專利名稱：擺錘式測斜定向裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種應(yīng)用擺錘式方位傳感器和擺錘式姿態(tài)傳感器的擺錘式測斜定向裝置。
工程檢測領(lǐng)域現(xiàn)有的擺錘式測斜定向裝置中應(yīng)用的方位傳感器是磁棒式磁方位傳感器。其水平懸掛的磁棒始終力圖指向地磁子午線方向，驅(qū)動角位移傳感器輸出磁方位信號。它不但存在帶動誤差、遲滯誤差、超調(diào)和擺動，導(dǎo)致實時連續(xù)測量值不可信，而且當(dāng)磁棒的磁力矩難以克服軸承和電氣觸點的摩擦力矩時，將導(dǎo)致卡滯失靈，在許多限制傳感器外形尺寸的應(yīng)用場合，遲滯誤差可大到10度，并經(jīng)常失靈。由于這種方位傳感器的磁棒需要轉(zhuǎn)動，雖與姿態(tài)傳感器具有相同的擺錘懸掛機構(gòu)，卻難以構(gòu)成一種組合傳感器，不但結(jié)構(gòu)重復(fù)、造價較高、體積大、重量重；而且裝配時，兩種傳感器對應(yīng)軸向和零位基準(zhǔn)線不易對準(zhǔn)，存在安裝誤差，更難實現(xiàn)快速安裝與更換；此外，大多數(shù)應(yīng)用場合需要提供載體相對于地理零方位的絕對傾斜方向角，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)必須經(jīng)過計算才能求得。
本實用新型的目的是提供一種擺錘式測斜定向裝置，其方位傳感器能保證方位測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，工作可靠；并可簡化結(jié)構(gòu)，便于快速安裝與更換，直接提供絕對傾斜方向角數(shù)據(jù)。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的將傳感器的方位敏感元件固連在擺錘上，安裝時要求敏感元件垂直于擺錘中心線，在敏感元件上標(biāo)有零方位基準(zhǔn)線，使其垂直于內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸；擺錘固連于水平放置的內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸通過其軸承與內(nèi)支架連接，內(nèi)支架與外支架轉(zhuǎn)軸固連，此轉(zhuǎn)軸通過其軸承與外支架連接，外支架轉(zhuǎn)軸可水平放置，也可垂直放置，當(dāng)外支架轉(zhuǎn)軸垂直放置時，其上固連著偏心擺，偏心擺的中心線垂直內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸；在內(nèi)、外支架轉(zhuǎn)軸上分別安裝角位移傳感器。
本實用新型的優(yōu)點是方位測量準(zhǔn)確、可靠、無遲后，適于實時連續(xù)測量；可構(gòu)成方位姿態(tài)組合傳感器，簡化結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)小型化和快速安裝與更換；可直接測量絕對傾斜方向角。
以下結(jié)合附圖將構(gòu)成方位姿態(tài)組合傳感器的擺錘式測斜定向裝置作為實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。


圖1是外支架轉(zhuǎn)軸垂直放置的方位姿態(tài)組合傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是外支架轉(zhuǎn)軸水平放置的方位姿態(tài)組合傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖1和圖2所示結(jié)構(gòu)中，磁通門磁方位傳感器的敏感元件［1］固連在擺錘［3］上，并垂直于擺錘中心線［4］，在敏感元件上標(biāo)有零方位基準(zhǔn)線［2］，使其垂直于內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸［5］；擺錘［3］懸掛并固連于內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸［5］上，轉(zhuǎn)軸通過其軸承［6］與內(nèi)支架［8］連接，內(nèi)支架［8］與外支架轉(zhuǎn)軸［9］固連，此轉(zhuǎn)軸通過其軸承［11］與外支架［10］連接，外支架［10］與傳感器框架固連；在內(nèi)、外支架轉(zhuǎn)軸上分別安裝角位移傳感器［7］、［12］，這便構(gòu)成了擺錘式方位姿態(tài)組合傳感器。
在圖1所示結(jié)構(gòu)中，增加一個與外支架轉(zhuǎn)軸［9］固連的偏心擺［14］，偏心擺中心線［13］與內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸［5］垂直。當(dāng)傳感器框架隨載體傾斜時，偏心擺［14］在重力作用下帶動外支架轉(zhuǎn)軸［9］轉(zhuǎn)動，直至偏心擺中心線［13］處于實時傾斜方向所在垂直平面內(nèi)。安裝在外支架轉(zhuǎn)軸［9］上的角位移傳感器［12］提供相對于載體縱軸的相對傾斜方向角數(shù)據(jù)。此時，與偏心擺中心線［13］垂直的內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸［5］處于水平面內(nèi)，擺錘［3］在重力作用下帶動內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸［5］轉(zhuǎn)動，直至擺錘中心線［4］與地垂線重合。安裝在內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸［5］上的角位移傳感器［7］提供載體傾斜度數(shù)據(jù)。由于與擺錘中心線［4］垂直的敏感元件［1］亦處于水平面內(nèi)，磁通門探頭感測地磁場強度在其軸向的分量，即可用于確定磁方位。
在圖2中的擺錘［3］則在重力作用下帶動內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸［5］和外支架轉(zhuǎn)軸［9］各轉(zhuǎn)動一定的角度，直至擺錘中心線［4］與地垂線重合。如果外支架轉(zhuǎn)軸［9］對準(zhǔn)載體縱軸安裝，安裝在內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸［5］上的角位移傳感器［7］將提供載體俯仰角數(shù)據(jù)，安裝在外支架轉(zhuǎn)軸［9］上的角位移傳感器［12］則提供載體橫滾角數(shù)據(jù)，而方位敏感元件［1］與圖1相同，將確定磁方位。
在圖1中，方位敏感元件零方位基準(zhǔn)線［2］平行于偏心擺中心線［13］時，所確定的磁方位將直接代表載體絕對傾斜方向角；在圖2中方位敏感元件零方位基準(zhǔn)線［2］平行于安裝在載體縱軸方向的轉(zhuǎn)軸［9］時，所確定的磁方位將直接代表載體磁方位。圖1所示結(jié)構(gòu)方式若需提供載體俯仰、橫滾和磁方位角數(shù)據(jù)，圖2所示結(jié)構(gòu)方式若需提供載體相對傾斜方向、傾斜度和絕對傾斜方向角數(shù)據(jù)，只需進(jìn)行坐標(biāo)變換和角差計算便可求得。
權(quán)利要求1.一種擺錘式測斜定向裝置，它應(yīng)用擺錘式方位傳感器和擺錘式姿態(tài)傳感器，它們都包括擺錘、萬向支架組件、測量元件和傳感器框架，其特征在于將傳感器的方位敏感元件固連在擺錘上，安裝時要求敏感元件垂直于擺錘中心線，在敏感元件上標(biāo)有零方位基準(zhǔn)線，使其垂直于內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸；擺錘固連于水平放置的內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸通過其軸承與內(nèi)支架連接，內(nèi)支架與外支架轉(zhuǎn)軸固連，此轉(zhuǎn)軸通過其軸承與外支架連接，外支架轉(zhuǎn)軸可水平放置，也可垂直放置，當(dāng)外支架轉(zhuǎn)軸垂直放置時，其上固連著偏心擺，偏心擺的中心線垂直內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸；在內(nèi)、外支架轉(zhuǎn)軸上分別安裝角位移傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺錘式測斜定向裝置，其特征在于其擺錘式方位傳感器和擺錘式姿態(tài)傳感器共用擺錘［3］、內(nèi)外支架轉(zhuǎn)軸［5］［9］、內(nèi)外支架轉(zhuǎn)軸的軸承［6］［11］、內(nèi)外支架［8］［10］、和傳感器框架；當(dāng)采用外支架轉(zhuǎn)軸［9］垂直放置的結(jié)構(gòu)方式時，在該軸上固連偏心擺［14］，偏心擺中心線［13］與內(nèi)支架轉(zhuǎn)軸［5］垂直；方位敏感元件［1］與共用擺錘［3］固連，姿態(tài)測量用角位移傳感器［7］［12］安裝在共用內(nèi)、外支架轉(zhuǎn)軸［5］、［9］上，構(gòu)成擺錘式方位姿態(tài)組合傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的擺錘式測斜定向裝置，其特征在于當(dāng)采用外支架轉(zhuǎn)軸［9］垂直放置的結(jié)構(gòu)時，其方位敏感元件的零方位基準(zhǔn)線［2］與偏心擺中心線［13］平行安裝；當(dāng)采用外支架轉(zhuǎn)軸［9］水平放置的結(jié)構(gòu)時，其方位敏感元件的零方位基準(zhǔn)線［2］與位于載體縱軸方向的轉(zhuǎn)軸［9］平行安裝。
專利摘要本實用新型公開了一種用磁通門方位傳感器的擺錘式測斜定向裝置，可保證測量準(zhǔn)確可靠、無遲后，適于實時連續(xù)測量；將方位敏感元件[1]與擺錘[3]固連并垂直其中心線[4]，姿態(tài)測量用角位移傳感器[7]、[12]裝在內(nèi)、外支架轉(zhuǎn)軸[5]、[9]上，構(gòu)成擺錘式方位姿態(tài)組合傳感器；將敏感元件的零方位基準(zhǔn)線[2]與位于載體縱軸方向的外支架轉(zhuǎn)軸[9]或偏心擺中心線[13]平行安裝，可直接測量載體方位角或絕對傾斜方向角。
文檔編號G01C9/12GK2165416SQ9323390
公開日1994年5月18日 申請日期1993年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月11日
發(fā)明者張學(xué)孚, 張曉輝, 張曉華, 張曉樞 申請人:張學(xué)孚