Инклинометр
Инклинометр используемый или клинометр — это инструмент, для измерения углов наклона , возвышения или депрессии объекта по отношению к силы тяжести направлению . Он также известен как индикатор наклона , датчик наклона , измеритель наклона , датчик наклона , датчик уклона , измеритель градиента , градиентометр , уровнемер , измеритель уровня , деклинометр и индикатор наклона и крена . Клинометры измеряют как уклоны, так и спуски, используя три разные единицы измерения: градусы , процентные пункты и топосы. Астролябия астрономической — пример инклинометра, который использовался для навигации и определения местоположения астрономических объектов с древнейших времен до эпохи Возрождения .
Датчик наклона может измерять наклон часто по двум осям базовой плоскости по двум осям.Напротив, для полного движения потребуется как минимум три оси и часто дополнительные датчики. Один из способов измерения угла наклона относительно земной поверхности — использование акселерометра . Типичные применения можно найти в промышленности и в игровых контроллерах. В самолетах «шар» в координаторах поворота или указателях поворота и крена иногда называют инклинометром.
История
[ редактировать ]
К инклинометрам относятся такие примеры, как инклинометр Уэллса, основными частями которого являются плоская сторона или основание, на котором он стоит, и полый диск, наполовину заполненный какой-то 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 указывает скорость падения на заданное расстояние горизонтального измерения и установленное расстояние наклонной линии.
Аль-Бируни , персидский эрудит, однажды захотел измерить высоту Солнца. У него не было необходимого оборудования для измерения этой высоты. Его заставили создать калиброванную дугу на обратной стороне счетной доски, которую он затем использовал в качестве импровизированного квадранта с помощью отвеса. Он определил широту этого места, используя измерения, сделанные с помощью этого элементарного инструмента. Этот квадрант, скорее всего, представлял собой инклинометр, основанный на панели в четверть круга. [1]
Нивелир Абни — это портативный геодезический инструмент, разработанный в 1870-х годах, который включает в себя визирную трубку и инклинометр, устроенные так, что геодезист может совместить визирную трубку (и ее перекрестие ) с отражением пузырька в спиртовом уровне инклинометра, когда линия визирования находится под углом, установленным на инклинометре.
Одна из наиболее известных установок инклинометра находилась на панели здания Ryan NYP «Дух Сент-Луиса» - в 1927 году Чарльз Линдберг выбрал легкий инклинометр Rieker Inc P-1057. [2] чтобы дать ему информацию об углах набора высоты и снижения.
Использование
[ редактировать ]
Ручные клинометры используются для выполнения различных геодезических и измерительных задач. При геодезии и картографировании клинометр может обеспечить быстрое измерение наклона географического объекта или использоваться для исследования пещер . При поиске полезных ископаемых клинометры используются для измерения простирания и падения геологических образований. В лесном хозяйстве измерение высоты деревьев можно выполнить с помощью клинометра, используя стандартные методы, включая триангуляцию . Крупные артиллерийские орудия могут иметь соответствующий клинометр, используемый для облегчения прицеливания снарядов на большие расстояния.
Стационарные наклономеры устанавливаются на крупных земляных сооружениях, таких как плотины, для контроля долгосрочной устойчивости конструкции.
Факторы, влияющие на использование инклинометров
[ редактировать ](Общая точность зависит от типа датчика наклона (или инклинометра) и используемой технологии)
- Гравитация
- Температура (дрейф), смещение нуля, линейность, вибрация, удары, поперечная чувствительность, ускорение/замедление.
- Необходима прямая видимость между пользователем и измеряемой точкой.
- Для получения максимальной точности необходим четко определенный объект.
- Точность и точность измерения угла ограничена чуть выше одной угловой секунды.
Точность
[ редактировать ]Некоторые высокочувствительные электронные датчики инклинометра могут достигать выходного разрешения до 0,0001°; в зависимости от технологии и диапазона углов оно может быть ограничено 0,01°. Однако истинная или абсолютная точность датчика инклинометра (которая представляет собой совокупную общую ошибку) представляет собой комбинацию начальных наборов смещения нуля датчика и чувствительности, линейности датчика, гистерезиса , повторяемости, а также температурных дрейфов нуля и чувствительности - точность электронных инклинометров. обычно может находиться в диапазоне ±0,01–2° в зависимости от датчика и ситуации. Обычно в комнатных условиях точность ограничивается характеристикой линейности датчика.
Инклинометр-моноплан Блерио
Морской настенный инклинометр
Простой клинометр
Цифровой транспортир
Клинометр, предназначенный для ведения огня с закрытых позиций из пулемета Виккерс, около 1918 года.
Механический клинометр уровня с микрометрической регулировкой
Сенсорная технология
[ редактировать ]Датчики наклона и инклинометры генерируют искусственный горизонт и измеряют угловой наклон относительно этого горизонта. Они используются в камерах, средствах управления полетом самолетов, автомобильных системах безопасности и специальных переключателях, а также используются для выравнивания платформы, индикации угла стрелы и в других приложениях, требующих измерения наклона.
Важными характеристиками датчиков наклона и инклинометров, которые следует учитывать, являются диапазон угла наклона и количество осей. Оси обычно, но не всегда, ортогональны . Диапазон угла наклона — это диапазон желаемого линейного выхода.
Распространенными реализациями датчиков наклона и инклинометров являются акселерометр, жидкостно-емкостной датчик , электролитический датчик, газовый пузырь в жидкости и маятник.
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 земли, на которой предстоит застройка.
Некоторые инклинометры оснащены электронным интерфейсом на базе CAN (сеть контроллеров) . Кроме того, эти инклинометры могут поддерживать стандартизированный профиль CANopen (CiA 410). При этом данные инклинометры совместимы и частично взаимозаменяемы.
Двухосевой цифровой инклинометр
[ редактировать ]
Традиционные спиртовые уровни и электронные нивелиры на основе маятника обычно ограничены только одной осью и узким диапазоном измерения наклона. Однако большинство задач точного нивелирования, измерения угла, выравнивания и профилирования плоскостности поверхности по существу связаны с двумерным углом плоскости поверхности, а не с двумя независимыми ортогональными одноосными объектами. Двухосные инклинометры, оснащенные МЭМС- датчиками наклона, обеспечивают одновременные двухмерные показания угла плоскости поверхности, касательной к земной отметке.
Типичные преимущества использования двухосных инклинометров MEMS по сравнению с обычными одноосными «пузырьковыми» или механическими нивелирами могут включать:
- Одновременное измерение двумерных (плоскость XY) углов наклона (т. е. тангажа и крена) может исключить утомительное переключение вперед и назад, возникающее при использовании одноосного уровня, например, для регулировки опор машины для достижения точного положения нивелирования.
- Цифровая компенсация и точная калибровка нелинейности, например, колебаний рабочей температуры, обеспечивают более высокую точность в более широком диапазоне измерений.
- Датчики акселерометра могут генерировать числовые данные в виде профилей вибрации, чтобы установщик машины мог отслеживать и оценивать качество выравнивания в режиме реального времени, а также проверять устойчивость положения конструкции путем сравнения профилей выравнивания до и после ее установки.
Инклинометр с гироскопом
[ редактировать ]Поскольку инклинометры измеряют угол объекта по отношению к силе тяжести, внешние ускорения, такие как быстрые движения, вибрации или удары, могут привести к ошибкам в измерениях наклона. Чтобы решить эту проблему, в дополнение к акселерометру можно использовать гироскоп. Любое из вышеупомянутых ускорений оказывает огромное влияние на акселерометр, но ограниченное влияние на измеряемые скорости вращения гироскопа. Алгоритм может объединить оба сигнала, чтобы получить максимальную отдачу от каждого датчика. Таким образом, можно отделить фактический угол наклона от ошибок, вносимых внешними ускорениями. [3]
Приложения
[ редактировать ]
Инклинометры используются для:
- Определение широты с помощью Полярной звезды (в северном полушарии) или двух звезд созвездия Креста (в южном полушарии).
- Определение угла магнитного поля Земли относительно горизонтальной плоскости.
- Показывает отклонение от истинной вертикали или горизонтали.
- Геодезическая съемка для измерения угла наклона или возвышения.
- Предупреждение оператора оборудования о том, что оно может опрокинуться.
- Измерение углов подъема, уклона или уклона, например, насыпи.
- Измерение небольших различий в уклонах, особенно для геофизики . Такие инклинометры используются, например, для наблюдения за вулканами или для измерения глубины и скорости движения оползней.
- Измерение перемещений стен или земли в проектах гражданского строительства.
- Определение падения пластов или пластов, уклона насыпи или выемки; своего рода отвесный уровень.
- Некоторые автомобильные безопасности . системы
- Индикация тангажа и крена транспортных средств, морских судов и самолетов. См. координатор поворота и индикатор скольжения .
- Контроль угла стрелы кранов и погрузочно-разгрузочных машин.
- Измерение «угла взгляда» спутниковой антенны на спутник.
- Регулировка солнечной панели под оптимальным углом для максимизации ее мощности.
- Измерение угла наклона ленты или цепи при измерении расстояния.
- Измерение высоты здания, дерева или другого объекта с использованием вертикального угла и расстояния (определяемого с помощью ленты или шага) с использованием тригонометрии .
- Измерение угла бурения при каротаже скважин .
- Измерение крена корабля в стоячей воде и крена в бурной воде.
- Измерение крутизны горнолыжного склона .
- Измерение ориентации плоскостей и линий в горных породах в сочетании с циркулем 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, рассчитывает высоту многих вещей, которые иначе были бы недоступны для прямого измерения.
- При измерении и точной настройке угла наклона динамика линейного массива зависает. Подтверждение достигнутого угла с помощью лазера, встроенного в дистанционный инклинометр .
- Настройка правильной ориентации солнечных панелей при установке
- Установка угла обстрела пушки или орудия (определяет дальность полета снаряда)
- Электронные игры
- Помогите предотвратить небезопасные условия труда. [6]
- Лесная Министерства сельского хозяйства США служба использует датчики наклона (или инклинометры) для измерения высоты деревьев в своей программе инвентаризации и анализа лесов .
- В логистике и транспорте также используются индикаторы наклона , это специальная система одноразового использования. Они прикрепляются к товару в процессе доставки.
Игры
[ редактировать ]Nintendo использовала технологию датчика наклона в пяти играх для своей Game Boy серии портативных игровых систем . Датчик наклона позволяет игрокам контролировать аспекты игры, поворачивая игровую систему. Игры, использующие эту функцию:
- Универсальная гравитация Йоши (Game Boy Advance)
- WarioWare: Искажение! (Game Boy Advance) (не выпущен в Европе)
- Головоломка Коро Коро Счастливого Панечу! (Game Boy Advance) (только для Японии)
- Kirby Tilt 'n' Tumble ( Game Boy Color ) (не выпущен в Европе)
- Command Master ( цвет Game Boy ) (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 служит одной из центральных функций пульта Wii Remote от Nintendo и насадки Nunchuk . Наряду с акселерометрами датчики наклона являются основным методом управления в большинстве игр для Wii .
Сейчас его используют во многих различных аспектах, а не только в таких играх, как мотокросс и авиасимуляторы. Его можно использовать для спортивных игр, шутеров от первого лица и других необычных целей, например, в WarioWare: Smooth Moves.
Другой пример — виртуальная версия деревянного лабиринта с препятствиями, в котором вам нужно маневрировать шариком, наклоняя лабиринт. был создан самодельный интерфейс датчика наклона Для Palm (КПК) .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Каролина Спаравинья, Амелия (2013). «Наука Аль-Бируни» . Международный научный журнал . -1 (12): 52–60. arXiv : 1312.7288 . дои : 10.18483/ijSci.364 . ISSN 2305-3925 . S2CID 119230163 .
- ^ «Инклинометр Rieker Inc P-1057» . riekerinc.com . Проверено 7 апреля 2018 г.
- ^ ПОЗИТАЛ. «MEMS-инклинометр от POSITAL: как они работают?» . Позиталь . Проверено 4 января 2017 г.
- ^ «Беспроводная двойная инклинометрия Tracker Freedom® | Беспроводные инструменты Tracker Freedom® | Продукты и решения» . Архивировано из оригинала 3 июля 2013 г. Проверено 19 июля 2013 г.
- ^ «Уклонометр – Цифровые инклинометры – J-Tech Dualer IQ 12-1059» . быстрыймедицинский . Архивировано из оригинала 8 апреля 2018 года . Проверено 7 апреля 2018 г.
- ^ «Новый датчик наклона помогает предотвратить небезопасные условия труда» . www.frederickscompany.com. Архивировано из оригинала 23 сентября 2016 года.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
