[发明专利]一种用于地质勘探的便携性光纤寻北仪

说明书

技术领域

本发明涉及寻北仪技术，具体涉及一种用于地质勘探的便携性光纤寻北仪，属于惯性导航技术领域。

 

背景技术

惯性导航系统（简称：惯导系统）是通过陀螺和加速度计测量载体的角速率和加速度信息，经积分运算得到载体的速度和位置信息，包括平台式惯导系统和捷联惯导系统。其中，平台式惯导系统将陀螺通过平台稳定回路控制平台跟踪导航坐标系在惯性空间的角速度。捷联惯导系统利用相对导航坐标系角速度计算姿态矩阵，把雷体坐标系轴向加速度信息转换到导航坐标系轴向并进行导航计算。

光纤寻北仪属于捷联惯导系统，是一种能在静态下全天候自动指示方位的高精度惯性仪表，它是利用光纤陀螺（英文名为FOG：Fiber Optic Gyroscope)测得的地球自转角速率分量和加速度计测得的陀螺轴向水平误差角，经过解算得到固联于其上的参考轴与真北方向的夹角，从而得到载体的某一固定轴向与北向的夹角。光纤寻北仪通常采用二位置法、四位置法和多位置法等寻北方式工作，其中的“四位置法”是通过在水平面某一圆周上的0°、90°、180°、270°四个位置各进行一次寻北操作，最后根据这四个位置测量解算出寻北仪基准边与真北方向的方位角。

在实际工程应用中，如地质勘探、隧道建设等领域，都需要配置带有寻北功能的寻北仪，其要求寻北仪重量轻，功耗低，体积小，并且可以配合三角架使用。

现有技术中，公告号为CN 102012228 B的专利公开了一种便携式光纤陀螺寻北仪，包括安装圆盘，竖直设置在安装圆盘上的转轴，转轴的一端通过轴承与安装圆盘可转动连接，转轴上固定设置有支架，安装圆盘上还固定设置有容纳支架于其内的壳体；所述支架上设置有检测系统、转动系统和定位系统；所述检测系统包括一个横向设置的加速度计、一个竖向设置的加速度计和一个光纤陀螺；所述检测系统用于检测重力加速度和地球自转水平分量；所述转动系统用于带动支架沿转轴转动；所述定位系统用于支架转动到四个测量位置后对支架进行定位。

但上述便携式光纤陀螺寻北仪存有如下不足之处：

1、其检测系统包括一个横向设置的加速度计、一个竖向设置的加速度计和一个光纤陀螺，这样一来，转位系统旋转到四个方位后分别采用陀螺和加速度计进行测量，再计算出寻北仪北向角和姿态角的方式进行寻北，由于采用双加速度计，故必将增大自身的体积，也增加了制造成本；

2、寻北仪的精度与寻北位置的准确性有很大关系，现有寻北仪系统采用光电编码器来确定转位系统的四个位置，保证寻北位置的准确性，但光电编码器存在体积大，价格高的缺陷；同时光电编码器在使用时需要安装在转轴轴心处，故提高了寻北仪装置整体结构设计的难度，最终导致寻北仪具有体积大，成本高的缺陷。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种轻量化，低功耗和小型化的用于地质勘探的便携性光纤寻北仪，同时降低生产制造的成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种用于地质勘探的便携性光纤寻北仪，包括由底座和外罩合围构成的壳体，在壳体内设有悬空的基座，在基座下表面设有电机，在基座上表面与电机正对的位置设有圆盘，圆盘与电机输出轴连接由电机驱动圆盘转动；在基座上设有一竖向转轴，竖向转轴上设有一体成型的转盘，转盘表面安装有陀螺支架，在陀螺支架上安装有光纤陀螺和电路板，光纤陀螺用来敏感地球自转角速率的分量；转盘上设有四道呈90°分布的径向开口拨槽，两拨槽之间的圆盘边缘形成内凹的弧形缺口；在圆盘上表面设有用于卡入拨槽内使转盘转动的圆柱和弧形凸台，弧形凸台的弧形面与圆盘上的弧形缺口对应，圆柱与圆盘中心连线构成弧形凸台的对称线；在基座上还安装有用来测量寻北仪水平倾角的倾角传感器。

所述基座周边被夹持在底座和外罩的结合面之间，基座与底座结合面之间以及基座与外罩结合面之间均设有导电橡胶条。

所述竖向转轴与基座之间设有轴承，在轴承上下端面安装有轴承端盖并通过旋接在竖向转轴上的螺母紧固。

同现有技术相比较，本发明具有如下有益技术效果：

1、设计了机械卡位原理的四位置转位机构，其只需要一个带有自锁功能的低成本、低定位精度的直流电机，体积紧凑，重复精度高，可靠性高，与采用电磁锁转位机构相比成本低、体积小、功耗低。

由于无多余的电磁锁等锁紧机构，加工简单，同时由于无电磁锁的碰撞，在四个位置进行数据采集时，采集时间短，寻北过程所需时间短。