CN201141997Y - 一种能提供全年日照图的立杆式平太阳日晷 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可显示所选某标准时区的平太阳时时间和全年日照图的立杆式日晷，它有多张可置换的圭面以及一根在水平圭面中部垂直竖立的立杆。在所有圭面上有立杆顶点的日影投射到的区域都标出有三组刻度曲线，即：冬春夏半年时间刻度曲线、夏秋冬半年时间刻度曲线和节气日子曲线。圭面可为多张纸质或其他薄膜材料制的可以置换的圭面，以供在不同地区使用。本实用新型能直接显示平太阳时以及日出日落的时间及方向，还可以提供某地点的全年日照图。日咎也可设计为只适用于某一地使用的固定式日晷结构。

Description

一种能提供全年日照图的立杆式平太阳日晷

技术领域

本实用新型述及一种利用太阳、月亮或星辰的位置的计时器，具体是一种能提供全年日照图的立杆式平太阳日晷。

背景技术

过去的日晷大都是固定在地面只能显示该地方的真太阳时的时刻，在现代社会中已没有实际使用价值。其实任何地方的阳光中，除了可显示地方真太阳时的时刻外，还含有节气或当时大约的公历日期地理位置及方向等信息。如能创造出适当的设计方案，制造成包括固定型及便携型的具体型式的日晷，这一古老的计时器具是可以得到发展并为今日社会所广泛使用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能指示所需的某标准时区的平太阳时及该地点的全年日照图的立杆式多功能日晷。

本实用新型的基本原理可用附图1及附图2加以说明，图1上半部为俯视图，下半部为由西向东看的剖面视图。AB为一立杆，长l，(n)为阳光照射方向，在当地中午时按不同节气，B点的日影将分别投射在子午线(北-A-南)上的不同位置：春分秋分时在D点，夏至在E点，冬至在F点。直线BC为一与地轴平行的假想线，与地面的夹角等于当地的地理纬度

AC间的距离为

线族(m)代表以BC线为假想投影体时当地真太阳时的整点刻度线。立杆顶点B点在阳光下将在平面上及其四周围的高度为l的垂直平面上定出日影点，将全年所有的日影点按不同节气及时刻可连成下列三组日影曲线：

(a)节气曲线(或赤纬曲线)

(b)冬春夏半年平太阳时刻度曲线

所有杆顶的日影点“P”的坐标值均用下列公式计算出，用附图1及图2中的坐标系统定位(A点为直角坐标X轴及Y轴的原点。C点距A点距离为

是极坐标系的原点，

为当地的地理纬度)绘制在圭面上：

极坐标公式：ctgβ＝tg(α+η+Δt)sinφ

$\mathrm{\ρ}=l\frac{\sqrt{{\mathrm{tg}}^2\mathrm{\φ}+\mathrm{co}{s}^2(\mathrm{\α}+\mathrm{\η}+\mathrm{\Δt})}}{\sin \mathrm{\φ}(\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\η}+\mathrm{\Δt})+\mathrm{tg\φtg\δ})}$

换成直角坐标公式：

x＝ρsinβ...............................................(1)

$y=\mathrm{\ρ}\cos \mathrm{\β}-\frac{l}{\mathrm{tg\φ}}...................\left(2\right)$

式中各符号的意义如下：

β-以C点为原点的极坐标的角度值

ρ-以C点为原点的极坐标的半径值

X-以A点为原点的直角坐标的横坐标值

Y-以A点为原点的直角坐标的纵坐标值

l-立杆高度

α-当地真太阳时的时角值(正午12点时为0°，下午6时为正90°)

δ-当时太阳的赤纬直(北赤纬为正值)。本实用新型采用的赤纬值δ为对在使用中所有年份均通用的平均值(见表一)

φ-当地的地理纬度值(北纬为正值)

η-当时节气的时差值(时差＝真太阳时-平太阳时)。本实用新型使用的时差η为对所有年份均通用的平均值(见表一，其中由冬、春至夏各节气的时差用ηs代表；由夏、秋至冬各节气的时差用ηa代表，但均用分钟表示)

Δt-当地与标准时区的经度差所引起的时差值(以度表示)

本实用新型采用我国传统24节气作为节气曲线的基础。此外，为了增加曲线的绘制精确度，还在立冬到立夏之间及立夏到立冬之间增加了12个补充节气，总共36个节气，其名称及数据都列在表一中。在要求精细的大尺寸晷面上，可以把这些补充节气的某些节气线也绘在晷面上。

表1本实用新型所采用的节气、公历日子、时差及赤纬数值表

注：黑粗线框内的节气为本实用新型采用的补充节气

附图1只绘出了24个节气的节气线。附图1的下半部为日晷的由西向东看的剖面图，示出立杆位置及各节气时的阳光射入方向以及真太阳时的时间刻度线的交点C(这些用于说明原理的线条及文字都不绘制在实物圭面上)。

附图1的上半部为日晷的方形水平圭面图，处在这个方形圭面以外的曲线部分都绘制在四周的牵涉到的垂直圭面上，按以下公式将方形圭面以外的曲线上P点的坐标值(x，y)转换成东立面上的Q点坐标值(z，v)。附图2示出了这个转换的原理。对其他立面可用类似方法计算及绘制出来：

$z=l\frac{x-d}{x}...........\left(3\right)$

$v=d\frac{y}{x}............\left(4\right)$

式中z为立圭面上的纵坐标值

v为立圭面上的横坐标值

W为立圭面上的直角坐标原点

l为立杆及立圭面的高度

d为立杆及立圭面间的距离

x及y为平圭面上的直角坐标值

本实用新型的圭面为纸质或其他材料的薄膜制造。一个日晷可以配备多张圭面，以供在不同地区选择合适的圭面置换到日晷上使用。

本实用新型目的通过如下技术方案完成。

本实用新型能提供全年日照图的立杆式平太阳时日晷，含有一个供方便携带的盒体，多张用以置换放置在盒底部能折叠的圭面，以及在盒体中部垂直竖立的一根立杆；圭面中部有一位置与盒体中心立杆相配的小孔，圭面四边能向上折叠，置入盒内的圭面随后由压框固定；另有一净空观测器通过导孔活动地套置在立杆上；垂直圭面和立杆的高度都彼此相同；在所有圭面上有立杆顶的日影点投射到的区域都标出有三组刻度曲线，它们是：节气曲线，冬春夏半年内的平太阳时刻度曲线和夏秋冬半年内的平太阳时刻度曲线。这些曲线都是按中国传统的24个节气以及专为本实用新型所增的12个补充节气的数据计算而绘制的。本实用新型日晷能在日光下根据杆顶的日影位置显示出当时的节气或大约的公历日期，以及当地使用的某标准时区的平太阳时时间。

所说的圭面又可做成仅适用于某一固定地点的圭面，圭面材料为固定在水平地面及立壁表面上的烧制瓷砖。

所说的净空观测器由底座及活动臂组成，底座上有一供套置于盒体中心立杆的垂直导孔。活动臂上有用来指示仰角的尖端，该尖端能与底座上的仰角刻度相对准。

本实用新型的有益效果是能直接显示平太阳时，还可以显示日出日落的时间和太阳的方向。以及还可以提供使用地点的全年日照图。本实用新型日晷配备多张圭面，以从中选用适合当地地理位置的某张圭面置换到日晷上使用。

附图说明

图1是圭面三种曲线(节气曲线、冬春夏半年平太阳时刻曲线和夏秋冬半年平太阳时刻度曲线)原理图，下半部图为日晷的由西向东看的剖面图。

图2是垂直圭面曲线的生成原理图。

图3是本实用新型的一个实施例(便携型多功能日晷)的结构件分解示意图。

图4是便携式多功能日晷的一种应用示意图(P点所在的节气曲线和半年平太阳时刻度线的交点指示出当时的节气和指定的某标准时区的时间)。

图5是便携式多功能日晷应用示意图之二(如何观测所在地段的净空范围以及将净空范围镂空图覆盖在日晷圭面图上构成全年日照图)。

图6是本实用新型的另一种实施例(广场日晷)的圭面示意图(举的例子是适用于纬度为31.2°N，经度为121.5°E的上海市。节气线一般只用公历日子标示。显示的时间为北京时间。

具体实施方式

附图3显示的为本实用新型的一种具体实施的例子，称之为便携式多功能日晷。1为盒体，盒底中部有一立杆101，高度为l。盒的四壁的高度亦为l。2为压框，可放入盒内，其四角立柱的高度亦为l。3为纸质或其他材料的薄膜日晷圭面，中部有一小孔301，位置与盒体内立杆相配，圭面四边可向上折叠，放入盒体内可由随后放入的压框2所固定。4为空白净空图纸，中部的小孔401与日晷圭面相同，也可以同样放入盒体内，用压框固定。5为净空观测器，由底座501及活动臂502组成，底座上有一垂直导孔503，可以套在盒体中部的立杆上并自由转动。活动臂上有指示仰角的尖端，可以与底座上的仰角刻度线对准，并由刻度线的引导线引向底座下边缘相应的仰角点，以便转绘到空白净空图纸上(也请参阅图5所示)。6为盒盖，可以在所有部件放入盒体内以后，盖在盒体上，以便于携带。为了帮助在日晷投入使用时将盒体放置水平，在盒盖上还装有一个校水平用的水泡器601。

日咎的使用方法如下：

(1)将盒盖背面向上置于一平面上，用水泡器校正盒盖背面的水平。选一张适用于当地使用的日咎圭面图放入盒体内，用压框压好。将盒体放在盒盖背面上，转动盒体，使圭面上真南方向对准南方。如果不知道南方的方向，可以在有太阳时，转动盒体，使杆顶日影落在当时的节气线上。如又有某标准时区的当时时间的讯息(如钟表、无线电的报时讯息)，就可以调整盒体方向，使杆顶日影落在当时节气线和当时时间刻度线的交点上，使圭面上的真南方向更准确地对准南方，保持盒体不动，即可得到一个准确的平太阳时的日晷(见图4)。

(2)保持上述第(1)点中所确定的盒体位置，将圭面图及压框取出，将一张空白的净空图纸放入盒内，并使用压框压好。将净空观测器套在盒体的立杆上，用净空观测器的活动臂瞄准看得到的天空的所有边缘的方法，逐一用铅笔在净空图上记录天空边缘的位置(参见图5)。将净空图纸取下，用剪刀将净空图纸上的看得见阳光的部分挖剪掉。然后将镂空的净空图覆盖到那张取下的圭面图上，使二张图小孔及四周纸边都互相对齐后加以固定，即得到一张该地点的全年日照图。如图5左上方的插图所示。插图中有斜剖面线的地方是被原净空图纸所遮去的部分，是在观察的地点永远不会有阳光照射到的节气的时间。在镂空范围以内所看到的节气时间就是在观察的地点在睛天时会有阳光照射到的节气的时间。阳光照射的开始和终了的时间可在节气线两端的时刻曲线处看到。

如果将本实用新型的便携型日咎省去固定盒盖，净空观测器及空白净空图纸，及压框等为便携用的物品，本实用新型设计人推荐另一个实施例：广场日咎，即将日咎圭面直接绘制在垂直圭面及水平圭面上，制成只合适于一个地点使用的固定日咎，用这种具体实施可以有各种大小和用各种材质，附图6显示了一种这样的广场日咎，可以在露天为公众提供服务，其圭面材料用烧制的彩色瓷砖固定在水平地面及立壁表面上，无立壁的边线处可以用作步行台台阶或其他矮小的设施之用。在圭面上边缘线上节气曲线和时间曲线的交点均代表该地该节气的日出或日落的时间及方向，方向为从交点指向立杆顶点的方向。

Claims (3)

1、一种能提供全年日照图的立杆式平太阳时日晷，含有一个供方便携带的盒体、多张用以置换放置在盒底部能折叠的圭面，以及在盒体中部垂直竖立的一根立杆，其特征是圭面中部有一位置与盒体中心立杆相配的小孔，圭面四边能向上折叠，置入盒内的圭面随后由压框固定；另有一净空观测器通过导孔活动地套置在立杆上；垂直圭面和立杆的高度都彼此相同；以及在所有圭面上有立杆杆顶的日影点投射到的区域都标出有三组刻度曲线，它们是：节气曲线；冬春夏半年内的平太阳时刻度曲线和夏秋冬半年内的平太阳时刻度曲线。

2、如权利要求1所述的一种能提供全年日照图的立杆式平太阳时日晷，其特征在于所说的圭面为仅适用于某一固定地点的圭面，圭面材料为固定在水平地面及立壁表面上的烧制的瓷砖。

3、如权利要求1所述的一种能提供全年日照图的立杆式平太阳时日晷，其特征在于所说的净空观测器由底座及活动臂组成，底座上有一供套置于立杆的垂直导孔，活动臂上有指示仰角的尖端，能与底座上的仰角刻度相对准。

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