Инклинометр

Инклинометр или клинометр — это прибор, используемый для измерения углов наклона , возвышения или понижения объекта относительно направления силы тяжести . Он также известен как индикатор наклона , датчик наклона , измеритель наклона , оповещение о наклоне , указатель наклона , градиентометр , градиометр , уровнемер , измеритель уровня , деклинометр и индикатор тангажа и крена . Клинометры измеряют как уклоны, так и спуски, используя три различные единицы измерения: градусы , процентные пункты и топосы. Астролябия — пример уклономера, который использовался для небесной навигации и определения местоположения астрономических объектов с древних времен до эпохи Возрождения .

Датчик наклона может измерять наклон часто по двум осям опорной плоскости по двум осям. Напротив, полное движение будет использовать по крайней мере три оси и часто дополнительные датчики. Один из способов измерения угла наклона относительно плоскости земли — использовать акселерометр . Типичные применения можно найти в промышленности и в игровых контроллерах. В самолетах «шарик» в координаторах поворота или указателях поворота и крена иногда называют инклинометром.

Инклинометры включают в себя примеры, такие как инклинометр Уэллса, основными частями которого являются плоская сторона или основание, на котором он стоит, и полый диск, наполовину заполненный тяжелой жидкостью. Стеклянная поверхность диска окружена градуированной шкалой, которая отмечает угол, под которым находится поверхность жидкости, по отношению к плоскому основанию. Нулевая линия параллельна основанию, и когда жидкость стоит на этой линии, плоская сторона горизонтальна; 90 градусов перпендикулярны основанию, и когда жидкость стоит на этой линии, плоская сторона перпендикулярна или отвесна. Промежуточные углы отмечены, и с помощью простых таблиц преобразования прибор показывает скорость падения на заданное расстояние горизонтального измерения и заданное расстояние наклонной линии.

Аль-Бируни , персидский полимат, однажды захотел измерить высоту солнца. У него не было необходимого оборудования для измерения этой высоты. Он был вынужден создать калиброванную дугу на задней стороне счетной доски, которую затем использовал в качестве импровизированного квадранта с помощью отвеса. Он определил широту места, используя измерения, сделанные этим элементарным инструментом. Этот квадрант, скорее всего, был инклинометром, основанным на панели в четверть круга. ^[1]

Нивелир Эбни — это ручной геодезический прибор, разработанный в 1870-х годах, который включает в себя визирную трубку и инклинометр, устроенные таким образом, чтобы геодезист мог совместить визирную трубку (и ее перекрестие ) с отражением пузырька на спиртовом уровне инклинометра, когда линия визирования находится под углом, установленным на инклинометре.

Одна из самых известных установок инклинометров находилась на панели самолета Райана NYP «Дух Сент-Луиса» — в 1927 году Чарльз Линдберг выбрал легкий градусный инклинометр Rieker Inc P-1057 ^[2] , чтобы получать информацию об углах подъема и спуска.

Ручные клинометры используются для различных задач по обследованию и измерению. В геодезии и картографии клинометр может обеспечить быстрое измерение уклона географического объекта или использоваться для обследования пещер . В разведке полезных ископаемых клинометры используются для измерения простирания и падения геологических формаций. В лесном хозяйстве измерение высоты деревьев может выполняться с помощью клинометра с использованием стандартизированных методов, включая триангуляцию . Основные артиллерийские орудия могут иметь связанный клинометр, используемый для облегчения прицеливания снарядов на большие расстояния.

Стационарные наклономеры устанавливаются на крупных земляных сооружениях, таких как плотины, для контроля долгосрочной устойчивости конструкции.

(Общая точность зависит от типа датчика наклона (или инклинометра) и используемой технологии)

• Гравитация
• Температура (дрейф), смещение нуля, линейность, вибрация, удар, поперечная чувствительность, ускорение/замедление.
• Необходима прямая видимость между пользователем и измеряемой точкой.
• Для получения максимальной точности необходим четко определенный объект.
• Точность измерения угла ограничена чуть лучше одной угловой секунды.

Некоторые высокочувствительные электронные инклинометрические датчики могут достигать выходного разрешения до 0,0001°; в зависимости от технологии и диапазона углов оно может быть ограничено 0,001°. Однако истинная или абсолютная точность инклинометрического датчика (которая является совокупной общей ошибкой) представляет собой комбинацию начальных наборов смещения нуля датчика и чувствительности, линейности датчика, гистерезиса , повторяемости и температурных дрейфов нуля и чувствительности — точность электронных инклинометров обычно может находиться в диапазоне ±0,01–2° в зависимости от датчика и ситуации. Обычно в условиях окружающей среды помещения точность ограничивается спецификацией линейности датчика.

• 
  Инклинометр-моноплан Блерио
• 
  Инклинометр для морской стенки
• 
  Простой клинометр
• 
  Цифровой транспортир
• 
  Клинометр, разработанный для ведения огня с закрытых позиций из пулемета Vickers, около 1918 г.
• 
  Механический спиртовой уровень клинометра с микрометрической регулировкой

Датчики наклона и инклинометры создают искусственный горизонт и измеряют угловой наклон относительно этого горизонта. Они используются в камерах, системах управления полетом самолетов, автомобильных системах безопасности и специальных переключателях, а также используются для выравнивания платформы, индикации угла наклона стрелы и в других приложениях, требующих измерения наклона.

Важными характеристиками для датчиков наклона и инклинометров являются диапазон угла наклона и количество осей. Оси обычно, но не всегда, ортогональны . Диапазон угла наклона — это диапазон желаемого линейного выхода.

Распространенными вариантами датчиков наклона и инклинометров являются акселерометры, жидкостные емкостные датчики , электролитические датчики, датчики пузырьков газа в жидкости и маятниковые датчики.

Технология датчика наклона также реализована в видеоиграх. Yoshi's Universal Gravitation и Kirby Tilt 'n' Tumble построены на основе механизма датчика наклона, встроенного в картридж. Игровые контроллеры PlayStation 3 и Wii также используют наклон как средство для игры в видеоигры.

Инклинометры также используются в гражданском строительстве , например, для измерения наклона участка земли под застройку.

Некоторые инклинометры обеспечивают электронный интерфейс на основе CAN (Controller Area Network) . Кроме того, эти инклинометры могут поддерживать стандартизированный профиль CANopen (CiA 410). В этом случае эти инклинометры совместимы и частично взаимозаменяемы.

Традиционные спиртовые уровни и электронные нивелиры на основе маятника обычно ограничены только одноосным и узким диапазоном измерения наклона. Однако большинство задач по точному нивелированию, измерению углов, выравниванию и профилированию плоскостности поверхности по сути включают двумерный угол плоскости поверхности, а не два независимых ортогональных одноосных объекта. Двухосные инклинометры, построенные с датчиками наклона MEMS, обеспечивают одновременные двумерные показания угла плоскости поверхности, касательной к земной базе.

Типичные преимущества использования двухосных МЭМС- инклинометров по сравнению с обычными одноосными «пузырьковыми» или механическими нивелирами могут включать:

• Одновременное измерение двухмерных (в плоскости XY) углов наклона (т. е. тангажа и крена) может устранить утомительную перестановку вперед и назад, возникающую при использовании одноосного уровня, например, для регулировки опор машины с целью достижения точного положения выравнивания.
• Цифровая компенсация и точная калибровка нелинейности, например, при изменении рабочей температуры, что обеспечивает более высокую точность в более широком диапазоне измерений.
• Датчики акселерометра могут генерировать числовые данные в виде профилей вибрации, что позволяет установщику машины отслеживать и оценивать качество выравнивания в режиме реального времени, а также проверять позиционную устойчивость конструкции путем сравнения профилей выравнивания до и после ее установки.

Поскольку инклинометры измеряют угол объекта относительно силы тяжести, внешние ускорения, такие как быстрые движения, вибрации или удары, будут вносить ошибки в измерения наклона. Чтобы преодолеть эту проблему, можно использовать гироскоп в дополнение к акселерометру. Любое из вышеупомянутых ускорений оказывает огромное влияние на акселерометр, но ограниченное влияние на измеренные скорости вращения гироскопа. Алгоритм может объединить оба сигнала, чтобы получить наилучшее значение от каждого датчика. Таким образом, можно отделить фактический угол наклона от ошибок, вносимых внешними ускорениями. ^[3]

Инклинометры используются для:

• Определение широты по Полярной звезде (в Северном полушарии) или по двум звездам созвездия Южного Креста (в Южном полушарии).
• Определение угла магнитного поля Земли относительно горизонтальной плоскости.
• Демонстрирует отклонение от истинной вертикали или горизонтали.
• Геодезия , измерение угла наклона или высоты.
• Предупреждение оператора оборудования о возможности его опрокидывания.
• Измерение углов возвышения, уклона или наклона, например, насыпи.
• Измерение небольших различий в уклонах, в частности для геофизики . Такие инклинометры используются, например, для мониторинга вулканов или для измерения глубины и скорости движения оползней.
• Измерение перемещений стен или грунта в проектах гражданского строительства.
• Определение угла падения пластов или слоев, а также уклона насыпи или выемки; своего рода отвес.
• Некоторые автомобильные системы безопасности .
• Указание тангажа и крена транспортных средств, морских судов и самолетов. См. координатор поворота и указатель скольжения .
• Контроль угла наклона стрелы кранов и погрузчиков.
• Измерение «угла обзора» спутниковой антенны по направлению к спутнику.
• Установка солнечной панели под оптимальным углом для максимальной отдачи.
• Измерение угла наклона ленты или цепи при измерении расстояния.
• Измерение высоты здания, дерева или другого объекта с использованием вертикального угла и расстояния (определяемого рулеткой или шагом) с использованием тригонометрии .
• Измерение угла бурения при каротаже скважин .
• Измерение крена судна на спокойной воде и бортовой качки на бурной воде.
• Измерение крутизны горнолыжного склона .
• Измерение ориентации плоскостей и линейчатости в горных породах с использованием компаса в структурной геологии .
• Измерение объема движений в суставах тела ^[4]
• Измерение угла наклона таза . Многочисленные измерения шеи и спины требуют одновременного использования двух инклинометров. ^[5]
• он измеряет угол возвышения и в конечном итоге вычисляет высоту многих объектов, которые в противном случае были бы недоступны для прямого измерения.
• Измерение и точная настройка угла наклона линейного массива . Подтверждение угла достигается с помощью лазера, встроенного в удаленный инклинометр.
• Установка правильной ориентации солнечных панелей при установке
• Установка угла стрельбы пушки или орудия (определяет дальность полета снаряда)
• Электронные игры
• Помогите предотвратить небезопасные условия труда. ^[6]
• Лесная служба Министерства сельского хозяйства США использует датчики наклона (или инклинометры) для измерения высоты деревьев в своей программе инвентаризации и анализа лесов.
• Логистика и транспорт также используют индикаторы наклона , это специальная система для одноразового использования. Они прикрепляются к продуктам в процессе транспортировки.

Nintendo использовала технологию датчика наклона в пяти играх для своей серии портативных игровых систем Game Boy . Датчик наклона позволяет игрокам контролировать аспекты игры, поворачивая игровую систему. Игры, использующие эту функцию:

• Всемирная гравитация Йоши (Game Boy Advance)
• WarioWare: Twisted! (Game Boy Advance) (не выпущено в Европе)
• Koro Koro Puzzle Happy Panechu! (Game Boy Advance) (только Япония)
• Kirby Tilt 'n' Tumble ( Game Boy Color ) (не выпущен в Европе)
• Command Master ( Game Boy Color ) (только для Японии)

Датчики наклона также можно найти в игровых контроллерах, таких как Microsoft Sidewinder Freestyle Pro и контроллер Sony PlayStation 3 .

Однако, в отличие от других контроллеров, в которых датчик наклона служит дополнением к обычным методам управления, он является одной из центральных функций пульта Wii Remote и насадки Nunchuk от Nintendo . Наряду с акселерометрами датчики наклона являются основным методом управления в большинстве игр Wii .

Теперь он используется во многих различных аспектах, а не только в играх, таких как мотокросс и авиасимуляторы. Его можно использовать для спортивных игр, шутеров от первого лица и других необычных применений, таких как WarioWare: Smooth Moves

Другой пример — виртуальная версия деревянного лабиринта с препятствиями, в котором вам нужно маневрировать шариком, наклоняя лабиринт. Для Palm (PDA) был создан самодельный интерфейс датчика наклона .

• Уклон (наклон)
• Гониометр
• Гипсометр
• Жидкостные емкостные инклинометры
• Теодолит
• Наклономер

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Инклинометры» .

• Блог об инклинометре – Общая информация об инклинометре
• Инклинометр MEMS и технические характеристики
• Инклинометры Архивировано 22.02.2019 на Wayback Machine