專利名稱：光電渾天儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種天文演示儀器，特別是涉及一種用于觀測太陽運(yùn)動規(guī)律的光電渾天儀。
背景技術(shù)：
渾天儀是渾儀和渾象的總稱，渾天儀渾儀是測量天體球面坐標(biāo)的一種儀器，而渾象是古代用來演示天象的儀表。是中國的傳統(tǒng)實(shí)用新型之一，但其操作使用不方便，難以動態(tài)、直觀地解析天體的運(yùn)動規(guī)律，以至于人們很少有見到古代渾天儀的實(shí)物。現(xiàn)代天象儀是通過投影儀將天象投影到球形屋頂上，演示天體運(yùn)動變化，只能在特定的教室里演示，因而對環(huán)境要求高、成本高，且操作不便，難以動態(tài)直觀地觀測和解析天體的運(yùn)動規(guī)律。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種操作簡便、成本低、便于攜帶且能夠動態(tài)直觀地觀測和解析天體運(yùn)動規(guī)律的光電渾天儀。本實(shí)用新型光電渾天儀，包括底座、內(nèi)球、外球、固定裝置、單向電動機(jī)、雙向電動機(jī)、激光發(fā)射器和內(nèi)軸，所述內(nèi)球、外球和固定裝置均為空心部件，其中內(nèi)球由半透明材料制成，固定裝置由透明或半透明材料制成，所述外球固定在底座上，外球由平行于底座的水平圈分為透明的上半球和半透明的下半球，所述內(nèi)球設(shè)于外球內(nèi)并與外球同球心，所述內(nèi)軸包括左半軸和右半軸，兩半軸的軸線在同一條過球心的直線上，所述左半軸和右半軸的內(nèi)端分別固定在內(nèi)球的左右兩端，左半軸和右半軸的外端穿過外球與底座相連，兩半軸的外端左右固定且能夠帶動內(nèi)球沿軸向轉(zhuǎn)動，所述單向電動機(jī)位于內(nèi)球內(nèi)，固定在內(nèi)球兩極的其中一極上，單向電動機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器連接有第一轉(zhuǎn)軸，第一轉(zhuǎn)軸的軸線過球心， 所述第一轉(zhuǎn)軸在球心位置固定連接有固定裝置，所述雙向電動機(jī)固定于固定裝置的空心內(nèi)壁上，雙向電動機(jī)的輸出軸為第二轉(zhuǎn)軸，第二轉(zhuǎn)軸為空心軸且其軸線與第一轉(zhuǎn)軸的軸線垂直相交于球心，激光發(fā)射器固定安裝在第二轉(zhuǎn)軸上，激光發(fā)射器發(fā)射的光束過球心且與第二轉(zhuǎn)軸的軸線垂直，雙向電動機(jī)用于帶動激光發(fā)射??！在46度52分范圍內(nèi)，即在南北緯23 度26分之間往復(fù)運(yùn)動。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型中的激光發(fā)射器發(fā)射的光線模擬太陽的照射光線，單向電動機(jī)可以做無休止的逆時(shí)針運(yùn)動，來模擬因地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)以地球?yàn)閰⒄障刀a(chǎn)生的視覺上太陽繞地球自西向東的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，雙向電動機(jī)可帶動激光發(fā)射器在南北緯23度沈分之間做雙向往復(fù)運(yùn)動，用來模擬地球在繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí)太陽直射點(diǎn)在地球上南北回歸線之間的變化，所以當(dāng)雙向電動機(jī)和單向電動機(jī)同時(shí)開啟時(shí)，可以模擬地球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)對太陽照射光線的影響，轉(zhuǎn)動內(nèi)球，使內(nèi)球某一緯度的緯線過外球天頂，激光發(fā)射器在外球上的光點(diǎn)軌跡就表示太陽在該緯度地區(qū)觀測地天空中的運(yùn)動軌跡，因而采用這種結(jié)構(gòu)就不再需要在特定的圓形頂?shù)慕淌抑醒菔咎栠\(yùn)動軌跡，對演示環(huán)境要求不高，且成本低，輕巧便攜，可以清楚地表示太陽在天空中的運(yùn)動軌跡。[0006]本實(shí)用新型光電渾天儀，其中所述第一轉(zhuǎn)軸包括靠近單向電動機(jī)的近半軸和遠(yuǎn)離單向電動機(jī)的遠(yuǎn)半軸，所述固定裝置固定連接在近半軸和遠(yuǎn)半軸之間，所述遠(yuǎn)半軸上設(shè)有電源導(dǎo)入裝置，所述電源導(dǎo)入裝置包括三塊金屬觸片，上述三塊金屬觸片纏繞在遠(yuǎn)半軸末端且互不接觸，所述內(nèi)球兩極中與單向電動機(jī)相對的一極上固定連接有接電裝置，所述接電裝置為位于內(nèi)球內(nèi)的筒狀套體，套體內(nèi)設(shè)有與上述三個(gè)金屬觸片對應(yīng)連接的三個(gè)電刷， 所述左半軸或\和右半軸為空心軸，上述空心軸用于將電源導(dǎo)入裝置上的線路從內(nèi)球內(nèi)伸出并匯于底座中，底座上設(shè)有四個(gè)控制按鈕，分別為單向電動機(jī)、雙向電動機(jī)、激光發(fā)射器的電源開關(guān)和雙向電動機(jī)轉(zhuǎn)向的控制開關(guān)。采用這種結(jié)構(gòu)，是為了便于就近使用電源而不必使用電池，通過電源導(dǎo)入裝置和接電裝置的設(shè)置，給單向電動機(jī)、雙向電動機(jī)和激光發(fā)射器提供電源，而不會導(dǎo)致第一轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生繞線問題，操作使用方便。本實(shí)用新型光電渾天儀，其中所述內(nèi)球的兩極分別標(biāo)有N和S，所述內(nèi)球上還標(biāo)有經(jīng)線、緯線、赤道線、南北回歸線、南北極圈，在赤道線的圓上取一條在左半軸和右半軸軸線上的直徑，該直徑的兩端點(diǎn)分別標(biāo)有E和W，分別代表正東方向與正西方向，在與內(nèi)球直徑 EW垂直的一條經(jīng)線上標(biāo)有正午12時(shí)/本地經(jīng)度，向東每隔15度依次標(biāo)有11時(shí)、10時(shí)、9 時(shí)、……，向西每隔15度依次標(biāo)有13時(shí)、14時(shí)、15時(shí)、……，東西向在與EW垂直的另一條經(jīng)線重合處標(biāo)有0時(shí)Λ4時(shí)，在正午12時(shí)/本地經(jīng)度的經(jīng)線與各緯線的交點(diǎn)處依次標(biāo)有緯度，向北依次為北15度、北23度26分、北30度、……、北極N,向南依次為南15度、南 23度沈分、南30度、……、南極S。在內(nèi)球上標(biāo)示出上述各標(biāo)線后，可以從激光發(fā)射器發(fā)射到內(nèi)球球面上的激光位置讀出太陽直射點(diǎn)的緯度與太陽在該位置對應(yīng)的時(shí)間。本實(shí)用新型光電渾天儀，其中所述單向電動機(jī)固定在所述內(nèi)球的N極點(diǎn)處，所述接電裝置固定在所述內(nèi)球的S極點(diǎn)處，采用此種結(jié)構(gòu)時(shí)以確保第一轉(zhuǎn)軸的軸線經(jīng)NS極過球心。本實(shí)用新型光電渾天儀，其中所述底座包括一個(gè)梯形體，所述梯形體的左右兩邊均固定連接有支架，所述左半軸和右半軸的外端穿過外球連接在支架上，梯形體左右兩邊的支架上均開設(shè)有半軸孔，左半軸和右半軸的外端分別伸入相應(yīng)的半軸孔中左右固定，所述左半軸或右半軸上設(shè)有調(diào)節(jié)手柄。采用這種結(jié)構(gòu)，加工簡單，使用方便。本實(shí)用新型光電渾天儀，其中所述外球外壁上標(biāo)有水平大外圓，所述大外圓上與內(nèi)球上的E、W相對應(yīng)的位置分別標(biāo)有E、W，大外圓上與其直徑EW垂直的直徑兩端從W點(diǎn)開始沿順時(shí)針方向分別標(biāo)有N、S，所述外球上ESWN所在的大外圓表示地平圈，地平圈將外球分隔為上下兩個(gè)半球，上半球頂端表示觀測地天頂D，天頂D處開設(shè)有圓形小孔，下半球底端表示觀測地天底H，地平圈上的E、S、W、N分別表示上半球與下半球相交處的東、南、西、北方向，所述外球上供左半軸和右半軸穿出的小孔分別位于E、W處，外球的外壁上還標(biāo)設(shè)有以天頂D和天底H為兩極的經(jīng)線和緯線，過S點(diǎn)的經(jīng)線與地平圈的交點(diǎn)處標(biāo)注南，向東各經(jīng)
線依次標(biāo)注+15°、+30° ........向西各經(jīng)線依次標(biāo)注-15°、-30° .......，正北方向經(jīng)
線DN為+180°與-180°的重合線。本實(shí)用新型光電渾天儀，其中所述的固定裝置為球體、圓柱體或正多面體。采用此種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是美觀、便于安裝、制作。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的光電渾天儀作進(jìn)一步說明。
圖1為本實(shí)用新型光電渾天儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型光電渾天儀中內(nèi)球的剖視圖；圖3為本實(shí)用新型光電渾天儀中內(nèi)球球面標(biāo)注示意圖；圖4為本實(shí)用新型光電渾天儀中外球球面標(biāo)注示意圖；圖5為本實(shí)用新型中計(jì)算太陽運(yùn)動規(guī)律的方法原理示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型一種光電渾天儀，包括底座1、內(nèi)球2、外球3、固定裝置4、單向電動機(jī)5、雙向電動機(jī)6、激光發(fā)射器7和內(nèi)軸，內(nèi)球2和外球3均為空心球，其中內(nèi)球2由半透明材料制成，固定裝置4為由透明材料制成的空心圓柱體，外球3固定在底座 1上，外球3由平行于底座的水平圈分為透明的上半球和半透明的下半球，其中透明的上半球表示日半球，半透明的下半球表示夜半球，內(nèi)球2設(shè)于外球3內(nèi)并與外球3同球心，內(nèi)軸包括左半軸8和右半軸9，兩半軸8，9的軸線在同一條過球心的直線上，左半軸8和右半軸 9的內(nèi)端分別固定在內(nèi)球2的左右兩端，底座1包括一個(gè)梯形體，梯形體的左右兩邊均固定連接有支架18，左半軸8和右半軸9的外端穿過外球3連接在支架18上，梯形體左右兩邊的支架18上均開設(shè)有外端不通的半軸孔，左半軸8和右半軸9的外端分別伸入相應(yīng)的半軸孔中左右固定，右半軸9上設(shè)有調(diào)節(jié)手柄16，兩半軸8，9能夠在調(diào)節(jié)手柄16控制下帶動內(nèi)球2沿軸向轉(zhuǎn)動，單向電動機(jī)5固定在內(nèi)球2內(nèi)壁的N極點(diǎn)上，單向電動機(jī)5的輸出軸通過聯(lián)軸器連接有第一轉(zhuǎn)軸，第一轉(zhuǎn)軸的軸線過球心，第一轉(zhuǎn)軸包括靠近單向電動機(jī)5的近半軸11和遠(yuǎn)離單向電動機(jī)5的遠(yuǎn)半軸12，固定裝置4固定連接在近半軸11和遠(yuǎn)半軸12之間，單向電動機(jī)5的輸出軸旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動固定裝置4同步旋轉(zhuǎn)，雙向電動機(jī)6固定于固定裝置 4的空心內(nèi)壁上，雙向電動機(jī)6的輸出軸為第二轉(zhuǎn)軸20，第二轉(zhuǎn)軸20的軸線與第一轉(zhuǎn)軸的軸線垂直相交于球心，第二轉(zhuǎn)軸20上在經(jīng)過球心處開設(shè)有孔或槽，激光發(fā)射器7固定安裝在第二轉(zhuǎn)軸20上的孔或槽中，激光發(fā)射器7發(fā)射的光束過球心且與第二轉(zhuǎn)軸20垂直，雙向電動機(jī)6用于帶動激光發(fā)射器7在46度52分范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動，即在南北緯23度沈分之間往復(fù)運(yùn)動；遠(yuǎn)半軸12上設(shè)有電源導(dǎo)入裝置13，電源導(dǎo)入裝置13包括三塊金屬觸片，三塊金屬觸片纏繞在遠(yuǎn)半軸12末端且互不接觸，內(nèi)球2內(nèi)壁的S極點(diǎn)上固定連接有接電裝置14， 接電裝置14為筒狀套體，套體內(nèi)設(shè)有與上述三個(gè)金屬觸片對應(yīng)連接的三個(gè)電刷，左半軸8 為空心軸，空心軸用于將電源導(dǎo)入裝置13上的線路從內(nèi)球2內(nèi)伸出并匯于底座1中，底座 1上設(shè)有四個(gè)控制按鈕，分別為單向電動機(jī)5、雙向電動機(jī)6、激光發(fā)射器7的電源開關(guān)和雙向電動機(jī)6轉(zhuǎn)向的控制開關(guān)。如圖3所示，本實(shí)用新型光電渾天儀，內(nèi)球2的兩極分別標(biāo)有N和S,內(nèi)球2上標(biāo)有與地球儀上標(biāo)注一樣的經(jīng)線、緯線，內(nèi)球2上還標(biāo)有赤道線、南北回歸線、南北極圈，在赤道線的圓上取一條在左半軸8和右半軸9軸線上的直徑，該直徑的兩端點(diǎn)分別標(biāo)有E和W， 分別代表正東方向與正西方向，在與內(nèi)球直徑EW垂直的一條經(jīng)線上標(biāo)有正午12時(shí)/本地經(jīng)度，向東每隔15度依次標(biāo)有11時(shí)、10時(shí)、9時(shí)、……，向西每隔15度依次標(biāo)有13時(shí)、14 時(shí)、15時(shí)、……，東西向在與EW垂直的另一條經(jīng)線重合處標(biāo)有0時(shí)/24時(shí)，在正午12時(shí)/ 本地經(jīng)度的經(jīng)線與各緯線的交點(diǎn)處依次標(biāo)有緯度，向北依次為北5度、北23度沈分、北30度、……、北極N，向南依次為南5度、南23度沈分、南30度、……、南極S。如圖4所示，本實(shí)用新型光電渾天儀，外球3外壁上標(biāo)有水平大外圓，大外圓上與內(nèi)球2上的E、W相對應(yīng)的位置分別標(biāo)有E、W，大外圓上與其直徑EW垂直的直徑兩端從 W點(diǎn)開始沿順時(shí)針方向分別標(biāo)有N、S，外球2上ESWN所在的大外圓表示地平圈，地平圈將外球2分隔為上下兩個(gè)半球，即為日半球和夜半球，其中日半球表示觀測地所能觀測到的天空，夜半球表示觀測地所不能觀測到的天空，日半球頂端表示觀測地天頂D，天頂D處開設(shè)有圓形小孔，夜半球底端表示觀測地天底H，地平圈上的E、S、W、N分別表示日半球與夜半球相交處的東、南、西、北方向，外球3上供左半軸8和右半軸9穿出的小孔分別位于E、 W處，外球3的外壁上還標(biāo)設(shè)有以天頂D和天底H為兩極的與地球儀上一樣的緯線，地平圈為0°，至天頂處為+90°，至天底處為-90° ；經(jīng)線以每隔15度標(biāo)出，過S點(diǎn)的經(jīng)線與
地平圈的交點(diǎn)處標(biāo)注南，向東各經(jīng)線依次標(biāo)注+15°、+30° .......，向西各經(jīng)線依次標(biāo)
注-15°、-30° ........正北方向經(jīng)線DN為+180°與-180°的重合線。本裝置中單向電動機(jī)5的輸出軸第一轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，即自西向東旋轉(zhuǎn)，每M小時(shí)旋轉(zhuǎn)一周，雙向電動機(jī)6的輸出軸第二轉(zhuǎn)軸20在南北回歸線之間往復(fù)運(yùn)動，每運(yùn)動一個(gè)周期為365天；本裝置在作為教學(xué)儀器進(jìn)行演示時(shí)，可以將單向電動機(jī)5和雙線電動機(jī)6的轉(zhuǎn)速同倍數(shù)提高，以便于觀測演示效果；本裝置中內(nèi)球反映太陽與地球系統(tǒng)的相對關(guān)系，也就是以地心為坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，太陽與地球的位置關(guān)系，內(nèi)球2上的經(jīng)度反映觀測地的時(shí)間，內(nèi)球2的一周360°分為M小時(shí)，則第一轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)15°表示經(jīng)過一小時(shí)，而外球3代表地球上不同緯度觀測地的天空，外球3上的經(jīng)緯度用于度量太陽在天空中的方位；以地球?yàn)閰⒄障?，太陽一天中是轉(zhuǎn)繞地球作圓周運(yùn)動。當(dāng)太陽直射赤道時(shí)，赤道上觀測者看到太陽就是在天空中做與地面垂直的圓周運(yùn)動，而其他緯度地區(qū)觀測到太陽的運(yùn)動圓周是與地面成一定角度的，而這個(gè)角度就是90°減去當(dāng)?shù)鼐暥?，在本裝置中是通過轉(zhuǎn)動內(nèi)球2來實(shí)現(xiàn)的。以在北緯30度地區(qū)觀測夏至日太陽運(yùn)動規(guī)律為例，本實(shí)用新型的使用方法如下本裝置在需要觀測太陽運(yùn)動周日視運(yùn)動規(guī)律、度量太陽方位角與高度角時(shí)，操作如下打開電源開關(guān)，點(diǎn)亮激光發(fā)射器7，激光投射到內(nèi)球2球面上的激光點(diǎn)，通過底座1上的調(diào)節(jié)按鈕調(diào)節(jié)固定裝置4上的雙向電動機(jī)6，激光點(diǎn)將沿內(nèi)球2上的一條經(jīng)線移動，使激光點(diǎn)移到內(nèi)球2北緯23度沈分的緯線上；通過調(diào)節(jié)手柄16轉(zhuǎn)動內(nèi)球2，使內(nèi)球2北緯30 度緯線通過外球3的天項(xiàng)D處的小孔，再打開單向電動機(jī)5的開關(guān)，在單向電動機(jī)5的帶動下，激光點(diǎn)會沿內(nèi)球北緯23度沈分的緯線自東向西移動，這時(shí)激光點(diǎn)在外球3上的運(yùn)動軌跡就是太陽在北緯30度地區(qū)天空中的視運(yùn)動軌跡；當(dāng)激光點(diǎn)移動到內(nèi)球2上午10時(shí)的經(jīng)線處，表示當(dāng)?shù)氐胤綍r(shí)10時(shí)的太陽，對應(yīng)激光點(diǎn)投射到外球3的球面，激光點(diǎn)所在外球3經(jīng)線的度數(shù)就是當(dāng)?shù)氐胤綍r(shí)10時(shí)太陽在天空中的方位角，激光點(diǎn)所在外球3緯線的度數(shù)就是當(dāng)?shù)氐胤綍r(shí)10時(shí)太陽在天空中的高度角。本裝置在觀測日出方位和計(jì)算日照時(shí)間時(shí)，操作如下激光點(diǎn)在內(nèi)球2北緯23度 26度緯線上運(yùn)動，該內(nèi)球2的緯線與外球3的地平圈(外球ESWN圈)有東、西兩個(gè)交點(diǎn)， 過東面交點(diǎn)處的外球3經(jīng)線與外球3的E點(diǎn)處經(jīng)線的經(jīng)度差為日出方位角，過西面交點(diǎn)處的外球3的經(jīng)線與外球3的W點(diǎn)處經(jīng)線的經(jīng)度差為日落方位角；過東面交點(diǎn)處的內(nèi)球2經(jīng)線上標(biāo)出的時(shí)間為日出時(shí)間，過西面交點(diǎn)處的內(nèi)球2經(jīng)線上標(biāo)出的時(shí)間為日落時(shí)間，日落時(shí)間減去日出時(shí)間為北緯30度地區(qū)的日照時(shí)間。[0025]由于本裝置中內(nèi)球2可在正負(fù)90度之間調(diào)節(jié)，使內(nèi)球2的任意一條緯線過外球3 的天頂D、兩極點(diǎn)，也可與外球3的天頂D重合，故本裝置可觀測任意緯度地區(qū)及兩極的太陽視運(yùn)動規(guī)律；由于本裝置的固定裝置內(nèi)的雙向電動機(jī)6使激光點(diǎn)在內(nèi)球正負(fù)23度沈分的緯度內(nèi)任意調(diào)節(jié)，故本裝置可觀測不同季節(jié)的視運(yùn)動規(guī)律；由于本裝置中激光發(fā)射器7可在單向電動機(jī)5的帶動下使激光點(diǎn)在內(nèi)球2球壁上做無限制圓周運(yùn)動，故本裝置可觀測一天中任意時(shí)刻的太陽方位。在不考慮海撥高度、高山阻擋等因素，地球上同一緯度地區(qū)的視運(yùn)動規(guī)律完全相同，故本裝置是一個(gè)通用裝置。在不考慮太陽光線在穿過大氣層時(shí)的折射、太陽的視面角、高山阻擋、海拔高度等因素的影響下，相對于地球而言太陽是一個(gè)面光源，照射到地球上的太陽光是平行光線。地球上某觀測地的地平圈是地球球面上過該地的切面。為了分析太陽周日視運(yùn)動規(guī)律，建立兩個(gè)球坐標(biāo)系來分析，以便于理解上述技術(shù)方案。如圖5 (a)所示，以地心0為坐標(biāo)原點(diǎn)，地軸為NS，以O(shè)S所在直線為χ軸，設(shè)過觀測點(diǎn)A的經(jīng)線與赤道的交點(diǎn)G，直線OG所在直線為ζ軸，與過A點(diǎn)的經(jīng)線圈垂直的直線與A 地東面的球面交于E點(diǎn)，以O(shè)E為y軸，建立球坐標(biāo)系。則觀測點(diǎn)A在坐標(biāo)平面xOz內(nèi)，坐標(biāo)平面yOz為赤道面。本球坐標(biāo)系可用于研究太陽相對于地心的運(yùn)動規(guī)律，太陽R的周日運(yùn)動軌跡在赤道圓上或平行于赤道的小圓上。如圖5 (b)所示，以觀測點(diǎn)A為坐標(biāo)原點(diǎn)，A地地平圈的法線OA為ζ’軸，與A地經(jīng)線圈相切的直線為X’軸，以與過A的經(jīng)線圈垂直的直線為y’軸，建立球坐標(biāo)系。則χ’軸與y’軸確定的平面為A地地平圈，ζ’軸過地心，ζ’軸指示A地天頂D，y’軸與y軸平行， r軸指示A地正東方向，χ’軸指示A地正南方向。在本球坐標(biāo)系可以方便地研究太陽相對于觀測地的方位。如圖5(c)所示，若天陽在R處直射地球，即此處太陽光線通過地心，由于太陽光線是平行光線，故A地觀察到的太陽光線AR’與OR平行，因此AR’和OR與兩坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸及坐標(biāo)平面所成的角度(即方位)均相等。故分析太陽在坐標(biāo)系A(chǔ)-X’ y’ ζ’的方位時(shí)，可將該坐標(biāo)系平移使其原點(diǎn)A與地心0重合，即兩個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)重合，且兩個(gè)坐標(biāo)系的 y軸與y’軸重合，如圖9。設(shè)觀測地A的緯度為為α，規(guī)定北緯為正，南緯為負(fù)，沿y軸負(fù)向觀察坐標(biāo)平面xOz，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正角。則將坐標(biāo)系0-x’ r ζ’繞y軸(y’軸)旋轉(zhuǎn)α 角時(shí)兩坐標(biāo)系重合，或?qū)⒆鴺?biāo)系0-xyz繞y軸(y’軸)旋轉(zhuǎn)-α角時(shí)兩坐標(biāo)系重合；即考察 OR在坐標(biāo)系0-x’ y’ ζ’中的方位，只須將坐標(biāo)系0-xyz繞y軸(y’軸)旋轉(zhuǎn)-α角，OR在坐標(biāo)系Ο-xyz中的方位也就是OR在坐標(biāo)系0-x’y’z’中的方位；或者說，考察OR在坐標(biāo)系 0-x’y’z’中的方位，也可將OR繞y軸旋轉(zhuǎn)α角，這樣OR在坐標(biāo)系0-xyz中方位就是原來的OR在坐標(biāo)系0-χ’ γ' ζ’中方位了。由于在以0為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系Ο-xyz中，球心處觀測到的太陽光線OR通過球心，因此可用從球心投影到內(nèi)球球面上的影像表示太陽。如圖3至圖5所示，內(nèi)球2的經(jīng)緯度表示球坐標(biāo)系Ο-xyz中的方位，外球3的經(jīng)緯度表示球標(biāo)系0-X’ r Z’觀測地天球中的方位。WE與坐標(biāo)軸r和y重合，Z’軸過外球3天頂D即觀測地天頂D，外球3大圓ENWS表示觀測地地平圈，外球3大圓NDS在坐標(biāo)平面xOz 內(nèi)；內(nèi)球2NS與軸χ重合。內(nèi)球2標(biāo)注正午12時(shí)/本地經(jīng)度的經(jīng)線為過觀測地的經(jīng)線，它在坐標(biāo)平面xOz內(nèi)，也在坐標(biāo)平面χ’0ζ’內(nèi)?？赏ㄟ^轉(zhuǎn)動內(nèi)球2來調(diào)節(jié)觀測點(diǎn)緯度，使觀測點(diǎn)緯線通過外球3天頂D，則太陽光線OR在坐標(biāo)系Ο-xyz的方位也跟隨調(diào)整為0_x’ y’ ζ’ 中的方位也即在外球3中的方位，由于整個(gè)內(nèi)球2的旋轉(zhuǎn)，OR在坐標(biāo)系Ο-xyz中的方位沒有改變，即太陽相對于地球球心的方位沒有改變。這樣，通過內(nèi)球2度量太陽相對于地心的運(yùn)動，通過外球3度量太陽相對于地球上不同觀測點(diǎn)的運(yùn)動，即通過兩個(gè)球坐標(biāo)系使這兩個(gè)不同角度觀測的運(yùn)動在本實(shí)用新型光電渾天儀上同時(shí)直觀顯示出來。調(diào)節(jié)雙向電動機(jī)6，使激光發(fā)射器7光點(diǎn)在內(nèi)球2的某一緯度上，即表示太陽光線直射地球上該緯度地區(qū)，在單向電動機(jī)5的驅(qū)動下，光點(diǎn)在內(nèi)球2上此緯度圈上勻帶轉(zhuǎn)動，表示太陽直射點(diǎn)在地球球面上的移動，由激光發(fā)射器7光點(diǎn)所在的內(nèi)球2上標(biāo)注時(shí)間的經(jīng)線可讀出相對于觀測地地方時(shí)某時(shí)刻的太陽。激光發(fā)射器7的光點(diǎn)在外球3上的對應(yīng)位置就是觀測地該時(shí)該時(shí)刻的太陽， 它的方位角與高度角可在外球經(jīng)緯線中讀出。從內(nèi)球2中知是A地地方時(shí)上午9時(shí)的太陽位置，其直射緯度數(shù)可從內(nèi)球2上太陽R所在的緯線上讀出，通過調(diào)節(jié)手柄旋轉(zhuǎn)內(nèi)球2使觀測地A的緯線經(jīng)過外球3天頂D時(shí)，即將坐標(biāo)系Ο-xyz和OR繞y (y)軸旋轉(zhuǎn)α角了，旋轉(zhuǎn)后觀測點(diǎn)處太陽R在坐標(biāo)系0-x’ y’ ζ’中的方位可從外球3中的經(jīng)度和緯度讀出，即太陽R 在坐標(biāo)系0-x’ y’ ζ’中的方位可從外球3的經(jīng)度和緯度讀出，外球3經(jīng)度表示太陽與A地經(jīng)線圈所成的角，即太陽方位角，緯度表示太陽與地平圈所成的角，即太陽高度角。 以上所述的實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種光電渾天儀，其特征在于包括底座(1)、內(nèi)球O)、外球(3)、固定裝置、單向電動機(jī)(5)、雙向電動機(jī)(6)、激光發(fā)射器(7)和內(nèi)軸，所述內(nèi)球O)、外球C3)和固定裝置 (4)均為空心部件，其中內(nèi)球O)由半透明材料制成，固定裝置由透明或半透明材料制成，所述外球C3)固定在底座(1)上，外球(3)由平行于底座的水平圈分為透明的上半球和半透明的下半球，所述內(nèi)球( 設(shè)于外球(3)內(nèi)并與外球(3)同球心，所述內(nèi)軸包括左半軸 (8)和右半軸(9)，兩半軸(8，9)的軸線在同一條過球心的直線上，所述左半軸(8)和右半軸(9)的內(nèi)端分別固定在內(nèi)球O)的左右兩端，左半軸(8)和右半軸(9)的外端穿過外球 (3)與底座(1)相連，兩半軸(8，9)的外端左右固定且能夠帶動內(nèi)球( 沿軸向轉(zhuǎn)動，所述單向電動機(jī)(5)位于內(nèi)球(2)內(nèi)，固定在內(nèi)球(2)兩極的其中一極上，單向電動機(jī)(5)的輸出軸通過聯(lián)軸器連接有第一轉(zhuǎn)軸，第一轉(zhuǎn)軸的軸線過球心，所述第一轉(zhuǎn)軸在球心位置固定連接有固定裝置G)，所述雙向電動機(jī)(6)固定于固定裝置的空心內(nèi)壁上，雙向電動機(jī) (6)的輸出軸為第二轉(zhuǎn)軸(20)，第二轉(zhuǎn)軸00)的軸線與第一轉(zhuǎn)軸的軸線垂直相交于球心， 激光發(fā)射器(7)固定安裝在第二轉(zhuǎn)軸00)上，激光發(fā)射器(7)發(fā)射的光束過球心且與第二轉(zhuǎn)軸OO)的軸線垂直，雙向電動機(jī)(6)用于帶動激光發(fā)射器(7)在46度52分范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電渾天儀，其特征在于所述第一轉(zhuǎn)軸包括靠近單向電動機(jī)(5)的近半軸(11)和遠(yuǎn)離單向電動機(jī)(5)的遠(yuǎn)半軸(12)，所述固定裝置(4)固定連接在近半軸(11)和遠(yuǎn)半軸(1 之間，所述遠(yuǎn)半軸(1 上設(shè)有電源導(dǎo)入裝置(13)，所述電源導(dǎo)入裝置(1 包括三塊金屬觸片，上述三塊金屬觸片纏繞在遠(yuǎn)半軸(1 末端且互不接觸，所述內(nèi)球⑵兩極中與單向電動機(jī)(5)相對的一極上固定連接有接電裝置(14)，所述接電裝置(14)為位于內(nèi)球O)內(nèi)的筒狀套體，套體內(nèi)設(shè)有與上述三個(gè)金屬觸片對應(yīng)連接的三個(gè)電刷，所述左半軸(8)或\和右半軸(9)為空心軸，上述空心軸用于將電源導(dǎo)入裝置(13)上的線路從內(nèi)球⑵內(nèi)伸出并匯于底座⑴中，底座⑴上設(shè)有四個(gè)控制按鈕，分別為單向電動機(jī)(5)、雙向電動機(jī)(6)、激光發(fā)射器(7)的電源開關(guān)和雙向電動機(jī)(6)轉(zhuǎn)向的控制開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電渾天儀，其特征在于所述內(nèi)球O)的兩極分別標(biāo)有N和S，所述內(nèi)球(2)上還標(biāo)有經(jīng)線、緯線、赤道線、南北回歸線、南北極圈，在赤道線的圓上取一條在左半軸(8)和右半軸(9)軸線上的直徑，該直徑的兩端點(diǎn)分別標(biāo)有E和W，在與內(nèi)球直徑EW垂直的一條經(jīng)線上標(biāo)有正午12時(shí)/本地經(jīng)度，向東每隔15度依次標(biāo)有11時(shí)、 10時(shí)、9時(shí)、……，向西每隔15度依次標(biāo)有13時(shí)、14時(shí)、15時(shí)、……，東西向在與EW垂直的另一條經(jīng)線重合處標(biāo)有O時(shí)Λ4時(shí)，在正午12時(shí)/本地經(jīng)度的經(jīng)線與各緯線的交點(diǎn)處依次標(biāo)有緯度，向北依次為北5度、北23度沈分、北30度、……、北極N，向南依次為南5 度、南23度沈分、南30度、……、南極S。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述光電渾天儀，其特征在于所述單向電動機(jī)(5)固定在所述內(nèi)球⑵的N極點(diǎn)處，所述接電裝置(14)固定在所述內(nèi)球(2)的S極點(diǎn)處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電渾天儀，其特征在于所述底座(1)包括一個(gè)梯形體，所述梯形體的左右兩邊均固定連接有支架(18)，所述左半軸(8)和右半軸(9)的外端穿過外球(3)連接在支架(18)上，梯形體左右兩邊的支架(18)上均開設(shè)有半軸孔，左半軸(8)和右半軸(9)的外端分別伸入相應(yīng)的半軸孔中左右固定，所述左半軸(8)或右半軸(9)上設(shè)有調(diào)節(jié)手柄(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電渾天儀，其特征在于所述外球C3)外壁上標(biāo)有一水平大外圓，所述大外圓上與內(nèi)球( 上的E、W相對應(yīng)的位置分別標(biāo)有E、W，大外圓上與其徑 EW垂直的直徑兩端從W點(diǎn)開始沿順時(shí)針方向分別標(biāo)有N、S，所述外球⑵上ESWN所在的大外圓表示地平圈，地平圈將外球( 分隔為上下兩個(gè)半球，上半球頂端表示觀測地天頂D， 天頂D處開設(shè)有圓形小孔，下半球底端表示觀測地天底H，地平圈上的E、S、W、N分別表示上半球與下半球相交處的東、南、西、北方向，所述外球C3)上供左半軸(8)和右半軸(9)穿出的小孔分別位于E、W處，外球(3)的外壁上還標(biāo)設(shè)有以天頂D和天底H為兩極的的經(jīng)線和緯線，過S點(diǎn)的經(jīng)線與地平圈的交點(diǎn)處標(biāo)注南，向東各經(jīng)線依次標(biāo)注+15°、+30° ........向西各經(jīng)線依次標(biāo)注-15°、-30° ........正北方向經(jīng)線DN為+180°與-180°的重合線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電渾天儀，其特征在于所述的固定裝置(4)為球體、圓柱體或正多面體。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種能夠直觀太陽運(yùn)動規(guī)律的光電渾天儀。本實(shí)用新型光電渾天儀，包括底座、標(biāo)注經(jīng)緯度的內(nèi)球和外球、固定裝置、單向電動機(jī)、雙向電動機(jī)、激光發(fā)射器和內(nèi)軸，外球固定在底座上，內(nèi)球設(shè)于外球內(nèi)并與外球同球心，內(nèi)球通過內(nèi)軸連接在底座上，內(nèi)軸可帶動內(nèi)球沿軸向轉(zhuǎn)動，單向電動機(jī)固定在內(nèi)球內(nèi)的其中一極上，與單向電動機(jī)輸出軸相連的第一轉(zhuǎn)軸的軸線過球心，第一轉(zhuǎn)軸在球心位置固定連接有固定裝置，雙向電動機(jī)固定于固定裝置內(nèi)，雙向電動機(jī)的輸出軸第二轉(zhuǎn)軸的軸線與第一轉(zhuǎn)軸的軸線垂直相交于球心，激光發(fā)射器固定安裝在第二轉(zhuǎn)軸上，激光發(fā)射器發(fā)射的光束過球心且與第二轉(zhuǎn)軸垂直，雙向電動機(jī)可帶動激光發(fā)射器在46度52分范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。
文檔編號G09B29/06GK202258109SQ201120339460
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者汪和平 申請人:汪和平