Инклинометр - Inclinometer

Инклинометр-моноплан Блерио
Компас с инклинометром
Военная модель
Эта статья о статическом измерении наклона. Для динамических измерений см. Наклономер.

An инклинометр или же клинометр является инструмент используется для измерения углов склон (или наклон), высота, или же депрессия объекта по отношению к сила тяжести направление. Он также известен как индикатор наклона, датчик наклона, измеритель наклона, предупреждение об уклоне, измеритель уклона, измеритель градиента, градиентометр, указатель уровня, измеритель уровня, деклинометр, и индикатор тангажа и крена. Клинометры измеряют как наклоны (положительные наклоны, как видит наблюдатель, смотрящий вверх), так и наклоны (отрицательные наклоны, как видит наблюдатель, смотрящий вниз), используя три разных единицы измерения: градусы, процентов, и топо (см. Уклон (уклон) подробнее). Астролябии инклинометры, которые использовались для навигации и определения местоположения астрономических объектов с древних времен до эпохи Возрождения.

А датчик наклона может измерить наклон часто по двум осям базовой плоскости по двум осям. В отличие от этого, для полного движения используются не менее трех осей и часто дополнительные датчики. Один из способов измерения угла наклона относительно земной поверхности - использовать акселерометр. Типичные приложения можно найти в промышленности и в игровых контроллерах. В самолете «мяч» в координаторы поворота или же указатели поворота и крена иногда называют инклинометром.

История

Чертеж инклинометра, музей Галилео, Флоренция.

К инклинометрам относятся такие примеры, как клинометр 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 стоит 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, а когда жидкость стоит на этой линии, плоская сторона перпендикулярна или отвесна. Отмечаются промежуточные углы, и с помощью простых таблицы преобразования, прибор показывает скорость падения на заданное расстояние горизонтального измерения и заданное расстояние наклонной линии.

Клинометр колодца

В Уровень Абни это карманный компьютер геодезия Инструмент, разработанный в 1870-х годах, который включает в себя прицельную трубку и инклинометр, расположенный так, чтобы геодезист мог выровнять прицельную трубку (и ее перекрестие ) с отражением пузыря в духовный уровень инклинометра, когда линия визирования находится под углом, установленным на инклинометре.

Одна из наиболее известных инклинометров была установлена ​​на панели Ryan NYP «Дух Сент-Луиса» - в 1927 году Чарльз Линдберг выбрал легкий инклинометр Rieker Inc P-1057.[1] чтобы дать ему информацию об углах набора высоты и спуска.

Использует

Переносные клинометры используются для множества геодезических и измерительных задач. При топографической съемке и картировании клинометр может обеспечить быстрое измерение наклона географического объекта или использоваться для исследование пещеры. При поисках полезных ископаемых клинометры используются для измерения удар и падение геологических образований. В лесном хозяйстве, измерение высоты дерева может быть выполнено с помощью клинометра стандартными методами. Основной артиллерия Пушки могут иметь связанный клинометр, используемый для облегчения наведения снарядов на большие расстояния.

Постоянно установленный наклономеры устанавливаются на основных земляных сооружениях, таких как плотины, для контроля долгосрочной устойчивости конструкции.

Измерение наклона клинометром

Факторы, влияющие на использование инклинометров

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

  • Сила тяжести
  • Температура (дрейф), смещение нуля, линейность, вибрация, удары, поперечная чувствительность, ускорение / замедление.
  • Требуется прямая видимость между пользователем и измеряемой точкой.
  • Для получения максимальной точности требуется четко определенный объект.
  • Точность измерения углов ограничена значением чуть лучше одной угловой секунды.

Точность

Некоторые высокочувствительные электронные датчики инклинометра могут достигать разрешения до 0,0001 °; в зависимости от технологии и диапазона углов он может быть ограничен 0,01 °. Однако истинная или абсолютная точность датчика инклинометра (которая представляет собой совокупную общую погрешность) представляет собой комбинацию начальных наборов смещения нуля датчика и чувствительности, линейности датчика, гистерезиса, повторяемости, а также температурных дрейфов нуля и чувствительности - точности электронных инклинометров. обычно может находиться в диапазоне ± 0,01–2 ° в зависимости от датчика и ситуации. Обычно в условиях комнатной температуры точность ограничивается характеристиками линейности датчика.

  • Простой клинометр

  • Цифровой транспортир

  • Клинометр предназначен для непрямой огонь возможность с Пулемет Виккерс около 1918 г.

  • Механический клинометр спиртового уровня с микрометрической регулировкой

Сенсорная технология

Датчики наклона и инклинометры генерируют искусственный горизонт и измерьте 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, которые следует учитывать для датчиков наклона и инклинометров, являются диапазон угла наклона и количество осей. Топоры обычно, но не всегда, ортогональный. Диапазон угла наклона - это диапазон желаемой линейной выходной мощности.

Распространенными реализациями датчиков наклона и инклинометров являются акселерометр, Жидкость емкостная, электролитический, газовый пузырь в жидкости и маятник.

Технология датчика наклона также была реализована в видеоиграх. Универсальная гравитация Йоши и Кирби Tilt 'n' Tumble оба построены вокруг механизма датчика наклона, который встроен в картридж. В PlayStation 3 и Wii игровые контроллеры также используют наклон как средство для воспроизведения видеоигр.

Инклинометры также используются в гражданское строительство, например, для измерения наклона земли, на которой будет строиться строительство.

Некоторые инклинометры имеют электронный интерфейс на основе CAN (сеть контроллеров). Кроме того, эти инклинометры могут поддерживать стандартизованные CANopen профиль (CiA 410). В этом случае эти инклинометры совместимы и частично взаимозаменяемы.

Двухосевой цифровой инклинометр

Двухосевой цифровой инклинометр

Традиционные спиртовые уровни и маятниковые электронные нивелиры обычно ограничены только одноосевым и узким диапазоном измерения наклона. Однако большинство задач точного нивелирования, измерения углов, выравнивания и профилирования плоскостности поверхности по существу включают двумерный угол плоскости поверхности, а не два независимых ортогональных объекта с одной осью. Двухосные инклинометры, построенные с МЭМС Датчики наклона обеспечивают одновременное двумерное считывание углов касательной плоскости поверхности к нулевой точке земли.

Типичные преимущества использования двух осей МЭМС инклинометры над обычными одноосными «пузырьковыми» или механическими нивелирами могут включать:

  • Одновременное измерение двумерных (плоскость X-Y) углов наклона (например, тангажа и крена) может устранить утомительную перестановку назад и вперед, возникающую при использовании одноосного уровня, например, для регулировки опор машины для достижения точного положения выравнивания.
  • Цифровая компенсация и точная калибровка нелинейности, например, для изменения рабочей температуры, что приводит к более высокой точности в более широком диапазоне измерения.
  • Датчики акселерометра могут генерировать числовые данные в виде профилей вибрации, чтобы установщик машины мог отслеживать и оценивать качество выравнивания в режиме реального времени и проверять стабильность положения конструкции, сравнивая профили выравнивания до и после ее установки.

Инклинометр с гироскоп

Поскольку инклинометры измеряют угол объекта относительно силы тяжести, внешние ускорения, такие как быстрые движения, вибрации или удары, вносят ошибки в измерения наклона. Чтобы решить эту проблему, можно использовать гироскоп в дополнение к акселерометру. Любое из вышеупомянутых ускорений оказывает огромное влияние на акселерометр, но ограниченно влияет на измеренные скорости вращения гироскопа. Алгоритм может объединить оба сигнала для получения наилучшего значения от каждого датчика. Таким образом можно отделить фактический угол наклона от ошибок, вызванных внешними ускорениями.[2]

Приложения

Символ, используемый в геотехнических чертежах

Инклинометры используются для:

  • Определение широты с помощью Полярная звезда (в Северном полушарии) или две звезды созвездия Crux (в Южном полушарии).
  • Определение угла магнитного поля Земли по отношению к горизонтальной плоскости.
  • Показывает отклонение от истинной вертикали или горизонтали.
  • Геодезия, для измерения угла наклона или подъема.
  • Предупреждение оператора оборудования о том, что оно может опрокинуться.
  • Измерение углов возвышения, уклона или наклона, например набережной.
  • Измерение небольших перепадов уклонов, особенно для геофизика. Такие инклинометры, например, используются для мониторинга вулканы, или для измерения глубины и скорости движения оползня.
  • Измерение перемещений в стенах или земле в проектах гражданского строительства.
  • Определение погружение кроватей или пласт, или откос насыпи, или выемка; своего рода отвес.
  • Некоторые автомобильные безопасность системы.
  • Индикация тангажа и крена транспортных средств, морских судов и самолетов. Видеть координатор поворота и индикатор скольжения.
  • Контроль угла наклона стрелы кранов и погрузчиков.
  • Измерение «угла обзора» спутниковой антенны по отношению к спутнику.
  • Регулировка солнечная панель под оптимальным углом для максимальной производительности.
  • Измерение угла наклона ленты или цепи при измерении расстояния.
  • Измерение высоты здания, дерева или другого объекта с помощью вертикального угла и расстояния (определяемого при помощи ленты или шага) с помощью тригонометрия.
  • Измерение угла сверления в каротаж.
  • Измерение список из корабль в спокойной воде и катиться в бурной воде.
  • Измерение крутизны лыжный склон.
  • Измерение ориентации самолеты и родословные в скалах, в сочетании с компас, в структурная геология.
  • Измерение диапазон движения в суставах тела[3]
  • Измерение угла наклона таз. Многочисленные измерения шеи и спины требуют одновременного использования двух инклинометров.[4]
  • он измеряет угол возвышения и, в конечном итоге, вычисляет высоту многих вещей, недоступных для прямого измерения.
  • Измерение и точная настройка угла линейный массив динамик виснет. Подтверждение угла, достигнутого с помощью лазера, встроенного в выносной инклинометр.
  • Установка правильной ориентации солнечных панелей при установке
  • Установка угла стрельбы пушки или пушки (определяет дальность выстрела)
  • Электронные игры
  • Помогите предотвратить создание небезопасных условий труда.[5]
  • В USDA Лесная служба использует датчики наклона (или инклинометры) для измерения высоты дерева в его Инвентаризация и анализ лесов программа.

Индикаторы наклона представляют собой одноразовые, хотя и многоразовые датчики, прикрепляемые к товарам как часть упаковки во время транспортировки.[6]

Игры

Nintendo использовали технологию датчика наклона в пяти играх для Геймбой серия портативных игровых систем. Датчик наклона позволяет игрокам контролировать аспекты игры, изменяя игровую систему. Игры, в которых используется эта функция:

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

Однако, в отличие от этих других контроллеров, в которых датчик наклона служит дополнением к обычным методам управления, он служит одной из центральных функций Nintendo. Пульт Wii и Приставка нунчук. Наряду с акселерометрами, датчики наклона являются основным методом контроля в большинстве Wii игры.

Сейчас он используется во многих различных аспектах, а не только в играх вроде мотокросс и авиасимуляторы. Его можно использовать для спортивных игр, шутер от первого лица и другие необычные способы использования, например, WarioWare: плавные движения

Другой пример - виртуальная версия деревянного лабиринта с препятствиями, в котором вам нужно маневрировать мячом, наклоняя лабиринт. Интерфейс датчика наклона homebrew был сделан для Palm (КПК).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Rieker Inc P-1057 градусный инклинометр". riekerinc.com. Получено 7 апреля 2018.
  2. ^ ПОЗИТАЛЬНЫЙ. "Инклинометр MEMS от POSITAL: как они работают?". Posital. Получено 2017-01-04.
  3. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2013-07-03. Получено 2013-07-19.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  4. ^ «Инклинометр - Цифровые инклинометры - J-Tech Dualer IQ 12-1059». quickmedical. Получено 7 апреля 2018.
  5. ^ «Новый датчик наклона помогает предотвратить опасные условия труда». www.frederickscompany.com. Архивировано из оригинал 23 сентября 2016 г.
  6. ^ «Индикаторы наклона для хрупких грузов на транспорте». Shockwatch. Архивировано из оригинал 16 июля 2011 г.. Получено 6 июн 2011.

внешняя ссылка