Clinómetro

Un inclinómetro o clinómetro es un instrumento que se utiliza 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 e indicador de cabeceo y balanceo . Los clinómetros miden tanto pendientes como descensos 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 de un plano de referencia en dos ejes, generalmente. En cambio, un sensor de movimiento completo utilizaría al menos tres ejes y, a menudo, sensores adicionales. Una forma de medir el ángulo de inclinación con respecto al plano terrestre es mediante un acelerómetro . Sus aplicaciones típicas se encuentran en la industria y en los controladores de videojuegos. En la aviación, la esfera de los coordinadores de viraje o indicadores de viraje y alabeo se denomina a veces inclinómetro.

Entre los inclinómetros se incluye el inclinómetro de Wells, cuyas partes esenciales son una base plana sobre la que se apoya y un disco hueco lleno hasta la mitad con un líquido denso. La superficie de vidrio del disco está rodeada por una escala graduada que marca el ángulo de inclinación del líquido con respecto a la base plana. La línea cero es paralela a la base, y cuando el líquido se encuentra sobre ella, la base plana está horizontal; la línea de 90 grados es perpendicular a la base, y cuando el líquido se encuentra sobre ella, la base plana está perpendicular o vertical. Se marcan los ángulos intermedios y, con la ayuda de tablas de conversión sencillas , el instrumento indica la pendiente por cada distancia horizontal y por cada distancia de la línea inclinada.

Al-Biruni , un polímata persa, quiso medir la altura del sol. Carecía del equipo necesario para ello, por lo que tuvo que crear un arco calibrado en el reverso de un tablero de cálculo, que luego utilizó como cuadrante improvisado con la ayuda de una plomada. Determinó la latitud del lugar utilizando las mediciones tomadas con esta herramienta rudimentaria. Este cuadrante era probablemente un inclinómetro basado en el panel de cuarto de círculo. ^{[ 1 ]}

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

Una de las instalaciones de inclinómetro más famosas estaba en el panel del avión Ryan NYP " The Spirit of St. Louis ", construido para el primer vuelo transatlántico sin escalas. En 1927, Charles Lindbergh eligió el inclinómetro ligero Rieker Inc P-1057 Degree ^{[ 2 ]} para obtener información sobre el ángulo de ascenso y descenso.

Los clinómetros portátiles se utilizan para diversas tareas de topografía y medición. En topografía y cartografía, un clinómetro permite medir rápidamente la pendiente de un accidente geográfico o se utiliza para el estudio de cuevas . En la prospección de minerales, se emplean para medir la dirección y el buzamiento de las formaciones geológicas. En silvicultura, la altura de los árboles se puede medir con un clinómetro mediante métodos estandarizados, como la triangulación . Los cañones de artillería de gran calibre pueden incorporar un clinómetro para facilitar el apuntamiento de proyectiles a larga distancia.

En las principales obras de movimiento de tierras, como las presas, se instalan inclinómetros de forma permanente para controlar la estabilidad a largo plazo de la estructura.

Ciertos sensores inclinómetros electrónicos de alta sensibilidad pueden alcanzar una resolución de salida de hasta 0,0001°; dependiendo de la tecnología y el rango angular, puede estar limitada a 0,001°. Sin embargo, la precisión real o absoluta de un inclinómetro (que es el error total combinado) es una combinación de los ajustes iniciales de cero y sensibilidad del sensor, la linealidad, la histéresis , la repetibilidad y las variaciones de temperatura del cero y la sensibilidad. La precisión de los inclinómetros electrónicos suele oscilar entre ±0,01 y 2°, según el sensor y la situación. Normalmente, en condiciones ambientales de habitación, la precisión se limita a la especificación de linealidad del sensor.

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  Inclinómetro monoplano Blériot
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  Inclinómetro náutico de pared
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  Clinómetro simple
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  transportador digital
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  Clinómetro diseñado para permitir el fuego indirecto con una ametralladora Vickers, alrededor de 1918.
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  Nivel mecánico con clinómetro y ajuste micrométrico

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

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

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

La tecnología de sensores de inclinación también se ha implementado en videojuegos. Juegos como Yoshi's Universal Gravitation y Kirby Tilt 'n' Tumble se basan en un mecanismo de sensor de inclinación integrado en el cartucho. Los mandos de PlayStation 3 y Wii también utilizan la inclinación para jugar.

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 ofrecen una interfaz electrónica basada en CAN (Controller Area Network) . Además, estos inclinómetros pueden ser compatibles con el perfil CANopen estandarizado (CiA 410). En este caso, son compatibles y parcialmente intercambiables.

Los niveles de burbuja tradicionales y los instrumentos de nivelación electrónica basados ​​en péndulo suelen estar limitados a un solo eje y un rango de medición de inclinación estrecho. 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 de 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 angulares bidimensionales simultáneas de un plano de superficie tangente al plano de referencia terrestre.

Las ventajas típicas de utilizar inclinómetros MEMS de dos ejes en comparación con los instrumentos de nivelación mecánicos o de "burbuja" convencionales de un solo eje pueden incluir:

• La medición simultánea de los ángulos de inclinación bidimensionales (plano XY), es decir, cabeceo y balanceo, puede eliminar el tedioso ir y venir que se produce al utilizar un nivel de un solo eje, por ejemplo, para ajustar las bases de la máquina y lograr una posición de nivelación precisa.
• Compensación digital y calibración precisa para la no linealidad, por ejemplo, para la variación de la temperatura de funcionamiento, lo que da como resultado una mayor precisión en un rango de medición más amplio.
• Los sensores acelerómetros pueden generar datos numéricos en forma de perfiles de vibración para permitir que un instalador de maquinaria realice un seguimiento y evalúe la calidad de la alineación en tiempo real y verifique la estabilidad posicional de una estructura comparando los perfiles de nivelación antes y después de su instalación.

Dado que los inclinómetros miden el ángulo de un objeto con respecto a la fuerza de la gravedad, las aceleraciones externas, como movimientos rápidos, vibraciones o golpes, introducen errores en las mediciones de inclinación. Para superar este problema, es posible utilizar un giroscopio además de un acelerómetro. Cualquiera de las aceleraciones mencionadas tiene un gran impacto en el acelerómetro, pero un efecto limitado en las velocidades de rotación medidas por el 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. ^{[ 3 ]}

Los inclinómetros se utilizan para:

• Determinar la latitud utilizando Polaris (en el hemisferio norte) o las dos estrellas de la constelación de Crux (en el hemisferio sur).
• Determinar el ángulo del campo magnético terrestre con respecto al plano horizontal.
• Que muestra una desviación de la vertical u horizontal verdadera.
• Topografía , para medir un ángulo de inclinación o elevación.
• Alertar al operador del equipo de que podría volcarse.
• Medición de ángulos de elevación, pendiente o inclinación, por ejemplo, de un terraplén.
• Medir pequeñas diferencias en las pendientes, especialmente en geofísica . Estos inclinómetros se utilizan, por ejemplo, para monitorear volcanes o para medir la profundidad y la velocidad del movimiento de deslizamientos de tierra.
• Medición de movimientos en muros o en el terreno en proyectos de ingeniería civil.
• Determinar la inclinación de los estratos o capas, o la pendiente de un terraplén o talud; una especie de nivel de plomada.
• Algunos sistemas de seguridad automotriz .
• Indica el cabeceo y el balanceo de vehículos, embarcaciones y aeronaves. Véase coordinador de viraje e indicador de deslizamiento .
• Supervisar el ángulo de la pluma de las grúas y las manipuladoras de materiales.
• Medir el "ángulo de visión" de una antena satelital hacia un satélite.
• Ajustar un panel solar al ángulo óptimo para maximizar su producción.
• Medir el ángulo de inclinación de una cinta métrica o cadena durante la medición de distancias.
• Medir la altura de un edificio, árbol u otro elemento utilizando un ángulo vertical y una distancia (determinada mediante cinta métrica o a pasos), utilizando trigonometría .
• Medición del ángulo de perforación en el registro de pozos .
• Medir la escora de un barco en aguas tranquilas y el balanceo en aguas agitadas.
• Medir la inclinación de una pista de esquí .
• Medición de la orientación de planos y lineaciones en rocas, en combinación con una brújula , en geología estructural .
• Medición del rango de movimiento en las articulaciones del cuerpo ^{[ 4 ]}
• Medición del ángulo de inclinación de la pelvis . Numerosas mediciones del cuello y la espalda requieren el uso simultáneo de dos inclinómetros. ^{[ 5 ]}
• Medir el ángulo de elevación y, en última instancia, calcular las altitudes de muchas cosas que de otro modo serían inaccesibles para la medición directa.
• Medición y ajuste preciso del ángulo de suspensión de los altavoces line array . Confirmación del ángulo alcanzado mediante un láser integrado en el inclinómetro remoto .
• Establecer la orientación correcta de los paneles solares durante la instalación.
• Ajuste del ángulo de disparo de un cañón o arma (determina el alcance del proyectil)
• Juegos electrónicos
• Ayudar a prevenir condiciones de trabajo inseguras. ^{[ 6 ]}
• El Servicio Forestal del USDA utiliza sensores de inclinación (o inclinómetros) para medir la altura de los árboles en su programa de Inventario y Análisis Forestal .
• En logística y transporte también se utilizan indicadores de inclinación ; se trata de un sistema específico de un solo uso. Estos se fijan a los productos durante el proceso de envío.

• Pendiente (inclinación)
• Goniómetro
• Hipsómetro
• inclinómetros capacitivos líquidos
• Teodolito
• inclinómetro
• Recorrido y elevación

• Blog sobre inclinómetros: información general sobre inclinómetros
• Inclinómetro MEMS y especificaciones técnicas
• Inclinómetros archivados el 22/02/2019 en Wayback Machine .