Goniômetro

Um goniômetro é um dispositivo ou sensor usado para medir ângulos .

Histórico

O goniômetro foi inventado por volta de 1780 pelo mineralogista francês Arnould Carangeot (1742-1806).

Em ótica

Em óptica , o goniômetro é usado para determinar o desvio de um raio de luz por um dispositivo óptico (por exemplo, um prisma ou uma rede de difração ).

O goniômetro possui uma parte fixa, na qual está montada uma parte móvel que contém um telescópio de mira. Podemos ter duas configurações:

a parte fixa está ligada ao referencial do laboratório (no solo), a parte móvel apontando na direção cujo ângulo deve ser determinado com o eixo de referência;
a parte fixa está ligada ao referencial do objeto observado (por exemplo, é colocado em um veículo), a parte móvel aponta para a direção de referência.

O goniômetro geralmente compreende uma régua graduada em graus , o transferidor e, possivelmente, um vernier para melhorar a precisão.

Uso em difratometria de raios-X

Na radiocristalografia , o goniômetro é a parte do difratômetro que é usada para determinar os ângulos. Os movimentos são motorizados.

Na maioria dos casos, os ângulos são determinados pelas ordens dadas aos motores (motores de passo ): durante a inicialização, o dispositivo estabelece seu zero (em relação a um ponto de referência, por exemplo, um entalhe no goniômetro); o ângulo correspondente ao zero do motor é determinado por um procedimento de alinhamento.

No caso de uma medição de alta resolução, leva muito tempo para estabilizar a posição exata dos motores (o loop de feedback gera oscilações que são reduzidas com o tempo). Neste caso, é mais interessante (economia de tempo) deixar o motor ser posicionado de forma aproximada, do que medir o ângulo (medição automática, por exemplo usando um sensor óptico).

Goniômetro de dois círculos

No caso mais geral, temos um goniômetro de dois círculos, ou seja, determinamos:

o ângulo de incidência do feixe de raios X sobre o objeto, ângulo denominado Ω no caso geral, e θ na configuração Bragg-Brentano;
o ângulo entre o feixe incidente e o feixe detectado, denominado 2θ.

O termo “círculo” na verdade designa uma motorização que permite um movimento circular, o termo mais exato seria “montagem com dois eixos motorizados”.

Nesta configuração Bragg-Brentano, a amostra tem uma orientação fixa em relação ao vetor de difração ( bissetriz entre o feixe incidente e o feixe detectado). Às vezes adicionamos um dispositivo que permite que a amostra gire em torno de seu eixo, chamado de spinner , mas este dispositivo não é considerado como um círculo adicional, mas como uma forma de escanear completamente uma amostra supostamente homogênea (o feixe tem a forma de 'uma linha e ilumina apenas uma pequena parte da amostra).

Existem duas configurações (assumimos aqui uma medição na configuração Bragg-Brentano):

a configuração θ-2θ (“teta-dois teta”): o tubo de raios-X é fixo, a amostra se move em um ângulo θ e o detector de raios-X em um ângulo 2θ; esta é a configuração mais comum, aliás, sendo o tubo o dispositivo mais pesado e volumoso, é mais simples de consertar;

a configuração θ-θ (“theta-theta”): a amostra permanece fixa (horizontal), o tubo e o detector se movem simetricamente em um ângulo θ; isso torna possível medir pós em ângulos elevados (a amostra permanece fixa) e facilita a instalação de certos dispositivos, como um forno ao redor da amostra.

Goniômetro de três e quatro círculos

Em alguns casos, estamos interessados na anisotropia da amostra; este é, por exemplo, o caso da textura ( orientação preferencial do cristal ), da medição de tensões ou da determinação da estrutura cristalina a partir de um único cristal . O feixe incidente aqui tem um formato de ponto, ele ilumina um pequeno disco na amostra.

Neste caso, é necessário conseguir orientar a amostra em todas as direções do espaço, o que supõe três eixos de rotação, aos quais se acrescenta a posição do detector; portanto, temos quatro eixos motorizados, o dispositivo é chamado de "quatro círculos".

No caso de uma amostra policristalina, o dispositivo é denominado " berço de Euler" , em comparação com os ângulos de Euler . Este berço de Euler pode ser centrado ou excêntrico, pode ser aberto ou fechado; berços abertos e deslocados podem acomodar amostras maiores, mas são mais complicados de fazer.

A amostra é colocada em um palco motorizado; pode mover-se ao longo dos três eixos ( x , y , z ) para permitir que o centro da amostra seja posicionado no ponto de referência. Em todos os casos, o tubo é fixo e, na posição de referência, o plano da amostra é vertical (o detector se move em um círculo horizontal).

No caso de uma amostra monocristalina, ela é colada a uma “cabeça de alfinete” orientável.

Na foto ao lado, o goniômetro é o material em branco à direita: ele é usado para manipular por rotação (muito preciso); um microcristal puro de uma molécula cuja estrutura queremos saber no feixe monocromático de raios-X (tubo superior cônico) é colocado na extremidade da agulha no centro. Uma câmera CCD especial de raios-X (à esquerda com letras vermelhas) coleta digitalmente a posição e a intensidade dos pontos de difração .

Como a posição dos pontos de difração é identificada pela câmera, ela não é orientável; portanto, temos um goniômetro de três círculos. Uma câmera de vídeo (tubo preto em cima à esquerda) ajuda no primeiro posicionamento e centralização do cristal no feixe de raios-X.

Essas medidas processadas por computador permitem, pela transformada de Fourier, reconstituir a imagem do cristal e principalmente da molécula básica que o compõe.

Nota: este instrumento foi usado para ilustrar modelos de ciência e física porque os raios X tiveram um papel decisivo na evolução da ciência.

Descoberta de direção

A descoberta permite que um receptor de rádio munido de um goniômetro identifique a direção (rumo na navegação) de um transmissor fixo: etiqueta, transmissor ilegal ou hostil ou um transmissor móvel: radiotracking .

As primeiras radiofaróis para navegação marítima foram instaladas em 1911 na saída do porto de Brest para o que mais tarde seria o trilho de Ouessant . Eles agora estão obsoletos com o GPS e pararam de transmitir.

Para a navegação aérea, o primeiro farol ADF francês data de 1925 em Orly . Eles também estão desaparecendo gradualmente.

Veja também

Notas e referências

" Arnoul Carangeot (1742-1806) - Autor - Recursos da Biblioteca Nacional da França " , em data.bnf.fr (acesso em 6 de outubro de 2020 ) .