一种数字地质罗盘仪及地质体产状的测量方法技术

本发明专利技术提供了一种数字地质罗盘仪及地质体产状的测量方法，壳体内设置有分别与存储与控制模块相连接的方位角与倾角数据采集模块、激光模块、电源电路和显示模块；所述的方位角与倾角数据采集调理模块包括磁传感器、加速度传感器和A/D转换器；存储与控制模块读取方位角与倾角数据采集模块所测量到的方位角与倾角数据，获得仰俯角和侧滚角，将方位角、仰俯角和侧滚角数据发送至显示模块显示，必要时予以存储。本发明专利技术的数字地质罗盘仪及地质体产状的测量方法，具有精度高、操作便利、效率高等优点，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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地质罗盘仪
，涉及。
技术介绍
目前，地质罗盘仪均是机械式指针设计，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:(I)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。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于数字地质罗盘仪及地质体产状的测量方法，其测量精度高且操作效率高，还能够进一步具备多种检测或数据采集功能。本专利技术所采用的技术方案是:—种数字地质罗盘仪，包括壳体，壳体内设置有分别与存储与控制模块相连接的方位角与倾角数据采集模块、激光模块、电源电路和显示模块；所述的方位角与倾角数据采集调理模块包括磁传感器、加速度传感器和A/D转换器，A/D转换器将磁传感器、加速度传感器所采集的原始数据的调理并将其发送给存储与控制电路；存储与控制模块读取方位角与倾角数据采集模块所测量到的方位角与倾角调理数据，经处理获得方位角、仰俯角和侧滚角，并发送至显示模块显示；显示内容主要包括罗盘仪的横滚角、俯仰角、方位角的数值和/或数值的模拟图形；所述的仰俯角是指当前方位角的方向线与水平面的夹角，横滚角是指罗盘平面内垂直于航向方向的直线与水平面的夹角；罗盘仪的壳体设有与横滚角、俯仰角方向平行的直线边框。所述磁传感器为3轴磁传感器，所述加速度传感器为3轴加速度传感器；或者磁传感器、加速度传感器为集成3轴磁传感器与3轴加速度传感器的集成传感器。所述的壳体内还设有与存储与控制模块相连接的激光模块，所述的激光模块包括激光指向模块和/或激光投线模块；磁传感器所代表的地磁方位方向与激光指向模块的激光束的中心线保持一致性；加速度传感器所代表的水平面的X轴或Y轴与激光投线模块所的投射的激光线保持一致或平行。所述存储与控制电路控制激光模块的激光指向，使激光模块发射一束与当前罗盘仪方位角一致的激光束；存储与控制电路控制激光模块的激光投线，使激光模块发射一条与当前罗盘仪测量倾斜角度一致的激光线。当显示在显示模块上数据需要保存时，在存储至存储与控制模块的控制下，该数据被存储至存储与控制模块。所述存储与控制电路包括通过数据总线相连接的控制器和存储器；所述的显示模块包括显示驱动电路和显示屏，显示驱动电路在存储与控制电路的控制下驱动显示屏，将相应的内容显示在显示屏。一种基于数字地质罗盘仪的地质体产状的测量方法，包括以下操作:I)根据待测地质体对象，选择测量地质体对象的特征面；2)将数字地质罗盘仪上与俯仰角方向平行的直线边框贴紧地质体特征面，在保持数字罗盘仪基本水平的状态下，调整数字罗盘仪姿态，查看显示屏上的俯仰角的数值或模拟图形的变化；当俯仰角接近或等于O度时，提示数字罗盘仪达到水平状态，暂停数字罗盘仪的姿态调整，此时数字罗盘仪记录当前的方位角数值，作为地质体特征面的走向值；3)接着在保持罗盘仪俯仰角方向平行的直线边框贴紧地质体特征面的情况下，以该边为轴旋转罗盘仪，使其横滚角方向平行的直线边框贴紧地质体特征面时暂停旋转，存储与控制模块读取方位角与倾角数据采集模块所测量到的数据，进行产状的计算:选择外壳某边框平面作为基准面，根据基准面当前在三维空间的姿态，判断该地质体特征面的倾向方向，将所记录的地质体特征面的走向值加90度或减90度，得到所测量地质体特征面的倾向值；同时，记录该姿态的罗盘仪的横滚角，作为所测量地质体特征面的倾角值；4)存储与控制模块将所得到的走向值、倾向值和倾角值作为产状三要素，在显示屏显示，并需要时保存，完成地质体特征面的产状测量。所述当俯仰角接近或等于O度时，俯仰角数值或模拟图形进行闪烁或变色，提示用户达到水平状态。所述判断该地质体特征面的倾向方向是根据基准面当前在三维笛卡尔坐标系中的哪个象限来进行判断。所述的倾向值的计算为:通过两个变量a、b用于判断当前罗盘仪的姿态:当Ay小于O时，a等于-1，否则等于I ;当Az小于O时，b等于-1，否则等于I ;由走向值推算当前倾向:Obliquity=(Course+aXbX90+360)%360；其中:Ay为加速度g的y轴分量测量值;AZ为加速度g的z轴分量测量值；Course为走向的方位值。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果:本专利技术提供的基于数字地质罗盘仪及地质体产状的测量方法，利用磁传感器电路，具有精度高、操作便利、效率高等优点: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。测量地质体产状一次连续完成，正常测量一般不超过I分钟，且测量数据准确，避免人工计算产状时容易发生错误。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。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0.1°的倾斜角度变化。而且同时读取沿航向(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。上述两种传感器读取的方位角精度一般可以达到3.0°、倾角测量精度一般可以达到0.1°。配合激光指向、激光投线功能，能够使用户更加准确地测量被测对象的特征值(方位角、倾角)。进一步还可以辅助以激光模块的激光指向功能实现对方位角进行采集；磁传感器所代表的地磁方位方向与激光模块的激光指向的激光束的中心线保持一致性，即可保证激光指向方向与地磁方位方向一致；加速度传感器所代表的水平面的X或Y轴与激光模块的激光投线功能所投射的线，尽可能保持一致或平行，即可保证激光投线功能所投出激光线的倾角与罗盘仪测量倾斜角度时所对准的倾斜面的倾角保持一致；这样利用倾角传感器电路，辅助以激光模块的激光投线功能，对倾斜角度进行采集，且操作十分便利，大幅提高测量的精准度，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。本专利技术由于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1/2，厚度尺寸达到传统罗盘的1/3左右。附图说明图1是本专利技术的一种数字地质罗盘仪的系统框图；图2是本专利技术的地质体产状的测量方法步骤框图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术进一步详细的说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。下面结合附图对本专利技术矿用数字地质罗盘仪做详细描述:参见图1，具有激光指向的数字地质罗盘仪，其特征在于，壳体内设置有分别与存储与控制模块相连接的方位角与倾本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字地质罗盘仪，其特征在于，包括壳体，壳体内设置有分别与存储与控制模块相连接的方位角与倾角数据采集模块、激光模块、电源电路和显示模块；所述的方位角与倾角数据采集调理模块包括磁传感器、加速度传感器和A/D转换器，A/D转换器将磁传感器、加速度传感器所采集的原始数据的调理并将其发送给存储与控制电路；存储与控制模块读取方位角与倾角数据采集模块所测量到的方位角与倾角调理数据，经处理获得方位角、仰俯角和侧滚角，并发送至显示模块显示；显示内容主要包括罗盘仪的横滚角、俯仰角、方位角的数值和/或数值的模拟图形；所述的仰俯角是指当前方位角的方向线与水平面的夹角，横滚角是指罗盘平面内垂直于航向方向的直线与水平面的夹角；罗盘仪的壳体设有与横滚角、俯仰角方向平行的直线边框。

【技术特征摘要】
1.一种数字地质罗盘仪，其特征在于，包括壳体，壳体内设置有分别与存储与控制模块相连接的方位角与倾角数据采集模块、激光模块、电源电路和显示模块； 所述的方位角与倾角数据采集调理模块包括磁传感器、加速度传感器和A/D转换器，A/D转换器将磁传感器、加速度传感器所采集的原始数据的调理并将其发送给存储与控制电路； 存储与控制模块读取方位角与倾角数据采集模块所测量到的方位角与倾角调理数据，经处理获得方位角、仰俯角和侧滚角，并发送至显示模块显示； 显示内容主要包括罗盘仪的横滚角、俯仰角、方位角的数值和/或数值的模拟图形；所述的仰俯角是指当前方位角的方向线与水平面的夹角，横滚角是指罗盘平面内垂直于航向方向的直线与水平面的夹角； 罗盘仪的壳体设有与横滚角、俯仰角方向平行的直线边框。2.如权利要求1所述的数字地质罗盘仪，其特征在于，所述磁传感器为3轴磁传感器，所述加速度传感器为3轴加速度传感器； 或者磁传感器、加速度传感器为集成3轴磁传感器与3轴加速度传感器的集成传感器。3.如权利要求1所述的数字地质罗盘仪，其特征在于，所述的壳体内还设有与存储与控制模块相连接的激光模块，所述的激光模块包括激光指向模块和/或激光投线模块； 磁传感器所代表的地磁方位方 向与激光指向模块的激光束的中心线保持一致性；加速度传感器所代表的水平面的X轴或Y轴与激光投线模块所的投射的激光线保持一致或平行。4.如权利要求3所述的数字地质罗盘仪，其特征在于，存储与控制电路控制激光模块的激光指向，使激光模块发射一束与当前罗盘仪方位角一致的激光束； 存储与控制电路控制激光模块的激光投线，使激光模块发射一条与当前罗盘仪测量倾斜角度一致的激光线。5.如权利要求1所述的数字地质罗盘仪，其特征在于，当显示在显示模块上数据需要保存时，在存储至存储与控制模块的控制下，该数据被存储至存储与控制模块。6.如权利要求1所述的数字地质罗盘仪，其特征在于，存储与控制电路包括通过数据总线相连接的控制器和存储器； 所述的显示模块包括显示驱动电路和显示屏，显示驱动电路在存储与控制电路的控制下驱动显示屏，将相应...

【专利技术属性】
技术研发人员：马庆勋，肖永强，马培铨，马培洲，
申请(专利权)人：马庆勋，
类型：发明
国别省市：