地球磁場相對位移矢量自動測量系統的製作方法

2023-12-06 12:00:51

專利名稱：地球磁場相對位移矢量自動測量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種地球磁場相對位移矢量自動測量系統，屬於檢測儀器技術領域。
背景技術：
眾所周知，地球是一個大磁場，其本身及在周圍空間產生的廣闊磁場即地磁場。近 年來，隨著科學技術的發展，各種能夠檢測地球磁場的磁傳感器相繼問世，常見的有磁阻傳 感器、磁通傳感器等。這些磁傳感器的產品化及批量生產，大大提高了人們利用地球磁場的 能力。但是，目前人們只能利用上述技術實現地球磁場方向的檢測，對於地球磁場相對位移 矢量的測量就無能為力。

發明內容
本發明的目的是一種能克服上述缺陷、能夠準確測量地球磁場相對位移矢量的地 球磁場相對位移矢量自動測量系統。其技術方案為 —種地球磁場相對位移矢量自動測量系統，其特徵在於包括託架、直徑不同的兩 個空心玻璃球、電機、電機支架、電源裝置、指南針、託盤、無線接收器、感應模塊、磁針傳感 器和信號處理模塊，其中兩個空心玻璃球同圓心活動套裝，大玻璃球活動支撐在託架內，電 機由過球心的電機支架固定吊裝在電機支架中心的底部，託盤水平固定在電機輸出軸的頂 端，指南針位於電機的上方且吊裝在電機支架上，磁針傳感器、感應模塊和信號處理模塊均 安裝在託盤上，且磁針傳感器位於指南針的正下方，輸出端接信號處理模塊，無線接收器安 裝在電機支架上，電源裝置包括蓄電池和貼附在小玻璃球內壁上的若干光電板，蓄電池的 輸入端接光電板，輸出端接磁針傳感器、感應模塊和信號處理模塊，並經無線接收器接電機 的控制端。 所述的地球磁場相對位移矢量自動測量系統，兩個空心玻璃球分別由兩個半球固 定對接而成，託架上設有多個光源和凸起，大玻璃球活動支撐在託架的凸起上，大玻璃球的 內壁均布有若干支撐凸起，小玻璃球活動支撐在若干支撐凸起上，兩個空心玻璃球同圓心 活動套裝。 所述的地球磁場相對位移矢量自動測量系統，電機支架包括呈圓筒狀的支座、分 居支座兩側的水平支杆和固定在小玻璃球內壁上的支杆座，其中支座底部固定一圓板，頂 部螺紋安裝有筒蓋，電機固定在圓板上，電機軸間隙垂直穿過圓板，頂端探入支座內，託盤 水平固定在電機輸出軸的頂端，託盤頂面設有感應模塊、磁針傳感器和信號處理模塊，底面 鑲嵌有兩圈環繞電機軸的導電環，指南針靠近筒蓋頂面且水平吊裝在筒蓋上，磁針傳感器 靠近指南針的一端部、且位於指南針的下方，兩支杆對稱位於球半徑上，一端與支座側壁固 定連接，另一端套裝導電套、軸承安裝在支杆座上。 所述的地球磁場相對位移矢量自動測量系統，圓板在平行於支杆的同一直線上對 稱設有兩蓄電池和兩碳刷座，每個支杆座內均經第一彈簧壓裝有第一碳刷，第一碳刷與導 電套牴觸，導電套經導線接鄰近的蓄電池，每個碳刷座的頂端均經第二彈簧支撐一第二碳刷，碳刷座上的兩第二碳刷對應與水平託盤底面的兩圈導電環牴觸，第二碳刷的輸入端對 應接蓄電池，導電環經導線接磁針傳感器、感應模塊和信號處理模塊。 所述的地球磁場相對位移矢量自動測量系統，感應模塊包括Z軸磁傳感器、X軸磁 傳感器和Y軸磁傳感器，其中Z軸磁傳感器的軸線與電機軸的軸線平行，X軸磁傳感器的軸 線與電機軸垂直，且與磁針傳感器的中心及電機軸的軸線共面，Y軸磁傳感器的軸線與X軸 磁傳感器的軸線位於同一平面且互相垂直。 所述的地球磁場相對位移矢量自動測量系統，信號處理模塊包括CPU、無線 發射器和無線收發器，其中CPU的輸入端接磁針傳感器和感應模塊，1/0端接無線發 射器和無線收發器，地球磁場空間範圍內A。點到^點的相對位移矢量可以利用公式 丄-2。= X。)2 + (K - y。)2 + (Z, - Z。)2求出，其中Z。、Zi是Z軸磁傳感器(26)對
應在A。點、&點測得的垂直分量的磁場強度，X。、 &是X軸磁傳感器(27)對應在A。點、& 點測得的垂直分量的磁場強度，Y。、 l是Y軸磁傳感器(28)對應在A。點、&點測得的垂直 分量的磁場強度。 其工作原理為本發明可以完成垂直分量的自動調節、東西、南北分量的自動調 節、地球磁場位移矢量的運算。垂直分量自動調節的目的是使Z軸磁傳感器的軸心線垂直 於地球表面。大玻璃球活動支撐在託架的若干凸起上，可以使大玻璃球在託架內自由滑動、 旋轉；小玻璃球活動支撐在大玻璃球內的若干支撐凸起上，可以使小玻璃球在大玻璃球內 自由滑動、旋轉；電機固定在圓板上，圓板固定在支座的底部，支座兩側固定支杆，支杆滑動 安裝在支杆座內部，電機、圓板、支座能夠隨同支杆在支杆座上自由轉動；三部分聯合作用， 無論託架如何放置、如何移動、如何翻滾，在電機的重力作用下，電機軸的軸心線就會始終 處在電機的上方，且垂直於地球表面，Z軸磁傳感器安裝在託盤上，Z軸磁傳感器的軸線與 電機軸的軸線平行，從而，Z軸磁傳感器的軸心線也垂直於地球表面，實現了垂直分量的自 動調節。東西、南北分量自動調節的目的是使X軸磁傳感器的軸心線平行於地球磁場南北 極的軸線，使Y軸磁傳感器的軸心線垂直於X軸磁傳感器的軸心線與Z軸磁傳感器的軸心 線。指南針靠近筒蓋頂面且水平吊裝在筒蓋上，指南針能夠自由擺動，能夠在地球磁場的作 用下指向南北方向，磁針傳感器靠近指南針的一端部、且位於指南針的下方，磁針傳感器能 夠感應指南針有、無；當磁針傳感器感應不到指南針的一端時，磁針傳感器把這個信息傳給 CPU，CPU就會控制無線發射器發出電機轉動的指令，無線接收器接收到指令後，控制電機轉 動，電機軸帶動託盤及託盤上的所有部件轉動；當磁針傳感器在託盤帶動下轉動到指南針 下方，感應到指南針的一端時，磁針傳感器把這個信息傳給CPU, CPU就會控制無線發射器 發出電機停止轉動的指令，無線接收器接收到指令後，控制電機停止轉動；X軸磁傳感器的 軸線與電機軸垂直，且與磁針傳感器的中心及電機軸的軸線共面，此時，X軸磁傳感器的軸 心線與指南針的指向方向相同，實現了南北分量自動調節的目的。Y軸磁傳感器的軸心線垂 直於X軸磁傳感器的軸心線與Z軸磁傳感器的軸心線，當X軸磁傳感器的軸心線在南北方 向時，Y軸磁傳感器的軸心線就會處在東西方向，實現了東西分量的自動調節。
地球磁場相對位移矢量的運算有CPU完成。兩兩相互垂直的Z軸磁傳感器、X軸 磁傳感器、Y軸磁傳感器，可以實時在地球磁場空間內採集、檢測三個方向的磁場強度信號。 當本發明裝置在地球磁場空間範圍內，有一個空間位置移動到另一個空間位置時，Z軸磁傳 感器就會檢測到裝置在垂直方向分量上的地球磁場的變化量，X軸磁傳感器就會檢測到裝置在南北方向分量上的地球磁場的變化量，Y軸磁傳感器就會檢測到裝置在東西方向分量 上的地球磁場的變化量。CPU接收到垂直方向分量、南北方向分量、東西方向分量上的磁場 強度的數據，進行運算，就會得到本發明裝置在地球磁場空間內的位移矢量大小。CPU可以 通過無線收發器把計算結果、檢測結果傳輸給玻璃球以外的其他接收裝置，CPU也可以通過 無線收發器接收玻璃球以外的其他裝置的指令信息。 為了進一步說明，可以設地球磁場空間範圍內的一點A。， Z軸磁傳感器測得的垂直 分量的磁場強度是Z。， X軸磁傳感器測得的南北分量的磁場強度是X。， Y軸磁傳感器測得的 東西分量的磁場強度是Y。，本發明裝置移動到A" Z軸磁傳感器測得的垂直分量的磁場強度 是Z" X軸磁傳感器測得的南北分量的磁場強度是&， Y軸磁傳感器測得的東西分量的磁場
強度是Yp利用公式丄-2。 = V(尤'一 x°)2 + — r。)2 + (z, — z。)2就可以求出A。點到 A點的相對位移矢量。 本發明與現有技術相比，其優點是能夠在任意姿態下自動調節磁傳感器軸心線 的方向，使三個磁傳感器的軸心線分別朝向垂直方向、東西方向、南北方向；能夠精確檢測 地球磁場的南北分量、東西分量和垂直分量，計算地球磁場空間內始點、終點兩個位置的相 對位移矢量。


圖1是本發明實施例的結構示意圖； 圖2是圖1所示實施例中去掉光電板、小玻璃球內剩餘部分的結構示意圖；
圖3是圖1所示實施例中託盤及託盤上各部件的結構示意圖；
圖4是圖2中支杆座的A-A剖面圖；
圖5是託盤的仰視圖； 圖6是本發明信號處理模塊與磁針傳感器、感應模塊的接線圖。
圖7是本發明相對位移矢量的計算原理圖。 圖中1、託架、2、玻璃球3、電機4、指南針5、託盤6、無線接收器7、磁針傳感器8、 蓄電池9、光電板10、光源11、凸起12、支撐凸起13、支座14、支杆15、支杆座16、圓板17、筒 蓋18、電機軸19、導電環20、導電套21、碳刷座22、第一彈簧23、第一碳刷24、第二彈簧25、 第二碳刷26、 Z軸磁傳感器27、 X軸磁傳感器28、 Y軸磁傳感器29、無線發射器30、無線收 發器31、傳感器座32、軸承33、炭刷蓋34、信號處理模塊35、吊繩
具體實施例方式
在圖l-5所示的實施例中兩個空心玻璃球2分別由兩個半球固定對接而成，託架 1上設有多個光源10和凸起11，大玻璃球2活動支撐在託架1的凸起11上，大玻璃球2的 內壁均布有若干支撐凸起12，小玻璃球2活動支撐在支撐凸起12上，兩個空心玻璃球2同 圓心活動套裝。電機支架設置在小玻璃球2內，包括呈圓筒狀的支座13、分居支座13兩側 的過球心的水平支杆14和固定在小玻璃球2內壁上的支杆座15，其中支座13底部固定一 圓板16，頂部螺紋安裝有筒蓋17，電機3固定在圓板16中心上，電機軸18間隙垂直穿過圓 板16，頂端探入支座13內，託盤5水平固定在電機軸18的頂端，託盤5頂面設有感應模塊、 磁針傳感器7和信號處理模塊34，底面鑲嵌有兩圈環繞電機軸18的導電環19，指南針4靠近筒蓋17頂面且水平吊裝在筒蓋17上，磁針傳感器7靠近指南針4的一端部、且位於指南 針4的下方，輸出端接信號處理模塊34，對稱的兩支杆14一端與支座13側壁固定連接，另 一端套裝導電套20、軸承安裝在支杆座15上。 電源裝置包括蓄電池8和貼附在小玻璃球2內壁上若干串聯或並聯的光電板9，圓 板16在平行於支杆14的同一直線上對稱設有兩蓄電池8和兩碳刷座21，每個支杆座15內 均經第一彈簧22壓裝有第一碳刷23，第一碳刷23接光電板9，並與導電套20牴觸，導電套 20經導線接鄰近的蓄電池8，圓板16上每個碳刷座21的頂端均經第二彈簧24支撐一第二 碳刷25，碳刷座21上的兩第二碳刷25對應與水平託盤5底面的兩圈導電環19牴觸，第二 碳刷25的輸入端對應接蓄電池8，導電環19經導線接磁針傳感器7、感應模塊和信號處理 模塊34。 感應模塊包括Z軸磁傳感器26、X軸磁傳感器27和Y軸磁傳感器28，其中Z軸磁 傳感器26的軸線與電機軸18平行，X軸磁傳感器27的軸線與電機軸18垂直，且與磁針傳 感器7的中心及電機軸18的軸線共面，Y軸磁傳感器28的軸線與X軸磁傳感器27的軸線 位於同一平面且互相垂直。 無線接收器6安裝在圓板16上，信號處理模塊34包括CPU、無線發射器29和無線 收發器30，其中CPU的輸入端接磁針傳感器7和Z軸磁傳感器26、X軸磁傳感器27、Y軸磁 傳感器28的輸出端，I/O端接無線發射器29和無線收發器30。
權利要求
一種地球磁場相對位移矢量自動測量系統，其特徵在於包括託架(1)、直徑不同的兩個空心玻璃球(2)、電機(3)、電機支架、電源裝置、指南針(4)、託盤(5)、無線接收器(6)、感應模塊、磁針傳感器(7)和信號處理模塊(34)，其中兩個空心玻璃球(2)同圓心活動套裝，大玻璃球(2)活動支撐在託架(1)內，電機(3)由過球心的電機支架固定吊裝在電機支架中心的底部，託盤(5)水平固定在電機軸(18)的頂端，指南針(4)位於電機(3)的上方且吊裝在電機支架上，磁針傳感器(7)、感應模塊和信號處理模塊(34)均安裝在託盤(5)上，且磁針傳感器(7)位於指南針(4)的正下方，輸出端接信號處理模塊(34)，無線接收器(6)安裝在電機支架上，電源裝置包括蓄電池(8)和貼附在小玻璃球(2)內壁上的若干光電板(9)，蓄電池(8)的輸入端接光電板(9)，輸出端接磁針傳感器(7)、感應模塊和信號處理模塊(34)，並經無線接收器(6)接電機(3)的控制端。
2. 如權利要求1所述的地球磁場相對位移矢量自動測量系統，其特徵在於兩個空心 玻璃球(2)分別由兩個半球固定對接而成，託架(1)上設有多個光源(10)和凸起(11)，大 玻璃球(2)活動支撐在託架(1)的凸起(11)上，大玻璃球(2)的內壁均布有若干支撐凸起 (12)，小玻璃球(2)活動支撐在若干支撐凸起(12)上，兩個空心玻璃球(2)同圓心活動套 裝。
3. 如權利要求1所述的地球磁場相對位移矢量自動測量系統，其特徵在於電機支架包括呈圓筒狀的支座(13)、分居支座(13)兩側的水平支杆(14)和固定在小玻璃球(2)內 壁上的支杆座(15)，其中支座(13)底部固定一圓板(16)，頂部螺紋安裝有筒蓋(17)，電機(3) 固定在圓板(16)上，電機軸(18)間隙垂直穿過圓板(16)，頂端探入支座(13)內，託盤 (5)水平固定在電機軸(18)的頂端，託盤(5)頂面設有感應模塊、磁針傳感器(7)和信號處 理模塊(34)，底面鑲嵌有兩圈環繞電機軸(18)的導電環(19)，指南針(4)靠近筒蓋(17) 頂面且水平吊裝在筒蓋(17)上，磁針傳感器(7)靠近指南針(4)的一端部、且位於指南針(4) 的下方，兩支杆(14)對稱位於球半徑上，一端與支座(13)側壁固定連接，另一端套裝導 電套(20)、軸承安裝在支杆座(15)上。
4. 如權利要求1、3所述的地球磁場相對位移矢量自動測量系統，其特徵在於圓板 (16)在平行於支杆(14)的同一直線上對稱設有兩蓄電池(8)和兩碳刷座(21)，每個支杆 座(15)內均經第一彈簧(22)壓裝有第一碳刷(23)，第一碳刷(23)與導電套(20)牴觸， 導電套(20)經導線接鄰近的蓄電池(8)，每個碳刷座(21)的頂端均經第二彈簧(24)支撐 一第二碳刷(25)，碳刷座(21)上的兩第二碳刷(25)對應與水平託盤(5)底面的兩圈導電 環(19)牴觸，第二碳刷(25)的輸入端對應接蓄電池(8)，導電環(19)經導線接磁針傳感器 (7)、感應模塊和信號處理模塊(34)。
5. 如權利要求1所述的地球磁場相對位移矢量自動測量系統，其特徵在於感應模塊 包括Z軸磁傳感器(26) 、X軸磁傳感器(27)和Y軸磁傳感器(28)，其中Z軸磁傳感器(26) 的軸線與電機軸(18)平行，X軸磁傳感器(27)的軸線與電機軸(18)垂直，且與磁針傳感 器(7)的中心及電機軸(18)的軸線共面，Y軸磁傳感器(28)的軸線與X軸磁傳感器(27) 的軸線位於同一平面且互相垂直。
6. 如權利要求1所述的地球磁場相對位移矢量自動測量系統，其特徵在於信號處理 模塊(34)包括CPU、無線發射器(29)和無線收發器(30)，其中CPU的輸入端接磁針傳感器 (7)和感應模塊，1/0端接無線發射器(29)和無線收發器(30)，地球磁場空間範圍內A。點到點的相對位移矢量可以利用公式丄-i。 = V(z, — X。)2 + (T, — r。)2 + (z, — z。)2求出，其中Z。、 Z工是Z軸磁傳感器(26)對應在A。點、&點測得的垂直分量的磁場強度，X。、 & 是X軸磁傳感器(27)對應在A。點、&點測得的垂直分量的磁場強度，Y。、 l是Y軸磁傳感 器(28)對應在A。點、&點測得的垂直分量的磁場強度。
全文摘要
本發明提供一種地球磁場相對位移矢量自動測量系統，其特徵在於包括託架、直徑不同的兩個空心玻璃球、電機、電機支架、指南針、託盤、無線接收器、感應模塊、磁針傳感器和信號處理模塊，其中兩個空心玻璃球同圓心活動套裝，大玻璃球活動支撐在託架內，電機固定吊裝在電機支架中心的底部，託盤水平固定在電機輸出軸的頂端，指南針吊裝在電機支架上，磁針傳感器、感應模塊和信號處理模塊均安裝在託盤上，且磁針傳感器位於指南針的正下方，輸出端接信號處理模塊，蓄電池的輸入端接光電板，輸出端接磁針傳感器、感應模塊和信號處理模塊，並經無線接收器接電機的控制端。本發明能夠調節感應模塊的朝向，計算地球磁場空間內始點、終點的相對位移矢量。
文檔編號G01V3/40GK101710188SQ20091023155
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月4日 優先權日2009年12月4日
發明者譚博學, 馬立修 申請人:山東理工大學