[发明专利]一种地下方位测量装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及地下定向技术领域，尤其涉及一种地下方位测量装置及其方法。

背景技术

在许多地下作业现场，譬如：煤矿掘进、深孔钻车探水、探瓦斯、探断层，都需要快速准确测量方位。针对此需求，目前主要有四种解决方法：①拉线法，拉线法是通过工人拉线的方式来测量当前方位与参考方位(譬如煤矿巷道中线)的相对角度，这种原始的方法误差大、效率低、受人工因素影响大；②转盘法，转盘法是指将一个标有角度读数的转盘同轴固定安装在转动机械的转动轴上，并在转动机械的转动轴上装有指针，当机械转动时，指针所指读数即为转动的相对角度。然而，要应用这种方法必须要保持该机械的转盘与参考方位平行，并且首先要测量出转盘0度方向与参考方向的夹角，在工业现场，很难保证这两点，因此这种方法的应用也受到了很大限制；③地磁测量法，这种方法的原理类似于指南针，然而在地底下，地磁场较地面相对微弱，并且地下作业机械多为钢铁等铁磁物质，对测量有很大影响，尤为恶劣的是，地下矿产对地磁场也会产生很大的干扰，因此这种方法在实际中很少有应用；④陀螺仪测量法，这种方法的原理与地面导弹、飞机、船用陀螺仪类似，测量精度高，受环境因素影响小，然而其造价昂贵、体积大、质量重、对机械振动较敏感、需要定期校正和维护，对于本身市场售价不高的机械(譬如煤矿深孔钻车)而言，很难采用这种方案。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明旨在解决现有地下方位测量系统存在的不能兼顾性能与成本的问题，提出了一种地下方位测量方法，并应用该方法设计了一种装置。该装置具有造价低、精度高、质量轻、测量速度快等特点，能够较好地解决已有的问题。

(二)技术方案

为解决上述的技术问题，本发明提供一种地下方位测量装置，包括左激光测距传感器、右激光测距传感器、定向板、俯仰滚转角测量装置和中央控制器，所述定向板安装在被测量设备上，并且定向板的方位与被测量设备的方位相同，定向板为漫反射白板，用于反射激光测距传感器发射的激光，从而测得左激光测距传感器、右激光测距传感器到定向板的距离；所述左激光测距传感器和右激光测距传感器分别用于发射激光到所述定向板上，并分别用于接收由所述左、右反射点反射的激光，由此分别测定左激光测距传感器至定向板的左反射点的距离，以及右激光测距传感器至定向板的右反射点的距离；所述俯仰滚转角测量装置位于所述被测量设备的转动中心，用于测量被测量设备的滚转角和俯仰角；所述中央控制器分别与所述左激光测距传感器、右激光测距传感器和俯仰滚转角测量装置进行有线或无线通信，用于分别获取左激光测距传感器与左参考反射点的距离d_L、右激光测距传感器与右参考反射点之间的距离d_R、所述俯仰滚转角测量装置测量的滚转角和俯仰角θ，计算出被测设备的偏航角ψ，从而得到被测量设备的方位

根据本发明的一种具体实施方式，所述中央控制器包括接口电路、微控制器、人机交互电路和中央控制器电源，其中，所述接口电路用于接收左激光测距传感器传回来的左侧距离d_L、右激光测距传感器传回来的右侧距离d_R、俯仰滚转角测量装置传回来的滚转角和俯仰角θ；所述微控制器用于接收所述接口电路传回来的信号，计算出被测设备的偏航角ψ，从而得到被测量设备的方位并从所述人机交互电路接收外界设置信息，向人机交互电路输出显示信息；所述人机交互电路用于接收用户输入和显示输出结果。

根据本发明的一种具体实施方式，所述俯仰滚转角测量装置包括三轴加速度计、微处理器、通信接口和俯仰滚转测量装置电源，其中，所述三轴加速度计用于测重力加速度在其联体坐标系的三个轴上的分量，而三轴加速度计的联体坐标系的原点和三个轴的方向均与被测设备联体坐标系O₁X₁Y₁Z₁一致，所述被测设备联体坐标系O₁X₁Y₁Z₁的原点O₁设置于被测量设备的转动中心，当其滚转角俯仰角θ＝0、偏航角ψ＝0时，X₁轴的方向与方位参考坐标系OXYZ的X轴一致，Y₁轴的方向与方位参考坐标系OXYZ的Y轴一致，Z₁轴的方向与方位参考坐标系OXYZ的在Z轴一致。方位参考坐标系OXYZ的原点O在点A与点B的中点，Y轴过AB两点水平向右，Z轴指向地心朝下(亦即铅垂方向)，X轴的方向根据右手螺旋法确定。