專利名稱：：一種能提供全年日照圖的立桿式平太陽日晷的制作方法
技術領域：
：本實用新型述及一種利用太陽、月亮或星辰的位置的計時器，具體是一種能提供全年日照圖的立桿式平太陽日晷。
背景技術：
：過去的日晷大都是固定在地面只能顯示該地方的真太陽時的時刻，在現代社會中已沒有實際使用價值。其實任何地方的陽光中，除了可顯示地方真太陽時的時刻外，還含有節氣或當時大約的公歷日期地理位置及方向等信息。如能創造出適當的設計方案，制造成包括固定型及便攜型的具體型式的日晷，這一古老的計時器具是可以得到發展并為今日社會所廣泛使用。
發明內容本實用新型的目的是提供一種能指示所需的某標準時區的平太陽時及該地點的全年日照圖的立桿式多功能日晷。本實用新型的基本原理可用附圖1及附圖2加以說明，圖1上半部為俯視圖，下半部為由西向東看的剖面視圖。AB為一立桿，長《，(n)為陽光照射方向，在當地中午時按不同節氣，B點的日影將分別投射在子午線(北一A—南)上的不同位置春分秋分時在D點，夏至在E點，冬至在F點。直線BC為一與地軸平行的假想線，與地面的夾角等于當地的地理緯度cp，AC間的距離為j;。—ctgcp，線族(m)代表以BC線為假想投影體時當地真太陽時的整點刻度線。立桿頂點B點在陽光下將在平面上及其四周圍的高度為《的垂直平面上定出日影點，將全年所有的日影點按不同節氣及時刻可連成下列三組日影曲線(a)節氣曲線(或赤煒曲線)(b)冬春夏半年平太陽吋刻度曲線所有桿頂的日影點"P"的坐標值均用下列公式計算出，用附圖1及圖2中的坐標系統定位(A點為直角坐標X軸及Y軸的原點。C點距A點距離為y^ctg(p是極坐標系的原點，cp為當地的地理緯度)繪制在圭面上極坐標公式ctgp=tg(a+Ti+At)sin4)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>換成直角坐標公式x=psinp...............................................(1)y=pcos(3—tg<|)...............................................(2)式中各符號的意義如下|3—以C點為原點的極坐標的角度值p—以c點為原點的極坐標的半徑值X_以A點為原點的直角坐標的橫坐標值Y—以A點為原點的直角坐標的縱坐標值f一立桿高度a—當地真太陽時的時角值(正午l2點時為0°，下午6時為正90。)5—當時太陽的赤緯直(北赤緯為正值)。本實用新型采用的赤緯值S為對在使用中所有年份均通用的平均值(見表一)啦_當地的地理緯度值(北緯為正值)Tl_當時節氣的時差值(時差二真太陽時一平太陽時)。本實用新型使用的時差ti為對所有年份均通用的平均值(見表一，其中由冬、春至夏各節氣的時差用iis代表；由夏、秋至冬各節氣的時差用iia代表，但均用分鐘表示)At—當地與標準時區的經度差所引起的時差值(以度表示)本實用新型采用我國傳統24節氣作為節氣曲線的基礎。此外，為了增加曲線的繪制精確度，還在立冬到立夏之間及立夏到立冬之間增加了12個補充節氣，總共36個節氣，其名稱及數據都列在表一中。在要求精細的大尺寸晷面上，可以把這些補充節氣的某些節氣線也繪在晷面上。表l本實用新型所采用的節氣、公歷日子、時差及赤諱數值表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>注黑粗線框內的節氣為本實用新型采用的補充節氣附圖1只繪出了24個節氣的節氣線。附圖l的下半部為日晷的由西向東看的剖面圖，示出立桿位置及各節氣時的陽光射入方向以及真太陽時的時間刻度線的交點C(這些用于說明原理的線條及文字都不繪制在實物圭面上)。附圖1的上半部為日晷的方形水平圭面圖，處在這個方形圭面以外的曲線部分都繪制在四周的牽涉到的垂直塵面上，按以下公式將方形圭面以外的曲線上P點的坐標值(x,y)轉換成東立面上的Q點坐標值(z,v)。附圖2示出了這個轉換的原理。對其他立面可用類似方法計算及繪制出來:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>...............................................(4)式中z為立圭面上的縱坐標值v為立圭面上的橫坐標值W為立圭面上的直角坐標原點f為立桿及立圭面的高度d為立桿及立圭面間的距離x及y為平圭面上的直角坐標值本實用新型的圭面為紙質或其他材料的薄膜制造。一個日晷可以配備多張圭面，以供在不同地區選擇合適的圭面置換到日晷上使用。本實用新型目的通過如下技術方案完成。本實用新型能提供全年日照圖的立桿式平太陽時日晷，含有一個供方便攜帶的盒體，多張用以置換放置在盒底部能折疊的圭面，以及在盒體中部垂直豎立的一根立桿；圭面中部有一位置與盒體中心立桿相配的小孔，圭面四邊能向上折疊，置入盒內的圭面隨后由壓框固定；另有一凈空觀測器通過導孔活動地套置在立桿上；垂直圭面和立桿的高度都彼此相同；在所有圭面上有立桿頂的日影點投射到的區域都標出有三組刻度曲線，它們是節氣曲線，冬春夏半年內的平太陽時刻度曲線和夏秋冬半年內的平太陽時刻度曲線。這些曲線都是按中國傳統的24個節氣以及專為本實用新型所增的12個補充節氣的數據計算而繪制的。本實用新型日晷能在日光下根據桿頂的日影位置顯示出當時的節氣或大約的公歷日期，以及當地使用的某標準時區的平太陽時時間。所說的圭面又可做成僅適用于某一固定地點的圭面，圭面材料為固定在水平地面及立壁表面上的燒制瓷磚。所說的凈空觀測器由底座及活動臂組成，底座上有一供套置于盒體中心立桿的垂直導孔。活動臂上有用來指示仰角的尖端，該尖端能與底座上的仰角刻度相對準。本實用新型的有益效果是能直接顯示平太陽時，還可以顯示日出日落的時間和太陽的方向。以及還可以提供使用地點的全年日照圖。本實用新型日晷配備多張圭面，以從中選用適合當地地理位置的某張圭面置換到日晷上使用。圖l是圭面三種曲線(節氣曲線、冬春夏半年平太陽時刻曲線和夏秋冬半年平太陽時刻度曲線)原理圖，下半部圖為日晷的由西向東看的剖面圖。圖2是垂直圭面曲線的生成原理圖。圖3是本實用新型的一個實施例(便攜型多功能日晷)的結構件分解示意圖。圖4是便攜式多功能日晷的一種應用示意圖(P點所在的節氣曲線和半年平太陽時刻度線的交點指示出當時的節氣和指定的某標準時區的時間)。圖5是便攜式多功能日晷應用示意圖之二(如何觀測所在地段的凈空范圍以及將凈空范圍鏤空圖覆蓋在日晷圭面圖上構成全年口照圖)。圖6是本實用新型的另一種實施例(廣場日晷)的圭面示意圖(舉的例子是適用于緯度為31.2°N，經度為121.5°E的上海市。節氣線一般只用公歷日子標示。顯示的時間為北京時間。具體實施方式附圖3顯示的為本實用新型的一種具體實施的例子，稱之為便攜式多功能日晷。l為盒體，盒底中部有一立桿101，高度為L盒的四壁的高度亦為《。2為壓框，可放入盒內，其四角立柱的高度亦為f。3為紙質或其他材料的薄膜日晷圭面，中部有一小孔301，位置與盒體內立桿相配，圭面四邊可向上折疊，放入盒體內可由隨后放入的壓框2所固定。4為空白凈空圖紙，中部的小孔401與日晷圭面相同，也可以同樣放入盒體內，用壓框固定。5為凈空觀測器，由底座501及活動臂502組成，底座上有一垂直導孔503，可以套在盒體中部的立桿上并自由轉動。活動臂上有指示仰角的尖端，可以與底座上的仰角刻度線對準，并由刻度線的引導線引向底座下邊緣相應的仰角點，以便轉繪到空白凈空圖紙上(也請參閱圖5所示)。6為盒蓋，可以在所有部件放入盒體內以后，蓋在盒體上，以便于攜帶。為了幫助在日晷投入使用時將盒體放置水平，在盒蓋上還裝有一個校水平用的水泡器601。日咎的使用方法如下(1)將盒蓋背面向上置于一平面上，用水泡器校正盒蓋背面的水平。選一張適用于當地使用的日咎圭面圖放入盒體內，用壓框壓好。將盒體放在盒蓋背面上，轉動盒體，使圭面上真南方向對準南方。如果不知道南方的方向，可以在有太陽時，轉動盒體，使桿頂日影落在當時的節氣線上。如又有某標準時區的當時時間的訊息(如鐘表、無線電的報時訊息)，就可以調整盒體方向，使桿頂日影落在當時節氣線和當時時間刻度線的交點上，使圭面上的真南方向更準確地對準南方，保持盒體不動，即可得到一個準確的平太陽時的日晷(見圖4)。(2)保持上述第(1)點中所確定的盒體位置，將圭面圖及壓框取出，將一張空白的凈空圖紙放入盒內，并使用壓框壓好。將凈空觀測器套在盒體的立桿上，用凈空觀測器的活動臂瞄準看得到的天空的所有邊緣的方法，逐一用鉛筆在凈空圖上記錄天空邊緣的位置(參見圖5)。將凈空圖紙取下，用剪刀將凈空圖紙上的看得見陽光的部分挖剪掉。然后將鏤空的凈空圖覆蓋到那張取下的圭面圖上，使二張圖小孔及四周紙邊都互相對齊后加以固定，即得到一張該地點的全年日照圖。如圖5左上方的插圖所示。插圖中有斜剖面線的地方是被原凈空圖紙所遮去的部分，是在觀察的地點永遠不會有陽光照射到的節氣的時間。在鏤空范圍以內所看到的節氣時間就是在觀察的地點在睛天時會有陽光照射到的節氣的時間。陽光照射的開始和終了的時間可在節氣線兩端的時刻曲線處看到。如果將本實用新型的便攜型日咎省去固定盒蓋，凈空觀測器及空白凈空圖紙，及壓框等為便攜用的物品，本實用新型設計人推薦另一個實施例廣場日咎，即將日咎圭面直接繪制在垂直圭面及水平圭面上，制成只合適于一個地點使用的固定日咎，用這種具體實施可以有各種大小和用各種材質，附圖6顯示了一種這樣的廣場日咎，可以在露天為公眾提供服務，其圭面材料用燒制的彩色瓷磚固定在水平地面及立壁表面上，無立壁的邊線處可以用作步行臺臺階或其他矮小的設施之用。在圭面上邊緣線上節氣曲線和時間曲線的交點均代表該地該節氣的日出或日落的時間及方向，方向為從交點指向立桿頂點的方向。權利要求1、一種能提供全年日照圖的立桿式平太陽時日晷，含有一個供方便攜帶的盒體、多張用以置換放置在盒底部能折疊的圭面，以及在盒體中部垂直豎立的一根立桿，其特征是圭面中部有一位置與盒體中心立桿相配的小孔，圭面四邊能向上折疊，置入盒內的圭面隨后由壓框固定；另有一凈空觀測器通過導孔活動地套置在立桿上；垂直圭面和立桿的高度都彼此相同；以及在所有圭面上有立桿桿頂的日影點投射到的區域都標出有三組刻度曲線，它們是節氣曲線；冬春夏半年內的平太陽時刻度曲線和夏秋冬半年內的平太陽時刻度曲線。2、如權利要求l所述的一種能提供全年日照圖的立桿式平太陽時日晷，其特征在于所說的圭面為僅適用于某一固定地點的圭面，圭面材料為固定在水平地面及立壁表面上的燒制的瓷磚。3、如權利要求l所述的一種能提供全年日照圖的立桿式平太陽時日晷，其特征在于所說的凈空觀測器由底座及活動臂組成，底座上有一供套置于立桿的垂直導孔，活動臂上有指示仰角的尖端，能與底座上的仰角刻度相對準。專利摘要本實用新型提供了一種可顯示所選某標準時區的平太陽時時間和全年日照圖的立桿式日晷，它有多張可置換的圭面以及一根在水平圭面中部垂直豎立的立桿。在所有圭面上有立桿頂點的日影投射到的區域都標出有三組刻度曲線，即冬春夏半年時間刻度曲線、夏秋冬半年時間刻度曲線和節氣日子曲線。圭面可為多張紙質或其他薄膜材料制的可以置換的圭面，以供在不同地區使用。本實用新型能直接顯示平太陽時以及日出日落的時間及方向，還可以提供某地點的全年日照圖。日咎也可設計為只適用于某一地使用的固定式日晷結構。文檔編號G04B49/02GK201141997SQ200720199440公開日2008年10月29日申請日期2007年12月19日優先權日2007年12月19日發明者鄧振煐申請人:鄧振煐