專利名稱：傾角方向儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種傾角儀，尤其涉及一種能夠同時測量物體的傾斜角度和方向的傾角方向儀，將該傾角方向儀應用于運動的物體，還可以即時測量運動物體的傾斜姿態(tài)及其變化。
技術背景目前，在建筑、安裝、各類運輸工具以及日常生活中，公知的水平儀、傾角儀以及姿態(tài)測量儀器等在測定傾角時一般只能夠檢驗是否水平，或者只能夠測量左右傾角或仰俯角的大小。由于這樣的測量結果缺少方向參照系，所以在測量結果的認知、判斷和使用方面常常出現(xiàn)困難。如果需要測量方向，一般要使用指南針等設備另行測量，不僅煩瑣而且精度也會受到影響。
實用新型CN87201170公開了一種萬向水平儀，它設有一個帶有刻度線的薄壁透明的半球面體，一個指示小球和充滿在內腔中的液體組成的半球型水準器。半球型水準器密封裝配在一個收放式的底座上，底座上設指南針附件。上述的萬向水平儀，可以測定被測平面的傾斜角度。但是受到結構的限制，指南針一般只適合水平條件下測量方向，在具有傾角的情況下并不適用，因此這類結構的傾角儀在需要精確測量和確定運動物體的姿態(tài)等場合就不能滿足使用要求。
實用新型CN92237439公開了一種指南球，它有殼體，殼體的空腔內充有液體，液體上漂浮著底墜，底墜空腔的下部設有平衡塊和磁鐵，底墜的側壁的上端與標示盤固定連接形成封閉芯體，該裝置雖然具有定向功能，但是不能測量傾角。
因此，研制一種能夠同時測量水平、傾角和方向的多功能測量器是非常有意義的。

發(fā)明內容
針對上述問題，本實用新型的目的在于提供一種能夠同時測定物體的傾角及其方向的傾角方向儀，同時具有水平儀、傾角儀和方向儀的功能，能夠唯一地確認和判定物體在空間中的狀態(tài)。
根據(jù)本實用新型的目的，傾角方向儀包括一底座和一測量器，所述的測量器包括一球狀的透明罩殼以及容置于該罩殼內的球體，且球體和罩殼之間填充有透明的防凍液體，所述的球體內部固定設置磁條和配重物，使球體在罩殼內成為一自由浮動的陀螺，在球體表面由重力決定的極點處設有標記，以極點確立的重力軸為中心建立用于測量方向的極坐標系，即在所述的球體表面沿緯線方向設有用于表示傾斜方向的方向角刻度，與由球體內部的磁條所確定地理方向相對應；在罩殼表面設立球面坐標系，即所述的罩殼表面設有兩條正交的坐標軸，所述的坐標軸是以罩殼球心為圓心的圓或圓弧，坐標軸上設有用于測量傾角大小的刻度線，所述的刻度線是以球面等角刻度方法標識。
在重力和地磁力共同作用下，陀螺的狀態(tài)是保持不變的，所以當傾角方向儀的底座與被測物體處于同一平面時，觀測底座或者底座上固定的罩殼相對于陀螺的位置變化就可以測量物體的傾角和方向。
使用時，將傾角方向儀平放在被測物體上，轉動傾角方向儀使罩殼上的某條用于測量傾角大小的刻度線和罩殼內的球體極點處的標記重合，此時該標記所對應的刻度線上的讀數(shù)就是物體傾角的大小，該刻度線所對應的方向角讀數(shù)就是被測物體傾斜的方向角度。
其中，所述的球體極點處的標記可以是設在球體表面上的標記，如小圓點、小十字等，并且此時球體極點處的標記可以是一個，或者是上下各設一個。當在所述球體的表面上設置兩個極點標記，并且罩殼表面所設的兩條測量傾角大小的刻度線為兩個完整的圓的時候，本發(fā)明的傾角方向儀還可以用于測量頂面如天花板的傾斜狀況。另一方面，所述的球體極點處的標記還可以是在球體和罩殼之間形成的一個氣泡，即，在填充防凍液體的時候留一個氣泡，因為這個氣泡始終與球體的極點位置是一致的。優(yōu)選的技術方案是在球體表面的上下極點處各標一個記號，它既可以避免由于氣泡具有一定的面積或者由于傾角方向儀的振動引起氣泡分裂等導致的讀數(shù)不精確，同時也可以用于測量頂面的傾斜狀況。
進一步地，還可以在球體表面的赤道處標設一水平刻度線，即球體表面上的赤道線，由赤道線決定的水平面與通過極點的重力軸相互垂直，以此水平刻度線作為傾角指示器，并在底座上與罩殼連接處環(huán)設用于表示左右傾角大小的刻度，則可以即時地測量運動物體的左右傾角、前后傾角、傾斜方向及其變化。底座上的左右傾角刻度值一般以傾角方向儀豎直放置時，傾角指示器所對應的刻度分別為刻度值0起點，刻度值的范圍一般為4個0°～90°。使用時，將傾角方向儀豎直地固定在被測物體上，此時傾角指示器所對應的底座上的傾角刻度值即物體左右傾斜的角度，而傾角指示器所對應的罩殼上的刻度線的讀數(shù)就是物體的仰俯角大小，也可以通俗地稱其為前后傾斜的角度，球體極點處的標記與罩殼上所述的兩條正交刻度線交點的連線所對應的方向角刻度的讀數(shù)就是物體傾斜的方向。這種測量方式尤其適合應用于交通工具上，使用者可以方便地了解到車輛或其他交通工具的左右、前后傾斜的狀況，并同時掌握其傾斜的方向。
此外，為了更方便地讀取數(shù)值，還可以將傾角方向儀設計成可以傾斜地固定在被測物體上的形式，此時可以對傾角方向儀重新進行水平標定，令傾角方向儀的罩殼可以相對底座進行轉動調整，則當?shù)鬃韵鄬Ρ粶y物體傾斜一定的角度固定放置的時候，轉動罩殼使其表面上的某條刻度線與球體上的傾角指示器(即水平刻度線)相互對應，就可以采用上述方式讀取被測物體的左右傾角、前后傾角和傾斜方向。
在本實用新型的較佳實施例中，所述的球體既可以是空心球體，也可以實心球體，只要在球體內部設置磁性物質和配重物，使得球體構成自由浮動的陀螺，就能夠同樣實現(xiàn)本實用新型的目的。
進一步地，本實用新型的傾角方向儀還可以包括一照明設備，設置在底座內，所述的照明設備可以是一個或多個發(fā)光二極管，外接電源或由電池供電，在環(huán)境光線不足的時候提供照明。
本實用新型的技術效果在于，采用球體、罩殼和底座組合而成的測量器，可以同時測量空間中被測物體的傾角角度和方向，比現(xiàn)有的傾角儀多測量一個參數(shù)。本實用新型的傾角方向儀不但適用于靜態(tài)測量時的一般情況，也適用于頂面測量等靜態(tài)測量中的特殊情況，同時還可以用在測量運動物體特別是交通工具的行駛狀況上，通過測量運動物體的左右傾角、前后傾角和傾斜方向，可以很容易地掌握其運動和平衡狀態(tài)。
以下結合附圖和最佳實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是傾角方向儀水平放置時的俯視圖；圖2是圖1的A-A向剖視圖；圖3是圖1中球體的俯視圖；圖4是圖1中球體的側視圖。
1-底座 2-測量器3-球體4-罩殼5-配重物6-磁條7-防凍液體 8-傾角指示器9-雙凹墊片10-校準螺釘11-發(fā)光二極管12-氣泡具體實施方式
以下結合附圖和最佳實施例進一步說明本實用新型，但不構成對本實用新型的限制。
如圖1所示，為本實用新型一最佳實施例水平放置時的俯視圖，結合圖2的A-A向剖視圖，圖中所示的傾角方向儀包括底座1和測量器2，測量器2由空心球體3和透明的罩殼4組成，罩殼4可以相對底座轉動調整，球體3和罩殼4之間用透明的防凍液體7填充，并留有一個氣泡12。罩殼4設置于挖空的底座1內，底座1上穿設有一校準螺釘10，罩殼4的底部對應該校準螺釘10的位置設有雙凹墊片9，籍由校準螺釘10和雙凹墊片9的配合可以校準和固定測量器2相對于底座1的位置。
如圖2所示，球體3內部固定地設置有配重物5和磁條6，使球體3在罩殼4內構成一可以自由浮動的陀螺，參見圖3，球體3表面上的上、下兩個極點處做標記A點，作為讀數(shù)指示標記。當傾角方向儀水平放置時，球體3上的極點標記A點與罩殼4的頂點B點以及氣泡12的圓心處于同一豎直線上。
在罩殼4的表面上，以B點為原點設置有兩條正交的以罩殼球心為圓心的圓形刻度線，刻度值范圍均為兩個0°～180°，即圖1中罩殼的背面也有刻度，背面的刻度90°～180°在圖1中未示出。當然，在其他的實施例中，前述的圓形刻度線也可以是圓弧，其量程的大小可以根據(jù)具體應用的需要設定為0°～180°之間的任意值。進一步，還可以經過B點在罩殼4的表面標設一個或者多個與前述兩條正交圓形刻度線成一定夾角的同樣用于表示傾角大小的刻度線，稱其為輔助刻度線，從而可以更快更精確地讀出傾角的大小。進一步，還可以在罩殼4表面的刻度線上0°、90°、180°處標記0°～5°的等角標記(即一個圓形)，當球體3上的極點標記A或者氣泡12比較靠近這些等角標記時，可以更快更精確地進行傾角大小的讀數(shù)。
如圖1所示，在底座1上和罩殼4相連處環(huán)設有4個數(shù)值范圍分別為0°～90°的左右傾角刻度值，當然該左右傾角刻度值也可以是兩個0°～90°、兩個0°～-90°。
如圖3所示，球體3的表面標設赤道線，作為傾角指示器8。在球體3的表面上標明了由磁條6所確定的地理方向東、南、西、北，當然還可以將東北、西北、東南、西南也標示出來。在球體3的表面沿緯線方向設有用于表示傾斜方向的方向角刻度，用于標識被測物體的傾斜方向。在本實施例中，該方向角刻度以正北方向為起始0°，量程為360°，并且方向角刻度線以赤道線為中心對稱設置。
如圖2所示，底座1內還設置有發(fā)光二極管，使傾角方向儀在光線不足的環(huán)境中也能夠正常使用，所述的發(fā)光二極管的數(shù)目可以根據(jù)照明需要確定。
上述的傾角方向儀使用靈活，這里采用兩種不同的方式測量物體的傾角方向。
在測量靜態(tài)物體時，將傾角方向儀水平放置于被測平面，轉動傾角方向儀使罩殼4表面的某條刻度線和球體3上的極點標記A點重合，此時A點所對應的刻度值就是被測物體仰俯傾角的大小，而該刻度線所對應的方向角刻度值就是被測物體傾斜的方向。更為一般的情況是，測量時無須轉動傾角方向儀，可以根據(jù)極點標記A在球面坐標系中的位置，根據(jù)球面等角刻度讀出傾角的大小，傾斜方向就是極點標記A與罩殼4上的刻度線交點之間的連線所對應的方向角讀數(shù)；還可以直接由傾角指示器8將物體的左右傾角、仰俯傾角、傾斜方向這樣一個三維的向量讀出來。需要指出的是，使用傾角指示器8測量時，因為傾角方向儀水平與被測物體之間的相對位置不同，一個物體的左右傾角、仰俯傾角、傾斜方向在數(shù)值上可能不是唯一的。但是，由左右傾角、仰俯傾角、傾斜方向這樣一個三維向量所確定的物體的傾斜狀況仍然是唯一的。用這樣一個三維的向量表示物體的傾斜狀況，在某些特殊使用環(huán)境下可能是非常有好處的，譬如在無法對傾角方向儀和被測物體的相對位置進行調整的時候。
在測量運動物體時，將傾角方向儀豎直或傾斜地固定在被測物體上，以汽車為例，為了方便讀數(shù)，可以將傾角方向儀傾斜一定角度固定在汽車上，并在汽車處于水平狀態(tài)時進行校準，調整罩殼4使罩殼4上的某條刻度線和球體3上的傾角指示器8平行，并使球體3上的極點標記A點位于罩殼4的另一條刻度線上的90°刻度處，此時，由傾角方向儀的傾角指示器8讀出的汽車的初始位置的傾角為左右傾角為0°，仰俯角或前后傾角讀數(shù)為0°；方向則由極點標記A點所在的刻度線所對應的方向角刻度決定。需要指出的是，在汽車的行駛過程中，上述三個數(shù)值隨汽車的傾斜狀態(tài)發(fā)生變化，駕駛者可以很方便地掌握汽車左右和前后傾斜的角度，并確定汽車前進的方向，從而適時控制車輛姿態(tài)，確保安全行駛。
在本實施例中，雖然球體和罩殼之間留有氣泡，但是在測量的過程中仍以球體3表面的極點標記A點作為讀數(shù)指示器。本領域的技術人員應當理解，在本實用新型的其他實施方式中，氣泡也可以作為一種極點標記進行讀數(shù)。
本實用新型提供的傾角方向儀，由于加入了方向參照系，從而確立了物體傾角的唯一性，克服了現(xiàn)有傾角測量、記錄、認知和判定的困難。本實用新型總體結構簡單可靠，同時適用于在靜態(tài)和動態(tài)兩種情況下的測量，安裝了照明設備后，又具有了在光線微弱環(huán)境下使用的功能，可廣泛用于建筑、安裝、汽車、輪船、攝影以及登山、旅行、探險、深海作業(yè)等行業(yè)，是一種理想的傾角方向測定裝置。
權利要求1.一種傾角方向儀，包括一底座和一測量器，所述的測量器包括一球狀的透明罩殼以及容置于該罩殼內的球體，且球體和罩殼之間填充有透明的防凍液體，所述的球體內部固定設置磁條和配重物，使球體在罩殼內成為一自由浮動的陀螺，其特征在于，所述的球體表面由重力決定的極點處設有標記；所述的球體表面沿緯線方向設有用于表示傾斜方向的方向角刻度，該方向角刻度與由球體內部的磁條所確定地理方向相對應；所述的罩殼表面設有兩條正交的坐標軸，該坐標軸是以罩殼球心為圓心的圓或圓弧，坐標軸上設有用于測量傾角大小的刻度線，所述的刻度線是以球面等角刻度方法標識。
2.如權利要求1所述的傾角方向儀，其特征在于，所述的球體表面赤道處標設一作為傾角指示器的水平刻度線，該水平刻度線決定的水平面與通過極點的重力軸相互垂直。
3.如權利要求2所述的傾角方向儀，其特征在于，所述的底座上在與罩殼連接處環(huán)設有左右傾角刻度。
4.如權利要求1所述的傾角方向儀，其特征在于，所述的球體極點處的標記可以是設在球體表面上的記號，也可以是在球體和罩殼之間形成的一個氣泡，還可以是前述記號和氣泡兼具。
5.如權利要求1所述的傾角方向儀，其特征在于，所述的罩殼可以相對底座轉動調整。
6.如權利要求1所述的傾角方向儀，其特征在于，所述的罩殼表面上的兩條正交的用于測量傾角大小的刻度線為兩個圓，刻度值均為兩個0°～180°，并在0°、90°、180°處做0°～5°的球面等角標記。
7.如權利要求1所述的傾角方向儀，其特征在于，所述的球體表面設有由所述的磁條確定的地理方向。
8.如權利要求1所述的傾角方向儀，其特征在于，所述罩殼的表面上，經過所述的兩條正交刻度線的交叉點還設有至少一條輔助坐標軸及刻度線。
9.如權利要求1所述的傾角方向儀，其特征在于，所述的底座上穿設有一校準螺釘，所述的罩殼底部對應該校準螺釘?shù)奈恢迷O有雙凹墊片。
10.如權利要求1所述的傾角方向儀，其特征在于，所述的底座內部設有照明設備。
專利摘要本實用新型提供了一種傾角方向儀，包括一底座和一測量器，所述的測量器包括一球狀的透明罩殼以及容置于該罩殼內的球體，且球體和罩殼之間填充有透明的防凍液體，所述的球體內部固定設置磁條和配重物，使球體在罩殼內成為一自由浮動的陀螺，其特征在于，所述的球體表面由重力決定的極點處設有標記；所述的球體表面沿緯線方向設有用于表示傾斜方向的方向角刻度，該方向角刻度與由球體內部的磁條所確定地理方向相對應；所述的罩殼表面設有兩條正交的坐標軸，該坐標軸是以罩殼球心為圓心的圓或圓弧，坐標軸上設有用于測量傾角大小的刻度線，所述的刻度線是以球面等角刻度方法標識。
文檔編號G01C9/00GK2876708SQ200520114699
公開日2007年3月7日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權日2005年12月2日
發(fā)明者王英博, 王東, 郭奕倩 申請人:王東, 王英博, 郭奕倩