用于棒影日照图制作和展示的便携式装置及其使用方法

1.本发明涉及教学用具技术领域，特别是涉及一种用于棒影日照图制作和展示的便携式装置及其使用方法。


背景技术：

2.棒影日照图是建筑设计和建筑物理领域理解和分析建筑阴影区域和采光时间等的基础工具，是建筑设计和建筑物理领域从业人员必须掌握的工具。目前已有的建筑日照测试仪和棒影日照图相关实验设备制作复杂、不可拆卸、难于携带，无法用于现场课堂教学展示。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种用于棒影日照图制作和展示的便携式装置及其使用方法，根据棒影日照图的基本原理，模拟真实场景某一所在地规定的日照、太阳高度角和太阳方位角，制作便于教学展示的模型装置，以此解决目前的建筑日照测试仪难于直接用于教学实践、且不利于学生理解与制作棒影日照图的问题。该装置可折叠、便于携带和收纳，并且能直观的看到物体形成的阴影随太阳光照的变化轨迹图、太阳高度角和太阳方位角。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于棒影日照图制作和展示的便携式装置，包括
5.工具盒，所述工具盒包括盒体和盒盖，所述盒盖可打开或扣合在所述盒体的顶部；以及
6.半圆弧形铁环，所述半圆弧形铁环位于所述盒体内，所述半圆弧形铁环的两端点可拆卸的铰接在所述盒体上，且所述半圆弧形铁环的两端点可相对于所述盒体上的铰接点进行角度偏转；以及
7.led灯，所述led灯可拆卸的安装在所述半圆弧形铁环上，且所述led灯在所述半圆弧形铁环上的位置可调；以及
8.圆柱形棒，所述圆柱形棒为可伸缩的圆柱形棒，所述圆柱形棒的底端可拆卸的铰接在所述盒体上并位于所述半圆弧形铁环的圆心处；以及
9.圆形刻度表盘，所述圆形刻度表盘的中心与所述半圆弧形铁环的圆心重合，所述圆形刻度表盘的圆周上均匀的分布有角度刻度线；所述角度刻度线各向均采用0-90
°
线标注，便于绘制棒影日照图。
10.在其中一个实施例中，所述工具盒为矩形铝合金工具盒，所述工具盒的长宽高为400mm
×
300mm
×
100mm；所述盒体和盒盖也为矩形。
11.在其中一个实施例中，所述盒盖的连接端通过弹簧合页铰接在所述盒体上，所述盒盖的开合端安装有按扣一，所述盒体上与所述按扣一对应的位置安装有按扣二；所述盒盖处于打开状态时，所述按扣一和按扣二相分离；所述盒盖处于扣合状态时，所述按扣一和按扣二相配合连接。
12.在其中一个实施例中，所述盒体的两长边的中心点处嵌有铰支座，所述半圆弧形铁环的两端分别通过螺纹管件可拆卸的安装在两侧的所述铰支座上，且所述半圆弧形铁环的两端可相对于所述铰支座进行转动。
13.在其中一个实施例中，所述盒体上位于两所述铰支座之间的中心点处设置有固定螺帽底座，所述圆柱形棒的底端可拆卸的安装在所述固定螺帽底座上。
14.在其中一个实施例中，两个所述铰支座的内侧均通过铆钉固定有透明塑料量角器，所述透明塑料量角器用于测量所述半圆弧形铁环的偏转角度。
15.在其中一个实施例中，所述盒体上内置有半圆弧形泡沫凹槽，所述半圆弧形铁环放置于所述半圆弧形泡沫凹槽内；所述盒体上内置有伸缩棒泡沫凹槽，所述圆柱形棒放置于所述伸缩棒泡沫凹槽内；所述盒体上内置有led灯泡沫凹槽，所述led灯放置于所述led灯泡沫凹槽内；所述盒体上还设有卡箍连接件泡沫凹槽，所述卡箍连接件泡沫凹槽内放置有加宽卡箍连接件。
16.在其中一个实施例中，所述led灯通过加宽卡箍连接件安装在所述半圆弧形铁环上，所述加宽卡箍连接件的下部安装有所述led灯，所述加宽卡箍连接件的上部抱箍住所述半圆弧形铁环后再通过螺丝拧紧固定；调整好所述led灯在所述半圆弧形铁环上的位置后再拧紧所述螺丝。
17.在其中一个实施例中，可伸缩所述圆柱形棒包括固定部分和可伸缩部分；所述圆柱形棒上带有刻度，其中固定部分具有从底部往上的正向长度刻度线，可伸缩部分具有从下往上的反向长度刻度线。
18.本发明还提供一种用于棒影日照图制作和展示的便携式装置的使用方法，应用于上述的用于棒影日照图制作和展示的便携式装置，包括以下步骤：
19.扳动按扣一将盒盖打开，从半圆弧形泡沫凹槽中取出半圆弧形铁环，将所述半圆弧形铁环的两端与铰支座通过螺纹管件进行可拆式安装，所述铰支座可南北180
°
带动所述半圆弧形铁环发生角位移，从而通过透明塑料量角器对角位移度数进行读取，所述半圆弧形铁环随着所述铰支座的转动而转动，以此模拟太阳赤纬角的改变；
20.所述半圆弧形铁环安装后，从led灯泡沫凹槽中取出led灯，将led灯安装在加宽卡箍连接件的下部，通过移动所述加宽卡箍连接件在所述半圆弧形铁环上的位置可模拟太阳位置和模拟太阳东升西落的过程轨迹；
21.从伸缩棒泡沫凹槽中取出带有刻度且可伸缩的圆柱形棒，将带有刻度且可伸缩的所述圆柱形棒底部的螺纹端与盒体中心的固定螺帽底座进行螺纹连接，从而固定了所述圆柱形棒的位置，所述led灯照射所述圆柱形棒在盒体底部形成棒影；
22.在半圆弧形铁环偏转角度固定的条件下，棒影长度随着led灯位置的变化而变化，模拟一定高度的物体在不同高度的太阳下形成的不同棒影长度和角度；棒影末端和棒顶所连直线与棒影的夹角为太阳高度角；通过记录不同时刻的棒影长度和角度即可获得完整的棒影日照图；
23.在光源固定条件下，棒影长度随着所述圆柱形棒高度的变化而变化，所述圆柱形棒高度和棒影长度的反正切函数可确定太阳高度角；棒影反向延伸线与半圆弧形铁环的铰支座连线(东西方向连线)形成的夹角为太阳方位角，方位角度数可通过圆形刻度表盘读取。
24.本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
25.本发明中的用于棒影日照图制作和展示的便携式装置及其使用方法，其中装置部分包括工具盒、半圆弧形铁环、led灯、圆柱形棒和圆形刻度表盘，将棒影日照图的制作和展示集成于一个工具盒内，具有便于携带和收纳的特点；半圆弧形铁环用于模拟太阳在一天东升西落中形成的轨迹；半圆弧形铁环的两端可连接于盒体上的铰接点进行角度偏转，以此模拟太阳赤纬角的改变；led灯在半圆弧形铁环上的位置可围绕铁环进行手动调动，以此模拟不同时刻的太阳位置；圆柱形棒的可伸缩部分上具有反向刻度线，用于模拟不同物体高度；在半圆弧形铁环偏转角度固定的条件下，棒影长度随着led灯位置的变化而变化，模拟一定高度的物体在不同高度的太阳下形成的不同棒影长度和角度；在光源固定条件下，棒影长度随着圆柱形棒高度的变化而变化，模拟不同高度的物体在同一太阳高度角下形成的不同棒影长度；棒影末端和棒顶所连直线与棒影的夹角为太阳高度角；棒影反向延伸线与东西方连线形成的夹角为太阳方位角，方位角度数可通过固定在圆柱形棒底部的圆形刻度表盘读取。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明实施例中用于棒影日照图制作和展示的便携式装置的简易结构图；
28.图2为用于棒影日照图制作和展示的便携式装置的内部构造示意图；
29.图3为半圆弧形铁环连接示意图；
30.图4为圆柱形棒安装示意图；
31.图5为铰支座处安装细节图；
32.其中，a工具盒；bled灯；c圆柱形棒；d圆形刻度表盘；1按扣一；2按扣二；3弹簧合页；4半圆弧形铁环；5铰支座；6半圆弧形泡沫凹槽；7led灯泡沫凹槽；8卡箍连接件泡沫凹槽；9伸缩棒泡沫凹槽；10固定螺帽底座；11螺纹管件；12透明塑料量角器；13铆钉；14加宽卡箍连接件。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.本发明的目的是提供一种用于棒影日照图制作和展示的便携式装置及其使用方法，根据棒影日照图的基本原理，模拟真实场景某一所在地规定的日照、太阳高度角和方位角，制作便于教学展示的模型装置，以此解决目前的建筑日照测试仪难于直接用于教学实践、且不利于学生理解与制作棒影日照图的问题。该装置可折叠、便于携带和收纳，并且能直观的看到物体形成的阴影随太阳光照的变化轨迹图、太阳高度角和太阳方位角。
35.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
36.如图1-图5所示，本发明提供一种用于棒影日照图制作和展示的便携式装置，包括
37.工具盒a，工具盒a包括盒体和盒盖，盒盖可打开或扣合在盒体的顶部；以及
38.半圆弧形铁环4，半圆弧形铁环4位于盒体内，半圆弧形铁环4的两端点可拆卸的铰接在盒体上，且半圆弧形铁环4的两端点可相对于盒体上的铰接点进行角度偏转；以及
39.led灯b，led灯b可拆卸的安装在半圆弧形铁环4上，且led灯b在半圆弧形铁环4上的位置可调；以及
40.圆柱形棒c，圆柱形棒c为可伸缩的圆柱形棒c，圆柱形棒c的底端可拆卸的铰接在盒体上并位于半圆弧形铁环4的圆心处；以及
41.圆形刻度表盘d，圆形刻度表盘d的中心与半圆弧形铁环4的圆心重合，圆形刻度表盘d的圆周上均匀的分布有角度刻度线；角度刻度线各向均采用0-90
°
线标注，便于绘制棒影日照图。
42.在其中一个实施例中，工具盒a为矩形铝合金工具盒，工具盒a的长宽高为400mm
×
300mm
×
100mm；盒体和盒盖也为矩形。
43.在其中一个实施例中，盒盖的连接端通过弹簧合页3铰接在盒体上，盒盖的开合端安装有按扣一1，盒体上与按扣一1对应的位置安装有按扣二2；盒盖处于打开状态时，按扣一1和按扣二2相分离；盒盖处于扣合状态时，按扣一1和按扣二2相配合连接。通过按扣一1、按扣二2、弹簧合页3的作用使其矩形长宽高为400mm*300mm*100mm铝合金带盖的工具盒a打开或关闭。
44.在其中一个实施例中，盒体的两长边的中心点处嵌有铰支座5，半圆弧形铁环4的两端分别通过螺纹管件11可拆卸的安装在两侧的铰支座5上，且半圆弧形铁环4的两端可相对于铰支座5进行转动。
45.在其中一个实施例中，盒体上位于两铰支座5之间的中心点处设置有固定螺帽底座10，圆柱形棒c的底端可拆卸的安装在固定螺帽底座10上。带有刻度且可伸缩的圆柱形棒c底部的螺纹端与固定螺帽底座10进行螺纹连接。
46.在其中一个实施例中，两个铰支座5的内侧均通过铆钉13固定有透明塑料量角器12，透明塑料量角器12用于测量半圆弧形铁环4的偏转角度。
47.在其中一个实施例中，盒体上内置有半圆弧形泡沫凹槽6，半圆弧形铁环4放置于半圆弧形泡沫凹槽6内；盒体上内置有伸缩棒泡沫凹槽9，圆柱形棒c放置于伸缩棒泡沫凹槽9内；盒体上内置有led灯泡沫凹槽7，led灯b放置于led灯泡沫凹槽7内；盒体上还设有卡箍连接件泡沫凹槽8，卡箍连接件泡沫凹槽8内放置有加宽卡箍连接件14。
48.在其中一个实施例中，led灯b通过加宽卡箍连接件14安装在半圆弧形铁环4上，加宽卡箍连接件14的下部安装有led灯b，加宽卡箍连接件14的上部抱箍住半圆弧形铁环4后再通过螺丝拧紧固定；调整好led灯b在半圆弧形铁环4上的位置后再拧紧螺丝。
49.在其中一个实施例中，圆柱形棒c可伸缩，包括固定部分和可伸缩部分；圆柱形棒c上带有刻度，其中固定部分具有从底部往上的正向长度刻度线，可伸缩部分具有从下往上的反向长度刻度线。
50.本发明还提供一种用于棒影日照图制作和展示的便携式装置的使用方法，应用于
上述的用于棒影日照图制作和展示的便携式装置，包括以下步骤：
51.扳动按扣一1将盒盖打开，从半圆弧形泡沫凹槽6中取出半圆弧形铁环4，将半圆弧形铁环4两端与铰支座5通过螺纹管件11进行可拆式安装，铰支座5可南北180
°
带动半圆弧形铁环4发生角位移，从而通过透明塑料量角器12对角位移度数进行读取，铁环随着铰支座5的转动而转动，以此模拟太阳赤纬角的改变，半圆弧形铁环4固定后，从led灯泡沫凹槽7中取出led灯b，将led灯b安装在加宽卡箍连接件14的下部，通过移动加宽卡箍连接件14在半圆弧形铁环4上的位置可模拟太阳位置和模拟太阳东升西落的过程轨迹；
52.从长宽高为120mm*20mm*20mm的伸缩棒泡沫凹槽9中取出带有刻度且可伸缩的圆柱形棒c，将带有刻度且可伸缩的圆柱形棒c底部的螺纹端与盒中心固定螺帽底座10进行螺纹连接，从而固定了圆柱形棒c的位置，led灯b照射圆柱形棒c在工具盒a底部形成棒影；
53.在半圆弧形铁环4偏转角度固定的条件下，棒影长度随着led灯b位置的变化而变化，模拟一定高度的物体在不同高度的太阳下形成的不同棒影长度和角度；棒影末端和棒顶所连直线与棒影的夹角为太阳高度角；通过记录不同时刻的棒影长度和角度即可获得完整的棒影日照图；
54.在光源固定条件下，棒影长度随着圆柱形棒c高度的变化而变化，圆柱形棒c高度和棒影长度的反正切函数可确定太阳高度角。棒影反向延伸线与半圆弧形铁环4的铰支座5连线(东西方向连线)形成的夹角为太阳方位角，方位角度数可通过盒底圆形刻度表盘d清晰读取；
55.生动形象诠释了光源(led灯b)在某一经纬度上半圆弧形铁环4上的位移(太阳东升西落)，使得圆柱形棒c在工具盒a底呈现棒影日照的变化规律。通过此简易便携式装置的直观展示，便于将棒影日照图原理的应用讲解更直观，也便于学生对棒影日照图的学习和理解。
56.本发明的用于棒影日照图制作和展示的便携式装置及其使用方法，具有如下特点：
57.1.本发明主要应用于建筑棒影日照图的原理和应用方法讲解，此装置易拆卸、易安装，便于携带和展示。
58.2.盒体主要用于放置各部件和安装展示平台，泡沫凹槽用于存放和保护零部件不受损坏，各螺帽底座用于固定点位，可移动的led灯b和可旋转180
°
的半圆弧形铁环4模拟一年四季和太阳位置的变化，具有灵活性，模拟效果更真实。
59.3.可伸缩的圆柱形棒c，可以拆下放置在伸缩棒泡沫凹槽9中，其中包括固定部分和可伸缩部分；固定部分具有从底部往上的正向长度刻度线，可伸缩部分具有从下往上的反向长度刻度线；可随意变换圆柱形棒的高度，以形成不同长度的棒影，形成棒影轨迹，可通过刻度线清晰测量并直接观察圆柱形棒的高度，棒影长度并计算太阳高度角，从圆形刻度表盘d上读取方位角，从而清晰展示出棒影日照图原理。
60.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及
的权利要求。
61.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。