Clinómetro

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

Un sensor de inclinación puede medir la inclinación en dos ejes de un plano de referencia en dos ejes. En cambio, 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 de tierra es utilizar un acelerómetro . Se pueden encontrar aplicaciones típicas en la industria y en los controladores de juegos. En los aviones, la "bola" de los coordinadores de virajes o indicadores de viraje y alabeo a veces se denomina inclinómetro.

Los inclinómetros incluyen ejemplos como el clinómetro de Wells, cuyas partes esenciales son un lado plano, o base, sobre el que se apoya, y un disco hueco lleno hasta la mitad con algún líquido pesado. La cara de vidrio del disco está rodeada por 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 se encuentra sobre esa línea, el lado plano es horizontal; el 90 grados es perpendicular a la base, y cuando el líquido se encuentra sobre esa línea, el lado plano es perpendicular o vertical. Los ángulos intermedios están marcados y, con la ayuda de tablas de conversión simples , el instrumento indica la velocidad de caída por distancia establecida de medición horizontal y la distancia establecida de la línea inclinada.

Al-Biruni , un erudito persa, quiso medir la altura del sol, pero no contaba con el equipo necesario para ello. Se vio obligado a crear un arco calibrado en la parte posterior de una tabla de contar, que luego utilizó como cuadrante improvisado con la ayuda de una plomada. Determinó la latitud del lugar utilizando las medidas tomadas con esta herramienta rudimentaria. Lo más probable es que este cuadrante fuera un inclinómetro basado en el panel de un cuarto de círculo. ^[1]

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 cruz ) 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 inclinómetros más famosas fue la del panel "The Spirit of St. Louis" de Ryan NYP: en 1927, Charles Lindbergh eligió el liviano inclinómetro Rieker Inc P-1057 Degree ^[2] para obtener información sobre los ángulos de ascenso y descenso.

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

Los inclinómetros instalados permanentemente se colocan en movimientos de tierra importantes, como presas, para monitorear la estabilidad a largo plazo de la estructura.

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

• Gravedad
• Temperatura (deriva), desplazamiento cero, linealidad, vibración, choque, sensibilidad entre ejes, aceleración/desaceleración.
• Se necesita una línea de visión clara entre el usuario y el punto medido.
• Se requiere un objeto bien definido para obtener la máxima precisión.
• La precisión y exactitud de la medición del ángulo están limitadas a poco más de un segundo de arco.

Algunos sensores de inclinómetro electrónicos de alta sensibilidad pueden alcanzar una resolución de salida de hasta 0,0001°; dependiendo de la tecnología y el rango de ángulo, puede estar limitada a 0,001°. Sin embargo, la precisión verdadera o absoluta de un sensor de inclinómetro (que es el error total combinado) es una combinación de los conjuntos iniciales de compensación de cero y sensibilidad del sensor, linealidad del sensor, histéresis , repetibilidad y las desviaciones de temperatura de cero y sensibilidad; la precisión de los inclinómetros electrónicos puede variar típicamente de ±0,01 a 2° dependiendo del sensor y la situación. Por lo general, en condiciones ambientales de la habitación, la precisión está limitada a la especificación de linealidad del sensor.

• 
  Inclinómetro monoplano Blériot
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  Inclinómetro de pared náutico
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  Clinómetro simple
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  Transportador digital
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  Clinómetro diseñado para permitir la capacidad de fuego indirecto con una ametralladora Vickers alrededor de 1918
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  Clinómetro mecánico de nivel de burbuja con ajuste micrométrico

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 aeronaves, sistemas de seguridad de automóviles e interruptores especiales, y también se utilizan para nivelar plataformas, indicar el ángulo de la pluma y en otras aplicaciones que requieren la medición de la inclinación.

Las especificaciones importantes que se deben tener en cuenta para los sensores de inclinación y los inclinómetros son el rango del ángulo de inclinación y la cantidad de ejes. Los ejes suelen ser ortogonales , aunque no siempre . El rango del ángulo de inclinación es el rango de salida lineal deseada.

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

La tecnología de sensores de inclinación también se ha implementado en los videojuegos. Yoshi's Universal Gravitation y Kirby Tilt 'n' Tumble están diseñados en torno a un mecanismo de sensor de inclinación, que está integrado en el cartucho. Los mandos de PlayStation 3 y Wii también utilizan la inclinación como medio para jugar a videojuegos.

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

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

Los niveles de burbuja tradicionales y los instrumentos de nivelación electrónicos basados ​​en péndulo suelen estar 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 de plano de superficie bidimensional en lugar de dos objetos ortogonales independientes de un solo eje. Los inclinómetros de dos ejes que se construyen con sensores de inclinación MEMS brindan lecturas simultáneas de ángulos bidimensionales de un plano de superficie tangente al punto de referencia terrestre.

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

• La medición simultánea de ángulos de inclinación bidimensionales (plano XY) (es decir, cabeceo y balanceo) puede eliminar el tedioso intercambio de ida y vuelta que se experimenta cuando se utiliza un nivel de un solo eje, por ejemplo, para ajustar las bases de la máquina para lograr una posición de nivelación precisa.
• Compensación digital y calibración precisa para no linealidad, por ejemplo para variación de temperatura de funcionamiento, lo que resulta en una mayor precisión en un rango de medición más amplio.
• Los sensores del acelerómetro pueden generar datos numéricos en forma de perfiles de vibración para permitir que un instalador de máquinas rastree 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.

Como los inclinómetros miden el ángulo de un objeto con respecto a la fuerza de la 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. ^[3]

Los inclinómetros se utilizan para:

• Determinar la latitud utilizando Polaris (en el hemisferio norte) o las dos estrellas de la constelación Crux (en el hemisferio sur).
• Determinación del ángulo del campo magnético de la Tierra con respecto al plano horizontal.
• Mostrando una desviación de la vertical u horizontal verdadera.
• Topografía , medir un ángulo de inclinación o elevación.
• Alertar al operador del equipo de que éste podría volcarse.
• Medición de ángulos de elevación, pendiente o inclinación, por ejemplo de un terraplén.
• Medición de pequeñas diferencias en pendientes, especialmente para fines geofísicos . 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 suelos en proyectos de ingeniería civil.
• Determinación de la inclinación de estratos o capas, o la pendiente de un terraplén o corte; 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 .
• Monitoreo del ángulo de la pluma de grúas y manipuladores de materiales.
• Medición del "ángulo de visión" de una antena de satélite hacia un satélite.
• Ajustar un panel solar al ángulo óptimo para maximizar su rendimiento.
• Medición del ángulo de pendiente de una cinta o cadena durante la medición de distancia.
• Medir la altura de un edificio, árbol u otro elemento utilizando un ángulo vertical y una distancia (determinada con cinta métrica o con el ritmo), utilizando trigonometría .
• Medición del ángulo de perforación en el registro de pozos .
• Medición de la escora de un barco en aguas tranquilas y del balanceo en aguas turbulentas.
• Medición de la pendiente 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]
• Mide el ángulo de elevación y, en última instancia, calcula las altitudes de muchas cosas que de otro modo serían inaccesibles para la medición directa.
• Medición y ajuste fino del ángulo de suspensión de los altavoces de matriz lineal . Confirmación del ángulo obtenido mediante el uso de 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
• Ayude 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. Se colocan en los productos durante el proceso de envío.

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

• Gravitación universal de Yoshi (Game Boy Advance)
• WarioWare: Twisted! (Game Boy Advance) (no se lanzó en Europa)
• Koro Koro Puzzle Happy Panechu! (Game Boy Advance) (solo en Japón)
• Kirby Tilt 'n' Tumble ( Game Boy Color ) (no lanzado en Europa)
• Command Master ( Game Boy Color ) (solo Japón)

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

Sin embargo, a diferencia de estos otros mandos en los que el sensor de inclinación sirve como complemento a los métodos de control normales, es una de las características principales del mando Wii de Nintendo y del accesorio Nunchuk . Junto con los acelerómetros, los sensores de inclinación son un método de control principal en la mayoría de los juegos de Wii .

Ahora se utiliza en muchos aspectos diferentes, en lugar de solo en juegos como motocross y simuladores de vuelo. Se puede utilizar para juegos deportivos, juegos de disparos en 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 el que hay que maniobrar una pelota inclinando el laberinto. Se creó una interfaz casera con sensor de inclinación para Palm (PDA) .

• Grado (pendiente)
• Goniómetro
• Hipsómetro
• Inclinómetros capacitivos líquidos
• Teodolito
• Inclinómetro

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• Blog sobre inclinómetros: información general sobre inclinómetros
• Inclinómetro MEMS y especificaciones técnicas
• Inclinómetros Archivado el 22 de febrero de 2019 en Wayback Machine