一種天體方位與高度角測量實驗儀的製作方法

2023-07-24 02:17:36 1

本發明專利涉及實驗儀，尤其涉及一種天體方位與高度角測量實驗儀。

背景技術：

目前，在地平坐標系下，測量天體的準確位置(即天體高度與方位角)的測量，在基礎天文學實驗室與物理實驗室中，仍然沒有一種簡易的便於學生實踐操作的測量天體位置(坐標)實驗儀器；傳統的子午環絕對測定天體位置的方法及其不適用於低緯度地區的局限性，尤其不適合於學生實驗、實習測量使用；發明設計的該實驗儀，不僅僅可以用於在地平坐標系下天體位置(坐標)的測量，同時也可用於地面建築物的高度與方位角測量，基於其顯著的特點，不僅可用於天文學與物理學專業學生實驗、實習使用，還適用於從事數學、建築、測繪與計量等專業學習的學生實驗、實習使用。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供了一種結構合理，適用廣泛的天體方位與高度角測量實驗儀。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。這種天體方位與高度角測量實驗儀，包括支撐腿、支撐座、固定螺絲、天體方位角測量主尺盤、望遠鏡支撐架中心轉動軸、天體方位角測量中心轉動輪軸、測量天體高度主尺支撐架、望遠鏡鏡筒轉動軸、望遠鏡、測量天體高度遊標尺盤轉動軸、測量天體高度遊標尺盤和測量天體高度主尺盤；在支撐座下方設置支撐腿；採用固定螺絲將支撐座固定在天體方位角測量遊標尺底盤上，望遠鏡通過望遠鏡鏡筒轉動軸與測量天體高度遊標尺盤轉動軸組成的共同轉動軸與測量天體高度遊標尺盤通過測量天體高度遊標尺盤卡頭固接，測量天體高度遊標尺盤套嵌於測量天體高度主尺盤內可吻合旋轉，測量天體高度遊標尺盤轉動軸螺穿過測量天體高度遊標尺盤中部並活動連接測量天體高度主尺盤；望遠鏡通過望遠鏡鏡筒轉動軸轉套在望遠鏡支撐架上端的望遠鏡支撐架轉動軸套內，望遠鏡支撐架下端設置有望遠鏡支撐架中心轉動軸，望遠鏡支撐架中心轉動軸轉套在天體方位角測量中心轉動輪軸內，且望遠鏡支撐架中心轉動軸轉動就會帶動望遠鏡支撐架及與其上安裝的望遠鏡相連整體自由轉動，天體方位角測量中心轉動輪軸安裝在天體方位角測量遊標尺盤中心部位；測量高度主尺盤支撐架固定在天體方位角測量主尺盤向左適當延伸的平面上，測量天體高度主尺盤螺固在測量高度主尺盤支撐架上，望遠鏡支撐架轉動軸套、天體方位角測量主尺盤及與其固接的測量天體高度主尺支撐架、測量天體高度主尺支撐架上固定的天體高度測量主尺盤、以及望遠鏡鏡筒轉動軸與測量高度遊標尺盤轉動軸組成的共同轉動軸與天體高度測量遊標尺盤的螺連整體，可以同步圍繞望遠鏡支撐架中心轉軸在天體方位角測量中心轉動輪軸中轉動。

作為優選：所述支撐座下方平分360°圓周上設置三個支撐腿，在三個支撐腿中間分別設置有一個上下微調螺旋。

作為優選:測量天體高度主尺後部設置有測量天體高度主尺底蓋，測量天體高度主尺底蓋中央設置有一圓軸孔，測量高度遊標尺盤轉動軸螺穿過測量天體高度遊標尺盤中部並通過測量天體高度主尺底蓋的中央圓軸孔與測量天體高度遊標尺盤卡頭禁錮，且測量天體高度遊標尺盤卡頭可在測量天體高度主尺底蓋中央設置的一圓軸孔內吻合無摩擦旋轉。

本發明的有益效果是：

1、在地平坐標系下，提供了一種測量天體位置(坐標)，即測量天體方位角與高度的實驗儀器；

2、該實驗儀不但可以測量天體坐標，亦可以用於測量地面建築物的位置(坐標)；

3、該測量天體方位角和高度實驗儀，分別採用了主尺與遊標尺相互配合，使之對天體方位角與高度測量精度均達到了1′；

4、測量天體方位角時望遠鏡帶動主尺盤轉動、遊標尺盤不動，測量天體高度時望遠鏡帶動遊標尺盤轉動、主尺盤不動；這種測量天體方位角與天體高度望遠鏡的立體聯動，非常有利於快速測量天體的位置(坐標——方位角與高度)；

5、該測量天體方位角與高度實驗儀，分別採用了左遊標尺與右遊標尺進行讀數，可以消除在測量方位角時主尺盤轉動與測量高度時遊標尺盤轉動，由於幾何主軸與旋轉主軸中心不重合所帶來的儀器誤差；

6、該實驗儀安裝方便、調節簡單、易於操作，除了可以廣泛應用於天文學基礎實驗室與物理實驗室外，還可以適用於從事數學、建築、測繪與計量等專業學生的實驗、實習使用，幾何意義明顯，用途極為廣泛；

7、該實驗儀結構簡單，生產製作成本價格低廉，有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1是天體方位與高度測量實驗儀正視圖；

圖2是天體方位角與高度測量實驗儀俯視圖；

圖3是測量天體高度標尺系統主尺固定方法正視圖；

圖4是測量天體方位角遊標尺底盤以上側視圖；

圖5是測量天體方位角標尺系統初始位置示意圖；

圖6是測量天體方位角主尺盤相對遊標尺盤轉過角度示意圖；

圖7是測量天體高度角標尺系統初始位置示意圖；

圖8是測量天體高度遊標尺盤相對主尺盤轉過角度示意圖；

圖9是測量方位角與高度主尺、遊標尺配合讀數精細刻度示意圖；

圖10是雙遊標糾正不同軸(偏心差)原理圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步描述。下述實施例的說明只是用於幫助理解本發明。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。

如圖1所示，為天體方位與高度測量實驗儀正視圖。1、支撐腿，1-1、上下微調螺旋，2、支撐座，3、支撐座固定螺絲，4、天體方位角測量主尺盤，4-0、天體方位角測量遊標尺底盤，5、望遠鏡支撐架中心轉軸，5-11、望遠鏡支撐架，6、天體方位角測量中心轉動輪軸，7、測量高度主尺盤支撐架，8、望遠鏡鏡筒轉動軸，9、望遠鏡，10、測量天體高度遊標尺盤轉動軸，11、測量天體高度遊標尺盤，11-1、測量天體高度遊標尺盤卡頭，11-2、測量天體高度右遊標尺，11-3、測量天體高度左遊標尺，12、測量天體高度主尺盤。

如圖2所示，為天體方位與高度測量實驗儀俯視圖。4、天體方位角測量主尺盤，4-1、天體方位角測量遊標尺盤，4-10、調平水平泡，4-11、測量方位角左遊標尺，4-12、測量方位角右遊標尺，5、望遠鏡支撐架中心轉軸，5-1、望遠鏡支撐架轉動軸套，7、測量天體高度主尺支撐架，9、望遠鏡，10、測量天體高度遊標尺盤轉動軸，11、測量天體高度遊標尺盤，11-1、測量天體高度遊標尺盤卡頭，12、測量天體高度主尺盤，12-1、測量天體高度主尺底蓋。

如圖3所示，為測量天體高度標尺系統主尺盤固定方法正視圖。7、測量天體高度主尺盤支撐腿，10、測天體高度遊標尺盤轉動軸，11、測量天體高度遊標尺盤，11-0、測量天體高度主尺0-180°水平線，11-1、測量天體高度遊標尺盤卡頭，11-3、測量天體高度左遊標尺，11-2、測量天體高度右遊標尺，12、測量天體高度主尺盤。

如圖4所示，為天體方位角、遊標尺底盤以上部分側視圖。4、測量天體方位角主尺盤，4-0、測量天體方位角遊標尺底盤，4-1、測量天體方位角遊標尺盤，5、望遠鏡支撐架中心轉動軸，5-1、望遠鏡支撐架轉動軸套，5-11、望遠鏡支撐架，6、測量天體方位角中心轉動輪軸，7、測量天體高度主尺盤支撐架，8、望遠鏡鏡筒轉動軸，9、望遠鏡，10、測量天體高度遊標尺盤轉動軸，11、測量天體高度遊標尺盤，11-1、測量天體高度遊標尺盤卡頭，12、測量天體高度主尺盤，12-1、測量天體高度主尺底蓋；

如圖10所示，為雙遊標糾正不同軸原理圖。由於儀器刻度盤主尺中心(幾何中心)與旋轉主軸不一定完全重合(即存在偏心差)，故轉動斜面在轉動過程中，從單個遊標尺上讀數總會存在誤差(儀器誤差)，為測量天體方位角或高度設計並對稱安裝的兩個遊標尺，就可以糾正由於幾何主軸與旋轉主軸不重合(偏心差)而造成的儀器誤差。設o為主尺盤(主尺)或遊標尺盤(遊標尺)幾何中心，o1為主尺盤(主尺)或遊標尺盤(遊標尺)轉動軸中心，由於二者不一定重合，若採用左右遊標尺，從左右遊標尺讀出測量天體高度(或方位角)標尺系統左右遊標尺初始讀數分別為θ左1、θ右1，以及天體高度(或方位角)標尺系統左右遊標尺末讀數分別為θ左2、θ右2，則天體高度(或方位角)所轉過的角度數為

證明：如圖10所示，設主尺圓盤的幾何中心與轉動軸中心重合時圓心為o，不重合時，固定轉動軸中心為o1，過o做兩直徑分別為ac和cd，過o1做ef//ab和jh//cd，可以看出只要兩中心重合，任意一遊標尺讀出的讀數ac弧長或bd弧長均無誤差的，若兩中心不重合，讀數為ej弧長或hf弧長，二弧長均不準確，但ea弧長＝fb弧長；jc弧長＝hd弧長，有：

ac弧長＝bd弧長＝(aj+jc)弧長＝(df+fb)弧長＝(aj+hd)弧長＝(df+ea)弧長,

因此，(1)式成立。即儀器刻度盤主尺幾何中心與固定轉動軸不一定完全重合時，採用雙遊標尺讀數，並採用(1)式計算，就可以準確測量天體方位角(高度)所轉過的角度數。

本實施例的天體方位與高度角測量實驗儀，在支撐座2下方平分360°圓周上設置三個支撐腿1，在三個支撐腿1中間分別設置有一個上下微調螺旋1-1，通過調節三個支撐腿1的張角與上下微調螺旋1-1，可以實現對測量天體方位角遊標尺盤4-1(其外緣相隔180°方向固定有測量天體方位角左遊標尺4-11和測量天體方位角右遊標尺4-12)與測量天體方位角主尺盤4共同平面的調平，如圖1所示；採用固定螺絲3將支撐座2固定在天體方位角測量遊標尺底盤4-0上，望遠鏡9通過望遠鏡鏡筒轉動軸8與測量天體高度遊標尺盤轉動軸10組成的共同轉動軸與天體高度測量遊標尺盤11(其外緣相隔180°方向固定有測量天體高度左遊標尺11-3和測量天體高度右遊標尺11-2)通過測量天體高度遊標尺盤卡頭11-1固接，天體高度測量遊標尺盤11(其外緣相隔180°方向固定有測量天體高度左遊標尺11-3和測量天體高度右遊標尺11-2)套嵌於測量天體高度主尺盤12內可吻合旋轉，且測量天體高度左遊標尺11-3、測量天體高度右遊標尺11-2與天體高度測量主尺盤12的刻度尺在一個平面上，以便吻合配合讀數，測量天體高度主尺12後部設置有測量天體高度主尺底蓋12-1，測量天體高度主尺底蓋12-1中央設置有一圓軸孔，測量高度遊標尺盤轉動軸10螺穿過測量天體高度遊標尺盤11中部並通過測量天體高度主尺底蓋12-1的中央圓軸孔與測量天體高度遊標尺盤卡頭11-1禁錮，且測量天體高度遊標尺盤卡頭11-1可在測量天體高度主尺底蓋12-1中央設置的一圓軸孔內吻合無摩擦旋轉，如圖1、3、4所示；望遠鏡9通過望遠鏡鏡筒轉動軸8轉套在望遠鏡支撐架5-11上端的望遠鏡支撐架轉動軸套5-1內，望遠鏡支撐架5-11下端設置有望遠鏡支撐架中心轉動軸5，望遠鏡支撐架中心轉軸5轉套在測量天體方位角中心轉動輪軸6內，且望遠鏡支撐架中心轉動軸5轉動就會帶動望遠鏡支撐架5-11及與其上安裝的望遠鏡9相連整體(包含天體方位角測量主尺盤4及與其固接的測量天體高度主尺支撐架7、測量天體高度主尺支撐架7上固定的測量天體高度主尺盤12、望遠鏡鏡筒轉動軸8與測量天體高度遊標尺盤轉動軸10組成的共同轉動軸與測量天體高度遊標尺盤11的螺連等整體)自由轉動，天體方位角測量中心轉動輪軸6安裝在天體方位角測量遊標尺盤4-1中心部位，如圖2、4所示；測量高度主尺盤支撐架7固定在天體方位角測量主尺盤4向左適當延伸的平面上，測量天體高度主尺盤12螺固在測量高度主尺盤支撐架7上，且要保證測量天體高度主尺盤12上的標尺0°(360°)-180°線要絕對地與天體方位角測量主尺盤4和天體方位角測量遊標尺盤4-1所確定的平面平行，望遠鏡支撐架轉動軸套5-1、天體方位角測量主尺盤4及與其固接的測量天體高度主尺支撐架7、測量天體高度主尺支撐架7上固定的天體高度測量主尺盤12、以及望遠鏡鏡筒轉動軸8與測量高度遊標尺盤轉動軸10組成的共同轉動軸與測量天體高度遊標尺盤11等的螺連整體，可以同步圍繞望遠鏡支撐架中心轉動軸5在天體方位角測量中心轉動輪軸6中轉動，如圖1、2、3、4所示。測量天體方位角與高度讀數時所採用的測量方位角與高度主尺、遊標尺配合讀數精細刻度示意圖，如圖9所示。

實驗操作步驟與方法

1、將天體方位與高度測量實驗儀的三個支撐腿1支撐在觀測地點，粗略改變三個支撐腿1與地面傾角，讓測量天體方位角主尺盤4與測量方位角遊標尺盤4-1所在平面近似水平，再微調三個調平支撐腿1上的上下調節螺旋1-1，使之方位角上的調平水平泡4-10位於圓圈中央；

2、選擇要觀測的天體，沿著圓周轉動望遠鏡9，此時，望遠鏡支撐架5-11連同測量天體方位角主尺盤4、測量天體高度主尺盤支撐架7(包含測量天體高度主尺盤12與吻合其中的測量天體高度遊標尺盤11)一起轉動，讓望遠鏡9轉至天北極方位並指向天北極，分別讀取測量天體方位角初始位置刻度與天北極高度h(即當地的地理緯度)，此時望遠鏡所在南北方向亦即地平坐標系下坐標原點對應位置可以被確定，測量天體方位角左遊標尺4-11、測量天體方位角右遊標尺4-12的0刻度線所在刻度分別為α1、α2，如圖5所示，然後，順時針轉動望遠鏡9至待測量天體位置，分別讀取測量天體方位角左遊標尺4-11、測量天體方位角右遊標尺4-12的0刻度線所在刻度分別為α11、α22，則測量天體的方位角為如圖6所示；在測量天體高度時，由於望遠鏡9水平狀態時，測量高度遊標尺盤11的測量天體高度左遊標尺11-3的0刻度線與測量天體高度右遊標尺11-2的0刻度線在測量開始時分別被調整至與測量高度主尺盤12的180°刻度線與0°(360°)位置對齊，所在刻度分別為β1、β2，如圖7所示；在望遠鏡9指向某一待測量天體時，測量天體高度遊標尺盤11的測量天體高度左遊標尺11-3的0刻度線與測量天體高度右遊標尺11-2的0刻度線分別指向測量高度主尺盤12的相應位置，讀取刻度分別為β11、β22，則待測量天體的高度角為：如圖8所示。

可用於測量：

1、測量當地的地理緯度(即測量當地天北極地平高度)；

因為：地球上不同地點的地理緯度＝天北極的地平高度。

2、測量天球上不同天體的方位角與地平高度；

3、測量地面上不同建築物的方位角與地平高度。