CN202471077U - 一种矿用数字地质罗盘仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种矿用数字地质罗盘仪，包括壳体，壳体内设置有数据采集模块、存储与控制模块、电源模块、激光指向模块，以及显示模块，其中，所述数据采集模块、激光指向模块、电源模块，以及显示模块均与存储与控制模块相连，所述数据采集模块以磁阻传感器芯片和倾角传感器芯片为核心，所述磁阻传感器用于采集及读取方位角，所述倾角传感器芯片用于采集及读取倾斜角度。本实用新型采用磁阻传感器、重力加速度传感器作为核心电子芯片，配合简易激光指向仪完成较高精度矿用地质罗盘仪的设计。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种矿用数字地质罗盘仪，应用于各类矿山井下传统罗盘仪使用的场合，如煤矿井下进行地质工作应用中测量方位角、倾角等。
背景技术
截止目前，矿用地质罗盘仪均是机械式设计，常用于测量各种地质构造的方位角(走向、倾向)、倾角。这种罗盘有如下缺点：(1)测量精度误差大：比如在测量方位时需要首先保持相对水平，这就需要观察用于测量水平的水银泡居中平衡状态，由于手持罗盘产生的颤动此时会存在观察误差。在相对水平后读取数据时或读取指针漂移中心值或手动控制指针停止摆动，这时也会产生至少1-3度的误差，与前述误差累积会产生更大的精度误差。而在机械部件老化及使用环境恶劣时，传统罗盘的误差会更大。测量倾角时需要首先获取水平方向，也同样会产生较大误差；(2)操作效率低：传统罗盘由于在测量时受到前述保持水银泡的平衡、观测指针平衡都比较费时，并且往往需要重复多次才能获取比较准确的数据；测量倾角时也需要重复上述过程，故此需要花费相对较多的时间，这在矿井井下较恶劣甚至不安全的条件下，使用这种罗盘仪就有十分明显的不足。
鉴于以上缺陷，实有必要提供一种可以克服上述缺陷的罗盘仪。
实用新型内容
本实用新型提供了一种矿用数字地质罗盘仪，其测量精度高且操作效率高。
本实用新型所采用的技术方案是：
一种矿用数字地质罗盘仪，包括壳体，壳体内设置有数据采集模块、存储与控制模块、电源模块、激光指向模块，以及显示模块，其中，所述数据采集模块、激光指向模块、电源模块，以及显示模块均与存储与控制模块相连，所述数据采集模块主要由磁阻传感器芯片和倾角传感器芯片组成，所述磁阻传感器用于采集及读取方位角，所述倾角传感器芯片用于采集及读取倾斜角度。
作为本实用新型的优选实施例，所述磁阻传感器芯片为3轴磁阻传感器；
作为本实用新型的优选实施例，所述罗盘仪进一步包括有温度补偿装置，用以减少温度漂移；
作为本实用新型的优选实施例，通过所述矿用数字地质罗盘仪得到的方位角和倾角的精度高于1.0°；
作为本实用新型的优选实施例，所述倾角传感器芯片采用3轴加速度计；
本实用新型矿用数字地质罗盘仪至少具有以下优点：本实用新型矿用数字地质罗盘仪利用磁阻传感器芯片对方位角进行采集，利用倾角传感器芯片对倾斜角度进行采集，然后辅助激光指向仪有效提高读取方位的准确性，从而提高方位角读取的精度，且操作十分便利，可以在不必刻意保持罗盘水平下实时读取，大幅减少操作时间。
附图说明
图1是本实用新型矿用数字地质罗盘仪的结构框图；
图2是本实用新型矿用数字地质罗盘仪的使用操作流程图。
具体实施方式
本实用新型矿用数字地质罗盘仪采用现代电子罗盘技术、重力加速度检测技术并与简易的激光指向模块配合，将有效避免上述传统罗盘仪设计的不足，并且具备更加适合矿井井下环境使用的优点，成为矿井地质工作者的新型工作利器。
本实用新型采用目前市场上可以方便购买到的磁阻传感器、重力加速度传感器作为核心电子芯片，配合简易激光指向仪完成较高精度矿用地质罗盘仪的设计。内容简介如下：
(1)本实用新型包含了目前市场上常见的电子罗盘仪设计原理。当前市场上的电子罗盘，也叫数字指南针，是利用磁阻传感器测量地磁场来定北极的一种装置。它只能测量方位，不能用于测量倾斜角度。这种电子罗盘或称数字罗盘已经广泛应用于手机、笔记本电脑、消费类电子、汽车导航***和个人导航***等领域。这种电子罗盘可以分为平面电子罗盘和三维(轴)电子罗盘。平面电子罗盘要求用户在使用时必须保持罗盘的水平，否则当罗盘发生倾斜时，也会给出航向的变化而实际上航向并没有变化。三维(轴)电子罗盘克服了平面电子罗盘在使用中的严格限制，因为三维(轴)电子罗盘在其内部加入了倾角传感器，如果罗盘发生倾斜时可以对罗盘进行倾斜补偿，这样即使罗盘发生倾斜，航向(方位)数据依然准确无误。有时为了克服温度漂移，罗盘也可内置温度补偿装置，最大限度减少倾斜角和指向角的温度漂移。
(2)本实用新型中包括的另一核心芯片是重力加速度传感器(倾角传感器)，它可以在倾斜检测应用中测量静态重力加速度，还可以测量运动或冲击导致的动态加速度。其高分辨率足以能够测量不到1.0°的倾斜角度变化。此类芯片采用超低功耗3轴加速度计，可以同时读取沿航向(方位角方向)上的仰俯角度和垂直航向的横滚角度，分辨率高，可以满足对各类对象的倾斜角度的测量。并且由于同时可以读取仰俯、横滚两个角度，而给罗盘读取倾角带来操作上的便利(不必刻意旋转罗盘，可以读取即时的倾角)。此类倾角传感器在军事、航天航空、工业自动化、工程机械、铁路机车、消费电子、海洋船舶等领域得到广泛运用。
(3)本实用新型采用常见的简易激光指向模块作为测量对象方位角时的生成辅助方向。它可以在通电后发射出激光束(打到对象上是一个点或输出一条线)，用射出的激光束作为一条辅助线。通常可用于给观察者标明测量对象方位角的方向。比如在井下揭露的断层之类的地质体遇到巷道工程揭露而不连续时，利用罗盘上设计的激光指向模块，辅助使用者指示出一个方向线，即发射出一条激光线，用罗盘读取该线的方位，这样测量出的方位角将更加精确。
本实用新型设计的基本原理为：通过对上述三方面进行常规电子技术开发，实现矿用地质罗盘仪读取方位角、倾角的功能。即：使用三维(轴)磁阻传感器，读取方位角，使用重力加速度传感器读取倾斜角度，简易激光指向模块辅助指示当前的测量方向。其特点如下：(1)精度高：两种传感器读取的方位角、倾角测量精度一般可以达到1.0°，辅助激光指向仪可以有效提高读取方位的准确性，从而提高方位角读取的精度。(2)操作十分便利：该数字罗盘在读取方位角时由于采用三维(轴)技术，有角度补偿功能，可以在不必刻意保持罗盘水平下实时读取，大幅减少操作时间。(3)重量轻携带更加方便：由于该设计是基于电子产品设计模式，可以实现罗盘重量仅为传统罗盘的1/5，厚度尺寸达到传动罗盘的1/3左右。
下面结合附图对本实用新型矿用数字地质罗盘仪做详细描述：
请参阅图1所示，本实用新型矿用数字地质罗盘仪包括：1.数据采集模块，2.存储与控制模块，3.显示模块，4.激光指向模块，5.电源模块。其中：
“数据采集模块”：集成3轴磁阻传感器芯片、3轴倾角传感器芯片，分别以3轴磁阻传感器芯片和3轴倾角传感器芯片为核心，实现方位角传感器原始数据、倾角的原始数据数据的采集。
“存储与控制模块”：对整个罗盘操作的电路控制、数据处理，如总电源开关、显示控制、上述传感器采集数据的加工处理、方位角、倾角等数据的存储、显示内容控制等。
“显示模块”：采用液晶屏显示模组，用于显示结果数据如方位角、横滚角、仰俯角度数及方位变化模拟图形、仰俯与横滚模拟图形等(说明：仰俯角指当前航向即方位角方向线相对水平面的夹角；横滚角指罗盘平面垂直于航向方向与水平面的夹角)。
“激光指向模块”：采用常见的激光束发射模块，发射激光束或激光点，指示当前方位角的方向，可以在罗盘侧面设计两个激光指向模组，使其发射激光在一条直线上，即向两个相反方向指示出一条直线。
“电源模块”：负责给罗盘的电路供电。
如图2所示，本实用新型矿用数字地质罗盘仪的实现过程包括如下步骤：
1)数据采集：存储及控制模块通过数据采集模块中的3轴磁阻传感器芯片、3轴倾角传感器芯片读取各传感器的地磁场数据与重力加速度变化数据。使用激光指向模块发射的激光束来确定所需测量的航向(测量对象的延伸方向)。
2)数据处理：存储及控制模块对数据采集模块采集的数据在控制模块中进行加工处理，按照各类传感器原始数据，计算出最终方位角、仰俯、横滚角度。
3)数据显示与存储：对上述处理完毕的数据由控制模块发送指令到显示模块进行显示，控制模块负责对显示内容的控制。必要时存储显示结果，如方位角、仰俯、横滚等，每次测量为一组数据，存储可以为多组。
以上所述仅为本实用新型的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (5)
1.一种矿用数字地质罗盘仪，其特征在于：包括壳体，壳体内设置有数据采集模块、存储与控制模块、电源模块、激光指向模块，以及显示模块，其中，所述数据采集模块、激光指向模块、电源模块，以及显示模块均与存储与控制模块相连，所述数据采集模块主要由磁阻传感器芯片和倾角传感器芯片组成，所述磁阻传感器用于采集及读取方位角，所述倾角传感器芯片用于采集及读取倾斜角度。
2.如权利要求1所述的矿用数字地质罗盘仪，其特征在于：所述磁阻传感器芯片为3轴磁阻传感器。
3.如权利要求1所述的矿用数字地质罗盘仪，其特征在于：所述罗盘仪进一步包括有温度补偿装置，用以减少温度漂移。
4.如权利要求1所述的矿用数字地质罗盘仪，其特征在于：通过所述矿用数字地质罗盘仪得到的方位角和倾角的精度高于1.0°。
5.如权利要求1所述的矿用数字地质罗盘仪，其特征在于：所述倾角传感器芯片采用3轴加速度计。
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- 2012-03-02 CN CN2012200766159U patent/CN202471077U/zh not_active Expired - Lifetime
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Assignee: Xi'an Ruitai Electric Company Limited Assignor: Ma Qingxun Contract record no.: 2013610000110 Denomination of utility model: Mining digital geologic compass Granted publication date: 20121003 License type: Exclusive License Record date: 20130924 |
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Granted publication date: 20121003 |