第2下支撑板(3-2)置于所述第1凹槽时，所述凸起插入到所述第2凹槽中，保证在运输过程中，所述传感器装配机构(3)稳固置于所述支撑支架(4)的上面。

本实用新型提供的传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构具有以下优点：

本实用新型提供的传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构，从源头上消除了三分量传感器在安装过程中水平调节误差和长期观测中因漂移引入的测量误差，提高了三分量传感器的测量精度，是一种简单易行、可显著提高传感器测量精度的装置，可广泛推广使用。

附图说明

图1为本实用新型提供的传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构的总体装配结构示意图；

图2为本实用新型提供的自动水平调节机构的结构示意图；

图3为本实用新型提供的传感器装配机构的结构示意图；

图4为本实用新型提供的支撑支架的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构，不依赖数据修正算法，通过自动水平调节机构和传感器装配机构的配合，保证初始安装时三分量传感器的轴心所在面与地理水平面始终重合，消除仪器初始安装过程因水平调节引入的误差；另外，传感器装配机构悬挂于支撑支架上，利于重力垂直向下的作用，使安装于传感器装配机构的三分量传感器能够长期保持垂直向下，自动实时消除仪器在长期观测中由观测墩变化引入的偏移，使三分量传感器的轴心所在面与地理水平面长期重合，满足仪器长期稳定工作要求。因此，采用本实用新型提供的传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构，从源头上消除了三分量传感器在安装过程中水平调节误差和长期观测中因漂移引入的测量误差，提高了三分量传感器的测量精度，是一种简单易行、可显著提高传感器测量精度的装置，可广泛推广使用。

结合图1，为本实用新型提供的传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构的总体装配图，包括：自动水平调节机构2、传感器装配机构3以及支撑支架4。其中，传感器装配机构3置于支撑支架4的内部空间，其顶端通过自动水平调节机构2悬挂于第1上支撑板4-1的下方。

其使用原理为：将支撑支架置于观测墩的表面，由于传感器装配机构可绕自动水平调节机构进行自由旋转，因此，当观测墩由于季节的变化引起偏移时，传感器装配机构可自动转动到垂直向下的位置，从而使三分量传感器的轴心所在面自动的与地理水平面长期重合。

以下对各部件分别详细说明：

(1)支撑支架

如图4所示，为支撑支架的结构示意图。支撑支架4包括水平设置的第1上支撑板4-1和第1下支撑板4-2；第1上支撑板4-1和第1下支撑板4-2之间通过第1支撑件4-3连接固定，在图4中，第1支撑件4-3采用4根支撑柱。

(2)传感器装配机构

如图3所示，为传感器装配机构的结构示意图。传感器装配机构3用于安装固定三分量传感器；传感器装配机构3置于支撑支架4的内部空间，传感器装配机构3包括水平设置的第2上支撑板3-1和第2下支撑板3-2；第2上支撑板3-1和第2下支撑板3-2之间通过第2支撑件3-3连接固定；在图3中，第2支撑件3-3采用4根支撑柱。

在第2下支撑板3-2的上面固定安装有传感器安装骨架3-6；传感器安装骨架3-6为正面体结构；在正面体的左右对称面分别固定安装D分量传感器3-4-1和Z分量传感器3-4-2；在正面体的顶面固定安装H分量传感器3-4-3。采用此种结构布置方式，可以保证传感器装配机构的质量均匀分布。

另外，传感器装配机构3还包括配重螺钉；配重螺钉安装于第2上支撑板3-1，用于调节三分量磁传感器在三维空间的位置，保证在初始安装状态时，测量坐标系XOY的坐标平面绝对水平。

(3)自动水平调节机构

如图2所示，为自动水平调节机构的结构示意图。自动水平调节机构主要用于提供转轴，从而实现传感器装配机构在任意方向的自由转动。

作为一种优选方式，本实用新型提供的自动水平调节机构包括主动叉轴2-1、十字轴2-2以及从动叉轴2-3；

十字轴2-2包括十字交叉可相互转动的横轴和纵轴；横轴的左右轴头可转动安装于主动叉轴2-1的左右轴孔中，主动叉轴2-1的顶部与第1上支撑板4-1固定连接；纵轴的左右轴头与从动叉轴2-3的左右轴孔固定连接，从动叉轴2-3的底部与传感器装配机构3的顶部固定连接。

因此，通过十字轴的作用，可使传感器装配机构在一定角度内绕主动叉轴进行转动。

实际应用中，主动叉轴2-1的顶部可直接固定于第1上支撑板的底面。但是，为使传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构易于运输，还可进行以下两点改进：

改进1：还包括传感器升降调节装置1；传感器升降调节装置1包括调节杆以及调节螺母；

第1上支撑板4-1的中心位置开设有通孔；调节杆的顶端位于第1上支撑板4-1的上方，调节杆的底端穿过通孔而位于第1上支撑板4-1的下方，并且，调节杆的底端与主动叉轴2-1的顶部固定连接；调节杆的上部具有与调节螺母相适配的外螺纹，调节螺母螺纹连接于调节杆的上部，并且，调节螺母的外径大于通孔的内径，通过调节调节螺母在调节杆的上下位置，调节调节杆的底端距离第1上支撑板4-1的距离，从而调节与调节杆固定的自动水平调节机构2的高度，最终调节与自动水平调节机构2连接的传感器装配机构3的高度。

改进2：支撑支架4的第1下支撑板4-2开设有与传感器装配机构3的第2下支撑板3-2相适配的第1凹槽，第2下支撑板3-2可置于第1凹槽中；

在第1下支撑板4-2的中心设置有凸起；第2下支撑板3-2的底端设置有与凸起相适配的第2凹槽，当第2下支撑板3-2置于第1凹槽时，凸起插入到第2凹槽中，保证在运输过程中，传感器装配机构3稳固置于支撑支架4的上面。

因此，当需要运输传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构时，通过传感器升降调节装置1，使传感器装配机构整体下降，并位于支撑支架4的第1下支撑板的上表面，通过凹槽与凸起的配合，实现支撑支架对传感器装配机构的稳固支撑。而当需要使传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构处于工作状态时，通过传感器升降调节装置1，使传感器装配机构整体上升到合适位置，具体位置需至少满足以下要求：使传感器装配机构的第2下支撑板的底面与支撑支架第1上支撑板的顶面之间留有必要的距离，作用为：当支撑支架发生倾斜时，传感器装配机构因重力作用而自动转动到垂直向下的位置，此时，传感器装配机构的底面仍然不会与支撑支架第1上支撑板的顶面相接触，即：为传感器装配机构的自由转动提供必要的距离。

下面介绍本实用新型提供的传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构的工作过程：

Step1：传感器装配机构水平初次构建

将D分量传感器3-4-1和Z分量传感器3-4-2分别安装在结构为正面体的传感器安装骨架的左右对称面，将H分量传感器3-4-3固定安装到传感器安装骨架的顶面，从而保证传感器装配机构的质量均匀分布。

在支撑支架上安装传感器升降调节装置，然后，在传感器升降调节装置的底端固定安装主动叉轴，主动叉轴通过十字轴连接从动叉轴，再将从动叉轴的底端与传感器装配机构的顶端固定连接。通过操作传感器升降调节装置，使传感器装配机构调节到合适的高度，并处于悬挂状态。

此时，为了实现初始安装时三分量传感器的轴心所在面的准绝对水平即最小化水平误差，通过配重螺钉调整三分量传感器在三维空间的位置，最终实现三分量传感器的轴心所在面达到水平的效果。

Step2：仪器观测过程中水平自动修正调节

仪器观测过程中，支撑支架4的第1下支撑板4-2与观测墩贴合，若观测墩发生偏移导致支撑支架4与其一起移动时，此时，自动水平调节机构2起作用，使得传感器装配机构3在自身重力作用下自动转动到垂直向下的位置，具体实现如下所述：

在Step1中，传感器装配机构3已经通过自动水平调节机构2处于悬挂状态，并且自动水平调节机构2中的主动叉轴2-1的顶端固定不动。若观测墩发生偏移，在重力作用下，传感器装配机构3带动从动叉轴绕十字轴向相反的方向运动，从而保证传感器装配机构3始终处于垂直向下的位置，实现实时自动水平修正调整。

综上所述，本实用新型提供的传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构，从源头上消除了三分量传感器的测量误差，提高了三分量传感器的测量精度，是一种简单易行、可显著提高磁通门磁力仪的测量精度的装置，可广泛推广使用。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构，其特征在于，包括：自动水平调节机构(2)、传感器装配机构(3)以及支撑支架(4)；

其中，所述支撑支架(4)包括水平设置的第1上支撑板(4-1)和第1下支撑板(4-2)；所述第1上支撑板(4-1)和所述第1下支撑板(4-2)之间通过第1支撑件(4-3)连接固定；所述传感器装配机构(3)用于安装固定三分量传感器；所述传感器装配机构(3)置于所述支撑支架(4)的内部空间，其顶端通过所述自动水平调节机构(2)悬挂于所述第1上支撑板(4-1)的下方。

2.根据权利要求1所述的传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构，其特征在于，所述自动水平调节机构(2)包括主动叉轴(2-1)、十字轴(2-2)以及从动叉轴(2-3)；

所述十字轴(2-2)包括十字交叉可相互转动的横轴和纵轴；所述横轴的左右轴头可转动安装于所述主动叉轴(2-1)的左右轴孔中，所述主动叉轴(2-1)的顶部与所述第1上支撑板(4-1)固定连接；所述纵轴的左右轴头与所述从动叉轴(2-3)的左右轴孔固定连接，所述从动叉轴(2-3)的底部与所述传感器装配机构(3)的顶部固定连接。

3.根据权利要求2所述的传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构，其特征在于，还包括传感器升降调节装置(1)；所述传感器升降调节装置(1)包括调节杆以及调节螺母；

所述第1上支撑板(4-1)的中心位置开设有通孔；所述调节杆的顶端位于所述第1上支撑板(4-1)的上方，所述调节杆的底端穿过所述通孔而位于所述第1上支撑板(4-1)的下方，并且，所述调节杆的底端与所述主动叉轴(2-1)的顶部固定连接；所述调节杆的上部具有与所述调节螺母相适配的外螺纹，所述调节螺母螺纹连接于所述调节杆的上部，并且，所述调节螺母的外径大于所述通孔的内径，通过调节所述调节螺母在所述调节杆的上下位置，调节所述调节杆的底端距离所述第1上支撑板(4-1)的距离，从而调节与所述调节杆固定的所述自动水平调节机构(2)的高度，最终调节与所述自动水平调节机构(2)连接的所述传感器装配机构(3)的高度。

4.根据权利要求1所述的传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构，其特征在于，所述传感器装配机构(3)包括水平设置的第2上支撑板(3-1)和第2下支撑板(3-2)；所述第2上支撑板(3-1)和所述第2下支撑板(3-2)之间通过第2支撑件(3-3)连接固定；

在所述第2下支撑板(3-2)的上面固定安装有传感器安装骨架(3-6)；所述传感器安装骨架(3-6)为正面体结构；在所述正面体的左右对称面分别固定安装D分量传感器(3-4-1)和Z分量传感器(3-4-2)；在所述正面体的顶面固定安装H分量传感器(3-4-3)。

5.根据权利要求4所述的传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构，其特征在于，所述传感器装配机构(3)还包括配重螺钉；所述配重螺钉安装于所述第2上支撑板(3-1)，用于调节三分量磁传感器在三维空间的位置，保证在初始安装状态时，测量坐标系XOY的坐标平面绝对水平。

6.根据权利要求4所述的传感器轴心面与地理水平面重合度自动修正调整机构，其特征在于，所述支撑支架(4)的所述第1下支撑板(4-2)开设有与所述传感器装配机构(3)的第2下支撑板(3-2)相适配的第1凹槽，所述第2下支撑板(3-2)可置于所述第1凹槽中；

在所述第1下支撑板(4-2)的中心设置有凸起；所述第2下支撑板(3-2)的底端设置有与所述凸起相适配的第2凹槽，当所述第2下支撑板(3-2)置于所述第1凹槽时，所述凸起插入到所述第2凹槽中，保证在运输过程中，所述传感器装配机构(3)稳固置于所述支撑支架(4)的上面。