Goniometer

Et goniometer er en enhet eller sensor som brukes til å måle vinkler .

Historisk

Goniometeret ble oppfunnet rundt 1780 av den franske mineralogen Arnould Carangeot (1742-1806).

I optikk

I optikk brukes goniometeret til å bestemme avviket til en lysstråle av en optisk enhet (for eksempel et prisme eller et diffraksjonsgitter ).

Goniometeret har en fast del, som er montert på en mobil del som bærer et synteleskop. Vi kan ha to konfigurasjoner:

den faste delen er koblet til laboratoriets referanseramme (på bakken), og den mobile delen peker i retning som vinkelen skal bestemmes med referanseaksen;
den faste delen er knyttet til referanserammen til det observerte objektet (for eksempel er den plassert i et kjøretøy), peker den mobile delen mot referanseretningen.

Goniometeret består vanligvis av en linjal gradert i grader , vinkelmåler og muligens en vernier for å forbedre nøyaktigheten.

Brukes i røntgendiffraktometri

I radiokrystallografi er goniometeret den delen av diffraktometeret som brukes til å bestemme vinklene. Bevegelsene er motoriserte.

I de fleste tilfeller bestemmes vinklene av ordrene gitt til motorene ( trinnmotorer ): under initialisering etablerer enheten null (med hensyn til et referansepunkt, for eksempel et hakk på goniometeret); vinkelen som tilsvarer motorens null bestemmes av en justeringsprosedyre.

Ved høy oppløsningsmåling tar det lang tid å stabilisere motorenes nøyaktige posisjon (tilbakemeldingssløyfen genererer svingninger som reduseres over tid). I dette tilfellet er det mer interessant (å spare tid) å la motoren plasseres omtrent, og deretter måle vinkelen (automatisk måling, for eksempel ved bruk av en optisk sensor).

To-sirkel goniometer

I det mest generelle tilfellet har vi et to-sirkel goniometer, dvs. vi bestemmer:

innfallsvinkelen til røntgenstrålen på objektet, vinkelen kalt Ω generelt, og θ i Bragg-Brentano-konfigurasjonen;
vinkelen mellom innfallende stråle og den oppdagede stråle, kalt 2θ.

Begrepet "sirkel" betegner faktisk en motorisering som tillater en sirkulær bevegelse, desto mer nøyaktig vil begrepet være "montering med to motoriserte akser".

I dette Bragg-Brentano-oppsettet har prøven en fast orientering i forhold til diffraksjonsvektoren ( halvering mellom den innfallende strålen og den oppdagede strålen). Noen ganger legger vi til en enhet som lar prøven rotere rundt sin akse, kalt en spinner , men denne enheten betraktes ikke som en ekstra sirkel, men som en måte å fullstendig skanne en antatt homogen prøve (strålen har formen som en linje og lyser bare opp en liten del av prøven).

Det er to konfigurasjoner (vi antar her en måling i Bragg-Brentano-konfigurasjon):

konfigurasjonen θ-2θ (“theta-two theta”): Røntgenrøret er fikset, prøven beveger seg med en vinkel θ og røntgendetektoren med en vinkel 2θ; dette er den vanligste konfigurasjonen, faktisk, da røret er den tyngste og mest klumpete enheten, er det enklere å fikse det.

konfigurasjonen av θ-θ (“theta-theta”): prøven forblir fast (vannrett), røret og detektoren beveger seg symmetrisk i en vinkel θ; Dette gjør det mulig å måle pulver i høye vinkler (prøven forblir fast), og forenkler installasjonen av visse enheter, for eksempel en ovn rundt prøven.

Tre og firesirkel goniometer

I noen tilfeller er vi interessert i anisotropien til prøven; dette er for eksempel tilfelle av tekstur ( fortrinnsvis krystallorientering ), av måling av spenninger eller av bestemmelse av krystallstrukturen fra en enkelt krystall . Den innfallende bjelken her har en spiss form, den lyser opp en liten plate på prøven.

I dette tilfellet er det nødvendig å være i stand til å orientere prøven i alle romretninger, som antar tre rotasjonsakser, til hvilke detektorens posisjon er lagt; det er derfor fire motoriserte akser. Enheten sies å ha "fire sirkler".

Når det gjelder en polykrystallinsk prøve, kalles enheten en " Euler-vugge" , sammenlignet med Euler-vinklene . Denne holderen til Euler kan være sentrert eller eksentrisk, den kan være åpen eller lukket; åpne og forskjøvne holdere har plass til større prøver, men de er mer kompliserte å lage.

Prøven plasseres på en motorisert scene; den kan bevege seg langs de tre aksene ( x , y , z ) for å tillate at midten av prøven plasseres ved referansepunktet. I alle tilfeller er røret festet, og i referanseposisjonen er prøveplanet loddrett (detektoren beveger seg i en horisontal sirkel).

Når det gjelder en monokrystallinsk prøve, limes den på et orienterbart “pinhead”.

På fotografiet motsatt er goniometeret materialet i hvitt til høyre: det brukes til å manipulere ved rotasjon (veldig presis); en ren mikrokrystall av et molekyl hvis struktur vi ønsker å vite i den monokromatiske røntgenstrålen (konisk topprør) er plassert på enden av nålen i midten. Et spesielt røntgen CCD-kamera (til venstre med røde bokstaver) samler digitalt posisjonen og intensiteten til diffraksjonspunktene .

Siden posisjonen til diffraksjonspunktene er identifisert av kameraet, kan den ikke orienteres; vi har derfor et tresirkel goniometer. Et videokamera (svart rør øverst til venstre) hjelper til med en første posisjonering og sentrering av krystallet i røntgenstrålen.

Disse datamaskinbehandlede målingene gjør det mulig med Fourier-transformering å rekonstruere bildet av krystallet og spesielt av det grunnleggende molekylet som komponerer det.

Merk: dette instrumentet ble brukt til å illustrere vitenskap og fysikkmodeller fordi røntgenstråler har hatt en avgjørende rolle i vitenskapens utvikling.

Retningsfunn

Det funn muliggjør en radiomottager forsynt med et goniometer for å identifisere den retning (peiling navigasjon) av en fast sender: tag, ulovlig eller fiendtlige sender eller en mobil sender-: radiotracking .

De første radiobjelkene for maritim navigasjon ble satt opp i 1911 ved utgangen av havnen i Brest for det som senere blir Ouessant-skinnen . De er nå foreldet med GPS og har sluttet å kringkaste.

For flynavigering dateres det første franske ADF- fyret fra 1925 på Orly . De forsvinner også gradvis.

Se også

Relaterte artikler

Merknader og referanser

" Arnoul Carangeot (1742-1806) - Author - Resources of the National Library of France " , på data.bnf.fr (åpnet 6. oktober 2020 ) .