Гониометр — это инструмент, который либо измеряет угол, либо позволяет вращать объект в точном угловом положении. Термин гониометрия происходит от двух греческих слов: γωνία (gōnía) « угол » и μέτρον (métron) « измерение ». [1] Транспортир — это широко используемый тип инструмента в области механики, инженерии и геометрии.
Первое известное описание гониометра, созданного на основе астролябии , принадлежит Гемме Фризиусу в 1538 году.
Транспортир — это измерительный инструмент , обычно изготавливаемый из прозрачного пластика, для измерения углов . Некоторые транспортиры представляют собой простые полукруги или полные круги. Более продвинутые транспортиры, такие как конический транспортир, имеют один или два качающихся рычага, которые можно использовать для измерения угла.
Большинство транспортиров измеряют углы в градусах (°). Транспортиры с радианной шкалой измеряют углы в радианах . Большинство транспортиров разделены на 180 равных частей. Некоторые прецизионные транспортиры дополнительно делят градусы на угловые минуты . Транспортир, разделенный на сантиобороты , обычно называется « процентным транспортиром ».
Транспортир с конической головкой — это градуированный круговой транспортир с одним поворотным рычагом; используется для измерения или разметки углов. Иногда для более точных показаний прикрепляются шкалы Вернье . Он широко применяется в архитектурном и механическом черчении, хотя его использование сокращается с появлением современного программного обеспечения для черчения или САПР .
Универсальные угломеры также используются изготовителями инструментов; поскольку они измеряют углы механическим контактом, их классифицируют как механические угломеры. [2] [3]
Транспортир используется для установления и проверки углов с очень малыми допусками. Он показывает до 5 угловых минут (5′ или 1/12 °) и может измерять углы от 0° до 450°.
Транспортир для измерения угла наклона состоит из балки, градуированной шкалы и лезвия, которое соединено с поворотной пластиной (со шкалой Нониуса) с помощью гайки-барашка и зажима. Когда края балки и лезвия параллельны, небольшая отметка на поворотной пластине совпадает с нулевой линией на градуированной шкале. Чтобы измерить угол между балкой и лезвием в 90° или меньше, показания можно получить непосредственно из числа делений на шкале, указанного отметкой на поворотной пластине. Чтобы измерить угол более 90°, вычтите число градусов, указанное на шкале, из 180°, поскольку шкала градуирована от противоположных нулевых отметок до 90° в каждую сторону.
Поскольку деления как на основной шкале, так и на шкале нониуса пронумерованы как справа, так и слева от нуля, можно измерить любой угол. Отсчеты можно производить как справа, так и слева, в зависимости от направления перемещения нуля на основной шкале.
До изобретения теодолита в геодезии использовался гониометр . Применение триангуляции в геодезии было описано во втором (1533) издании Cosmograficus liber Петри Аппиани в виде 16-страничного приложения Фризиуса под названием Libellus de locorum describendorum ratione . [4]
Пеленгатор Беллини–Този был типом радиопеленгатора , который широко использовался с Первой по Вторую мировую войну . Он использовал сигналы от двух скрещенных антенн или четырех отдельных антенн, имитирующих две скрещенные, для воссоздания радиосигнала на небольшой площади между двумя проволочными петлями. Затем оператор мог измерить угол до целевого источника радиосигнала, выполнив пеленгацию в пределах этой небольшой площади. Преимущество системы Беллини–Този заключается в том, что антенны не двигаются, что позволяет строить их любого требуемого размера.
Основная техника по-прежнему используется, хотя оборудование кардинально изменилось. Гониометры широко используются в военных и гражданских целях, [5] например, перехват спутниковых и морских сообщений на французском военном корабле Dupuy de Lôme использует несколько гониометров.
В кристаллографии гониометры используются для измерения углов между гранями кристаллов. Они также используются в рентгеновской дифракции для вращения образцов. Новаторские исследования физика Макса фон Лауэ и его коллег в области атомной структуры кристаллов в 1912 году включали гониометр.
Гониофотометры измеряют пространственное распределение света, видимого человеческим глазом (часто интенсивность света ) в определенных угловых положениях, обычно охватывая все сферические углы.
Гониометр используется для документирования начального и последующего диапазона движения, при визитах по поводу производственных травм и оценщиками инвалидности для определения постоянной инвалидности. Это необходимо для оценки прогресса, а также для медико-юридических целей. Это инструмент для оценки признаков Уодделла (выводы, которые могут указывать на усиление симптомов).
В физиотерапии, трудотерапии, ортопедии и протезировании, а также в спортивных тренировках гониометр измеряет диапазон движения конечностей и суставов тела. Эти измерения помогают точно отслеживать прогресс в программе реабилитации. Когда у пациента уменьшается диапазон движения, терапевт оценивает сустав перед выполнением вмешательства и продолжает использовать инструмент для отслеживания прогресса. Терапевт может выполнять эти измерения диапазона движения в любом суставе. Обычно они требуют знания анатомии тела, в частности костных ориентиров. Например, при измерении коленного сустава терапевт помещает ось (точку вращения) на латеральный надмыщелок бедренной кости и выравнивает неподвижную руку с большим вертелом бедренной кости . Наконец, терапевт выравнивает подвижную руку гониометра с латеральной лодыжкой малоберцовой кости и записывает измерение с помощью градусной шкалы на круглой части инструмента. Точность показаний иногда является проблемой для гониометров. Проблемы с надежностью внутри измерения (между измерениями) и между тестировщиками (между врачами) могут увеличиваться по мере снижения опыта экзаменатора. Некоторые исследования показывают, что эти ошибки могут быть где-то между 5 и 10 градусами. [ необходима цитата ]
Эти гониометры бывают разных форм, которые, как утверждают некоторые, повышают надежность. [6] [7] Универсальный стандартный гониометр — это пластиковый или металлический инструмент с шагом в 1 градус. Длина рычагов обычно не превышает 12 дюймов, поэтому может быть сложно точно указать точный ориентир для измерения. Телескопический гониометр более надежен — с пластиковой круговой осью, как у классического гониометра, но с рычагами, которые вытягиваются на длину до двух футов в любом направлении.
Совсем недавно, в двадцать первом веке, разработчики приложений для смартфонов создали мобильные приложения, которые предоставляют функции гониометра. Эти приложения (такие как Knee Goniometer и Goniometer Pro) используют акселерометры в телефонах для расчета углов суставов. Недавние исследования подтверждают, что эти приложения и их устройства являются надежными и валидными инструментами с такой же точностью, как и универсальный гониометр. [8] [9] [10]
Современные системы захвата движения для реабилитационной терапии выполняют гониометрию, по крайней мере, измеряя активный диапазон движения. [11] Хотя в некоторых случаях точность может быть ниже, чем у гониометра, измерение углов с помощью системы захвата движения превосходит измерение в динамических, а не в статических ситуациях. Кроме того, использование традиционного гониометра занимает драгоценное время. В клиническом контексте выполнение ручных измерений занимает драгоценное время и может быть непрактичным.
В науке о поверхности инструмент, называемый гониометром угла контакта или тензиометром, измеряет статический угол контакта , углы наступления и отступления контакта, а иногда и поверхностное натяжение. Первый гониометр угла контакта был разработан Уильямом Зисманом из Военно-морской исследовательской лаборатории США в Вашингтоне, округ Колумбия , и изготовлен компанией Ramé-Hart (теперь Ramé-Hart Instrument Company), Нью-Джерси, США. Оригинальный ручной гониометр угла контакта использовал окуляр с микроскопом. Современный гониометр угла контакта использует камеру и программное обеспечение для захвата и анализа формы капли и лучше подходит для динамических и сложных исследований.
Гониометры угла контакта также могут определять поверхностное натяжение для любой жидкости в газе или межфазное натяжение между любыми двумя жидкостями. Если известна разница в плотности между двумя жидкостями, поверхностное натяжение или межфазное натяжение можно рассчитать методом подвесной капли. Усовершенствованный прибор, часто называемый гониометром/тензиометром, включает в себя программные средства, которые измеряют поверхностное натяжение и межфазное натяжение с использованием методов подвесной капли, перевернутой подвесной капли и сидячей капли, в дополнение к контактному углу . Центробежные адгезионные весы связывают контактные углы с адгезией капли к поверхности. Гониорефлектометр измеряет отражательную способность поверхности под несколькими углами.
Позиционирующий гониометр или гониометрический столик — это устройство, которое вращает объект точно вокруг фиксированной оси в пространстве. Он похож на линейный столик , однако вместо того, чтобы двигаться линейно относительно своего основания, платформа столика вращается частично вокруг фиксированной оси над монтажной поверхностью платформы. Позиционирующие гониометры обычно используют червячный привод с частичным червячным колесом, закрепленным на нижней стороне платформы столика, зацепляющимся с червяком в основании. Червячный механизм может вращаться вручную или с помощью двигателя в автоматизированных системах позиционирования.
Включенные углы режущей кромки всех видов лезвий с острым краем измеряются с помощью лазерного отражающего гониометра. Разработанный Ассоциацией по исследованию ножевых изделий и смежных отраслей (CATRA) в Великобритании, ряд устройств может точно определять профиль режущей кромки, включая закругление кончика до ½°. Включенный угол лезвия важен для контроля его режущей способности и прочности кромки — то есть, малый угол делает тонкую острую кромку оптимизированной для резки более мягких материалов, в то время как большой угол делает толстую кромку, которая менее острая, но прочнее, что может быть лучше для резки более твердых материалов.
Использованные ракельные лезвия , от глубокой печати и других процессов печати и нанесения покрытий , можно осмотреть с помощью гониометра, как правило, со встроенным источником света, чтобы проверить кромку лезвия на износ и правильные углы. Разница в угле от установленного на машине может указывать на чрезмерное давление, а диапазон углов («округление»), вероятно, указывает на недостаточную жесткость или износ в узле держателя лезвия.
