Эта статья входит в число добротных статей

Гониометр

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Гонио́метр — класс измерительных приборов для высокоточного измерения углов. Объекты измерения и способы измерения могут быть самыми различными, от конечностей человека до световых потоков. Исторически первые гониометры были вариациями транспортира с одной или несколькими передвижными частями. Позднее и в применении к отдельным областям науки речь идёт о разных приборах, объединённых одним названием и сутью измерения (угол между чем-либо). Само название происходит из сложения др.-греч. γωνία (угол) и μετρέω (измеряю).

Кристаллография[править | править вики-текст]

Двукружный гониометр Гольдшмидта, вариант 1925 года. Музей Гейдельбергского университета

В кристаллографии гониометры используют для измерения углов между гранями кристаллов или сферических координат r и \varphi граней[1]. С развитием рентгенографии этот метод потерял роль основного в геометрической кристаллографии, однако он сохраняет своё значение в морфологии и теории роста кристаллов[2].

Исторически первыми были прикладные (или прикасательные) гониометры, то есть приборы, которые прикладывали непосредственно к кристаллу и производили измерение. Наиболее известен гониометр такого типа, который создал в XVIII веке Арну́ Каранжо́ (фр.), мастер-механик при лаборатории Роме-де-Лиля[3].

Впоследствии исследователи перешли на более удобные и точные отражательные гониометры. В них измерения производились по отражению светового луча от граней кристалла. Первый однокружный отражательный гониометр создал в начале XIX века Уильям Волластон[3].

Двукружные отражательные гониометры были разработаны в конце XIX века русским учёным Е. С. Фёдоровым, исследователем фирмы «Цейс» в Йене 3игфридом Чапским (нем.) и немецким же учёным Виктором Гольдшмидтом. В двукружном гониометре измерение сопровождается двумя круговыми вращениями:

  1. кристалла вокруг одной из осей;
  2. кристалла же вокруг оси, перпендикулярной первой (у Фёдорова) или трубы с коллиматором вокруг оси, перпендикулярной первой (у Чапского).

Располагая двумя степенями свободы, можно замерить сферические координаты r и \varphi всех граней без дополнительной юстировки кристалла. Это преимущество двукружных гониометров обусловило их быстрое распространение и широкое применение[1].

Варианты Фёдорова, Чапского и Гольдшмидта были представлены научному сообществу примерно в одно время, в 1892—1893 годы, что тогда же и позднее порождало споры о первенстве. В СССР, в рамках борьбы за русские приоритеты, русскому учёному и народовольцу Е. С. Фёдорову отдавался безоговорочный приоритет, Зигфрид Чапский же подавался как скопировавший русское изобретение. В новой датировке изобретение Фёдорова состоялось в 1889 году, малоупоминаемый Гольдшмидт изобрёл свой прибор в 1892, а Чапский скопировал с усовершенствованиями у Фёдорова в 1893. Острота вопроса не исчезла и после распада СССР[4].

Как и со многими изобретениями, время которых назрело, двукружный гониометр как развитие идеи теодолита мог быть изобретён в разное время и разными людьми вполне независимо. Однако и курс кристаллографии в российских вузах на 2007 год вполне категоричен с минимальным вниманием к Чапскому[5]:

Двукружный отражательный гониометр построен в 1889 г. по принципу теодолита гениальным русским кристаллографом Е.С. Федоровым (1853 – 1919). Позднее аналогичные, отличающиеся в частностях, инструменты были сконструированы В. Гольдшмидтом (1853-1933) и 3. Чапским.

Профессор А. И. Китайгородский в своей книге «Рентгеноструктурный анализ» (1950), не затрагивая сам вопрос приоритетов, уверенно рассматривает гониометры Фёдорова и Чапского как вполне самостоятельные приборы со своими достоинствами и методиками использования[1].

Медицина[править | править вики-текст]

Медицинский гониометр британского врача Генри Морриса (англ.) (1844—1926)

В медицине гониометры используются для измерения подвижности суставов для выявления возможных двигательных проблем и выбора методов восстановительной терапии. Как отдельная наука со своим набором методик и инструментов гониометрия известна в научной литературе с 1914 года[6].

Следует подчеркнуть, что гониометрия в медицине занимается вопросами именно подвижности в суставах, её амплитудой в сравнении со стандартами для данного соматотипа и симметричностью с обеих сторон (для конечностей). Измерения статических показателей, как в краниометрии, относятся к иным областям антропометрии.

Простейшим средством измерения является прикладной (то есть прикладываемый прямо к телу) гониометр. Это по сути просто транспортир с подвижной планкой или линейкой на нём, как на иллюстрации справа. Его преимущества — простота и портативность. Однако у него есть и два недостатка при более глубоких обследованиях подвижности суставов[6]:

  1. Он позволяет измерять угол только в одной плоскости.
  2. Несовпадение осей самого гониометра и осей исследуемой конечности.

В 1987 году на рынке появились гибкие гониометры, состоящие из особого гибкого прута с манжетами. Такие гониометры решали проблему с несовпадением осей, но только для открытых конечностей, не имеющих толстых повязок. С развитием электроники появились более точные и функциональные (но и более дорогие) варианты гониометров с прикрепляемыми датчиками. В таких гониометрах угол определяется по электрическим характеристикам между двумя датчиками, закреплёнными, например, на теле и на запястье поднимаемой руки[6]. Коммерческим развитием идеи является технология захвата движения при съёмках фильмов.

Промышленность[править | править вики-текст]

Промышленные гониометры используются для измерения углов между любыми способными отражать свет поверхностями. По своей сути это те же отражательные гониометры, как и в кристаллографии с дополнительной электроникой: автоколлиматоры, средства сохранения и передачи результатов замеров и т. п. Также назначение и условия эксплуатации могут предъявлять дополнительные требования по устойчивости к агрессивной среде (вибрация, грязь, запыление и т. д.).

Для измерения различных оптических деталей и проверки угловых мер предназначены гониометры 1, 2 и 3 разряда. На российском рынке на 2013 год широким спросом пользовались достаточно устаревшие визуальные гониометры производства киевского завода «Арсенал» (модели ГС-2, Г5М и ГС-5) и современные цифровые гониометры производства «НПК „Диагностика“» (модели СГ-1Ц и СГ-3Ц), а также импортные аналоги[7].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 Китайгородский А. И. Гониометрическое изучение кристаллов // Рентгеноструктурный анализ. — М.: Госиздат, 1950. — С. 147—152.
  2. Вайнштейн Б. К. Гониометрия // Современная кристаллография. — М.: Наука, 1979. — Т. 1. — С. 198.
  3. 1 2 Шафрановский И. И. История кристаллографии в России. — М.: АН СССР, 1962. — С. 158.
  4. Трейвус Е. Б. Ещё об истории двукружного гониометра // Записки Всесоюзного минералогического общества. — М.: АН СССР, 1999. — Т. 128, вып. 1. — С. 48—49.
  5. Кристаллография, минералогия С. 11. СФУ (2007). Архивировано из первоисточника 9 ноября 2015.
  6. 1 2 3 Laskoski G. T. et al. Development of a telemetric goniometer (англ.) // World Congress on medical physics and biomedical engineering. — Springer, 2010. — Vol. 25. — ISSN 1680-0737.
  7. Гончаров Н. Обзор современной углоизмерительной техники // Фотоника. — 2013. — Вып. 2.

Ссылки[править | править вики-текст]