Гониометр — это инструмент, который либо измеряет угол, либо позволяет повернуть объект в точное угловое положение. Термин гониометрия происходит от двух греческих слов: γωνία (gonía) « угол » и μέτρον (métron) « мера ». [1] Транспортир — широко используемый тип в области механики, техники и геометрии.
Первое известное описание гониометра, основанного на астролябии , было сделано Джеммой Фризиус в 1538 году.
Транспортир — это измерительный инструмент , обычно изготовленный из прозрачного пластика или стекла, для измерения углов . Некоторые транспортиры представляют собой простые полудиски или полные круги. Более продвинутые транспортиры, такие как транспортир для наклона, имеют один или два поворотных рычага, которые можно использовать для измерения угла.
Большинство транспортиров измеряют углы в градусах (°). Транспортиры в радианном масштабе измеряют углы в радианах . Большинство транспортиров разделены на 180 равных частей. Некоторые прецизионные транспортиры дополнительно делят градусы на угловые минуты . Транспортир, разделенный на сантитурны , обычно называют « процентным транспортиром ».
Транспортир для наклона представляет собой градуированный круглый транспортир с одним поворотным рычагом; используется для измерения или разметки углов. Иногда для более точных показаний прикрепляют весы Вернье . Он широко применяется в архитектурном и механическом черчении, хотя его использование уменьшается с появлением современного программного обеспечения для рисования или САПР .
Универсальные угломеры также используются производителями инструментов; поскольку они измеряют углы механическим контактом, их классифицируют как механические транспортиры. [2] [3]
Транспортир для фаски используется для установления и проверки углов с очень жесткими допусками. Он читается до 5 угловых минут (5’ или1/12°) и может измерять углы от 0° до 360°.
Транспортир для наклона состоит из балки, градуированного циферблата и лезвия, которое соединено с поворотной пластиной (со шкалой нониуса) с помощью гайки с накатанной головкой и зажима. Когда края луча и лезвия параллельны, небольшая отметка на поворотной пластине совпадает с нулевой линией на градуированном циферблате. Чтобы измерить угол между лучом и лезвием 90° или меньше, показания можно получить непосредственно по градуировке на циферблате, указанной отметкой на поворотной пластине. Чтобы измерить угол более 90°, вычтите количество градусов, указанное на циферблате, из 180°, поскольку циферблат градуирован от противоположных нулевых отметок до 90° в каждую сторону.
Поскольку промежутки как на основной шкале, так и на шкале нониуса нумеруются как справа, так и слева от нуля, то можно измерить любой угол. Показания можно снимать как вправо, так и влево, в зависимости от направления перемещения нуля на основной шкале.
До изобретения теодолита при геодезии использовался гониометр . Применение триангуляции в геодезии было описано во втором (1533 г.) издании Cosmograficus liber Петри Аппиани в виде 16-страничного приложения Фризиуса, озаглавленного Libellus de locorum definendorumratione . [4]
Пеленгатор Беллини-Този был типом радиопеленгатора , который широко использовался от Первой до Второй мировой войны . Он использовал сигналы двух скрещенных антенн или четырех отдельных антенн, имитирующих две скрещенные, для воссоздания радиосигнала на небольшой площади между двумя петлями проводов. Затем оператор мог измерить угол до целевого радиоисточника, выполнив пеленгацию в пределах этой небольшой области. Преимущество системы Беллини-Този заключается в том, что антенны не перемещаются, что позволяет создавать их любого необходимого размера.
Основная техника по-прежнему используется, хотя оборудование кардинально изменилось. Гониометры широко используются в военных и гражданских целях, [5] например, для перехвата спутниковых и военно-морских сообщений на французском военном корабле « Дюпюи де Лом» используются несколько гониометров.
В кристаллографии гониометры используются для измерения углов между гранями кристаллов. Они также используются в дифракции рентгеновских лучей для вращения образцов. Инновационные исследования атомной структуры кристаллов, проведенные физиком Максом фон Лауэ и его коллегами в 1912 году, включали гониометр.
Гониофотометры измеряют пространственное распределение света, видимого человеческим глазом (часто силу света ) в определенных угловых положениях, обычно охватывающих все сферические углы.
Гониометр используется для регистрации первоначального и последующего объема движений, при посещениях по поводу профессиональных травм, а также специалистами по оценке инвалидности для определения постоянной инвалидности. Это для оценки прогресса, а также в медико-юридических целях. Это инструмент для оценки симптомов Уодделла (данные, которые могут указывать на усиление симптомов).
В физиотерапии, трудотерапии и спортивных тренировках гониометр измеряет диапазон движений конечностей и суставов тела. Эти измерения помогают точно отслеживать прогресс в программе реабилитации. Когда у пациента уменьшается диапазон движений, терапевт оценивает сустав перед выполнением вмешательства и продолжает использовать инструмент для отслеживания прогресса. Терапевт может измерить диапазон движений любого сустава. Обычно они требуют знаний об анатомии тела, особенно костных ориентиров. Например, при измерении коленного сустава терапевт размещает ось (точку вращения) на латеральном надмыщелке бедренной кости, а неподвижную руку совмещает с большим вертелом бедренной кости . Наконец, терапевт совмещает подвижный рычаг гониометра с латеральной лодыжкой малоберцовой кости и записывает измерение, используя градусную шкалу на круглой части инструмента. Точность показаний гониометров иногда является проблемой. Проблемы с надежностью внутри измерения (между измерениями) и между тестировщиками (между врачами) могут возрастать по мере уменьшения опыта эксперта. Некоторые исследования показывают, что эти ошибки могут составлять от 5 до 10 градусов. [ нужна цитата ]
Эти гониометры бывают разных форм, которые, как утверждают некоторые, повышают надежность. [6] [7] Универсальный стандартный гониометр представляет собой пластиковый или металлический инструмент с шагом в 1 градус. Руки обычно не длиннее 12 дюймов, поэтому может быть сложно точно определить точный ориентир для измерения. Гониометр с телескопической рукояткой более надежен — с пластиковой круглой осью, как у классического гониометра, но с рычагами, длина которых достигает двух футов в любом направлении.
Совсем недавно, в двадцать первом веке, разработчики приложений для смартфонов создали мобильные приложения, обеспечивающие функции гониометра. Эти приложения (такие как Knee Goniometer и Goniometer Pro) используют акселерометры телефонов для расчета углов суставов. Недавние исследования подтверждают, что эти приложения и их устройства являются надежными и действенными инструментами с такой же точностью, как универсальный гониометр. [8] [9] [10]
Современные системы захвата движения для реабилитационной терапии выполняют гониометрию, по крайней мере, измеряя активный диапазон движений. [11] Хотя в некоторых случаях точность может быть хуже, чем у гониометра, измерение углов с помощью системы захвата движения превосходит измерения в динамических, а не в статических ситуациях. Кроме того, использование традиционного гониометра требует драгоценного времени. В клиническом контексте выполнение ручных измерений отнимает драгоценное время и может оказаться непрактичным.
В науке о поверхности инструмент, называемый гониометром угла контакта или тензиометром, измеряет статический угол контакта , углы наступления и удаления, а иногда и поверхностное натяжение. Первый гониометр угла контакта был разработан Уильямом Зисманом из Исследовательской лаборатории ВМС США в Вашингтоне, округ Колумбия , и изготовлен компанией ramé-hart (ныне ramé-hart Instrument Company), Нью-Джерси, США. В оригинальном ручном гониометре угла контакта использовался окуляр с микроскопом. Современный гониометр угла контакта использует камеру и программное обеспечение для захвата и анализа формы капли и лучше подходит для динамических и углубленных исследований.
Гониометры угла контакта (см.) также могут определять поверхностное натяжение любой жидкости в газе или межфазное натяжение между любыми двумя жидкостями. Если известна разница плотностей двух жидкостей, поверхностное натяжение или межфазное натяжение можно рассчитать методом висячей капли. Усовершенствованный прибор, часто называемый гониометром/тензиометром, включает в себя программные инструменты, которые измеряют поверхностное и межфазное натяжение с использованием методов подвесной капли, перевернутой подвесной капли и сидячей капли, а также угла контакта . Центробежный баланс адгезии связывает углы контакта с прилипанием капли к поверхности. Гониорефлектометр измеряет отражательную способность поверхности под разными углами.
Позиционирующий гониометр или гониометрический столик — это устройство, которое вращает объект точно вокруг фиксированной оси в пространстве. Он похож на линейную сцену , однако вместо того, чтобы двигаться линейно относительно своего основания, платформа сцены частично вращается вокруг фиксированной оси над монтажной поверхностью платформы. В позиционирующих гониометрах обычно используется червячный привод с частичным червячным колесом, прикрепленным к нижней стороне платформы сцены и входящим в зацепление с червяком в основании. Червячная передача может вращаться вручную или с помощью двигателя в автоматизированных системах позиционирования.
Углы резания всех видов лезвий с острыми кромками измеряются с помощью гониометра, отражающего лазерный луч. Ряд устройств , разработанных Исследовательской ассоциацией столовых приборов и смежных профессий (CATRA) в Великобритании, могут точно определять профиль режущей кромки, включая закругление кончика до ½°. Угол лезвия важен для контроля его режущей способности и прочности кромки — т. е. малый угол делает тонкую острую кромку оптимизированной для резки более мягких материалов, тогда как большой угол делает толстую кромку менее острой, но более прочной, что может лучше подходит для резки более твердых материалов.
Ракельные лезвия , использованные при глубокой печати и других процессах печати и нанесения покрытия , можно проверить с помощью гониометра, обычно со встроенным источником света, чтобы проверить кромку лезвия на наличие износа и правильность угла. Отличие угла от угла, установленного на машине, может указывать на чрезмерное давление, а диапазон углов («закругление»), вероятно, указывает на недостаточную жесткость или износ узла держателя лезвия.
