本發(fā)明屬于地磁觀測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于絕對地磁觀測的自動化磁通門經(jīng)緯儀。

背景技術(shù)：

磁通門經(jīng)緯儀是用于測量絕對地磁參數(shù)的儀器，一般包括磁通門傳感器以及普通經(jīng)緯儀；普通經(jīng)緯儀配置有望遠鏡。磁通門傳感器固定在望遠鏡上，并且，磁通門傳感器的磁軸基本與望遠鏡光軸平行。磁通門經(jīng)緯儀可測量到地磁偏角d和地磁傾角i。以地磁偏角d的測量為例，其測量原理為：首先手動轉(zhuǎn)動望遠鏡，并依靠肉眼觀察，使望遠鏡對準(zhǔn)標(biāo)志物，此時通過經(jīng)緯儀刻度得到標(biāo)志方位角α；然后，在水平面內(nèi)繼續(xù)手動轉(zhuǎn)動磁通門傳感器，直到磁通門傳感器測出的磁場為0時，即為地磁水平強度h的垂直方向，此時經(jīng)緯儀水平讀盤讀數(shù)為β，因此，β+90°即為地磁北方向m；再借助標(biāo)志方位角α，即可計算得到地磁偏角d。

上述依靠磁通門經(jīng)緯儀測量地磁偏角d和地磁傾角i的方法，存在以下不足：

(1)采用肉眼觀察方法使望遠鏡對準(zhǔn)標(biāo)志物，不可避免存在較大的觀察誤差，從而降低了最終測量得到的地磁偏角d和地磁傾角i的測量精度；

(2)手動轉(zhuǎn)動磁通門傳感器，并依靠肉眼觀察確定磁場為0的位置，仍然不可避免存在較大的觀察誤差，進而降低了測量精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種用于絕對地磁觀測的自動化磁通門經(jīng)緯儀，可有效解決上述問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種用于絕對地磁觀測的自動化磁通門經(jīng)緯儀，包括：支撐機構(gòu)(1)、二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(2)、測量單元(3)以及總控制器；

其中，所述支撐機構(gòu)(1)包括上面板(1.1)、下面板(1.2)和立柱(1.3)；所述上面板(1.1)和所述下面板(1.2)上下對稱水平布置；所述立柱(1.3)的設(shè)置數(shù)量為至少兩個，固定安裝于所述上面板(1.1)和所述下面板(1.2)之間；

所述二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(2)包括水平無磁旋轉(zhuǎn)單元和垂直無磁旋轉(zhuǎn)單元；所述水平無磁旋轉(zhuǎn)單元用于使所述測量單元(3)在水平空間中旋轉(zhuǎn)，包括：無磁軸框(2.1)、第1豎軸(2.2)、第2豎軸(2.3)、第1圓光柵碼盤(2.4)、第1激光讀數(shù)頭(2.5)、第1壓電陶瓷環(huán)(2.6)和第1壓電電機(2.7)；

所述無磁軸框(2.1)垂直布置，所述無磁軸框(2.1)的底部中心和頂部中心各固定安裝所述第1豎軸(2.2)和所述第2豎軸(2.3)；其中，所述第1豎軸(2.2)的底部通過軸承可轉(zhuǎn)動安裝于所述下面板(1.2)的中心位置；所述第1壓電陶瓷環(huán)(2.6)位于所述下面板(1.2)的上方，且使所述第1壓電陶瓷環(huán)(2.6)的中心固定套設(shè)于所述第2豎軸(2.3)上，所述第1壓電電機(2.7)固定安裝于所述下面板(1.2)的上表面，并且，所述第1壓電電機(2.7)的輸出端與所述第1壓電陶瓷環(huán)(2.6)的表面緊密接觸，所述第1壓電電機(2.7)通過所述第1壓電陶瓷環(huán)(2.6)帶動所述第2豎軸(2.3)在水平空間中旋轉(zhuǎn)，進而帶動所述無磁軸框(2.1)在水平空間中旋轉(zhuǎn)；所述第2豎軸(2.3)的頂部通過軸承可轉(zhuǎn)動安裝于所述上面板(1.1)的中心位置并延伸到所述上面板(1.1)的上方；所述第1圓光柵碼盤(2.4)位于所述上面板(1.1)的上方，并且，所述第1圓光柵碼盤(2.4)的中心與所述第2豎軸(2.3)固定連接，所述第1激光讀數(shù)頭(2.5)與所述第1圓光柵碼盤(2.4)連接，用于讀取所述第1圓光柵碼盤(2.4)測得的旋轉(zhuǎn)角度值；

所述垂直無磁旋轉(zhuǎn)單元包括橫軸(2.8)、第2圓光柵碼盤(2.9)、第2激光讀數(shù)頭(2.10)、第2壓電陶瓷環(huán)(2.11)和第2壓電電機(2.12)；所述橫軸(2.8)水平布置于所述無磁軸框(2.1)的左側(cè)縱梁和右側(cè)縱梁之間，并且，所述橫軸(2.8)的右端通過軸承可轉(zhuǎn)動安裝于所述右側(cè)縱梁的中心；所述第2壓電陶瓷環(huán)(2.11)位于所述右側(cè)縱梁的內(nèi)側(cè)，且使所述第2壓電陶瓷環(huán)(2.11)的中心固定套設(shè)于所述橫軸(2.8)的右端，所述第2壓電電機(2.12)固定安裝于所述右側(cè)縱梁的內(nèi)側(cè)，并且，所述第2壓電電機(2.12)的輸出端與所述第2壓電陶瓷環(huán)(2.11)的表面緊密接觸，所述第2壓電電機(2.12)通過所述第2壓電陶瓷環(huán)(2.11)帶動所述橫軸(2.8)在垂直空間中旋轉(zhuǎn)；所述橫軸(2.8)的左端通過軸承可轉(zhuǎn)動安裝于所述左側(cè)縱梁的中心位置并延伸到所述左側(cè)縱梁的外側(cè)；所述第2圓光柵碼盤(2.9)位于所述左側(cè)縱梁的外部，并且，所述第2圓光柵碼盤(2.9)的中心與所述橫軸(2.8)的左端固定連接，所述第2激光讀數(shù)頭(2.10)與所述第2圓光柵碼盤(2.9)連接，用于讀取所述第2圓光柵碼盤(2.9)測得的旋轉(zhuǎn)角度值；

所述測量單元(3)包括：平行支架(3.1)、激光器(3.2)、單分量磁通門探頭(3.3)和電子水平傳感器(3.4)；所述平行支架(3.1)的幾何中心開設(shè)有與所述橫軸(2.8)相匹配的安裝孔；所述平行支架(3.1)通過所述安裝孔固定安裝于所述橫軸(2.8)的中心；所述平行支架(3.1)的上下兩端安裝有平行設(shè)置的所述激光器(3.2)和所述單分量磁通門探頭(3.3)；所述平行支架(3.1)的側(cè)面固定安裝所述電子水平傳感器(3.4)；

所述總控制器分別與所述第1激光讀數(shù)頭(2.5)、所述第1壓電電機(2.7)、所述第2激光讀數(shù)頭(2.10)、所述第2壓電電機(2.12)、所述激光器(3.2)、所述單分量磁通門探頭(3.3)和所述電子水平傳感器(3.4)電性連接。

優(yōu)選的，所述支撐機構(gòu)(1)還包括調(diào)整螺絲(1.4)；所述調(diào)整螺絲(1.4)的設(shè)置數(shù)量為3個，等間距固定安裝于所述下面板(1.2)的底部。

優(yōu)選的，還包括：標(biāo)志物位置傳感器(4)和數(shù)據(jù)采集器；所述標(biāo)志物位置傳感器(4)通過所述數(shù)據(jù)采集器連接到所述總控制器。

優(yōu)選的，所述標(biāo)志物位置傳感器(4)為基于psd傳感器的位置測量裝置，包括外殼體(4.1)、分束鏡(4.2)、反射鏡(4.3)和psd位置傳感器(4.4)；

所述外殼體(4.1)為前端開口的空腔結(jié)構(gòu)；所述分束鏡(4.2)傾斜固定于所述外殼體(4.1)的內(nèi)部，并且，所述分束鏡(4.2)的分光面與軸線呈45度夾角；所述分束鏡(4.2)的分光面的中心線為中心線a，中心線a與所述外殼體(4.1)的前端開口連通；在所述外殼體(4.1)的后端內(nèi)壁且位于所述分束鏡(4.2)的通過中心線a的透射光路上，固定安裝所述psd位置傳感器(4.4)；

所述反射鏡(4.3)傾斜固定于所述外殼體(4.1)的底壁，所述反射鏡(4.3)的反射面與所述分束鏡(4.2)的分光面平行設(shè)置，并且，所述反射鏡(4.3)的反射面中心線為中心線b，中心線b位于中心線a的正下方，因此，水平入射到反射鏡(4.3)的中心線b的激光，經(jīng)反射鏡(4.3)向上反射作用后，垂直入射到分束鏡(4.2)的中心線a的位置，再經(jīng)分束鏡(4.2)的反射后，水平入射到psd位置傳感器(4.4)，由psd位置傳感器(4.4)檢測最初入射激光在水平面的方位。

優(yōu)選的，所述反射鏡(4.3)到所述分束鏡(4.2)的垂直距離可調(diào)節(jié)；

還包括分束鏡支撐框架(4.6)；所述分束鏡(4.2)通過所述分束鏡支撐框架(4.6)，固定于所述外殼體(4.1)的內(nèi)腔；

在所述外殼體(4.1)的頂部且位于所述分束鏡(4.2)的通過中心線a的反射光路上，開設(shè)有透光孔(4.7)。

本發(fā)明提供的用于絕對地磁觀測的自動化磁通門經(jīng)緯儀具有以下優(yōu)點：

(1)用激光器替代了傳統(tǒng)的標(biāo)志物，采用激光對準(zhǔn)標(biāo)志物的方式，可有效保證對準(zhǔn)標(biāo)志物的精確度，從而保證測量得到的地磁偏角d和地磁傾角i的測量精度；

(2)設(shè)計了一種承載單分量磁通門探頭的二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，可自動高精度實現(xiàn)單分量磁通門探頭的水平旋轉(zhuǎn)和垂直旋轉(zhuǎn)，最終實現(xiàn)地磁偏角d和地磁傾角i的自動測量；

(3)設(shè)計了一種特殊結(jié)構(gòu)的標(biāo)志物位置傳感器，可實現(xiàn)巧妙的實現(xiàn)了同一位置的psd傳感器對兩路不同高度入射激光的方位測量，從而降低了正倒鏡對準(zhǔn)標(biāo)志物時的測量誤差，提高地磁場測量精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的用于絕對地磁觀測的自動化磁通門經(jīng)緯儀的第1立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的用于絕對地磁觀測的自動化磁通門經(jīng)緯儀的第2立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的用于絕對地磁觀測的自動化磁通門經(jīng)緯儀的第3立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明提供的用于絕對地磁觀測的自動化磁通門經(jīng)緯儀在沒有加裝立柱時的第1立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明提供的用于絕對地磁觀測的自動化磁通門經(jīng)緯儀在沒有加裝立柱時的第2立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明提供的測量單元的第1立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明提供的測量單元的第2立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明提供的標(biāo)志物位置傳感器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明提供的標(biāo)志物位置傳感器在不顯示外殼體時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為標(biāo)志物位置傳感器對第1高度入射激光方位的測量原理圖；

圖11為標(biāo)志物位置傳感器對第2高度入射激光方位的測量原理圖；

圖12為實際磁偏角d的測量原理圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供一種用于絕對地磁觀測的自動化磁通門經(jīng)緯儀，可用于資源勘探、地磁探測、大地探測、地磁導(dǎo)航等領(lǐng)域的絕對地磁測量，主要特點概括如下：

(1)在無磁軸框上絕對平行的固定安裝單分量磁通門探頭和激光器，將傳統(tǒng)的標(biāo)志物替換為psd位置傳感器，因此，激光器和psd位置傳感器配合，在對準(zhǔn)標(biāo)志物的時候，激光器發(fā)出的激光投射到psd位置傳感器的感應(yīng)窗口，通過psd位置傳感器的輸出信號而確定激光器是否對準(zhǔn)標(biāo)志物，采用激光對準(zhǔn)標(biāo)志物的方式，可有效保證對準(zhǔn)標(biāo)志物的精確度，從而保證測量得到的地磁偏角d和地磁傾角i的測量精度；

(2)設(shè)計了一種承載單分量磁通門探頭的二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括水平無磁旋轉(zhuǎn)單元和垂直無磁旋轉(zhuǎn)單元，水平無磁旋轉(zhuǎn)單元和垂直無磁旋轉(zhuǎn)單元均是由無磁壓電電機、激光讀數(shù)頭和圓光柵碼盤組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而可自動高精度實現(xiàn)單分量磁通門探頭的水平旋轉(zhuǎn)和垂直旋轉(zhuǎn)，最終實現(xiàn)地磁偏角d和地磁傾角i的自動測量；

(3)設(shè)計了一種特殊結(jié)構(gòu)的標(biāo)志物位置傳感器，可實現(xiàn)巧妙的實現(xiàn)了同一位置的psd傳感器對兩路不同高度入射激光的方位測量，從而降低了正倒鏡對準(zhǔn)標(biāo)志物時的測量誤差，進一步提高了地磁偏角d和地磁傾角i的測量準(zhǔn)確度。

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明詳細(xì)介紹：

參考圖1-圖5，用于絕對地磁觀測的自動化磁通門經(jīng)緯儀包括：支撐機構(gòu)1、二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2、測量單元3以及總控制器。下面對各部件分別詳細(xì)介紹：

(一)支撐機構(gòu)

支撐機構(gòu)1為整個自動化磁通門經(jīng)緯儀的承載基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括上面板1.1、下面板1.2和立柱1.3；上面板1.1和下面板1.2上下對稱水平布置；立柱1.3的設(shè)置數(shù)量為至少兩個，固定安裝于上面板1.1和下面板1.2之間；支撐機構(gòu)1還包括調(diào)整螺絲1.4；調(diào)整螺絲1.4的設(shè)置數(shù)量可以為3個，等間距固定安裝于下面板1.2的底部，通過調(diào)整螺絲的調(diào)整作用，可調(diào)整整個儀器的水平度。

(二)二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)

二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2是用于實現(xiàn)單分量磁通門探頭進行水平旋轉(zhuǎn)和垂直旋轉(zhuǎn)、同時精確測量到旋轉(zhuǎn)角度的機構(gòu)。由于單分量磁通門探頭對工作環(huán)境的無磁性要求非常高，因此，二維旋轉(zhuǎn)機構(gòu)需保證無磁性。

二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括水平無磁旋轉(zhuǎn)單元和垂直無磁旋轉(zhuǎn)單元；水平無磁旋轉(zhuǎn)單元用于使測量單元3在水平空間中旋轉(zhuǎn)，包括：無磁軸框2.1、第1豎軸2.2、第2豎軸2.3、第1圓光柵碼盤2.4、第1激光讀數(shù)頭2.5、第1壓電陶瓷環(huán)2.6和第1壓電電機2.7；

無磁軸框2.1垂直布置，無磁軸框2.1的底部中心和頂部中心各固定安裝第1豎軸2.2和第2豎軸2.3；其中，第1豎軸2.2的底部通過軸承可轉(zhuǎn)動安裝于下面板1.2的中心位置；第1壓電陶瓷環(huán)2.6位于下面板1.2的上方，且使第1壓電陶瓷環(huán)2.6的中心固定套設(shè)于第2豎軸2.3上，第1壓電電機2.7固定安裝于下面板1.2的上表面，并且，第1壓電電機2.7的輸出端與第1壓電陶瓷環(huán)2.6的表面緊密接觸，第1壓電電機2.7通過第1壓電陶瓷環(huán)2.6帶動第2豎軸2.3在水平空間中旋轉(zhuǎn)，進而帶動無磁軸框2.1在水平空間中旋轉(zhuǎn)；第2豎軸2.3的頂部通過軸承可轉(zhuǎn)動安裝于上面板1.1的中心位置并延伸到上面板1.1的上方；第1圓光柵碼盤2.4位于上面板1.1的上方，并且，第1圓光柵碼盤2.4的中心與第2豎軸2.3固定連接，第1激光讀數(shù)頭2.5與第1圓光柵碼盤2.4連接，用于讀取第1圓光柵碼盤2.4測得的旋轉(zhuǎn)角度值；

垂直無磁旋轉(zhuǎn)單元包括橫軸2.8、第2圓光柵碼盤2.9、第2激光讀數(shù)頭2.10、第2壓電陶瓷環(huán)2.11和第2壓電電機2.12；橫軸2.8水平布置于無磁軸框2.1的左側(cè)縱梁和右側(cè)縱梁之間，并且，橫軸2.8的右端通過軸承可轉(zhuǎn)動安裝于右側(cè)縱梁的中心；第2壓電陶瓷環(huán)2.11位于右側(cè)縱梁的內(nèi)側(cè)，且使第2壓電陶瓷環(huán)2.11的中心固定套設(shè)于橫軸2.8的右端，第2壓電電機2.12固定安裝于右側(cè)縱梁的內(nèi)側(cè)，并且，第2壓電電機2.12的輸出端與第2壓電陶瓷環(huán)2.11的表面緊密接觸，第2壓電電機2.12通過第2壓電陶瓷環(huán)2.11帶動橫軸2.8在垂直空間中旋轉(zhuǎn)；橫軸2.8的左端通過軸承可轉(zhuǎn)動安裝于左側(cè)縱梁的中心位置并延伸到左側(cè)縱梁的外側(cè)；第2圓光柵碼盤2.9位于左側(cè)縱梁的外部，并且，第2圓光柵碼盤2.9的中心與橫軸2.8的左端固定連接，第2激光讀數(shù)頭2.10與第2圓光柵碼盤2.9連接，用于讀取第2圓光柵碼盤2.9測得的旋轉(zhuǎn)角度值；

可見，水平無磁旋轉(zhuǎn)單元和垂直無磁旋轉(zhuǎn)單元均是由無磁壓電電機、激光讀數(shù)頭和圓光柵碼盤組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。具體的，對于水平無磁旋轉(zhuǎn)單元，通過控制第1壓電電機，實現(xiàn)水平空間旋轉(zhuǎn)；通過第1激光讀數(shù)頭可讀取到水平旋轉(zhuǎn)角度。對于垂直無磁旋轉(zhuǎn)單元，通過控制第2壓電電機，實現(xiàn)垂直空間旋轉(zhuǎn)；通過第2激光讀數(shù)頭可讀取到垂直旋轉(zhuǎn)角度。由此實現(xiàn)了單分量磁通門探頭高精度且自動化的旋轉(zhuǎn)。

采用壓電電機和壓電陶瓷環(huán)的驅(qū)動機構(gòu)，保證了驅(qū)動機構(gòu)的無磁性，不會對單分量磁通門探頭的測量產(chǎn)生干擾。

(三)測量單元

參考圖6-圖7，測量單元3包括：平行支架3.1、激光器3.2、單分量磁通門探頭3.3和電子水平傳感器3.4；

平行支架3.1的幾何中心開設(shè)有與橫軸2.8相匹配的安裝孔；平行支架3.1通過安裝孔固定安裝于橫軸2.8的中心；平行支架3.1的上下兩端安裝有平行設(shè)置的激光器3.2和單分量磁通門探頭3.3；平行支架3.1的側(cè)面固定安裝電子水平傳感器3.4；在初始安裝過程中，由于激光器3.2和單分量磁通門探頭3.3均固定于平行支架上，因此，可保證激光器3.2和單分量磁通門探頭3.3的絕對水平性，進而保證絕對地磁測量精度。

(四)標(biāo)志物位置傳感器

標(biāo)志物是絕對地磁測量中的輔助物體，傳統(tǒng)的標(biāo)志物為固定在特定位置的水泥墩或大理石墩，在與望遠鏡配合時，只能實現(xiàn)肉眼觀察對準(zhǔn)標(biāo)志物。

本發(fā)明提供的自動化磁通門經(jīng)緯儀，完全不需要采用望遠鏡，而是創(chuàng)新的采用了激光器，而對應(yīng)的標(biāo)志物采用psd位置傳感器，因此，激光器和psd位置傳感器配合，可實現(xiàn)高精確對準(zhǔn)標(biāo)志物。

另外，在進行自動化絕對地磁測量過程中，為消除激光器光軸和磁通門探頭軸線的夾角，通常需要采用正鏡對準(zhǔn)和倒鏡對準(zhǔn)兩次對準(zhǔn)標(biāo)志物的方式，從而消除降低儀器安裝誤差。其中，正鏡對準(zhǔn)是指：激光器位于磁通門探頭的上方；反鏡對準(zhǔn)是指：激光器位于磁通門探頭的下方。因此，如果采用常規(guī)的psd位置傳感器，需要安裝上下兩個完全相同的psd位置傳感器，才能分別實現(xiàn)正鏡對準(zhǔn)和倒鏡對準(zhǔn)。該種方式具有以下不足：(1)需要安裝兩個psd位置傳感器，加大了安裝成本；(2)上下兩個psd位置傳感器需保證完全平行同軸心，否則會引入對準(zhǔn)標(biāo)志物的誤差，因此，對安裝精確非常嚴(yán)格；(3)即使是購買完全相同型號的psd位置傳感器，但由于兩個psd位置傳感器的性能不可能完全相同，因此，仍然會由于兩個psd位置傳感器存在的差異而增加測量誤差。

因此，發(fā)明人創(chuàng)新的提出了一種新型的基于psd位置傳感器的位置測量裝置，可實現(xiàn)同一位置的psd傳感器對兩路不同高度入射激光的方位測量，徹底解決上述傳統(tǒng)方式存在的不足。

參考圖8-圖9，基于psd的標(biāo)志物位置傳感器，包括外殼體4.1、分束鏡4.2、反射鏡4.3和psd位置傳感器4.4；

外殼體4.1為前端開口的空腔結(jié)構(gòu)；分束鏡4.2傾斜固定于外殼體4.1的內(nèi)部，具體的，分束鏡4.2可以通過分束鏡支撐框架4.6，固定于外殼體4.1的內(nèi)腔。

并且，分束鏡4.2的分光面與軸線呈45度夾角；分束鏡4.2的分光面的中心線為中心線a，中心線a與外殼體4.1的前端開口連通；在外殼體4.1的后端內(nèi)壁且位于分束鏡4.2的通過中心線a的透射光路上，固定安裝psd位置傳感器4.4；psd位置傳感器4.4的感光面前方還可固定安裝有濾光片4.5。在外殼體4.1的頂部且位于分束鏡4.2的通過中心線a的反射光路上，開設(shè)有透光孔4.7。

反射鏡4.3傾斜固定于外殼體4.1的底壁，反射鏡4.3的反射面與分束鏡4.2的分光面平行設(shè)置，并且，反射鏡4.3的反射面中心線為中心線b，中心線b位于中心線a的正下方，因此，水平入射到反射鏡4.3的中心線b的激光，經(jīng)反射鏡4.3向上反射作用后，垂直入射到分束鏡4.2的中心線a的位置，再經(jīng)分束鏡4.2的反射后，水平入射到psd位置傳感器4.4，由psd位置傳感器4.4檢測最初入射激光在水平面的方位。

當(dāng)然，實際應(yīng)用中，為適應(yīng)不同的使用場景，可設(shè)計為反射鏡到分束鏡的垂直距離可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)，由此實現(xiàn)對不同高度差的兩路激光光束的方位測量。

具體的，當(dāng)采用正鏡對準(zhǔn)激光標(biāo)志時，如圖10所示，激光器位于單分量磁通門探頭的上方，此時，激光器發(fā)射出的激光光束直接入射到分束鏡4.2的中心線a，經(jīng)分束鏡4.2透射后的激光光束投射到psd位置傳感器4.4，因此，psd位置傳感器檢測到激光器發(fā)射出的激光光束的方位。

當(dāng)采用反鏡對準(zhǔn)激光標(biāo)志時，橫軸轉(zhuǎn)動，帶動平行支架在垂直面中旋轉(zhuǎn)，進而使激光器位于單分量磁通門探頭的下方，如圖11所示，因此，激光器發(fā)射出的激光光束入射到反射鏡，經(jīng)反射鏡向上反射作用后，垂直入射到分束鏡的中心線a的位置，再經(jīng)分束鏡的反射后，水平入射到psd位置傳感器，因此，psd位置傳感器檢測到激光器發(fā)射出的激光光束的方位。

由此可見，通過本發(fā)明提供的基于psd位置傳感器的位置測量裝置，通過簡單的結(jié)構(gòu)，巧妙的實現(xiàn)了同一位置的psd傳感器對兩路不同高度入射激光的方位測量，從而提高了測量精度。

(五)總控制器

總控制器分別與第1激光讀數(shù)頭2.5、第1壓電電機2.7、第2激光讀數(shù)頭2.10、第2壓電電機2.12、激光器3.2、單分量磁通門探頭3.3和電子水平傳感器3.4電性連接?？偪刂破魍ㄟ^數(shù)據(jù)采集器與標(biāo)志物位置傳感器4連接。

由此可見，本發(fā)明提供的用于絕對地磁觀測的自動化磁通門經(jīng)緯儀具有以下優(yōu)點：

(1)用激光器替代了傳統(tǒng)的標(biāo)志物，采用激光對準(zhǔn)標(biāo)志物的方式，可有效保證對準(zhǔn)標(biāo)志物的精確度，從而保證測量得到的地磁偏角d和地磁傾角i的測量精度；

(2)設(shè)計了一種承載單分量磁通門探頭的二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，可自動高精度實現(xiàn)單分量磁通門探頭的水平旋轉(zhuǎn)和垂直旋轉(zhuǎn)，最終實現(xiàn)地磁偏角d和地磁傾角i的自動測量；

(3)設(shè)計了一種特殊結(jié)構(gòu)的標(biāo)志物位置傳感器，可實現(xiàn)巧妙的實現(xiàn)了同一位置的psd傳感器對兩路不同高度入射激光的方位測量，從而降低了正倒鏡對準(zhǔn)標(biāo)志物時的測量誤差，提高地磁場測量精度。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，采用本發(fā)明提供的用于絕對地磁觀測的自動化磁通門經(jīng)緯儀，可采用現(xiàn)有技術(shù)中任何測量方式，實現(xiàn)絕對地磁測量，本發(fā)明并不對具體的測量方法進行限制，但是，為了方便對本發(fā)明提供的自動化磁通門經(jīng)緯儀進行充分的理解，下面列舉一種具體的絕對地磁測量方法，但下面的測量方法并不限制本發(fā)明的保護范圍：

參考圖12，自動化絕對地磁測量方法包括以下步驟：

步驟1，在測點布置絕對地磁測量機構(gòu)，所述絕對地磁測量機構(gòu)包括支撐機構(gòu)(1)、二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(2)和測量單元(3)；在選定的位置布置標(biāo)志物位置傳感器(4)；并且，所述標(biāo)志物位置傳感器(4)中的反射鏡(4.3)到分束鏡(4.2)的垂直距離和激光器(3.2)到單分量磁通門探頭(3.3)的垂直距離相同；

在儀器架設(shè)過程中，轉(zhuǎn)動豎軸，分別在儀器初始零位和正負(fù)90度位，以電子水平傳感器(3.4)為參考，通過調(diào)整三個調(diào)整腳和第2壓電電機(2.12)，將測量單元(3)調(diào)平，確保測量單元(3)的激光器(3.2)和單分量磁通門探頭(3.3)處于水平測試面；同時，根據(jù)調(diào)平后激光器(3.2)發(fā)出的激光光斑高度，調(diào)整所述標(biāo)志物位置傳感器(4)的窗口高度，使二者等高；

步驟2，初始對準(zhǔn)標(biāo)志物位置傳感器過程，包括：

步驟2.1，使激光器(3.2)平行布置于單分量磁通門探頭(3.3)的上方；

步驟2.2，總控制器打開激光器(3.2)，同時，總控制器對第1壓電電機(2.7)進行控制，從而使水平無磁旋轉(zhuǎn)單元繞豎軸轉(zhuǎn)動，并使激光器(3.2)發(fā)射出的水平激光逼近標(biāo)志物位置傳感器的感應(yīng)窗口，即：逼近psd位置傳感器(4.4)的感應(yīng)窗口；

步驟2.3，總控制器繼續(xù)控制水平無磁旋轉(zhuǎn)單元繞豎軸轉(zhuǎn)動，并使激光器發(fā)射出的激光經(jīng)分束鏡(4.2)的透射作用后，水平入射到psd位置傳感器(4.4)的感應(yīng)窗口邊緣，從而使數(shù)據(jù)采集器采集到感應(yīng)電壓；然后，總控制器控制水平無磁旋轉(zhuǎn)單元繞豎軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)；由于激光在psd位置傳感器感應(yīng)窗口的不同位置對應(yīng)不同的感應(yīng)電壓，當(dāng)數(shù)據(jù)采集器采集到指定感應(yīng)電壓時，即表示水平無磁旋轉(zhuǎn)單元繞豎軸旋轉(zhuǎn)到了指定方位，此時，總控制器控制水平無磁旋轉(zhuǎn)單元停止轉(zhuǎn)動，主控制器通過第1激光讀數(shù)頭(2.5)得到此時無磁軸框(2.1)的精確方位角，記作n1，由此完成對標(biāo)正鏡測量；

步驟2.4，然后，總控制器對第2壓電電機(2.12)進行控制，從而帶動橫軸(2.8)旋轉(zhuǎn)180°，進而帶動測量單元(3)旋轉(zhuǎn)180°，使激光器(3.2)平行布置于單分量磁通門探頭(3.3)的下方，然后鎖死第2壓電電機(2.12)；

步驟2.5，然后，總控制器再次對第1壓電電機(2.7)進行控制，從而使水平無磁旋轉(zhuǎn)單元繞豎軸轉(zhuǎn)動，并使激光器(3.2)發(fā)射出的水平激光經(jīng)過反射鏡(4.3)向上反射作用、再經(jīng)過分束鏡(4.2)的反射作用后，入射到psd位置傳感器(4.4)的感應(yīng)窗口邊緣，從而使數(shù)據(jù)采集器采集到感應(yīng)電壓；然后，總控制器控制水平無磁旋轉(zhuǎn)單元繞豎軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)；由于激光在psd位置傳感器感應(yīng)窗口的不同位置對應(yīng)不同的感應(yīng)電壓，當(dāng)數(shù)據(jù)采集器采集到指定感應(yīng)電壓時，即表示水平無磁旋轉(zhuǎn)單元繞豎軸旋轉(zhuǎn)到了指定方位，此時，總控制器控制水平無磁旋轉(zhuǎn)單元停止轉(zhuǎn)動，主控制器通過第1激光讀數(shù)頭(2.5)得到此時無磁軸框(2.1)的精確方位角，記作n2，由此完成對標(biāo)反鏡測量；

步驟2.6，總控制器將n1和n2求均值，得出標(biāo)志讀數(shù)n；

由于機加工和裝配誤差的存在，自動磁通門經(jīng)緯儀的激光器軸線與橫軸之間會存在一個很小的不正交角度μ。激光器發(fā)出的激光用途是通過照準(zhǔn)標(biāo)志物來計算地理北在水平碼盤上的讀數(shù)。如果只采用正鏡或者倒鏡一次對準(zhǔn)標(biāo)志物，由于不正交角度μ的存在，自動磁通門經(jīng)緯儀獲得的標(biāo)志角度會引入誤差。但如果采用了正倒鏡測量的方法，由于正鏡和倒鏡分別帶來正誤差和負(fù)誤差，兩次讀數(shù)相加取均值，正負(fù)誤差可以抵消，也就是說此不正交度μ帶來的誤差可以有效地抵消。

步驟3，測量地磁偏角d的步驟，包括：

步驟3.1，總控制器關(guān)閉激光器(3.2)，打開單分量磁通門探頭(3.3)，此時，激光器(3.2)平行布置于單分量磁通門探頭(3.3)的下方；

步驟3.2，總控制器控制水平無磁旋轉(zhuǎn)單元繞豎軸轉(zhuǎn)動，同時，總控制器實時判斷單分量磁通門探頭(3.3)輸出的外磁場強度信號是否為0，當(dāng)達到0時，總控制器通過第1激光讀數(shù)頭(2.5)得到外磁場0值地磁偏角第一測量位置的角度值d1；

然后，總控制器控制水平無磁旋轉(zhuǎn)單元繞豎軸反向轉(zhuǎn)動，同時，總控制器實時判斷單分量磁通門探頭(3.3)輸出的外磁場強度信號是否為0，當(dāng)達到0時，總控制器通過第1激光讀數(shù)頭(2.5)得到外磁場0值地磁偏角第二測量位置的角度值d2；

步驟3.3，然后，總控制器對第2壓電電機(2.12)進行控制，從而帶動橫軸(2.8)旋轉(zhuǎn)180°，進而帶動測量單元(3)旋轉(zhuǎn)180°，使激光器(3.2)平行布置于單分量磁通門探頭(3.3)的上方，然后鎖死第2壓電電機(2.12)；

步驟3.4，然后，總控制器控制水平無磁旋轉(zhuǎn)單元繞豎軸轉(zhuǎn)動，同時，總控制器實時判斷單分量磁通門探頭(3.3)輸出的外磁場強度信號是否為0，當(dāng)達到0時，總控制器通過第1激光讀數(shù)頭(2.5)得到外磁場0值地磁偏角第三測量位置的角度值d3；

然后，總控制器控制水平無磁旋轉(zhuǎn)單元繞豎軸反向轉(zhuǎn)動，同時，總控制器實時判斷單分量磁通門探頭(3.3)輸出的外磁場強度信號是否為0，當(dāng)達到0時，總控制器通過第1激光讀數(shù)頭(2.5)得到外磁場0值地磁偏角第四測量位置的角度值d4；

步驟3.5，地磁偏角第一測量位置的角度值d1、地磁偏角第二測量位置的角度值d2、地磁偏角第三測量位置的角度值d3和地磁偏角第四測量位置的角度值d4求均值，即為地磁北讀數(shù)d0；

依據(jù)下式計算得到實際磁偏角d：

實際磁偏角d＝地磁北讀數(shù)d0-地理北方向讀數(shù)＝地磁北讀數(shù)d0-(標(biāo)志讀數(shù)n-標(biāo)志方位角)；

其中，標(biāo)志方位角由地磁臺站提前測量得出，即為以測量點為圓心，地理北與標(biāo)志物的夾角；

參考圖12，地磁北讀數(shù)d0的參考為自動磁通門經(jīng)緯儀儀器零點，如圖中∠a2所示；

標(biāo)志讀數(shù)n的參考為自動磁通門經(jīng)緯儀儀器零點，如圖中∠a1所示，該角度對準(zhǔn)的一致性，主要用于確保儀器在多次測量過程或放置過程中是否發(fā)生位移；

實際磁偏角d的參考為地理北，如圖中∠a4所示。

步驟4，地磁傾角i的測量步驟，包括：

步驟4.1，激光器(3.2)平行布置于單分量磁通門探頭(3.3)的上方，總控制器控制水平無磁旋轉(zhuǎn)單元繞豎軸旋轉(zhuǎn)至地磁北讀數(shù)d0位置；此時，單分量磁通門探頭(3.3)位于磁子午面內(nèi)；

然后，鎖定豎軸不再轉(zhuǎn)動；總控制器對第2壓電電機(2.12)進行控制，從而帶動橫軸(2.8)轉(zhuǎn)動，橫軸(2.8)通過平行支架(3.1)帶動激光器(3.2)和單分量磁通門探頭(3.3)在磁子午面內(nèi)同步轉(zhuǎn)動；同時，總控制器實時判斷單分量磁通門探頭(3.3)測得的外磁場強度信號是否為0，當(dāng)達到0時，總控制器通過第2激光讀數(shù)頭(2.10)得到外磁場0值地磁傾角第一測量位置的角度值i1；

然后，總控制器繼續(xù)控制橫軸向相反方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁通門探頭再次測得外磁場強度信號為0時，總控制器通過第2激光讀數(shù)頭(2.10)得到外磁場0值地磁傾角第二測量位置的角度值i2；

步驟4.2，接下來，總控制器控制豎軸旋轉(zhuǎn)，使豎軸停止在d0位置+180°或d0位置-180°的位置；

然后，鎖定豎軸不再轉(zhuǎn)動；

總控制器對第2壓電電機(2.12)進行控制，從而帶動橫軸(2.8)轉(zhuǎn)動，橫軸(2.8)通過平行支架(3.1)帶動激光器(3.2)、單分量磁通門探頭(3.3)和電子水平傳感器(3.4)在磁子午面內(nèi)同步轉(zhuǎn)動；同時，總控制器實時判斷單分量磁通門探頭(3.3)測得的外磁場強度信號是否為0，當(dāng)達到0時，總控制器通過第2激光讀數(shù)頭(2.10)得到外磁場0值地磁傾角第三測量位置的角度值i3；

步驟4.3，總控制器繼續(xù)控制橫軸向相反方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)單分量磁通門探頭(3.3)再次測得外磁場強度信號為0時，總控制器通過第2激光讀數(shù)頭(2.10)得到外磁場0值地磁傾角第四測量位置的角度值i4；

步驟4.4，基于以下公式得到磁傾角i：

磁傾角i＝(i1+i2-i3-i4)/4。

本發(fā)明提供的自動化絕對地磁測量方法，具有以下優(yōu)點：

(1)采用激光對準(zhǔn)標(biāo)志物的方式，可有效保證對準(zhǔn)標(biāo)志物的精確度，從而保證絕對地磁測量精度；

(2)以二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)作為磁通門探頭的驅(qū)動運動機構(gòu)，可自動高精度實現(xiàn)單分量磁通門探頭的水平旋轉(zhuǎn)和垂直旋轉(zhuǎn)，最終保證絕對地磁測量精度；

(3)在絕對地磁測量過程中，采用同一個標(biāo)志物位置傳感器巧妙的實現(xiàn)對兩路不同高度入射激光的方位測量，從而降低了正倒鏡對準(zhǔn)標(biāo)志物時的測量誤差，提高地磁場測量精度。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護范圍。