CN107170333B - 一种天体方位与高度角测量实验仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天体方位与高度角测量实验仪，包括：支撑腿、支撑座、固定螺丝、天体方位角测量主尺盘、望远镜支撑架中心转动轴、天体方位角测量中心转动轮轴、测量天体高度主尺支撑架、望远镜镜筒转动轴、望远镜、测量天体高度游标尺盘转动轴、测量天体高度游标尺盘和测量天体高度主尺盘；在支撑座下方设置支撑腿；采用固定螺丝将支撑座固定在天体方位角测量游标尺底盘上，望远镜通过望远镜镜筒转动轴与测量天体高度游标尺盘转动轴组成的共同转动轴与测量天体高度游标尺盘通过测量天体高度游标尺盘卡头固接。本发明的有益效果是：在地平坐标系下，提供了一种测量天体位置(坐标)，即测量天体方位角与高度的实验仪器。

Description

一种天体方位与高度角测量实验仪

技术领域

本发明专利涉及实验仪，尤其涉及一种天体方位与高度角测量实验仪。

背景技术

目前，在地平坐标系下，测量天体的准确位置(即天体高度与方位角)的测量，在基础天文学实验室与物理实验室中，仍然没有一种简易的便于学生实践操作的测量天体位置(坐标)实验仪器；传统的子午环绝对测定天体位置的方法及其不适用于低纬度地区的局限性，尤其不适合于学生实验、实习测量使用；发明设计的该实验仪，不仅仅可以用于在地平坐标系下天体位置(坐标)的测量，同时也可用于地面建筑物的高度与方位角测量，基于其显著的特点，不仅可用于天文学与物理学专业学生实验、实习使用，还适用于从事数学、建筑、测绘与计量等专业学习的学生实验、实习使用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种结构合理，适用广泛的天体方位与高度角测量实验仪。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。这种天体方位与高度角测量实验仪，包括支撑腿、支撑座、固定螺丝、天体方位角测量主尺盘、望远镜支撑架中心转动轴、天体方位角测量中心转动轮轴、测量天体高度主尺支撑架、望远镜镜筒转动轴、望远镜、测量天体高度游标尺盘转动轴、测量天体高度游标尺盘和测量天体高度主尺盘；在支撑座下方设置支撑腿；采用固定螺丝将支撑座固定在天体方位角测量游标尺底盘上，望远镜通过望远镜镜筒转动轴与测量天体高度游标尺盘转动轴组成的共同转动轴与测量天体高度游标尺盘通过测量天体高度游标尺盘卡头固接，测量天体高度游标尺盘套嵌于测量天体高度主尺盘内可吻合旋转，测量天体高度游标尺盘转动轴螺穿过测量天体高度游标尺盘中部并活动连接测量天体高度主尺盘；望远镜通过望远镜镜筒转动轴转套在望远镜支撑架上端的望远镜支撑架转动轴套内，望远镜支撑架下端设置有望远镜支撑架中心转动轴，望远镜支撑架中心转动轴转套在天体方位角测量中心转动轮轴内，且望远镜支撑架中心转动轴转动就会带动望远镜支撑架及与其上安装的望远镜相连整体自由转动，天体方位角测量中心转动轮轴安装在天体方位角测量游标尺盘中心部位；测量高度主尺盘支撑架固定在天体方位角测量主尺盘向左适当延伸的平面上，测量天体高度主尺盘螺固在测量高度主尺盘支撑架上，望远镜支撑架转动轴套、天体方位角测量主尺盘及与其固接的测量天体高度主尺支撑架、测量天体高度主尺支撑架上固定的天体高度测量主尺盘、以及望远镜镜筒转动轴与测量高度游标尺盘转动轴组成的共同转动轴与天体高度测量游标尺盘的螺连整体，可以同步围绕望远镜支撑架中心转轴在天体方位角测量中心转动轮轴中转动。

作为优选：所述支撑座下方平分360°圆周上设置三个支撑腿，在三个支撑腿中间分别设置有一个上下微调螺旋。

作为优选:测量天体高度主尺后部设置有测量天体高度主尺底盖，测量天体高度主尺底盖中央设置有一圆轴孔，测量高度游标尺盘转动轴螺穿过测量天体高度游标尺盘中部并通过测量天体高度主尺底盖的中央圆轴孔与测量天体高度游标尺盘卡头禁锢，且测量天体高度游标尺盘卡头可在测量天体高度主尺底盖中央设置的一圆轴孔内吻合无摩擦旋转。

本发明的有益效果是：

1、在地平坐标系下，提供了一种测量天体位置(坐标)，即测量天体方位角与高度的实验仪器；

2、该实验仪不但可以测量天体坐标，亦可以用于测量地面建筑物的位置(坐标)；

3、该测量天体方位角和高度实验仪，分别采用了主尺与游标尺相互配合，使之对天体方位角与高度测量精度均达到了1′；

4、测量天体方位角时望远镜带动主尺盘转动、游标尺盘不动，测量天体高度时望远镜带动游标尺盘转动、主尺盘不动；这种测量天体方位角与天体高度望远镜的立体联动，非常有利于快速测量天体的位置(坐标——方位角与高度)；

5、该测量天体方位角与高度实验仪，分别采用了左游标尺与右游标尺进行读数，可以消除在测量方位角时主尺盘转动与测量高度时游标尺盘转动，由于几何主轴与旋转主轴中心不重合所带来的仪器误差；

6、该实验仪安装方便、调节简单、易于操作，除了可以广泛应用于天文学基础实验室与物理实验室外，还可以适用于从事数学、建筑、测绘与计量等专业学生的实验、实习使用，几何意义明显，用途极为广泛；

7、该实验仪结构简单，生产制作成本价格低廉，有广阔的应用前景。

附图说明

图1是天体方位与高度测量实验仪正视图；

图2是天体方位角与高度测量实验仪俯视图；

图3是测量天体高度标尺系统主尺固定方法正视图；

图4是测量天体方位角游标尺底盘以上侧视图；

图5是测量天体方位角标尺系统初始位置示意图；

图6是测量天体方位角主尺盘相对游标尺盘转过角度示意图；

图7是测量天体高度角标尺系统初始位置示意图；

图8是测量天体高度游标尺盘相对主尺盘转过角度示意图；

图9是测量方位角与高度主尺、游标尺配合读数精细刻度示意图；

图10是双游标纠正不同轴(偏心差)原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

如图1所示，为天体方位与高度测量实验仪正视图。1、支撑腿，1-1、上下微调螺旋，2、支撑座，3、支撑座固定螺丝，4、天体方位角测量主尺盘，4-0、天体方位角测量游标尺底盘， 5、望远镜支撑架中心转轴，5-11、望远镜支撑架，6、天体方位角测量中心转动轮轴，7、测量高度主尺盘支撑架，8、望远镜镜筒转动轴，9、望远镜，10、测量天体高度游标尺盘转动轴，11、测量天体高度游标尺盘，11-1、测量天体高度游标尺盘卡头，11-2、测量天体高度右游标尺，11-3、测量天体高度左游标尺，12、测量天体高度主尺盘。

如图2所示，为天体方位与高度测量实验仪俯视图。4、天体方位角测量主尺盘，4-1、天体方位角测量游标尺盘，4-10、调平水平泡，4-11、测量方位角左游标尺，4-12、测量方位角右游标尺，5、望远镜支撑架中心转轴，5-1、望远镜支撑架转动轴套，7、测量天体高度主尺支撑架，9、望远镜，10、测量天体高度游标尺盘转动轴，11、测量天体高度游标尺盘， 11-1、测量天体高度游标尺盘卡头，12、测量天体高度主尺盘，12-1、测量天体高度主尺底盖。

如图3所示，为测量天体高度标尺系统主尺盘固定方法正视图。7、测量天体高度主尺盘支撑腿，10、测天体高度游标尺盘转动轴，11、测量天体高度游标尺盘，11-0、测量天体高度主尺0-180°水平线，11-1、测量天体高度游标尺盘卡头，11-3、测量天体高度左游标尺，11-2、测量天体高度右游标尺，12、测量天体高度主尺盘。

如图4所示，为天体方位角、游标尺底盘以上部分侧视图。4、测量天体方位角主尺盘， 4-0、测量天体方位角游标尺底盘，4-1、测量天体方位角游标尺盘，5、望远镜支撑架中心转动轴，5-1、望远镜支撑架转动轴套，5-11、望远镜支撑架，6、测量天体方位角中心转动轮轴，7、测量天体高度主尺盘支撑架，8、望远镜镜筒转动轴，9、望远镜，10、测量天体高度游标尺盘转动轴，11、测量天体高度游标尺盘，11-1、测量天体高度游标尺盘卡头，12、测量天体高度主尺盘，12-1、测量天体高度主尺底盖；

如图10所示，为双游标纠正不同轴原理图。由于仪器刻度盘主尺中心(几何中心)与旋转主轴不一定完全重合(即存在偏心差)，故转动斜面在转动过程中，从单个游标尺上读数总会存在误差(仪器误差)，为测量天体方位角或高度设计并对称安装的两个游标尺，就可以纠正由于几何主轴与旋转主轴不重合(偏心差)而造成的仪器误差。设O为主尺盘(主尺)或游标尺盘(游标尺)几何中心，O₁为主尺盘(主尺)或游标尺盘(游标尺)转动轴中心，由于二者不一定重合，若采用左右游标尺，从左右游标尺读出测量天体高度(或方位角)标尺系统左右游标尺初始读数分别为θ_左1、θ_右1，以及天体高度(或方位角)标尺系统左右游标尺末读数分别为θ_左2、θ_右2，则天体高度(或方位角)所转过的角度数为

证明：如图10所示，设主尺圆盘的几何中心与转动轴中心重合时圆心为O，不重合时，固定转动轴中心为O₁，过O做两直径分别为AC和CD，过O₁做EF//AB和JH//CD，可以看出只要两中心重合，任意一游标尺读出的读数AC弧长或BD弧长均无误差的，若两中心不重合，读数为EJ弧长或HF弧长，二弧长均不准确，但EA弧长＝FB弧长；JC弧长＝HD弧长，有：

AC弧长＝BD弧长＝(AJ+JC)弧长＝(DF+FB)弧长＝(AJ+HD)弧长＝(DF+EA)弧长,

因此，(1)式成立。即仪器刻度盘主尺几何中心与固定转动轴不一定完全重合时，采用双游标尺读数，并采用(1)式计算，就可以准确测量天体方位角(高度)所转过的角度数。

本实施例的天体方位与高度角测量实验仪，在支撑座2下方平分360°圆周上设置三个支撑腿1，在三个支撑腿1中间分别设置有一个上下微调螺旋1-1，通过调节三个支撑腿1的张角与上下微调螺旋1-1，可以实现对测量天体方位角游标尺盘4-1(其外缘相隔180°方向固定有测量天体方位角左游标尺4-11和测量天体方位角右游标尺4-12)与测量天体方位角主尺盘4共同平面的调平，如图1所示；采用固定螺丝3将支撑座2固定在天体方位角测量游标尺底盘4-0上，望远镜9通过望远镜镜筒转动轴8与测量天体高度游标尺盘转动轴10组成的共同转动轴与天体高度测量游标尺盘11(其外缘相隔180°方向固定有测量天体高度左游标尺 11-3和测量天体高度右游标尺11-2)通过测量天体高度游标尺盘卡头11-1固接，天体高度测量游标尺盘11(其外缘相隔180°方向固定有测量天体高度左游标尺11-3和测量天体高度右游标尺11-2)套嵌于测量天体高度主尺盘12内可吻合旋转，且测量天体高度左游标尺11-3、测量天体高度右游标尺11-2与天体高度测量主尺盘12的刻度尺在一个平面上，以便吻合配合读数，测量天体高度主尺12后部设置有测量天体高度主尺底盖12-1，测量天体高度主尺底盖12-1中央设置有一圆轴孔，测量高度游标尺盘转动轴10螺穿过测量天体高度游标尺盘 11中部并通过测量天体高度主尺底盖12-1的中央圆轴孔与测量天体高度游标尺盘卡头11-1 禁锢，且测量天体高度游标尺盘卡头11-1可在测量天体高度主尺底盖12-1中央设置的一圆轴孔内吻合无摩擦旋转，如图1、3、4所示；望远镜9通过望远镜镜筒转动轴8转套在望远镜支撑架5-11上端的望远镜支撑架转动轴套5-1内，望远镜支撑架5-11下端设置有望远镜支撑架中心转动轴5，望远镜支撑架中心转轴5转套在测量天体方位角中心转动轮轴6内，且望远镜支撑架中心转动轴5转动就会带动望远镜支撑架5-11及与其上安装的望远镜9相连整体(包含天体方位角测量主尺盘4及与其固接的测量天体高度主尺支撑架7、测量天体高度主尺支撑架7上固定的测量天体高度主尺盘12、望远镜镜筒转动轴8与测量天体高度游标尺盘转动轴10组成的共同转动轴与测量天体高度游标尺盘11的螺连等整体)自由转动，天体方位角测量中心转动轮轴6安装在天体方位角测量游标尺盘4-1中心部位，如图2、4所示；测量高度主尺盘支撑架7固定在天体方位角测量主尺盘4向左适当延伸的平面上，测量天体高度主尺盘12螺固在测量高度主尺盘支撑架7上，且要保证测量天体高度主尺盘12上的标尺0°(360°)-180°线要绝对地与天体方位角测量主尺盘4和天体方位角测量游标尺盘4-1所确定的平面平行，望远镜支撑架转动轴套5-1、天体方位角测量主尺盘4及与其固接的测量天体高度主尺支撑架7、测量天体高度主尺支撑架7上固定的天体高度测量主尺盘12、以及望远镜镜筒转动轴8与测量高度游标尺盘转动轴10组成的共同转动轴与测量天体高度游标尺盘11等的螺连整体，可以同步围绕望远镜支撑架中心转动轴5在天体方位角测量中心转动轮轴6中转动，如图1、2、3、4所示。测量天体方位角与高度读数时所采用的测量方位角与高度主尺、游标尺配合读数精细刻度示意图，如图9所示。

实验操作步骤与方法

1、将天体方位与高度测量实验仪的三个支撑腿1支撑在观测地点，粗略改变三个支撑腿 1与地面倾角，让测量天体方位角主尺盘4与测量方位角游标尺盘4-1所在平面近似水平，再微调三个调平支撑腿1上的上下调节螺旋1-1，使之方位角上的调平水平泡4-10位于圆圈中央；

2、选择要观测的天体，沿着圆周转动望远镜9，此时，望远镜支撑架5-11连同测量天体方位角主尺盘4、测量天体高度主尺盘支撑架7(包含测量天体高度主尺盘12与吻合其中的测量天体高度游标尺盘11)一起转动，让望远镜9转至天北极方位并指向天北极，分别读取测量天体方位角初始位置刻度与天北极高度h(即当地的地理纬度

)，此时望远镜所在南北方向亦即地平坐标系下坐标原点对应位置可以被确定，测量天体方位角左游标尺4-11、测量天体方位角右游标尺4-12的0刻度线所在刻度分别为α₁、α₂，如图5所示，然后，顺时针转动望远镜9至待测量天体位置，分别读取测量天体方位角左游标尺4-11、测量天体方位角右游标尺4-12的0刻度线所在刻度分别为α₁₁、α₂₂，则测量天体的方位角为

如图6所示；在测量天体高度时，由于望远镜9水平状态时，测量高度游标尺盘11的测量天体高度左游标尺11-3的0刻度线与测量天体高度右游标尺11-2的0刻度线在测量开始时分别被调整至与测量高度主尺盘12的180°刻度线与0°(360°)位置对齐，所在刻度分别为β₁、β₂，如图7所示；在望远镜9指向某一待测量天体时，测量天体高度游标尺盘 11的测量天体高度左游标尺11-3的0刻度线与测量天体高度右游标尺11-2的0刻度线分别指向测量高度主尺盘12的相应位置，读取刻度分别为β₁₁、β₂₂，则待测量天体的高度角为：

如图8所示。

可用于测量：

1、测量当地的地理纬度(即测量当地天北极地平高度)；

因为：地球上不同地点的地理纬度＝天北极的地平高度。

2、测量天球上不同天体的方位角与地平高度；

3、测量地面上不同建筑物的方位角与地平高度。

Claims (1)

1.一种天体方位与高度角测量实验仪，其特征在于：包括支撑腿(1)、支撑座(2)、固定螺丝(3)、天体方位角测量主尺盘(4)、望远镜支撑架中心转动轴(5)、天体方位角测量中心转动轮轴(6)、测量天体高度主尺支撑架(7)、望远镜镜筒转动轴(8)、望远镜(9)、测量天体高度游标尺盘转动轴(10)、测量天体高度游标尺盘(11)和测量天体高度主尺盘(12)；所述支撑座(2)下方平分360°圆周上设置三个支撑腿(1)，在三个支撑腿(1)中间分别设置有一个上下微调螺旋(1-1)；在支撑座(2)下方设置支撑腿(1)；采用固定螺丝(3)将支撑座(2)固定在天体方位角测量游标尺底盘(4-0)上，望远镜(9)通过望远镜镜筒转动轴(8)与测量天体高度游标尺盘转动轴(10)组成的共同转动轴与测量天体高度游标尺盘(11)通过测量天体高度游标尺盘卡头(11-1)固接，测量天体高度游标尺盘(11)套嵌于测量天体高度主尺盘(12)内可吻合旋转，测量高度游标尺盘转动轴(10)穿过测量天体高度游标尺盘(11)中部并活动连接测量天体高度主尺盘(12)；测量天体高度主尺盘(12)后部设置有测量天体高度主尺底盖(12-1)，测量天体高度主尺底盖(12-1)中央设置有一圆轴孔，测量高度游标尺盘转动轴(10)穿过测量天体高度游标尺盘(11)中部并通过测量天体高度主尺底盖(12-1)的中央圆轴孔与测量天体高度游标尺盘卡头(11-1)固定连接，且测量天体高度游标尺盘卡头(11-1)可在测量天体高度主尺底盖(12-1)中央设置的一圆轴孔内吻合无摩擦旋转；望远镜(9)通过望远镜镜筒转动轴(8)转套在望远镜支撑架(5-11)上端的望远镜支撑架转动轴套(5-1)内，望远镜支撑架(5-11)下端设置有望远镜支撑架中心转动轴(5)，望远镜支撑架中心转动轴(5)转套在天体方位角测量中心转动轮轴(6)内，且望远镜支撑架中心转动轴(5)转动就会带动望远镜支撑架(5-11)、望远镜支撑架(5-11)上安装的望远镜（9）以及与望远镜(9)相连的部件一起自由转动，天体方位角测量中心转动轮轴(6)安装在天体方位角测量游标尺盘(4-1)中心部位；测量高度主尺盘支撑架(7)固定在天体方位角测量主尺盘(4)向左适当延伸的平面上，测量天体高度主尺盘(12)螺固在测量高度主尺盘支撑架(7)上，望远镜支撑架转动轴套(5-1)、天体方位角测量主尺盘(4)及与其固接的测量天体高度主尺支撑架(7)、测量天体高度主尺支撑架(7)上固定的天体高度测量主尺盘(12)、以及望远镜镜筒转动轴(8)与测量高度游标尺盘转动轴(10)组成的共同转动轴与天体高度测量游标尺盘(11)连接的整体，可以同步围绕望远镜支撑架中心转轴(5)在天体方位角测量中心转动轮轴(6)中转动。

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