شیب سنج چیست؟

ابزاری جهت سنجش زاویهٔ یک شیب، ارتفاع و یا بلندی یک جسم با توجه به نیروی جاذبه می باشد. این وسیله به نام‌های زاویه سنج (inclinometer)، شیب نما (tilt indicator)، اندازه گیر شیب (slope gauge)، گرادیان سنج (gradient meter or gradiometer)، اندازه گیر سطح (level gauge or level meter)، و نیز انحراف نما (declinometer) شناخته می شود. شیب سنج می تواند هم شیب‌های رو به بالا (شیب مثبت یعنی شیبی که توسط بیننده هنگامی که از پایین به بالا نگاه می کند) و هم شیب رو به پایین (شیب منحنی یعنی شیبی که توسط بیننده هنگامی که توسط بیننده هنگامی که از بالا به پایین نگاه می کند) را اندازه گیری کند. در برخی موارد وسیله ای که در هواپیماها استفاده می گردد و میزان زاویهٔ هواپیما را با افق تعیین می‌کند (Turn Cordinator) نیز به عنوان شیب سنج شناخته می شود.

تاریخچه شیب سنج

شیب سنج‌های اولیه شامل مثال هایی از جمله "شیب سنج well" می شوند (Well's inclinometer). بخش مهم شیب سنج well صفحهٔ ثابت یا پایداری است که زاویه سنج بر آن قرار می گیرد. این دستگاه شامل یک صفحهٔ توخالی می‌باشد که نیمی از آن به وسیلهٔ مایعی سنگین پر شده است و صفحهٔ شیشه ای این دیسک به گونه ای مدرج شده که زاویهٔ سطح مایع را نسبت به صفحهٔ ثابت (پایدار) دستگاه نشان می دهد. خط o.-o. که به صورت مواری با صفحهٔ ثابت قرار دارد بنابراین هنگامی که سطح مایع بر روی این خط قرار می گیرد زاویهٔ صفر درجه اندازه گیری می شود. همچنین خط 90.-90. به صورت عمود بر صفحهٔ ثابت قرار دارد و چنانچه مایع بر روی این خط قرار گیرد می توانیم مطمئن باشیم که زاویهٔ سطح ما 90 درجه است. با اندازه گیری محل قرار گیری مایع در حالت‌های مختلف می توان شیب سنج را مدرج نمود. همچنین می توان از جدول تبدیل (conversion table) برای این منظور استفاده کرد.
سنسورهای شیب سنج دقیق و حساس می توانند در خروجی خود به ریزبینی (resolution) در حد 0.001 درجه دست یابند. (باید توجه داشت که با توجه به تکنولوژی مورد استفاده و رنج زاویهٔ مورد اندازه گیری، این دقت می تواند به 0.01 درجه محدود شود.) لازم به ذکر است که دقت مطلق و نسبی یک سنسور شیب سنج بستگی به افست اولیهٔ سنسور در نقطهٔ صفر، میزان خطی بودن سنسور، هیسترزیس، تکرارپذیری نتیجهٔ اندازه گیری و نیز دریفت حرارتی سنسور در نقطهٔ گذر صفر دارد. در نتیجه این عوامل دقت معمول یک سنسور الکترونیک بین 0.01- و 0.01+ درجه تا 2- و 2+ درجه تغییر می کند. معمولاً در شرایط معمولی (room ambient conditions) دقت یک سنسور محدود به ویژگی خطی بودن آن می شود.

تکنولوژی سنسور در شیب سنج

شیب سنج و به طور کلی تمامی سنسورهاس سنجش شیب یک سطح افقی مجازی (Artificial Horizon) ایجاد کرده و زاویه را نسبت به این سطح افقی مجازی می سنجند. این سنسورها در دوربین ها، سیستم‌های کنترل پرواز هواپیماها، سیستم‌های ایمنی اتومبیل، سکوی پایدار، سیستم نشان دهندهٔ زاویهٔ توپ‌های دریایی (جنگی) و هر شیب دبگری که نیاز به سنجش شیب داشته باشد استفاده می گردند. ویژگی‌های مهمی که هنگام انتخاب یک سنسور شیب سنج بایستی مورد توجه قرار بگیرند، عبارتند از: گسترهٔ زاویهٔ شیب و تعداد محورها (که معمولاً محورهای متعامدند). گسترهٔ زاویه شیب محدوده ای است که سنسور در آن ویژگی خطی بودن خود را حفظ می کند. تکنولوژی‌های متداول در سنسورهای زاویه سنج عبارتند از: مایع خازنی، مایع الکترولیتی، حباب گاز در مایع، و جسم آویخته (آونگ) . تکنولوژی سنسورهای زاویه سنج جای خود را حتی در بازی‌های کامپیوتری باز کرده است. به طوری که Play Station 3 ،Wii از این تکنولوژی در کنترلر خود بهره برده اند. این سنسورها در مهندسی عمران نیز جهت اندازه گیری شیب زمینی که سازه بر روی آن بنا خواهد شد استفاده می گردند.

کاربردهای شیب سنج

زاویه سنج‌ها برای موارد زیر به کار گرفته می شوند:

• تعیین عرض جغرافیایی با استفاده از ستارهٔ قطبی (در نیم کرهٔ شمالی) و دو ستاره از صورت فلکی Crux (در نیم کرهٔ جنوبی)
• تعیین زاویهٔ میدان مغناطیسی زمین نسبت به سطح هموار (مسطح)
• نمایش تغییرات از خط عمود یا افق
• نقشه برداری (جهت اندازه گیری زاویهٔ پستی و بلندی ها)
• جهت هشدار به اپراتور هنگامی که احتمال برخورد یا سقوط وجود دارد.
• اندازه گیری شیب پستی و بلندی‌های خاکریز هنگام احداث سازه‌های عمرانی
• اندازه گیری تغییرات اندک شیب زمین خصوصا در ژئو فیزیک به منظور پیش بینی وقوع آتشفشان
• اندازه گیری خزش دیواره‌ها و سطح زمین در احداث پروژه‌های عمرانی
• برخی سیستم‌های ایمنی خودکار
• اندازه گیری زاویهٔ وسایل نقلیه (مانند هواپیما، اتومبیل و ...) نسبت به سطح افق
• اندازه گیری زاویهٔ دید بین آنتن گیرندهٔ ماهواره و ماهواره
• اندازه گیری زاویهٔ وسیلهٔ اندازه گیری (طناب، زنجیر و ...) به هنگام اندازه گیری فاصله نسبت به سطح افق
• اندازه گیری ارتفاع اجسام با استفاده از روابط مثلثاتی
• اندازه گیری زاویهٔ حفاری به هنگام حفر چاه
• اندازه گیری میزان فراز و فرودهای کشتی در آب‌های آرام و ناآرام
• اندازه گیری سراشیبی به هنگام احداث پیست اسکی
• اندازه گیری میزان آزادی حرکت در مفاصل مختلف بدن
• اندازه گیری زاویهٔ بالاروندگی اجسام و در نهایت محاسبه ارتفاع آن‌ها در شرایطی که دسترسی مستقیم به بالای آن‌ها و اندازه گیری ارتفاعشان با استفاده از روش‌های موجود ممکن نباشد.