本發(fā)明涉及光學(xué)儀器、機(jī)械結(jié)構(gòu)和智能領(lǐng)域。具體地說是利用小孔成像的原理，根據(jù)太陽通過小孔成的像(圓形光斑)，計(jì)算日地間距離，進(jìn)一步繪制出一年里地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道。需要機(jī)械裝置、聲光顯示和用單片機(jī)實(shí)行智能控制。

背景技術(shù)：

大多數(shù)人都知道：一年里地球繞太陽公轉(zhuǎn)一圈，高中生都知道這個(gè)公轉(zhuǎn)軌道圈是橢圓。太陽在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，即太陽與地球間距離是在變化的。然而，由于目前科學(xué)上測(cè)定太陽至地球距離的方法復(fù)雜、設(shè)備要求高，所以幾乎所有大、中、小學(xué)生和社會(huì)大眾都沒有直接測(cè)定過日地間距離，更沒有測(cè)定到日地間距離在變化的，更沒有很直觀地測(cè)定日地間變化著的距離。

為進(jìn)一步確立億萬大眾的唯物主義思想，迫切需要有一種易于普及的儀器直觀地測(cè)出日地間的距離及變化的數(shù)據(jù)，從而親手繪出橢圓軌道。但是至今未見相關(guān)論文、專利、產(chǎn)品問世。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是為上述需要而發(fā)明的一種聲光顯示地球公轉(zhuǎn)橢圓軌道智能測(cè)繪儀，其特征是：由基板(1)，大筒(2)，帶上蓋的小筒(3)恰能插入大筒，標(biāo)尺(4)，小孔(5)，半透明成像光屏(6)，遮光布(7)，像大小參照點(diǎn)(8)，觀察像的窗口(9)，對(duì)準(zhǔn)太陽參照環(huán)(10)，電動(dòng)機(jī)(11)，絲桿(12)，螺母(13)，豎直插片(14)，凹槽(15)，三腳架上的水平轉(zhuǎn)盤(16)構(gòu)成。

聲光顯示使用的光敏元件固定于大筒內(nèi)半透明成像光屏(6)上，電子電路和揚(yáng)聲器在小盒內(nèi)，并固定于基板上。

智能作用使用的器件為單片機(jī)，并固定于基板上。

將豎直插片(14)插入凹槽(15)，擰上螺絲作轉(zhuǎn)軸，大筒(2)和小筒(3)可繞轉(zhuǎn)軸在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)太陽。

三角架上的水平轉(zhuǎn)盤(16)可水平轉(zhuǎn)動(dòng)，使大筒、小筒對(duì)準(zhǔn)太陽。

凹槽(15)與水平轉(zhuǎn)盤(16)相固定。

(10)是對(duì)準(zhǔn)太陽參照環(huán)，當(dāng)右上環(huán)的影子與左下環(huán)完全重合時(shí)說明小筒(3)和大筒(2)已對(duì)準(zhǔn)太陽。

太陽光通過小孔(5)在半透明成像光屏(6)上成太陽的像，即圓形光斑，太陽直徑是可查到的已知值，圓形光斑直徑可量出。

電動(dòng)機(jī)(11)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲桿(12)轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母(13)與小筒(3)固定，絲桿(12)轉(zhuǎn)動(dòng)通過螺母(13)帶動(dòng)小筒(3)從大筒(2)中拉出或進(jìn)一步插入，從而改變小孔(5)至半透明成像光屏(6)的距離，此距離可量出。按相似三角形對(duì)應(yīng)線段成比例，計(jì)算出不同時(shí)刻地球和太陽間的距離，繪制出地球公轉(zhuǎn)橢圓軌道。

絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)限位環(huán)(23)固定在基板上，絲桿能在(23)內(nèi)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

大筒固定限位環(huán)(24)與基板固定，電動(dòng)機(jī)(11)外殼與基板固定。

小筒滑動(dòng)限位環(huán)(25)與基板固定，確保小筒(3)在環(huán)內(nèi)精準(zhǔn)滑動(dòng)。

標(biāo)尺(4)可直接顯示小孔(5)至半透明成像光屏(6)的距離，要使光屏(6)上成的像直徑為定值，由于太陽離地球距離一年內(nèi)不斷變化的，小筒插入大筒的深度必須變化。標(biāo)尺上也可顯示：通過計(jì)算得到的相應(yīng)的小孔至太陽的距離。

在太陽所成像即圓形光斑周邊上選取三點(diǎn)，安置微型光敏元件，與三個(gè)獨(dú)立的電子電路構(gòu)成三個(gè)光控訊響器，提示光斑大小范圍。

電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)由單片機(jī)智能控制，預(yù)先設(shè)定程序電動(dòng)機(jī)反復(fù)多次正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，小筒反復(fù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，獲取光斑大小最接近設(shè)定的值的時(shí)候小孔(5)至半透明成像光屏(6)間的距離，使測(cè)量值更精準(zhǔn)。

本發(fā)明突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步是：

1、應(yīng)用簡單的小孔成像、相似三角形計(jì)算的方法和巧妙的易普及的機(jī)械結(jié)構(gòu)，解決了測(cè)定日地間距離，繪制地球公轉(zhuǎn)橢圓軌道。

2、依托基板，電動(dòng)機(jī)、絲桿、螺帽結(jié)構(gòu)帶動(dòng)小筒在大筒中十分平穩(wěn)地伸縮，調(diào)整像(光斑)與小孔間距離，確保小筒、大筒對(duì)準(zhǔn)太陽。

3、用肉眼觀察光斑大??；使用光敏元件和電子電路從光控訊響器的發(fā)聲判斷：光斑(太陽的像)是否與設(shè)定的大小相同。光斑大小用聲光兩種顯示判斷更精確。

4、應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能控制：按預(yù)先設(shè)定的程序使小筒在大筒中反復(fù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，便于獲取光斑大小最接近預(yù)定的大小的時(shí)刻(為了便于研究光斑大小調(diào)節(jié)為定值，變化的是像與小孔間距離)；便于多次讀數(shù)取平均值，減小誤差。

5、像與小孔間距離直接從標(biāo)尺讀出，太陽至小孔距離(日地間距離)也可直接從標(biāo)尺讀出(日地距離通過計(jì)算對(duì)應(yīng)地顯示在標(biāo)尺上)。

附圖說明

圖1：本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)圖

圖2：本發(fā)明相似三角形示意圖(太陽在離地球較處)

(17)表示太陽直徑，(18)表示太陽的像(即光斑)直徑，(19)表示日地間距離，(20)表示像與小孔間距離。太陽直徑視為不變可查到，某一天測(cè)量后，比例式中只有日地距離一個(gè)未知數(shù)可求出。

圖3：本發(fā)明相似三角形示意圖(太陽在離地球較近處)

太陽直徑?jīng)]有變，為研究方便調(diào)節(jié)到像(光斑)大小保持不變，日地間距離變?yōu)?21)小于(19)，測(cè)繪儀上顯示像(光斑)至小孔的距離(22)一定小于(20)

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是一種聲光顯示地球公轉(zhuǎn)橢圓軌道智能測(cè)繪儀。

應(yīng)用小孔成像的原理，太陽光經(jīng)小孔在成像光屏上成圓形光斑，即太陽的像。從小孔至光屏需密封在圓筒內(nèi)，圓筒底部用半透明光屏，圓筒頂部有密封蓋，蓋上開有小孔。觀察像的區(qū)域用遮光布擋住筒外太陽光，在遮光布內(nèi)看光斑更清晰，也可以在觀察像的窗口觀看光斑。

太陽的直徑、光斑的直徑、及兩直徑端點(diǎn)與小孔連線構(gòu)成兩個(gè)相似的三角形。太陽直徑為定值，光斑直徑可量出，光斑與小孔間距離可量出，實(shí)際上從標(biāo)尺讀出，對(duì)應(yīng)線段成比例，計(jì)算出太陽至小孔即太陽至地球的距離。測(cè)量和計(jì)算出不同日期日地間距離，繪制出地球公轉(zhuǎn)橢圓軌道。

實(shí)際測(cè)繪時(shí)，調(diào)節(jié)到不同日期像的大小保持不變便于研究，由于太陽大小不變，而日地間距離在變，所以必調(diào)節(jié)小孔至成像光屏的距離，所以用小筒插入大筒的不同深度來調(diào)節(jié)小孔至成像光屏的距離。

制作：基板(1)，大筒(2)通過固定環(huán)(24)固定在基板(1)上，帶上蓋的小筒(3)恰能插入大筒，小筒恰能在大筒中滑動(dòng)，小筒恰能在滑動(dòng)環(huán)(25)內(nèi)滑動(dòng)，滑動(dòng)環(huán)(25)固定在基板上，以上結(jié)構(gòu)確保大筒穩(wěn)固、小筒滑動(dòng)精準(zhǔn)。

加工小孔(5)。

制作標(biāo)尺(4)，直接顯示小筒拉伸至不同位置小孔至光屏的距離。在設(shè)定像即光斑大小不變的情況下研究，因此在標(biāo)尺上直接標(biāo)明對(duì)應(yīng)的計(jì)算得出的太陽至小孔的距離。因太陽

直徑為已知的定值，光斑直徑可量出且調(diào)節(jié)至定值，小孔至光屏距離可量出，比例式中只有日地間距離為未知數(shù)，一定可算出。

制作：半透明成像光屏(6)，遮光布(7)，像大小參照點(diǎn)(8)，觀察像的窗口(9)，對(duì)準(zhǔn)太陽參照環(huán)(10)，

將電動(dòng)機(jī)(11)固定在基板上，安裝絲桿(12)，絲桿上安裝螺母(13)，螺母外側(cè)固定在小筒(3)上，電動(dòng)機(jī)帶通絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)通過螺母帶動(dòng)小筒做伸縮式直線運(yùn)動(dòng)。

豎直插片(14)，插入凹槽(15)，豎插片的孔和凹槽的孔對(duì)準(zhǔn)并插入螺絲作轉(zhuǎn)軸。螺絲擰上螺帽。

選用足夠高度和堅(jiān)固的三腳架，使三腳架上的水平轉(zhuǎn)盤(16)能在水平平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

豎直轉(zhuǎn)動(dòng)、水平轉(zhuǎn)動(dòng)使大筒(2)、小筒(3)對(duì)準(zhǔn)太陽。

制作對(duì)準(zhǔn)太陽參照環(huán)(10)，當(dāng)右上環(huán)的影子與左下環(huán)完全重合時(shí)說明小筒(3)和大筒(2)已對(duì)準(zhǔn)太陽。

安裝絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)限位環(huán)(23)，并將(23)外側(cè)固定在基板上，絲桿能在(23)內(nèi)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

安裝大筒固定限位環(huán)(24)，(24)與基板固定。

在大筒(2)內(nèi)太陽所成像即圓形光斑周邊可選取三點(diǎn)，分別安置微型光敏元件，例如光敏電阻，并分別與三個(gè)獨(dú)立的電子電路構(gòu)成三個(gè)光控訊響器，發(fā)出不同頻率的聲音和不同顏色的LED發(fā)光提示光斑大小范圍。電子電路和揚(yáng)聲器在小盒內(nèi)并固定于基板上。

電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)由單片機(jī)智能控制，預(yù)先設(shè)定的程序反復(fù)多次正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，小筒在大筒內(nèi)反復(fù)多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而獲取光斑(太陽的像)的大小最接近設(shè)定值時(shí)小孔(5)至光屏(6)的距離的值，算出日地間距離，使測(cè)量精準(zhǔn)。也可以多次測(cè)量算出平均值，減小誤差。

根據(jù)一年中不同日期測(cè)量出的日地間距離，繪制地球公轉(zhuǎn)橢圓軌道。