赤道式日晷原理演示仪

1.本发明涉及一种科学仪器原理演示装置，尤其涉及一种赤道式日晷原理演示仪。


背景技术：

2.日晷是古时的人类利用日影测时的一种计时仪器，其原理就是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻，利用日晷计时的方法是人类在天文计时领域的重大发现，这项发明被人类沿用达几千年之久。
3.日晷种类繁多，期中赤道式日晷是日晷世界中最重要和最常见的，也是中国古代最经典和传统的天文观测仪器。然而现在的人们一般也只是简单的知道是“利用太阳的投影方向来测定时刻”这一肤浅的道理，而对于其深刻的天文学原理知之甚少，因此也不知道如何正确的安装及使用赤道式日晷测时，以至于在一些大型的旅游景点或大型文化活动场所，出现赤道式日晷安装方向错误、倾斜角度错误、日晷单面测时等，不会利用日晷测时或测得时间完全错误。
4.日晷针的投影是随着太阳光线的角度变化而移动的，但没有人会一直看上几个小时，因此看不到日晷的动态工作情况，人们处于地球的不同纬度以及不同的季节，日晷的状态及人们观察的方位均不相同，这也是人们难以理解日晷工作原理的重要原因。
5.日晷的另一个缺欠是没有太阳照射时是无法使用的，这也导致人们在没有太阳时无法观察到日晷的工作情况。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服背景技术中的缺欠，提供一种结构简单，操作方便，能够直接演示赤道式日晷投影测时的科学原理，在一些大型旅游景点将古人这一灿烂的科技瑰宝展示在现代人的视野中，丰富旅游文化，提高旅游景点的文化档次，也可以用于天文、历法知识的普及教学中。
7.赤道式日晷的晷面平行于赤道，简称为赤道面，而在不同的地理位置平行于赤道的晷面与地面的角度α不同，所以在不同的地理位置观察日晷时就需要调节晷面与地面的角度；赤道式日晷的晷针与地平面的夹角必须与当地的纬度相同，并指向北极点，也就是晷针平行与地球的自转轴。晷盘上的刻度是等分的，夏季和冬季晷针投影在晷盘上的影子会分投在在晷盘的北面和南面，适合中低纬度地区使用。
8.春分到秋分期间，太阳总是在天赤道的北侧运行，太阳光线照射在晷盘的北面，晷针的影子投向晷面上方；从秋分到春分期间，太阳在天赤道的南侧运行，太阳光线照射在晷盘的南面，晷针的影子投向晷面的下方。所以在春分以后看晷盘的上表面；秋分以后看晷盘的下表面，如图1所示。
9.基于上述赤道式日晷的基本原理，本发明通过以下技术方案实现：
10.本发明的赤道式日晷原理演示仪，如说明书附图所示，包括壳体部分、日晷本体、旋转及控制部分；
11.所述的壳体部分包括底座3、夏季节气牌4、冬季节气牌5、外壳7、遮光板11、支承板12、设置窗口15、水平仪25、指南针26，底座3为矩形方框水平板，上面竖起矩形部分用以支承外壳7，矩形方框水平板的前端上表面安装有水平仪25和指南针26，下表面四角处各有一个可以调节水平的支脚；
12.所述的外壳7为轴线水平且南北方向放置的圆筒，圆筒前后表面带有环形板，前面的环形板朝向北方，环形板下端安装夏季节气牌4(如图2)，后面的环形板朝向南方，环形板下端安冬季节气牌5(如图4)，两个环形板底侧中间固定连接支撑板12，支承板12上端安装遮光板11，支承板12下端带有凸起，用以和旋转及控制部分的构件相连接。
13.所述的外壳7左侧圆筒处开有长方形的设置窗口15，用以对旋转及控制部分进行设置。
14.所述的日晷本体包括晷盘1、晷针2、支架21、蝶形螺母22、角度指针23、刻度24、转轴27，晷盘1的上表面外侧带有顺时针的24小时刻度，内侧为对应的地支12时辰，下表面刻度按反时针标注，晷针2垂直穿过晷盘1中心后指向北极方向，晷盘1两端通过转轴27安装在支架21上，支架21的底端穿过遮光板11垂直固定在支承板12上。
15.所述的支架21为两根长条柱体，其中左侧支架上带有刻度24，角度指针23随转轴27同步转动，并用蝶形螺母22将角度指针23及晷盘1的相对地平面的角度固定。
16.所述的旋转及控制部分包括支承轮6、圆筒8、光源9、长孔10、摩擦轮13、摇柄14、指示牌16、节气指针17、按钮18、聚光灯19、弹性片20；
17.所述的圆筒8如图9所示，圆筒表面沿轴线方向加工有长孔10，在长孔10上安装可以沿长孔10滑动的强光源9；长孔10的上端安装指示牌16，指示牌16上标注春分到秋分及秋分到春分节气标志；
18.所述的光源9如图8所示，长方体盒内装有高效电池，长方体一侧安装有节气指针17，用以和指示牌16配合确定代表太阳的光源9所处的节气位置，长方体顶部为电源按钮18，底部安装聚光灯19，聚光灯19穿过长孔10探入圆筒8内，灯光射向晷盘1与晷针2，长方体底部两侧各有两个弹性片20，卡在长孔10的两侧，使得光源9能够在推力作用下在长孔10上滑动并能够稳定的停留在任意位置处。
19.高效电池一般市售较大容量锂电池即可，如可选择深圳市海芯电池有限公司生产的聚光灯锂电池组，其参数为14.8v 4.4ah，可适用于led节能灯具。
20.所述的支承轮6固定在外壳7前后表面的环形板上，前后环形板内表面上各均匀分布4对支承轮6，圆筒8的两个端部夹在每一对支承轮6的中间，将圆筒8悬空架在外壳7的内部，摇柄14穿过外壳7前端的环形板后插入支承板12下端带有凸起内，摇柄14上固定安装摩擦轮13，转动摇柄14，摩擦轮13可以带动圆筒8旋转；
21.将光源9置于长孔10的不同节气的位置上，随着圆筒8旋转，模拟太阳在冬夏等不同季节在赤道南北运动。
22.由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的赤道式日晷原理演示仪的有益效果为：
23.(1)提供一种新型教学仪器，用于天文、历法知识的普及教学中，真实日晷仪看不到日晷的动态工作情况，人们处于地球的不同纬度以及不同的季节，日晷的状态及人们观察的方位均不相同，真实日晷无法展示其工作过程，这也是人们难以理解日晷工作原理的
重要原因；真实日晷仪的另一缺欠是没有太阳照射时是无法使用的，这也导致人们在没有太阳时无法观察到日晷的工作情况，更无法了解日晷的工作原理。赤道式日晷演示仪弥补该项教学内容没有教学仪器的空白，形象生动的演示太阳运行与24节气之间的关系，演示赤道式日晷的科学原理。
24.(2)赤道式日晷演示仪可以制成大型仪器，为一些大型旅游景点提供可供参观、参与的文化活动，将古人这一灿烂的科技瑰宝展示在现代人的视野中，丰富旅游文化，提高旅游景点的文化档次。
附图说明
25.图1为赤道式日晷原理示意图
26.图2为本发明赤道式日晷原理演示仪结构图前面示意图。
27.图3为本发明赤道式日晷原理演示仪剖视图示意图。
28.图4为本发明赤道式日晷原理演示仪结构图后面示意图。
29.图5为本发明赤道式日晷原理演示仪日设置窗口示意图。
30.图6为本发明赤道式日晷原理演示仪a-a剖视图。
31.图7为本发明赤道式日晷原理演示仪底座俯视图。
32.图8为本发明赤道式日晷原理演示仪光源的结构示意图。
33.图9为本发明赤道式日晷原理演示仪圆筒部分示意图。
34.图10为本发明赤道式日晷原理演示仪晷面的结构示意图。
35.图11为本发明赤道式日晷原理演示仪左侧的支架示意图。
36.图12为本发明赤道式日晷原理演示仪指示牌的详细标注图。
37.图中：1、晷盘，2、晷针，3、底座，4、夏季节气牌，5、冬季节气牌，6、支承轮，7、外壳，8、圆筒，9、光源，10、长孔，11、遮光板，12、支承板，13、摩擦轮，14、摇柄，15、设置窗口，16、指示牌，17、节气指针，18、按钮，19、聚光灯，20、弹性片，21、支架，22、蝶形螺母，23、角度指针，24、刻度，25、水平仪，26、指南针，27、转轴。
具体实施方式
38.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
39.下面将结合附图对本发明实施例作进一步描述。
40.赤道式日晷原理演示仪使用方法：
41.首先将演示仪置于地平面上，通过水平仪25调节底座3下面的的支脚，使得底座3的矩形方框板处于水平位置，并通过指南针26使得夏季节气牌4朝向北方；然后转动摇柄14，摩擦轮13带动圆筒8旋转，圆筒8在外壳7内围绕晷盘1旋转，将长孔10旋转到设置窗口15处，能够透过长孔10观察到左侧支的架21及角度指针23后，手动调节晷盘1相对地平面的角度α等于当地的纬度，如浙江省湖州市约为北纬30度，则旋转晷盘1使得晷盘1上端向南偏转30度，角度指针23在刻度24上与30度角度刻线对齐后，用蝶形螺母22将晷盘1锁紧，此时晷
针2指向北极方向。
42.如果是在春分至秋分的某一季节，则相对夏季节气牌4读取日晷时刻。首先在设置窗口15处设置光源9的位置，即将节气指针17指向指示牌16中所标该节气的位置(参看图12)，并按下按钮18打开聚光灯19，当顺时针转动摇柄14时，聚光灯模拟太阳位于天赤道北侧从东向西转过，光线越过遮光板11后表示太阳越过地平线，光线投向晷针2及晷盘1的上表面，晷针2在晷盘1上留下的投影顺时针转过时间及十二时辰的刻度，即指示出时间的数值及对应的时辰。
43.如果是在秋分至春分的某一季节，则相对冬季节气牌5读取日晷时刻。首先在设置窗口15处设置光源9的位置，即将节气指针17指向指示牌16中所标该节气的位置(参看图12)，并按下按钮18打开聚光灯19，逆时针转动摇柄14时，聚光灯模拟太阳位于天赤道南侧从东向西转过，光线投向晷针2及晷盘1的下表面，晷针2在晷盘1上留下的投影逆时针转过时间及十二时辰的刻度，模拟出太阳处于不同的位置时，晷针2指示出当时对应的时间的数值及对应的时辰。
44.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

技术特征：
1.赤道式日晷原理演示仪，其特征在于包括壳体部分、日晷本体、旋转及控制部分；所述的壳体部分包括底座(3)、夏季节气牌(4)、冬季节气牌(5)、外壳(7)、遮光板(11)、支承板(12)、水平仪(25)、指南针(26)，底座(3)为矩形方框水平板，上面竖起矩形部分用以支承外壳(7)，矩形方框水平板的前端上表面安装有水平仪(25)和指南针(26)，下表面四角处各有一个可以调节水平的支脚；所述的外壳(7)为轴线水平且南北方向放置的圆筒，圆筒前后表面带有环形板，前面的环形板朝向北方，环形板下端安装夏季节气牌(4)，后面的环形板朝向南方，环形板下端安冬季节气牌(5)，两个环形板底侧中间固定连接支撑板(12)，支承板(12)上端安装遮光板(11)，支承板(12)下端带有凸起，用以和旋转及控制部分的构件相连接；所述的日晷本体包括晷盘(1)、晷针(2)、支架(21)、转轴(27)，晷盘(1)的上表面外侧带有顺时针的24小时刻度，内侧为对应的地支12时辰，下表面刻度按反时针标注，晷针(2)垂直穿过晷盘(1)中心后指向北极方向，晷盘(1)两端通过转轴(27)安装在支架(21)上，支架(21)的底端穿过遮光板(11)垂直固定在支承板(12)上；所述的旋转及控制部分包括支承轮(6)、圆筒(8)、光源(9)、长孔(10)、摩擦轮(13)、摇柄(14)、指示牌(16)，圆筒(8)的表面沿轴线方向加工一个长孔(10)，在长孔(10)上安装可以沿长孔(10)滑动的光源(9)；长孔(10)的上端安装指示牌(16)，指示牌(16)上标注春分到秋分及秋分到春分24节气标志；所述的支承轮(6)固定在外壳(7)前后表面的环形板上，前后环形板内表面上各均匀分布4对支承轮(6)，圆筒(8)的两个端部分别夹在两侧的每一对支承轮(6)的中间，将圆筒(8)悬空架在外壳(7)的内部，摇柄(14)穿过外壳(7)前端的环形板后插入支承板(12)下端带有凸起内，摇柄(14)上固定安装摩擦轮(13)，转动摇柄(14)，摩擦轮(13)可以带动圆筒(8)旋转；将光源(9)置于长孔(10)的不同节气的位置上，随着圆筒(8)旋转，模拟太阳在冬夏等不同季节在赤道南北运动。2.根据权利要求1所述的赤道式日晷原理演示仪，其特征在于，所述的外壳(7)左侧圆筒处开有长方形的设置窗口(15)。3.根据权利要求1所述的赤道式日晷原理演示仪，其特征在于，所述的支架(21)为两根长条柱体，其中左侧支架上带有刻度(24)，角度指针(23)随转轴(27)同步转动，并用蝶形螺母(22)将角度指针(23)及晷盘1的相对地平面的角度固定。4.根据权利要求1所述的赤道式日晷原理演示仪，其特征在于，所述的光源(9)，包括长方体盒内装有高效电池，长方体一侧安装有节气指针(17)，用以和指示牌(16)配合确定代表太阳的光源(9)所处的节气位置，长方体顶部为电源按钮(18)，底部安装聚光灯(19)，聚光灯(19)穿过长孔(10)探入圆筒(8)内，灯光射向晷盘(1)与晷针(2)，长方体底部两侧各有两个弹性片(20)，卡在长孔(10)的两侧，使得光源(9)能够在推力作用下在长孔(10)上滑动并能够稳定的停留在任意位置处。

技术总结
本发明公开了赤道式日晷原理演示仪，包括壳体部分、日晷本体和旋转及控制部分；壳体部分用以安装日晷本体，旋转及控制部分包括支承轮(6)、圆筒(8)、光源(9)、长孔(10)、摩擦轮(13)、摇柄(14)，圆筒(8)的表面沿轴线方向加工一个长孔(10)，其上安装可以滑动的光源(9)，支承轮(6)固定在外壳(7)前后表面的环形板上，圆筒(8)的两个端部分别夹在两侧的每一对支承轮(6)的中间，转动摇柄(14)，摩擦轮(13)可以带动圆筒(8)旋转，将光源(9)置于长孔(10)的不同节气的位置上，随着圆筒(8)旋转，模拟太阳在冬夏等不同季节在赤道南北运动，演示赤道式日晷的工作原理。工作原理。工作原理。


技术研发人员：张晓英 陈韫慧 朱可宁
受保护的技术使用者：湖州师范学院
技术研发日：2022.01.08
技术公布日：2022/3/8