專利名稱：電子羅盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型的電子羅盤。
指針顯示式羅盤的發(fā)明和使用應(yīng)追溯到指南針的發(fā)明，已有上千年的歷史，早期的羅盤(指南針)使用時誤差較大，并且沒有磁偏角的校正。近代為了航海的需要，人們在不斷地改進羅盤。1837年英國海軍專門成立了一個羅盤委員會，從而研制出了現(xiàn)代羅盤(現(xiàn)在常用羅盤的式樣)，但在航海中使用，精度仍不夠，并且在顛簸中使用不穩(wěn)定。本世紀初美國的愛爾默.斯彼瑞(ElmerSperry)和德國的發(fā)明家赫門(HermannAnshutz－Kampfe)幾乎同時研制出了迥轉(zhuǎn)羅盤，即陀螺儀，它不僅精度高，而且由于內(nèi)部容器充滿液體可以吸收任何振動和搖擺。
目前除了航天、航海等方面需要高精度的羅盤或陀螺儀外，普通使用的羅盤仍是上世紀研制出來的基本樣式和結(jié)構(gòu)，它的重量和體積都較大，并且在使用和測量時受到一些限制。例如地質(zhì)和勘測部門最常用的八角羅盤，在野外測量－記錄－測量中，一個人使用極不方便，并且效率很低。另外這種羅盤在測量較高的下層面產(chǎn)狀時，便無能為力。最近研制出來的立體羅盤，雖能在測量傾向的同時測量傾角，但其它方面的限制仍然存在。
本實用新型的目的在于提供一種新型的電子羅盤，其特點是重量輕，體積小，傾向傾角同時數(shù)字顯式，并且與筆連用，外表美觀，另外還能以數(shù)字顯示的方式進行磁偏角的校正。以及作為計時手表用。由于它體積小，只需一只手操作，并與筆合為一體，解決了測量與記錄之間的矛盾，不僅使用方便，而且可以大大地提高效率。
本實用新型電子羅盤的目的是通過改進羅盤的結(jié)構(gòu)，即把用刻度盤顯示方向改為直接數(shù)字顯示方向。這種羅盤包括外殼、編碼磁針盤、測角器、水平儀、光電或電磁傳感器、二進制計數(shù)器、予置計數(shù)器、數(shù)字控制電路及液晶顯示器、石英振蕩器、多檔開關(guān)、控制鍵、鈕扣電池、書寫筆。
本實用新型電子羅盤通過以下技術(shù)方案實施。
測量方向裝置的方案一是用光電效應(yīng)和二進制編碼的原理來實現(xiàn)的。把磁針固定在一園盤上，在園盤上按二進制九位碼的順序開一系列光窗，在磁針盤的園心上、下都裝有頂針，磁針盤上方沿半徑方向裝有九個發(fā)光二極管，對應(yīng)發(fā)光二極管的位置，在磁針盤下方裝有一排組成九位碼的九個掩膜刻槽的光敏二極管。發(fā)光二極管發(fā)出的光通過編碼光窗被光敏二極管接收并轉(zhuǎn)變成二進制九位碼信號。由于光窗和磁針都安裝在同一個可轉(zhuǎn)動的盤上，并且每一度方向上的編碼光窗就代表相應(yīng)的方位度數(shù)，因此，磁針所指的方向，通過編碼光窗就可反映出來，光通過光窗被光敏器接收，為“1”；無光窗，光敏器沒有接收，則為“0”。
光窗編碼是按十進制來對應(yīng)二進制編碼的，即在園盤代表1度的第一位碼位置上刻一光窗，編碼為000000001；在2度的第二位碼位置上刻光窗，編碼為000000010；在3度的第一、二位碼位置上刻一光窗，編碼為000000011，以此類推，在359度方向刻光窗，編碼為101101000；在360度即0度方向刻光窗編碼為000000000。這樣，本測量方向裝置是把磁針盤、編碼光窗和光電傳感有機的合拼成三位一體，每個光敏器代表一位碼，并接一條信號引線，因此整個信號引線只有九條，并將這些信號引線接二進制計數(shù)器。
另一方案是用電磁感應(yīng)的原理來實現(xiàn)的。磁針上、下都被頂針頂托，在磁針的下面裝一片狀掩膜刻槽的磁敏晶體管，永磁性的磁針轉(zhuǎn)動所指的方向，可被磁敏晶體管接收并轉(zhuǎn)為脈沖信號。由于磁敏晶體管是七十年代新產(chǎn)品，其磁敏感應(yīng)強度比霍爾元件高出兩個數(shù)量級，因此可以滿足地磁場的分辨精度要求。
本實用新型中的測角是通過在羅盤一端安裝一可上、下轉(zhuǎn)動的測角板以及裝在轉(zhuǎn)軸和連桿上的光電傳感器來實現(xiàn)的。測角板可轉(zhuǎn)動180，在測角板上半部中間有一方位孔，在測角板的中部裝有一八位碼的編碼光窗轉(zhuǎn)軸片，轉(zhuǎn)軸片上的光窗是按二進制七位碼對應(yīng)十進制傾角為90變化的位置來排列的。但在地質(zhì)測量中還有上層面和下層面測量的問題，因此在對應(yīng)的位置上有兩個90的范圍，使整個編碼光窗的排列呈半環(huán)形。刻有光窗的轉(zhuǎn)軸片是夾裝在連桿感應(yīng)裝置中間的，連桿左側(cè)護板內(nèi)沿半徑方向裝有八個微型發(fā)光二極管；在連桿右側(cè)護板內(nèi)對應(yīng)的位置上裝有一排八個掩膜刻槽的光敏二極管，這樣，測角板轉(zhuǎn)動就帶動轉(zhuǎn)軸片，當(dāng)相應(yīng)某傾角度數(shù)的二進制編碼光窗對著發(fā)光和光敏二極管處，就記錄了所測的傾角。由于測角板和編碼光窗是繞轉(zhuǎn)軸對稱轉(zhuǎn)動，則半環(huán)中上一個90的編碼光窗代表下層面的測量度數(shù)，而下一個90的編碼光窗代表上層面的測量度數(shù)。還由于十進制90的二進制編碼只需要七位碼就足夠了，因此編碼光窗中的第八位碼是用于上、下層面測量時自動識別傾向的，即在上層面的測量時，第八位碼均為“0”狀態(tài)，在下層面的測量時，第八位碼均為“1”狀態(tài)，第八位碼為“1”狀態(tài)的脈沖信號使控制線路自動將方向測量中的傾向度數(shù)加180。
本實用新型的上、下層面測量時自動識別傾向的信號是由予置計數(shù)器來實現(xiàn)的。在予置計數(shù)器中予先設(shè)定兩個初始傾向值0和180，當(dāng)測角器中的編碼光窗第八位碼為“0”時，由二進制計算器輸出的傾向度數(shù)與0相加(即為原數(shù))，如第八位碼為“1”，則傾向度數(shù)與180相加，從而調(diào)整了傾向。另外還以360為模，當(dāng)傾向度數(shù)等于或超過360時，則減去360。
本實用新型的磁偏校正是由予置計數(shù)器和控制開關(guān)以及觸發(fā)器來實現(xiàn)的。它是由控制鍵經(jīng)觸發(fā)器來動態(tài)調(diào)整予置計數(shù)器中的予置初始傾向值，控制開關(guān)鍵發(fā)出脈沖信號使予置初始傾向值一一遞增，或者一一遞減，從而使磁偏角校正，修改后的初始傾向值保留在予置計數(shù)器中，直到下一次校正。
控制開關(guān)鍵是由多檔開關(guān)和測量鍵校正鍵組合而成，其中多檔開關(guān)有四檔，第一檔“關(guān)”狀態(tài)(除石英振蕩器和CL102以外的器件和電路)；第二檔是接通觸發(fā)器的方位和傾角測量線路，第三檔是接通觸發(fā)器的初值加法校正線路，即動態(tài)加法調(diào)整予置初始傾角值，第四檔是接通觸發(fā)器的初值減法校正線路。當(dāng)開關(guān)推到第二檔時，整個方位和傾角測量電路還沒有完全接通，只有按下測量鍵，觸發(fā)器的測量電路才完全導(dǎo)通，進入工作狀態(tài)，并且隱消掉由石英－振蕩器控制在顯示器上的時間顯示，這時顯示器顯示出的是傾角和傾向(方位)度數(shù)，在磁針盤還在貫性擺動時，則后來的傾向度數(shù)串行隱消前面顯示的度數(shù)。當(dāng)松開測量鍵，鎖存器在顯示器上鎖存的最后狀態(tài)的傾向和傾角度數(shù)。如果不再按測量鍵，則被鎖存的傾向和傾角度數(shù)在顯示器上鎖存30秒，30秒后，石英振蕩器控制的時間數(shù)字自動串行隱消掉鎖存的傾向和傾角度數(shù)。當(dāng)開關(guān)推到第三檔，初始加法值校正電路接通，這時每按一下磁偏校正鍵，兩個予置初始傾向值同時增加1，當(dāng)其中一值增加到最大值時(359)，再按校正鍵，該值返回到最小值(0)。當(dāng)開關(guān)推到第四檔，初始減法值校正電路接通，這時每按一下磁偏校正鍵，兩個予置初始傾向值同時減少1，當(dāng)其中一值減小到最小值時(0)，再按校正鍵，該值返回到359。
本實用新型中除了編碼光窗，二進制計算器，予置計算器以及控制鍵外，后一部分信號處理，如十進制計算，鎖存、譯碼驅(qū)動和晶液顯示均可由CL組合集成電路來實現(xiàn)。
圖1.電子羅盤正面示意圖。其中.1.外殼.2.多檔開關(guān).3.測量鍵.4.磁偏校正鍵.5.水平儀.6.液晶顯示器.7.連桿.8.測角板.9.方位孔.10.書寫筆尖。
圖2.電子羅盤外殼揭開正面示意圖.其中.11編碼磁針盤.12編碼光窗.13計數(shù)器.14線路板.15觸發(fā)器.16CL組合集成電路.17轉(zhuǎn)軸片.18石英振蕩器.19鈕扣電池.20書寫筆。
圖3.電子羅盤測面示意圖.其中21.測角器護板。
圖4.測角器放大示意圖.其中.22編碼光窗。
圖5.電子羅盤編碼光窗示意圖。
圖6.電子羅盤組合框圖。
圖7.CL組合集成電路邏輯圖。
以下結(jié)合
本實用新型的一個實例。
見圖1和圖3.電子羅盤外殼由塑料制成，主體部份為長方形，在多檔開關(guān)以下縮小呈筆形。圖1.圖3設(shè)計基本上與實物同大。在外殼的前端為測角器7.8，上端為液晶顯示器6，在中間園形傳感器的外殼上裝有一水平儀5，在水平儀下端并排有測量鍵3和磁偏校正鍵4，在兩鍵下端為多檔開關(guān)2，末端是書寫筆桿和筆尖10。
電子羅盤在不測量時，顯示器顯示時間數(shù)字，即為電子表，在地質(zhì)測量時，先把多檔開關(guān)2推到第三檔，按動磁偏校正鍵，這時時間數(shù)字自動隱消，從而進行磁偏校正，校正后把多檔開關(guān)打回第二檔，然后右手握住筆桿上部，大拇指放在測量鍵3附近，將電子羅盤前端的測角板8緊貼巖石層層面，上、下轉(zhuǎn)動傾角器轉(zhuǎn)軸21和左右旋動測角板，讓水平儀5中的水泡居中，再按下測量鍵3，這時顯示器顯示出傾向和傾角(串行顯示)，待穩(wěn)定后松開測量鍵3，則顯示器上保存著最后的傾向和傾角度數(shù)，保留時間為30秒，然后被時間數(shù)字串行隱消，測量時不管是上層面還是下層面都會由測角器自動控制，反映在顯示器上，由于只用右手操作電子羅盤，左手則可拿記錄薄，測量－記錄很方便，測量數(shù)字在短時間內(nèi)忘記時，還可查看顯示器。
測量方位時，將電子羅盤測角板8旋轉(zhuǎn)垂直連桿，然后將羅盤抬到平齊眼睛視線，書寫筆尖10朝臉部，目光經(jīng)水平儀5表面，對準測角板上方位孔9的一半，然后對準所測目標，按動測量鍵，就可得到方位度數(shù)。
權(quán)利要求1.一種由液晶顯示數(shù)字的電子羅盤，它包括外殼、磁針盤、測角器、水平儀、光電或電磁傳感器、二進制計數(shù)器、予置計數(shù)器、數(shù)字控制電路及液晶顯示器、石英振蕩器、多檔開關(guān)、鈕扣電池、書寫筆，其特征在于是把磁針固定在一園盤上，在園盤上按二進制九位碼的順序開一系列光窗，在磁針盤的園心上、下都裝有頂針，磁針盤上方沿半徑方向裝有九個發(fā)光二極管，對應(yīng)發(fā)光二極管的位置，在磁針盤下方裝有一排組成九位碼的九個掩膜刻槽的光敏二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子羅盤，其特征在于電磁傳感器的磁針上、下都被頂針頂托，在磁針的下面裝一片狀掩膜刻槽的磁敏晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子羅盤，其特征在于是在羅盤一端安裝一可上、下轉(zhuǎn)動的測角板以及裝在轉(zhuǎn)軸和連桿上的光電傳感器來實現(xiàn)的，測角板可轉(zhuǎn)動180，在測角板上半部中間有一方位孔，在測角板的中部裝有一八位碼的編碼光窗轉(zhuǎn)軸片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子羅盤，其特征在于光窗編碼是按十進制來對應(yīng)二進制編碼的，即在園盤代表1度的第一位碼位置上刻一光窗，編碼為000000001；在2度的第二位碼位置上刻光窗，編碼為000000010；在3度的第一、二位碼位置上刻一光窗，編碼為000000011，以此類推，在359度方向刻光窗，編碼為101101000；在360度即0度方向刻光窗編碼為000000000，每個光敏器代表一位碼，并接一條信號引線，因此整個信號引線只有九條，并將這些信號引線接二進制計數(shù)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子羅盤，其特征在于多檔開關(guān)有四檔，第一檔是“關(guān)”狀態(tài)(除石英振蕩器和CL102以外的器件和電路)；第二檔是接通觸發(fā)器的方位和傾角測量線路，第三檔是接通觸發(fā)器的初值加法校正線路，第四檔是接通觸發(fā)器的初值減法校正線路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子羅盤，其特征在于控制信號傳感、光電編碼、識別傾角、初始值校正以及最終顯示各過程的線路板上裝有二進制計數(shù)器、予置計數(shù)器、CL組合集成電路，觸發(fā)器以及對應(yīng)的測量鍵和磁偏校正鍵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子羅盤，其特征在于磁偏校正是由予置計數(shù)器和控制開關(guān)以及觸發(fā)器來實現(xiàn)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子羅盤，其特征在于控制時間數(shù)字的石英振蕩器與CL組合集成電路相連接。
專利摘要一種由液晶顯示數(shù)字的電子羅盤，它包括外殼，磁針編碼盤，測角器，水平儀，光敏或磁敏傳感器，發(fā)光二極管，數(shù)字控制電路，液晶顯示器，測量鍵，鈕扣電池，書寫筆。它的方向測量傳感系統(tǒng)是把磁針固定在一圓盤上，在圓盤上按二進制九位碼的順序開一系列光窗，在磁針盤的圓心上、下都裝有頂針。磁針盤上方沿半徑方向裝有九個發(fā)光二極管，對應(yīng)發(fā)光二極管的位置，在磁針盤下方裝有一排組成九位碼的九個掩膜刻槽的光敏二極管，它的測腳傳感系統(tǒng)是一可上、下轉(zhuǎn)動的測角板以及裝在轉(zhuǎn)軸和連桿上的光電傳感器，測角板可轉(zhuǎn)動180°，在測角板上半部中間有一方位孔，在測角板的中部裝有一八位碼的編碼光窗轉(zhuǎn)軸片。
文檔編號G01C17/00GK2031086SQ8820225
公開日1989年1月18日 申請日期1988年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月23日
發(fā)明者楊曉松, 譚敏 申請人:譚敏, 楊曉松