一种多用途定日装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于光学技术领域，涉及一种自动跟踪太阳的装置，它驱动反射镜始终对准太阳，将太阳的辐射通量反射到某一水平方向，光谱仪或望远镜等仪器接收此装置的输出信号并测量太阳光谱或太阳辐射。它可以满足各不同纬度地区的使用要求。仪器的纬度轴还可以在０～６０度之间调整并装有一个瞄准望远镜与极轴平行。在任何纬度地区、任意环境下，只要瞄准北极星就可以定好方位使其能自动的跟踪太阳进行太阳光谱或太阳辐射的测量。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光学
，涉及一种自动跟踪太阳的定日装置。近年来由于光谱技术的不断发展，光谱仪器得到新的开发和应用，特别是对太阳光谱的研究，以及利用太阳光谱开展某些物理、生化、环境、农业等方面的研究工作受到越来越广泛的重视。由于地球绕太阳公转和自转造成太阳视运动，使得普通光谱仪无法做较长时间的太阳光谱测试。在天文学研究中采用的定日镜(光学技术手册、下册P782机械工业出版社，王之江等著)，其系统结构复杂宠大，价格昂贵，由于系统结构复杂其极轴调整不方便而使得纬度角是固定的，且其没有瞄准装置不易确定仪器所在方位，故只适用于专门的大型天文台站使用，不便于野外携带和实验室应用。本技术的目的是提供一种可方便调整仪器与不同纬度地区的纬度角、能确定仪器观测方位，适用于不同纬度地区使用的定日装置。本技术的详细内容如附图说明图1、图2所示，它包括在主镜18的光轴上安置次镜19，其主镜18包括瞄准望远镜1、电机2、摩擦离合器3、锁紧螺钉4、极轴5、纬度轴6、赤纬度盘7、主反射镜8、微调螺钉9、时角度盘10、赤纬轴11、纬度度盘12、水泡13、底脚螺钉14、底板15、纬度支座16、极轴座17，其中瞄准望远镜1安置在极轴5上且两者轴线平行，在电机2与极轴5的两轴端安装摩擦离合器3，纬度轴6与极轴座17和纬度支座16转动连接，在极轴座17的轴套上安置锁紧螺钉4，纬度支座16的下端固定在底板15上，两根赤纬轴11置于主反射镜8的轴线上且垂直置于极轴5的U形架的一侧且其赤纬指针的一端与主反射镜8的镜面平行且安装在赤纬轴11上，主反射镜8与极轴5固定连接且极轴5置于极轴座17里，时角度盘10安装在极轴座17的一端其时角指针的一端安装在极轴5的U形架上，微调螺钉9安装在纬度支座16上用来调整纬度角，纬度度盘12固定安装在纬度支座16上其纬度指针的一端与极轴座17固定连接，在底板15上安装三个底脚螺钉14和水泡13保证底板15水平放置。本技术的原理如图3所示地球围绕自己的轴(地轴)自西向东旋转，造成我们所见到的太阳东升西落，同时地球在黄道面内围绕太阳公转，但地轴与公转的轨道平面(黄道面)不垂直，它与轨道平面成66度33分的交角，地轴始终指向遥远的北极星，倾斜着绕太阳公转，由于太阳光是沿着与黄道面平行的方向射出，当地球公转在轨道上的不同位置时，太阳光直射到地球表面上的位置也不同，一年中太阳直射点变动于南北纬23度27分之间，因此形成了地球上一年四季的变化。同时，就是在同一个季节，地球上不同纬度地区，以及同一地区在不同时间，射到该地区的太阳高角也都不同，任何时间，地点的太阳高角可由下式确定Sinθ＝SinΦ×Sinδ+Cosδ×Cosh (1)式中θ-太阳高角(阳光与地平面夹角)；Φ-地理纬度；δ-赤纬角；h-时角(以太阳越过当地子午线的小时数乘15度)。对于当地时间中午12时，h＝0，则(1)式可简化为θ＝90°-(φ-δ)(2)对于某一观测点，纬度Φ是确定的，在某一观测日，赤纬δ也是确定的，由式(1)知，此时太阳高角θ仅是时角h的函数，而时角h是由地球绕地轴自转形成的。因此定日装置必须设计成可以装定当地当日纬度及赤纬，并绕地球自转的速度逆转动则h＝0，太阳光射到定日装置上的入射角为常数，“消除”了太阳的视运动，从而达到“定日”即跟踪太阳的目的。如上所述，定日装置必须设计成能装定当地当日纬度和赤纬，使定日镜的转轴(亦称极轴)与地轴严格平行，只有与地轴平行，并绕地轴转动才能实现逆周日运动。极轴与地面的夹角叫极轴角，由图3可知它等于当地的纬度Φ。定日镜装置有主镜18和次镜19两部分。主镜结构如图2所示，仪器极轴5可绕纬度轴6旋转并锁定，纬度度盘12指示极轴与水平面的夹角。主反射镜8可绕赤纬轴11旋转并锁定，赤纬度盘7指示主反射镜赤纬角。同步电机2通过摩擦离合器3驱动仪器极轴5，带动赤纬轴11和主反射镜8绕极轴5做逆周日运动以跟踪太阳。时角度盘10指示主镜时角。瞄准望远镜1与仪器极轴5平行，用以瞄准北极星，精确调定极轴5纬度角及方位。太阳光被主镜反射到极轴方向后经次镜反射到所需方向。次镜的俯仰角，高低及与主镜间的距离可跟据需要调节。本技术的积极效果1.已有技术的极轴因仪器庞大调整其纬度角不方便，本技术在某一观测点的纬度、赤纬及在地球上的方位是确定的，则其用电机驱动主镜系统与地球自转速度相同并进行逆转动，这样就使得本技术系统结构简单，极轴可以方便地进行调整，则其纬度角可以方便地调整，便于携带，在有关实验室开展物理、化学、天文、遥感、航天、农业、生物等学科可广泛应用并解决了科学研究的急需。本技术采用瞄准望远结构，使得该仪器在使用时，无需知道该测试地的纬度和方位。只要用该仪器上的小型瞄准望远镜瞄准北极星，此时的纬度和方位就被准确地确定了，也就是保证了该系统的光轴与地轴严格平行，只有这样才能保证其自动跟踪太阳。而通常精确地确定纬度就比较麻烦，必须借助于其它仪器。即便是借助其它仪器得到精确的纬度数值，将仪器调整到该数值角也必然存在着机构的调整误差，也就是纬度装订误差，由度盘的刻度误差和机构调整误差等综合误差之和约为dΦ＝0.5°是完全可能的，那么其跟踪误差dβ1＝2cos-1-(90°+δ)，那么在中午(h＝0)±2小时(h＝30°)内，跟踪误差为dβ1＝0.125°，本技术使用瞄准望远镜，纬度装订误差较小，取绝于望远镜的瞄准精度dΦ0.02°，跟踪误差dβ′1＝0.005°＝18′2.极轴方位误差即使极轴纬度角安装正确，但如果方位不精确指向北极，在水平方向的方位误差为dγ，则跟踪误差为 对于一般装置，极轴方位靠罗盘校准，但由于磁干扰，方位误差较大，dγ＝2°，跟踪误差可达dβ2＝0.9°，本技术瞄准望远镜可精确瞄准北极，dr＝0.02°，跟踪误差dβ′2＝0.002＝0.009°，赤纬角装定误差主反射镜纬角，一般按赤纬度盘装定，但赤纬度盘刻度不够精细，跟踪误差却是赤纬角误差dδ的二倍dβ2＝2dδ赤纬角装定误差 dβ3＝0.25°，则dβ3＝0.5°如果按望远镜瞄准的北极设置靶标，然后按靶标装定主镜赤纬角，则dδ＝0.05°，dβ′3＝0.1°综合以上三项误差没装瞄准望远镜的仪器 装有瞄准望远镜的仪器三项综合误差为 由上述可知安装瞄准望远镜不仅给测量带来方便而且大大提高了跟踪精度。3.本技术还可精确测定该测试地点的纬度角和方向。仪器在跟踪太阳测量时，此时从纬度度盘12所指示的数值即是该测试地点的精确纬度。而瞄准望远镜光轴所指的是正北和正南，物镜方为北，目镜方为南。此瞄准的方向比指南针所指的方向还要精确些。图1是本技术的光路图。图2是本技术的主镜结构示意图。图3是地球绕太阳的运动示意图本技术的实施例图1和图2示1.光学尺寸的确定太阳光以和地面成θ角(太阳高角)射至主镜18后被反射至极轴方向M1M2(与地面夹角Φ)，此时主镜上的入射角α2＝(180°-θ-Φ)/2＝45°-δ/2 (3)次镜19的入射角α1＝Φ/2 (4)为保证出射光束高度B，次镜19高度应为B1＝B/CosΦ/(25)主镜高度应为B2＝B/Cos(45°-δ/2) (6)为保证由次镜19反射的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多用途定日装置，它包括：在主镜１８的光轴上安置次镜１９，其特征在于主镜１８包括：瞄准望远镜１安置在极轴５上且两者轴线平行，在电机２与极轴５的两端安置摩擦离合器３，纬度轴６与极轴座１７和纬度支座１６转动连接，在极轴座１７的轴套上安置镜紧螺钉４，纬度支座１６的下端固定在底板１５上，两根赤纬轴１１置于主反射镜８的轴线上且垂直置于极轴５的Ｕ形架里，赤纬度盘７置于极轴５的Ｕ形架的一侧且其赤纬指针的一端与主反射镜８的镜面平行且安装在赤纬轴１１上，主反射镜８与极轴５固定连接且极轴５置于极轴座１７里，时角度盘１０安装在极轴座１７的一端其时角指针的一端安装在极轴５的Ｕ形架上，微调螺钉９安装在纬度支座１６上，纬度度盘１２固定安装在纬度支座１６上其纬度指针的一端与极轴座１７固定连接，在底板１５上安装三个底脚螺钉１４和水泡１３。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马仁宏，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：22[中国|吉林]