Inclinômetro

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Desenho de um inclinômetro, Museo Galileo, Florença
Medindo a inclinação com um clinômetro

Um inclinômetro ou clinômetro é um instrumento usado para medir ângulos de inclinação , elevação ou depressão de um objeto em relação à direção da gravidade . Também é conhecido como indicador de inclinação, sensor de inclinação, medidor de inclinação, alerta de inclinação, medidor de inclinação , medidor de gradiente , gradiômetro , medidor de nível , medidor de nível , declinômetro e indicador de inclinação e rotação.. Os clinômetros medem tanto as inclinações quanto as descidas usando três unidades de medida diferentes: graus , pontos percentuais e topo . Astrolábio é exemplo de um inclinômetro que foi usado para navegação celeste e localização de objetos astronômicos desde os tempos antigos até o Renascimento .

Um sensor de inclinação pode medir a inclinação em frequentemente dois eixos de um plano de referência em dois eixos. Em contraste, um movimento completo usaria pelo menos três eixos e muitas vezes sensores adicionais. Uma maneira de medir o ângulo de inclinação com referência ao plano do solo da Terra é usar um acelerômetro . Aplicações típicas podem ser encontradas na indústria e em controladores de jogos. Em aeronaves, a "bola" em coordenadores de curva ou indicadores de curva e inclinação às vezes é chamada de inclinômetro.

História

O clinômetro do poço

Os inclinômetros incluem exemplos como o in-clinômetro de Well, cujas partes essenciais são um lado plano, ou base, sobre o qual ele fica, e um disco oco apenas meio cheio com algum líquido pesado. A face de vidro do disco é circundada por uma escala graduada que marca o ângulo em que a superfície do líquido se posiciona em relação à base plana. A linha zero é paralela à base e, quando o líquido está nessa linha, o lado plano é horizontal; os 90 graus são perpendiculares à base e, quando o líquido está nessa linha, o lado plano é perpendicular ou a prumo. Os ângulos intermediários são marcados e, com o auxílio de tabelas de conversão simples , o instrumento indica a taxa de queda por distância definida de medição horizontal e distância definida da linha inclinada.

O nível Abney é um instrumento de levantamento portátil desenvolvido na década de 1870 que inclui um tubo de mira e um inclinômetro, dispostos de forma que o agrimensor possa alinhar o tubo de mira (e sua mira ) com o reflexo da bolha no nível de bolha do inclinômetro quando o linha de visão está no ângulo definido no inclinômetro.

Uma das instalações mais famosas do inclinômetro estava no painel do Ryan NYP "The Spirit of St. Louis" - em 1927 Charles Lindbergh escolheu o leve Inclinômetro Rieker Inc P-1057 Degree [1] para fornecer informações sobre o ângulo de subida e descida.

Usa

Medindo a distância em um córrego
Medindo a altura de um edifício

Os clinômetros portáteis são usados ​​para uma variedade de tarefas de levantamento e medição. No levantamento e mapeamento da terra, um clinômetro pode fornecer uma medição rápida da inclinação de uma característica geográfica ou ser usado para levantamento de cavernas . Na prospecção de minerais, os clinômetros são usados ​​para medir a greve e mergulho de formações geológicas. Na silvicultura, a medição da altura das árvores pode ser feita com um clinômetro usando métodos padronizados, incluindo triangulação . Os principais canhões de artilharia podem ter um clinômetro associado usado para facilitar a mira de projéteis em longas distâncias.

Os medidores de inclinação instalados permanentemente são colocados em grandes obras de terraplenagem, como barragens, para monitorar a estabilidade a longo prazo da estrutura.

Fatores que influenciam o uso de inclinômetros

(A precisão geral varia dependendo do tipo de sensor de inclinação (ou inclinômetro) e da tecnologia utilizada)

  • Gravidade
  • Temperatura (desvio), deslocamento zero, linearidade, vibração, choque, sensibilidade de eixo cruzado, aceleração/desaceleração.
  • É necessária uma linha de visão clara entre o usuário e o ponto medido.
  • Um objeto bem definido é necessário para obter a máxima precisão.
  • A precisão e exatidão da medição do ângulo é limitada a um pouco melhor do que um segundo de arco.

Precisão

Certos sensores inclinômetros eletrônicos altamente sensíveis podem atingir uma resolução de saída de 0,0001°; dependendo da tecnologia e faixa de ângulo, pode ser limitado a 0,01°. A precisão verdadeira ou absoluta de um sensor de inclinômetro (que é o erro total combinado), no entanto, é uma combinação de conjuntos iniciais de deslocamento de zero e sensibilidade do sensor, linearidade do sensor, histerese, repetibilidade e os desvios de temperatura de zero e sensibilidade - precisão de inclinômetros eletrônicos pode variar tipicamente de ±0,01–2° dependendo do sensor e da situação. Normalmente, em condições ambientais de sala, a precisão é limitada à especificação de linearidade do sensor.

Tecnologia de sensores

Sensores de inclinação e inclinômetros geram um horizonte artificial e medem a inclinação angular em relação a esse horizonte. Eles são usados ​​em câmeras, controles de voo de aeronaves, sistemas de segurança de automóveis e interruptores especiais e também são usados ​​para nivelamento de plataforma, indicação de ângulo de lança e em outras aplicações que exigem medição de inclinação.

Especificações importantes a serem consideradas para sensores de inclinação e inclinômetros são a faixa do ângulo de inclinação e o número de eixos. Os eixos são geralmente, mas nem sempre, ortogonais . A faixa do ângulo de inclinação é a faixa de saída linear desejada.

As implementações comuns de sensores de inclinação e inclinômetros são acelerômetro, líquido capacitivo , eletrolítico, bolha de gás em líquido e pêndulo.

A tecnologia do sensor de inclinação também foi implementada em videogames. A Gravitação Universal de Yoshi e Kirby Tilt 'n' Tumble são ambos construídos em torno de um mecanismo de sensor de inclinação, que é embutido no cartucho. Os controladores de jogos do PlayStation 3 e Wii também usam a inclinação como meio de jogar videogame.

Os inclinômetros também são usados ​​na engenharia civil , por exemplo, para medir a inclinação do terreno a ser construído.

Alguns inclinômetros fornecem uma interface eletrônica baseada em CAN (Controller Area Network) . Além disso, esses inclinômetros podem suportar o perfil CANopen padronizado (CiA 410). Nesse caso, esses inclinômetros são compatíveis e parcialmente intercambiáveis.

Inclinômetro digital de dois eixos

Inclinômetro digital de dois eixos

Os níveis de bolha de ar tradicionais e os instrumentos de nivelamento eletrônico baseados em pêndulo geralmente são limitados por apenas um eixo único e uma faixa de medição de inclinação estreita. No entanto, a maioria das tarefas de nivelamento de precisão, medição de ângulo, alinhamento e perfil de planicidade de superfície envolvem essencialmente um ângulo de plano de superfície bidimensional em vez de dois objetos ortogonais de eixo único independentes. Os inclinômetros de dois eixos que são construídos com sensores de inclinação MEMS fornecem leituras simultâneas de ângulos bidimensionais de um plano de superfície tangente ao dado de terra.

As vantagens típicas do uso de inclinômetros MEMS de dois eixos sobre os instrumentos convencionais de "bolha" de eixo único ou de nivelamento mecânico podem incluir:

  • A medição simultânea de ângulos de inclinação bidimensionais (plano XY) (ou seja, pitch & roll), pode eliminar a tediosa troca de vai-e-vem experimentada ao usar um nível de eixo único, por exemplo, para ajustar as sapatas da máquina para obter uma posição de nivelamento precisa.
  • Compensação digital e calibração precisa para não linearidade, por exemplo, para variação de temperatura operacional, resultando em maior precisão em uma faixa de medição mais ampla.
  • Os sensores do acelerômetro podem gerar dados numéricos na forma de perfis de vibração para permitir que um instalador de máquina rastreie e avalie a qualidade do alinhamento em tempo real e verifique a estabilidade posicional de uma estrutura comparando os perfis de nivelamento antes e depois da configuração.

Inclinômetro com giroscópio

Como os inclinômetros medem o ângulo de um objeto em relação à força da gravidade, acelerações externas como movimentos rápidos, vibrações ou choques introduzirão erros nas medições de inclinação. Para superar esse problema, é possível usar um giroscópio além de um acelerômetro. Qualquer uma das acelerações acima mencionadas tem um enorme impacto no acelerômetro, mas um efeito limitado nas taxas de rotação medidas do giroscópio. Um algoritmo pode combinar ambos os sinais para obter o melhor valor de cada sensor. Desta forma é possível separar o ângulo de inclinação real dos erros introduzidos por acelerações externas. [2]

Aplicativos

Símbolo usado em desenhos geotécnicos

Os inclinômetros são usados ​​para:

  • Determinando a latitude usando Polaris (no Hemisfério Norte) ou as duas estrelas da constelação Crux (no Hemisfério Sul).
  • Determinar o ângulo do campo magnético da Terra em relação ao plano horizontal.
  • Mostrando um desvio da verdadeira vertical ou horizontal.
  • Topografia , para medir um ângulo de inclinação ou elevação.
  • Alertar o operador do equipamento de que ele pode tombar.
  • Medição de ângulos de elevação, inclinação ou inclinação, por exemplo, de um aterro.
  • Medição de pequenas diferenças em declives, particularmente para geofísica . Esses inclinômetros são, por exemplo, usados ​​para monitorar vulcões ou para medir a profundidade e a taxa de movimento de deslizamento de terra.
  • Medição de movimentos em paredes ou no solo em projetos de engenharia civil.
  • Determinar a inclinação de leitos ou estratos, ou a inclinação de um talude ou corte; uma espécie de nível de prumo.
  • Alguns sistemas de segurança automotiva .
  • Indicando pitch and roll de veículos, embarcações náuticas e aeronaves. Consulte o coordenador de curva e o indicador de escorregamento .
  • Monitoramento do ângulo da lança de guindastes e manipuladores de materiais.
  • Medindo o "ângulo de visão" de uma antena de satélite em direção a um satélite.
  • Ajustando um painel solar para o ângulo ideal para maximizar sua saída.
  • Medição do ângulo de inclinação de uma fita ou corrente durante a medição de distância.
  • Medir a altura de um edifício, árvore ou outro recurso usando um ângulo vertical e uma distância (determinada por fita ou marcapasso), usando trigonometria .
  • Medição do ângulo de perfuração em perfilagem de poço .
  • Medindo a inclinação de um navio em águas calmas e o rolo em águas agitadas.
  • Medição da inclinação de uma pista de esqui .
  • Medindo a orientação de planos e lineações em rochas, em combinação com uma bússola , em geologia estrutural .
  • Medindo a amplitude de movimento nas articulações do corpo [3]
  • Medindo o ângulo de inclinação da pelve . Numerosas medidas de pescoço e costas requerem o uso simultâneo de dois inclinômetros. [4]
  • ele mede o ângulo de elevação e, em última análise, calcula as altitudes de muitas coisas de outra forma inacessíveis para medição direta.
  • Medindo e ajustando o ângulo de travamento do alto- falante de matriz de linha . Confirmação do ângulo obtido através do uso de um laser embutido no inclinômetro remoto .
  • Definir a orientação correta dos painéis solares durante a instalação
  • Definir o ângulo de disparo de um canhão ou arma (determina o alcance do projétil)
  • Jogos eletronicos
  • Ajude a evitar condições de trabalho inseguras. [5]
  • O Serviço Florestal do USDA usa sensores de inclinação (ou inclinômetros) para medir a altura das árvores em seu programa de Inventário e Análise Florestal .

Os indicadores de inclinação são sensores descartáveis, embora reutilizáveis, anexados às mercadorias como parte da embalagem durante o transporte. [6]

Jogos

A Nintendo usou a tecnologia de sensor de inclinação em cinco jogos para sua série Game Boy de sistemas de jogos portáteis. O sensor de inclinação permite que os jogadores controlem aspectos do jogo girando o sistema de jogo. Jogos que usam esse recurso:

Os sensores de inclinação também podem ser encontrados em controladores de jogos, como o Microsoft Sidewinder Freestyle Pro e o controlador PlayStation 3 da Sony.

No entanto, ao contrário desses outros controladores em que o sensor de inclinação serve como um complemento aos métodos de controle normais, ele serve como um dos recursos centrais do Wii Remote da Nintendo e do anexo Nunchuk . Junto com os acelerômetros, os sensores de inclinação são o principal método de controle na maioria dos jogos do Wii .

Agora está sendo usado em muitos aspectos diferentes, em vez de apenas jogos como motocross e simuladores de voo. Pode ser usado para jogos esportivos, tiro em primeira pessoa e outros usos estranhos, como em WarioWare: Smooth Moves

Outro exemplo é uma versão virtual de um labirinto de madeira com obstáculos em que você deve manobrar uma bola inclinando o labirinto. Uma interface de sensor de inclinação homebrew foi feita para o Palm (PDA) .

Veja também

Referências

  1. ^ "Inclinômetro de grau Rieker Inc P-1057" . riekerinc . com . Recuperado em 7 de abril de 2018 .
  2. ^ POSITIVO. "MEMS Inclinômetro da POSITAL: Como eles funcionam?" . Postal . Recuperado 2017-01-04 .
  3. ^ "Cópia arquivada" . Arquivado a partir do original em 2013-07-03 . Recuperado 2013-07-19 .{{cite web}}: CS1 maint: cópia arquivada como título ( link )
  4. ^ "Inclinômetro - Inclinômetros digitais - J-Tech Dualer IQ 12-1059" . médico rápido . Recuperado em 7 de abril de 2018 .
  5. ^ "O novo sensor de inclinação ajuda a prevenir condições de trabalho inseguras" . www.frederickscompany.com. Arquivado a partir do original em 23 de setembro de 2016.
  6. ^ "Indicadores de inclinação para mercadorias frágeis no transporte" . Relógio de choque. Arquivado a partir do original em 16 de julho de 2011 . Recuperado em 6 de junho de 2011 .

Links externos