Inclinomètre

Un inclinomètre ou clinomètre est un instrument utilisé pour mesurer les angles de pente , d'élévation ou de dépression d'un objet par rapport à la direction de la gravité . Il est également connu sous le nom d' indicateur d'inclinaison , de capteur d'inclinaison , d'inclinomètre , d'alerte de pente , de jauge de pente , de gradientmètre , de gradiomètre , de jauge de niveau , de niveleur , de déclinomètre et d'indicateur de tangage et de roulis . Les clinomètres mesurent à la fois les inclinaisons et les déclinaisons en utilisant trois unités de mesure différentes : les degrés , les points de pourcentage et le topos. L' astrolabe est un exemple d'inclinomètre qui était utilisé pour la navigation céleste et la localisation d' objets astronomiques de l'Antiquité à la Renaissance .

Un capteur d'inclinaison peut mesurer l'inclinaison dans deux axes d'un plan de référence. En revanche, un mouvement complet utiliserait au moins trois axes et souvent des capteurs supplémentaires. Une façon de mesurer l'angle d'inclinaison par rapport au plan terrestre est d'utiliser un accéléromètre . Des applications typiques peuvent être trouvées dans l'industrie et dans les contrôleurs de jeu. Dans les avions, la « boule » dans les coordinateurs de virage ou les indicateurs de virage et d'inclinaison est parfois appelée inclinomètre.

Les inclinomètres comprennent des exemples tels que l'inclinomètre de Wells, dont les parties essentielles sont un côté plat, ou base, sur lequel il repose, et un disque creux à moitié rempli d'un liquide lourd. La face en verre du disque est entourée d'une échelle graduée qui marque l'angle auquel se trouve la surface du liquide, par rapport à la base plate. La ligne zéro est parallèle à la base, et lorsque le liquide se trouve sur cette ligne, le côté plat est horizontal ; le 90 degrés est perpendiculaire à la base, et lorsque le liquide se trouve sur cette ligne, le côté plat est perpendiculaire ou d'aplomb. Les angles intermédiaires sont marqués et, à l'aide de simples tables de conversion , l'instrument indique la vitesse de chute par distance définie de mesure horizontale et la distance définie de la ligne inclinée.

Al-Biruni , un polymathe persan, a un jour voulu mesurer la hauteur du soleil. Il ne disposait pas de l'équipement nécessaire pour mesurer cette hauteur. Il a été contraint de créer un arc calibré au dos d'une planche à compter, qu'il a ensuite utilisé comme un quadrant de fortune à l'aide d'un fil à plomb. Il a déterminé la latitude du lieu à l'aide des mesures prises avec cet outil rudimentaire. Ce quadrant était très probablement un inclinomètre basé sur le panneau en quart de cercle.

Le niveau Abney est un instrument d'arpentage portatif développé dans les années 1870 qui comprend un tube de visée et un inclinomètre, disposés de manière à ce que le géomètre puisse aligner le tube de visée (et son réticule ) avec le reflet de la bulle dans le niveau à bulle de l'inclinomètre lorsque la ligne de visée est à l'angle défini sur l'inclinomètre.

L'une des installations d'inclinomètre les plus célèbres se trouvait sur le panneau du Ryan NYP « The Spirit of St. Louis » - en 1927, Charles Lindbergh a choisi l'inclinomètre léger Rieker Inc P-1057 Degree pour lui donner des informations sur les angles de montée et de descente.

Les clinomètres portatifs sont utilisés pour diverses tâches d'arpentage et de mesure. Dans le domaine de l'arpentage et de la cartographie, un clinomètre peut fournir une mesure rapide de la pente d'un élément géographique ou être utilisé pour l'étude des grottes . Dans la prospection de minéraux, les clinomètres sont utilisés pour mesurer la direction et le pendage des formations géologiques. En foresterie, la mesure de la hauteur des arbres peut être effectuée avec un clinomètre en utilisant des méthodes normalisées, notamment la triangulation . Les principaux canons d'artillerie peuvent être équipés d'un clinomètre associé utilisé pour faciliter la visée des obus sur de longues distances.

Des inclinomètres installés en permanence sont placés sur les grands ouvrages de terrassement tels que les barrages pour surveiller la stabilité à long terme de la structure.

(La précision globale varie en fonction du type de capteur d'inclinaison (ou d'inclinomètre) et de la technologie utilisée)

• Pesanteur
• Température (dérive), décalage du zéro, linéarité, vibration, choc, sensibilité transversale, accélération/décélération.
• Une ligne de visée claire entre l’utilisateur et le point mesuré est nécessaire.
• Un objet bien défini est nécessaire pour obtenir la précision maximale.
• La précision et l'exactitude de la mesure d'angle sont limitées à un peu moins d'une seconde d'arc.

Certains capteurs d'inclinomètre électroniques très sensibles peuvent atteindre une résolution de sortie de 0,0001° ; selon la technologie et la plage d'angle, elle peut être limitée à 0,001°. La précision réelle ou absolue d'un capteur d'inclinomètre (qui est l'erreur totale combinée) est cependant une combinaison des ensembles initiaux de décalage du zéro du capteur et de sensibilité, de linéarité du capteur, d'hystérésis , de répétabilité et des dérives de température du zéro et de la sensibilité. La précision des inclinomètres électroniques peut généralement varier de ±0,01 à 2° selon le capteur et la situation. En général, dans des conditions ambiantes ambiantes, la précision est limitée à la spécification de linéarité du capteur.

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  Inclinomètre Monoplan Blériot
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  Inclinomètre mural nautique
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  Clinomètre simple
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  Rapporteur numérique
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  Clinomètre conçu pour permettre le tir indirect avec une mitrailleuse Vickers vers 1918
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  Niveau à bulle mécanique clinomètre avec réglage micrométrique

Les capteurs d'inclinaison et les inclinomètres génèrent un horizon artificiel et mesurent l'inclinaison angulaire par rapport à cet horizon. Ils sont utilisés dans les caméras, les commandes de vol des avions, les systèmes de sécurité automobile et les commutateurs spéciaux. Ils sont également utilisés pour la mise à niveau des plates-formes, l'indication de l'angle de la flèche et dans d'autres applications nécessitant la mesure de l'inclinaison.

Les spécifications importantes à prendre en compte pour les capteurs d'inclinaison et les inclinomètres sont la plage d'angle d'inclinaison et le nombre d'axes. Les axes sont généralement, mais pas toujours, orthogonaux . La plage d'angle d'inclinaison correspond à la plage de sortie linéaire souhaitée.

Les implémentations courantes des capteurs d'inclinaison et des inclinomètres sont l'accéléromètre, le capteur capacitif liquide , l'électrolytique, la bulle de gaz dans le liquide et le pendule.

La technologie du capteur d'inclinaison a également été mise en œuvre dans les jeux vidéo. Yoshi's Universal Gravitation et Kirby Tilt 'n' Tumble sont tous deux construits autour d'un mécanisme de capteur d'inclinaison, intégré à la cartouche. Les manettes de jeu PlayStation 3 et Wii utilisent également l'inclinaison comme moyen de jouer aux jeux vidéo.

Les inclinomètres sont également utilisés en génie civil , par exemple pour mesurer l'inclinaison d'un terrain à construire.

Certains inclinomètres disposent d'une interface électronique basée sur le protocole CAN (Controller Area Network) . De plus, ces inclinomètres peuvent prendre en charge le profil normalisé CANopen (CiA 410). Dans ce cas, ces inclinomètres sont compatibles et partiellement interchangeables.

Les niveaux à bulle traditionnels et les instruments de nivellement électroniques à pendule sont généralement limités par une plage de mesure d'inclinaison mono-axe étroite. Cependant, la plupart des tâches de nivellement de précision, de mesure d'angle, d'alignement et de profilage de planéité de surface impliquent essentiellement un angle de plan de surface bidimensionnel plutôt que deux objets orthogonaux indépendants à axe unique. Les inclinomètres à deux axes construits avec des capteurs d'inclinaison MEMS fournissent des lectures d'angle bidimensionnelles simultanées d'un plan de surface tangent au référentiel terrestre.

Les avantages typiques de l'utilisation d'inclinomètres MEMS à deux axes par rapport aux instruments de nivellement mécaniques ou à « bulle » à axe unique conventionnels peuvent inclure :

• La mesure simultanée des angles d'inclinaison bidimensionnels (plan XY) (c'est-à-dire tangage et roulis) peut éliminer les échanges fastidieux rencontrés lors de l'utilisation d'un niveau à axe unique, par exemple pour ajuster les semelles de la machine afin d'obtenir une position de nivellement précise.
• Compensation numérique et étalonnage précis pour la non-linéarité, par exemple pour la variation de température de fonctionnement, ce qui permet d'obtenir une plus grande précision sur une plage de mesure plus large.
• Les capteurs d'accéléromètre peuvent générer des données numériques sous forme de profils de vibration pour permettre à un installateur de machine de suivre et d'évaluer la qualité de l'alignement en temps réel et de vérifier la stabilité positionnelle d'une structure en comparant les profils de nivellement avant et après sa mise en place.

Les inclinomètres mesurant l'angle d'un objet par rapport à la force de gravité, les accélérations externes telles que les mouvements rapides, les vibrations ou les chocs induisent des erreurs dans les mesures d'inclinaison. Pour surmonter ce problème, il est possible d'utiliser un gyroscope en plus d'un accéléromètre. Chacune des accélérations mentionnées ci-dessus a un impact énorme sur l'accéléromètre, mais un effet limité sur les taux de rotation mesurés du gyroscope. Un algorithme peut combiner les deux signaux pour obtenir la meilleure valeur de chaque capteur. De cette façon, il est possible de séparer l'angle d'inclinaison réel des erreurs introduites par les accélérations externes.

Les inclinomètres sont utilisés pour :

• Déterminer la latitude en utilisant Polaris (dans l'hémisphère nord) ou les deux étoiles de la constellation Crux (dans l'hémisphère sud).
• Détermination de l'angle du champ magnétique terrestre par rapport au plan horizontal.
• Montrant un écart par rapport à la vraie verticale ou horizontale.
• Arpentage , mesurer un angle d'inclinaison ou d'élévation.
• Alerter l’opérateur d’un équipement qu’il risque de basculer.
• Mesure des angles d'élévation, de pente ou d'inclinaison, par exemple d'un remblai.
• Mesure de légères différences de pentes, notamment pour la géophysique . De tels inclinomètres sont par exemple utilisés pour la surveillance des volcans ou pour mesurer la profondeur et la vitesse des mouvements de glissements de terrain.
• Mesure des mouvements dans les murs ou le sol dans les projets de génie civil.
• Déterminer l' inclinaison des lits ou des strates, ou la pente d'un remblai ou d'une tranchée ; une sorte de niveau à plomb.
• Certains systèmes de sécurité automobile.
• Indication du tangage et du roulis des véhicules, des embarcations et des avions. Voir coordinateur de virage et indicateur de glissement .
• Surveillance de l'angle de la flèche des grues et des manutentionnaires.
• Mesure de « l'angle de vision » d'une antenne satellite vers un satellite.
• Ajuster un panneau solaire à l’angle optimal pour maximiser son rendement.
• Mesure de l'angle de pente d'un ruban ou d'une chaîne lors de la mesure de distance.
• Mesurer la hauteur d'un bâtiment, d'un arbre ou d'un autre élément à l'aide d'un angle vertical et d'une distance (déterminée par bande ou par arpentage), en utilisant la trigonométrie .
• Mesure de l'angle de forage lors de la diagraphie des puits .
• Mesure de la gîte d'un navire en eau calme et du roulis en eau agitée.
• Mesure de la pente d'une piste de ski .
• Mesure de l'orientation des plans et des linéations dans les roches, en combinaison avec une boussole , en géologie structurale .
• Mesure de l'amplitude des mouvements des articulations du corps
• Mesure de l'angle d'inclinaison du bassin . De nombreuses mesures du cou et du dos nécessitent l'utilisation simultanée de deux inclinomètres.
• il mesure l'angle d'élévation et, en fin de compte, calcule les altitudes de nombreuses choses autrement inaccessibles à une mesure directe.
• Mesure et réglage précis de l'angle de suspension des enceintes line array . Confirmation de l'angle obtenu grâce à l'utilisation d'un laser intégré à l'inclinomètre à distance.
• Réglage de l'orientation correcte des panneaux solaires lors de l'installation
• Réglage de l'angle de tir d'un canon ou d'une arme à feu (détermine la portée du projectile)
• Jeux électroniques
• Aidez à prévenir les conditions de travail dangereuses.
• Le service forestier de l'USDA utilise des capteurs d'inclinaison (ou inclinomètres) pour mesurer la hauteur des arbres dans son programme d'inventaire et d'analyse des forêts.
• La logistique et le transport utilisent également des indicateurs d'inclinaison , il s'agit d'un système spécifique à usage unique. Ils sont fixés aux produits pendant le processus d'expédition.

Nintendo a utilisé la technologie du capteur d'inclinaison dans cinq jeux de sa série de consoles de jeux portables Game Boy . Le capteur d'inclinaison permet aux joueurs de contrôler certains aspects du jeu en faisant tourner la console. Jeux qui utilisent cette fonctionnalité :

• Gravitation universelle de Yoshi (Game Boy Advance)
• WarioWare: Twisted! (Game Boy Advance) (non commercialisé en Europe)
• Puzzle Koro Koro Joyeux Panechu ! (Game Boy Advance) (Japon uniquement)
• Kirby Tilt 'n' Tumble ( Game Boy Color ) (non commercialisé en Europe)
• Command Master ( Game Boy Color ) (Japon uniquement)

Des capteurs d'inclinaison peuvent également être trouvés dans les contrôleurs de jeu tels que le Microsoft Sidewinder Freestyle Pro et le contrôleur PlayStation 3 de Sony .

Cependant, contrairement à ces autres manettes dans lesquelles le capteur d'inclinaison sert de complément aux méthodes de contrôle normales, il constitue l'une des fonctionnalités centrales de la télécommande Wii de Nintendo et de l' accessoire Nunchuk . Avec les accéléromètres, les capteurs d'inclinaison sont une méthode de contrôle principale dans la plupart des jeux Wii .

Il est désormais utilisé dans de nombreux domaines différents, au-delà des jeux comme le motocross et les simulateurs de vol. Il peut être utilisé pour les jeux de sport, les jeux de tir à la première personne et d'autres utilisations étranges comme dans WarioWare: Smooth Moves

Un autre exemple est une version virtuelle d'un labyrinthe en bois avec des obstacles dans lequel il faut manœuvrer une balle en inclinant le labyrinthe. Une interface de capteur d'inclinaison maison a été réalisée pour le Palm (PDA) .