Clinómetro

Un inclinómetro o clinómetro es un instrumento utilizado para medir ángulos de pendiente, elevación o depresión de un objeto con respecto a la dirección de la gravedad. También se conoce como indicador de inclinación, sensor de inclinación, medidor de inclinación, alerta de pendiente, medidor de pendiente, medidor de gradiente, gradiómetro, medidor de nivel, medidor de nivel, declinómetro y tono y indicador de rollo. Los clinómetros miden tanto las inclinaciones como las declinaciones utilizando tres unidades de medida diferentes: grados, puntos porcentuales y topos. El astrolabio es un ejemplo de inclinómetro que se utilizó para la navegación celeste y la localización de objetos astronómicos desde la antigüedad hasta el Renacimiento.

Un sensor de inclinación puede medir la inclinación a menudo en dos ejes de un plano de referencia en dos ejes. Por el contrario, un movimiento completo utilizaría al menos tres ejes y, a menudo, sensores adicionales. Una forma de medir el ángulo de inclinación con referencia al plano terrestre es utilizar un acelerómetro. Se pueden encontrar aplicaciones típicas en la industria y en los controladores de juegos. En los aviones, la "bola" A los coordinadores de turnos o indicadores de giro y peralte a veces se les denomina inclinómetro.

Historia

Los inclinometros incluyen ejemplos como el inclínometro de Well, las partes esenciales de las cuales son un lado plano, o base, en la que se encuentra, y un disco hueco sólo medio lleno de un líquido pesado. La cara de vidrio del disco está rodeada de una escala graduada que marca el ángulo en el que se encuentra la superficie del líquido, con referencia a la base plana. La línea cero es paralela a la base, y cuando el líquido permanece en esa línea, el lado plano es horizontal; el 90 grado es perpendicular a la base, y cuando el líquido se encuentra en esa línea, el lado plano es perpendicular o fontanero. Los ángulos de intervención están marcados y, con la ayuda de simples tablas de conversión, el instrumento indica la velocidad de caída por conjunto distancia de medición horizontal, y la distancia fija de la línea de inclinación.

Al-Biruni, un polimatismo persa, una vez quiso medir la altura del sol. No tenía el equipo necesario para medir esta altura. Fue obligado a crear un arco calibrado en la parte posterior de un tablero de contabilidad, que luego utilizó como cuadrante improvisado con la ayuda de una línea de plomero. Él determinó la latitud de la ubicación utilizando las medidas tomadas con esta herramienta rudimentaria. Este cuadrante era probablemente un inclinador basado en el panel de círculos trimestrales.

El nivel Abney es un instrumento topográfico portátil desarrollado en la década de 1870 que incluye un tubo de observación y un inclinómetro, dispuestos de manera que el topógrafo pueda alinear el tubo de observación (y su punto de mira) con el reflejo de la burbuja en el nivel de burbuja del inclinómetro cuando la línea de visión está en el ángulo establecido en el inclinómetro.

Una de las instalaciones de inclinómetro más famosas estaba en el panel del Ryan NYP "The Spirit of St. Louis"; en 1927, Charles Lindbergh eligió el ligero inclinómetro de grados Rieker Inc P-1057 para poder ascender. e información del ángulo de descenso.

Usos

Los clinómetros portátiles se utilizan para una variedad de tareas topográficas y de medición. En la topografía y la cartografía terrestre, un clinómetro puede proporcionar una medición rápida de la pendiente de una característica geográfica o usarse para el estudio de cuevas. En la prospección de minerales, los clinómetros se utilizan para medir el rumbo y el buzamiento de las formaciones geológicas. En silvicultura, la medición de la altura de los árboles se puede realizar con un clinómetro utilizando métodos estandarizados, incluida la triangulación. Los principales cañones de artillería pueden tener un clinómetro asociado que se utiliza para facilitar el apuntamiento de los proyectiles a largas distancias.

Los tiltímetros permanentemente instalados se emplazan en los principales trabajos de tierra tales como presas para monitorear la estabilidad a largo plazo de la estructura.

Factores que influyen en el uso de inclinadores

(La precisión general varía según el tipo de sensor de inclinación (o inclinómetro) y la tecnología utilizada)

• Gravedad
• Temperatura (izquierda), offset cero, linealidad, vibración, shock, sensibilidad de eje transversal, aceleración/desaceleración.
• Se necesita una línea clara de visión entre el usuario y el punto medido.
• Se requiere un objeto bien definido para obtener la máxima precisión.
• La precisión y precisión de medición del ángulo se limita a un poco mejor que un arcsec.

Precisión

Ciertos sensores inclinómetros electrónicos altamente sensibles pueden alcanzar una resolución de salida de 0,0001°; Dependiendo de la tecnología y el rango de ángulo, puede estar limitado a 0,01°. Sin embargo, la precisión verdadera o absoluta de un sensor inclinómetro (que es el error total combinado) es una combinación de conjuntos iniciales de compensación y sensibilidad del cero del sensor, linealidad del sensor, histéresis, repetibilidad y derivas de temperatura del cero y la sensibilidad. —La precisión de los inclinómetros electrónicos normalmente puede oscilar entre ±0,01 y 2°, según el sensor y la situación. Normalmente, en condiciones ambientales, la precisión se limita a la especificación de linealidad del sensor.

• 
  Blériot Monoplane Inclinometer
• 
  Incinometro de pared náutica
• 
  Clinometro simple
• 
  Protractor digital
• 
  Clinometer diseñado para permitir la capacidad de fuego indirecta con una ametralladora Vickers alrededor de 1918
• 
  Clinometro del nivel del espíritu mecánico con ajuste del micrometro

Tecnología de sensores

Los sensores de inclinación y los inclinómetros generan un horizonte artificial y miden la inclinación angular con respecto a este horizonte. Se utilizan en cámaras, controles de vuelo de aviones, sistemas de seguridad de automóviles e interruptores especiales y también se utilizan para nivelación de plataformas, indicación del ángulo de la pluma y en otras aplicaciones que requieren medición de la inclinación.

Las especificaciones importantes a considerar para los sensores de inclinación e inclinómetros son el rango del ángulo de inclinación y el número de ejes. Los ejes suelen ser, aunque no siempre, ortogonales. El rango del ángulo de inclinación es el rango de salida lineal deseada.

Las implementaciones comunes de sensores de inclinación e inclinómetros son acelerómetro, líquido capacitivo, electrolítico, burbuja de gas en líquido y péndulo.

La tecnología de sensor de inclinación también se ha implementado en los videojuegos. Gravitación universal de Yoshi y Kirby Tilt 'n' Tumble están construidos alrededor de un mecanismo de sensor de inclinación, que está integrado en el cartucho. Los controladores de juegos de PlayStation 3 y Wii también utilizan la inclinación como medio para jugar videojuegos.

Los inclinómetros también se utilizan en ingeniería civil, por ejemplo, para medir la inclinación del terreno sobre el que se va a construir.

Algunos inclinómetros proporcionan una interfaz electrónica basada en CAN (Controller Area Network). Además, dichos inclinómetros podrán soportar el perfil CANopen estandarizado (CiA 410). En este caso, estos inclinómetros son compatibles y en parte intercambiables.

Inclinómetro digital de dos ejes

Los niveles de burbuja tradicionales y los instrumentos de nivelación electrónicos basados en péndulo generalmente están limitados por un rango de medición de inclinación estrecho y de un solo eje. Sin embargo, la mayoría de las tareas de nivelación de precisión, medición de ángulos, alineación y perfilado de planitud de superficies implican esencialmente un ángulo plano de superficie bidimensional en lugar de dos objetos ortogonales independientes de un solo eje. Los inclinómetros de dos ejes construidos con sensores de inclinación MEMS proporcionan lecturas simultáneas de ángulos bidimensionales de un plano de superficie tangente al dato terrestre.

Ventajas típicas del uso de inclinómetros MEMS de dos ejes sobre los inclinómetros de "burbuja" de un solo eje convencionales. o instrumentos de nivelación mecánica pueden incluir:

• Medición simultánea de ángulos de inclinación de dos dimensiones (plano X-Y) (es decir, rollo de lanzamiento), puede eliminar tediosos intercambios de espalda y profundidad experimentados al utilizar un nivel de eje único, por ejemplo para ajustar las pisadas de la máquina para alcanzar una posición de nivelación precisa.
• Indemnización digital y calibración precisa para la no-linearidad, por ejemplo para la variación de la temperatura de funcionamiento, resultando en mayor precisión sobre un rango de medición más amplio.
• Los sensores acelerómetros pueden generar datos numéricos en forma de perfiles de vibración para que un instalador pueda rastrear y evaluar la calidad de alineación en tiempo real y verificar la estabilidad posicional de una estructura comparando perfiles de nivelación antes y después de que se establezca.

Inclinómetro con giroscopio

Como los inclinómetros miden el ángulo de un objeto con respecto a la fuerza de gravedad, las aceleraciones externas como movimientos rápidos, vibraciones o choques introducirán errores en las mediciones de inclinación. Para superar este problema, es posible utilizar un giroscopio además de un acelerómetro. Cualquiera de las aceleraciones mencionadas anteriormente tiene un gran impacto en el acelerómetro, pero un efecto limitado en las velocidades de rotación medidas del giroscopio. Un algoritmo puede combinar ambas señales para obtener el mejor valor de cada sensor. De esta manera es posible separar el ángulo de inclinación real de los errores introducidos por las aceleraciones externas.

Aplicaciones

Para:

• Determinar la latitud usando Polaris (en el Hemisferio Norte) o las dos estrellas de la Cruz de la Constelación (en el Hemisferio Sur).
• Determinando el ángulo del campo magnético de la Tierra con respecto al plano horizontal.
• Mostrando una desviación de la verdadera vertical o horizontal.
• Encuesta, para medir un ángulo de inclinación o elevación.
• Alertando a un operador de equipo que puede inclinarse.
• Medición de ángulos de elevación, pendiente o inclinación, por ejemplo de un terraplén.
• Medición de pequeñas diferencias en las pistas, especialmente para la geofísica. Tales inclinadores son, por ejemplo, utilizados para monitorear volcanes, o para medir la profundidad y la tasa de movimiento de deslizamiento.
• Medición de movimientos en paredes o terreno en proyectos de ingeniería civil.
• Determinar el dip de camas o estratos, o la pendiente de un terraplén o corte; una especie de nivel de fontanería.
• Algunos sistemas de seguridad automotriz.
• Indicando el lanzamiento y el rollo de vehículos, artesanía náutica y aeronaves. Véase coordinador de turno y indicador de deslizamiento.
• Monitorización del ángulo de boom de grúas y manipuladores de materiales.
• Medir el "ángulo de la vista" de una antena satélite hacia un satélite.
• Ajuste de un panel solar al ángulo óptimo para maximizar su salida.
• Medición del ángulo de pendiente de una cinta o cadena durante la medición de distancia.
• Medir la altura de un edificio, árbol u otra característica usando un ángulo vertical y una distancia (determinada por tocar o pacificar), utilizando trigonometría.
• Medición del ángulo de perforación en la taladro bien.
• Measuring the list of a ship in still water and the roll in rug water.
• Medición de la empinada de una pista de esquí.
• Medir la orientación de planos y lineaciones en rocas, en combinación con una brújula, en geología estructural.
• Medición de la gama de movimiento en las articulaciones del cuerpo
• Medición del ángulo de inclinación de la pelvis. Numerosas mediciones de cuello y espalda requieren el uso simultáneo de dos inclinadores.
• mide el ángulo de la elevación, y en última instancia computando las altitudes de, muchas cosas de lo contrario inaccesibles para la medición directa.
• Medir y ajustar el ángulo de los altavoces del array de línea cuelga. Confirmación del ángulo logrado mediante el uso de un láser incorporado en el inclinador remoto.
• Ajuste de la orientación correcta de los paneles solares mientras se instala
• Configuración de ángulo de disparo de un cañón o arma (determina rango proyectil)
• Juegos electrónicos
• Ayuda a prevenir condiciones de trabajo inseguras.
• El USDA Forest Service utiliza sensores de inclinación (o inclinadores) para medir la altura de los árboles en su programa de Inventario y Análisis Forestal.
• Logística y transporte también utilizan indicadores de inclinación, es un sistema específico para un uso único. Se adjuntan a los productos durante el proceso de envío.

Juegos

Nintendo utilizó tecnología de sensor de inclinación en cinco juegos de su serie Game Boy de sistemas de juegos portátiles. El sensor de inclinación permite a los jugadores controlar aspectos del juego girando el sistema de juego. Juegos que utilizan esta función:

• Gravitación Universal de Yoshi (Game Boy Advance)
• WarioWare: Twisted! (Game Boy Advance)(no publicado en Europa)
• Koro Koro Puzzle Happy Panechu! (Game Boy Advance)(Japón solamente)
• Kirby Tilt 'n' Tumble (Game Boy Color)(no publicado en Europa)
• Maestro del Mando (Color del Niño del Juego) (sólo Japón)

Los sensores de inclinación también se pueden encontrar en controladores de juego como el Microsoft Sidewinder Freestyle Pro y el controlador PlayStation 3 de Sony.

Sin embargo, a diferencia de estos otros controladores en los que el sensor de inclinación sirve como suplemento a los métodos de control normales, sirve como una de las características centrales del Wii Remote de Nintendo y el apego de Nunchuk. Junto con acelerómetros, los sensores de inclinación son un método primario de control en la mayoría de los juegos Wii.

Ahora se está utilizando en muchos aspectos diferentes, en lugar de juegos como motocrossing y simuladores de vuelo. Se puede utilizar para juegos deportivos, shooter de primera persona y otros usos extraños como en WarioWare: Smooth Moves

Otro ejemplo es una versión virtual de un laberinto de madera con obstáculos en los que tienes que maniobrar una pelota inclinando el laberinto. Se hizo una interfaz de sensor de inclinación de la hoja (PDA).