Goniometr

Goniometr jest urządzenie lub czujnik do pomiaru kąta .

Historyczny

Goniometr został wynaleziony około 1780 roku przez francuskiego mineraloga Arnoulda Carangeota (1742-1806).

W optyce

W optyce goniometr służy do określania odchylenia promienia światła przez urządzenie optyczne (na przykład pryzmat lub siatkę dyfrakcyjną ).

Goniometr składa się z części stałej, na której zamontowana jest część ruchoma, na której znajduje się luneta celownicza. Możemy mieć dwie konfiguracje:

część stała jest połączona z laboratoryjnym układem odniesienia (na ziemi), część ruchoma jest skierowana w kierunku, którego kąt należy określić z osią odniesienia;
część stała jest połączona z układem odniesienia obserwowanego obiektu (na przykład jest umieszczona w pojeździe), część ruchoma jest skierowana w kierunku odniesienia.

Goniometr zazwyczaj zawiera linijkę wyskalowaną w stopniach , kątomierz i ewentualnie noniusz w celu zwiększenia dokładności.

Zastosowanie w dyfraktometrii rentgenowskiej

W radiokrystalografii goniometr jest częścią dyfraktometru używaną do określania kątów. Ruchy są zmotoryzowane.

W większości przypadków kąty wyznaczane są przez polecenia wydawane silnikom (silnikom krokowym ): podczas inicjalizacji urządzenie ustala swoje zero (względem punktu odniesienia, np. Wycięcia na goniometrze); kąt odpowiadający zeru silnika jest określany za pomocą procedury osiowania.

W przypadku pomiaru o wysokiej rozdzielczości ustabilizowanie dokładnego położenia silników zajmuje dużo czasu (pętla sprzężenia zwrotnego generuje oscylacje, które z czasem ulegają zmniejszeniu). W tym przypadku bardziej interesujące (oszczędność czasu) jest ustawienie silnika w przybliżeniu, a następnie pomiar kąta (pomiar automatyczny, np. Za pomocą czujnika optycznego).

Goniometr z dwoma kołami

W najbardziej ogólnym przypadku mamy goniometr dwukołowy, czyli określamy:

kąt padania wiązki promieniowania rentgenowskiego na obiekt, w ogólnym przypadku nazywany Ω, a w konfiguracji Bragga-Brentano;
kąt między wiązką padającą a wykrytą wiązką, zwany 2θ.

Termin „koło” w rzeczywistości oznacza napęd pozwalający na ruch okrężny, dokładniejszy termin to „zespół z dwiema osiami napędzanymi silnikiem”.

W tej konfiguracji Bragga-Brentano próbka ma ustaloną orientację względem wektora dyfrakcji ( dwusieczna między padającą wiązką a wykrytą wiązką). Czasami dodajemy urządzenie pozwalające próbce obracać się wokół własnej osi, zwane przędzarką , ale to urządzenie nie jest traktowane jako dodatkowy okrąg, ale jako sposób na całkowite zeskanowanie rzekomo jednorodnej próbki (wiązka ma kształt linii i oświetla tylko niewielką część próbki).

Istnieją dwie konfiguracje (zakładamy tutaj pomiar w konfiguracji Bragga-Brentano):

konfiguracja θ-2θ („theta-dwa theta”): lampa rentgenowska jest unieruchomiona, próbka porusza się pod kątem θ, a detektor promieni rentgenowskich pod kątem 2θ; jest to najbardziej powszechna konfiguracja, w rzeczywistości rura jest najcięższym i najbardziej nieporęcznym urządzeniem, łatwiej jest ją naprawić;

konfiguracja θ-θ („theta-theta”): próbka pozostaje nieruchoma (pozioma), rura i detektor poruszają się symetrycznie pod kątem θ; umożliwia to pomiar proszków pod dużymi kątami (próbka pozostaje nieruchoma) i ułatwia instalację niektórych urządzeń, takich jak piec, wokół próbki.

Goniometr z trzema i czterema kołami

W niektórych przypadkach interesuje nas anizotropia próbki; jest to na przykład przypadek tekstury ( preferencyjna orientacja kryształu ), pomiaru naprężeń lub określenia struktury kryształu z pojedynczego kryształu . Padająca wiązka ma tutaj kształt punktowy, oświetla mały dysk na próbce.

W tym przypadku konieczne jest, aby móc zorientować próbkę we wszystkich kierunkach przestrzeni, co zakłada trzy osie obrotu, do których dodaje się położenie detektora; mamy zatem cztery zmotoryzowane osie, mówi się, że urządzenie to „cztery okręgi”.

W przypadku próbki polikrystalicznej urządzenie nazywane jest „ kołyską Eulera” w porównaniu z kątami Eulera . Ta kołyska Eulera może być wyśrodkowana lub ekscentryczna, może być otwarta lub zamknięta; Otwarte i przesunięte kołyski mogą pomieścić większe próbki, ale ich wykonanie jest bardziej skomplikowane.

Próbka jest umieszczana na zmotoryzowanym stoliku; może poruszać się wzdłuż trzech osi ( x , y , z ), aby umożliwić umieszczenie środka próbki w punkcie odniesienia. We wszystkich przypadkach probówka jest nieruchoma, aw pozycji odniesienia płaszczyzna próbki jest pionowa (detektor porusza się po poziomym kole).

W przypadku próbki monokrystalicznej przykleja się ją do orientowalnego „główki szpilki”.

Na zdjęciu obok goniometr to materiał w kolorze białym po prawej stronie: służy do manipulacji przez obrót (bardzo precyzyjny); czysty mikrokryształ cząsteczki, której strukturę chcemy poznać w monochromatycznej wiązce promieniowania rentgenowskiego (zwężająca się górna rurka) jest umieszczony na końcu igły w środku. Specjalna kamera rentgenowska CCD (po lewej stronie z czerwonymi literami) rejestruje cyfrowo położenie i intensywność plamek dyfrakcyjnych .

Ponieważ położenie plamek dyfrakcyjnych jest identyfikowane przez kamerę, nie można jej zorientować; mamy zatem goniometr z trzema kołami. Kamera wideo (czarna tuba u góry po lewej) pomaga w pierwszym ustawieniu i wyśrodkowaniu kryształu w wiązce promieniowania rentgenowskiego.

Te pomiary przetwarzane komputerowo umożliwiają za pomocą transformaty Fouriera odtworzenie obrazu kryształu, a zwłaszcza podstawowej cząsteczki, która go tworzy.

Uwaga: ten instrument został użyty do zilustrowania modeli naukowych i fizycznych, ponieważ promienie rentgenowskie odegrały decydującą rolę w ewolucji nauki.

Wyszukiwanie kierunku

Odkrycie umożliwia odbiornik radiowy zaopatrzony goniometru aby określić kierunek (łożysko nawigacji) nieruchomego przetwornika: znacznik, nielegalne lub wrogim nadajnika lub nadajnika ruchomej: radiotracking .

Pierwsze radiolatarnie do nawigacji morskiej zostały ustawione w 1911 r. Przy wyjściu z portu w Brześciu dla późniejszej kolei Ouessant . Są teraz przestarzałe z GPS i przestały nadawać.

W nawigacji lotniczej pierwsza francuska latarnia ADF pochodzi z 1925 roku w Orly . One również stopniowo zanikają.

Zobacz też

Powiązane artykuły

Uwagi i odniesienia

„ Arnoul Carangeot (1742-1806) - Author - Resources of the National Library of France ” , data.bnf.fr (dostęp: 6 października 2020 ) .