مقياس الميل

الموسوعة الحرة
رسم مقياس الميل، متحف جاليليو، فلورنسا
قياس الميل باستخدام جهاز قياس الميل

المِقْيَمِيّ أو المِقْيَمِيّ هو أداة تُستخدم لقياس زوايا ميل أو ارتفاع أو انخفاض جسم ما بالنسبة لاتجاه الجاذبية . يُعرف أيضًا باسم مؤشر الميل ، أو مستشعر الميل ، أو مقياس الميل ، أو منبه الميل ، أو مقياس الميل ، أو مقياس التدرج ، أو مقياس التدرج ، أو مقياس المستوى ، أو مقياس المستوى ، أو مقياس الانحدار ، أو مؤشر الميل والدوران . تقيس المِقْيَمِيّات كلاً من الانحدار والارتفاع باستخدام ثلاث وحدات قياس مختلفة: الدرجات ، والنسب المئوية ، والطوبولوجيا. يُعدّ الأسطرلاب مثالًا على المِقْيَمِيّ الذي استُخدم في الملاحة السماوية وتحديد مواقع الأجرام الفلكية منذ العصور القديمة وحتى عصر النهضة .

يمكن لمستشعر الميل قياس الميل في محورين من مستوى مرجعي. في المقابل، تتطلب الحركة الكاملة ثلاثة محاور على الأقل، وغالبًا مستشعرات إضافية. إحدى طرق قياس زاوية الميل بالنسبة لمستوى الأرض هي استخدام مقياس التسارع . توجد تطبيقات نموذجية في الصناعة ووحدات تحكم الألعاب. في الطائرات، يُشار أحيانًا إلى "الكرة" في مؤشرات الانعطاف والميل باسم مقياس الميل.

تاريخ

مقياس ميل البئر

تشمل أجهزة قياس الميل أمثلةً مثل جهاز ويلز لقياس الميل، الذي يتكون أساسًا من سطح مستوٍ، أو قاعدة، يرتكز عليها، وقرص مجوف نصف مملوء بسائل ثقيل. يحيط بالسطح الزجاجي للقرص مقياس مدرج يُحدد الزاوية التي يقع عليها سطح السائل بالنسبة للقاعدة المستوية. يكون خط الصفر موازيًا للقاعدة، وعندما يقع السائل على هذا الخط، يكون السطح المستوي أفقيًا. أما الزاوية 90 درجة فهي عمودية على القاعدة، وعندما يقع السائل على هذا الخط، يكون السطح المستوي عموديًا أو رأسيًا. تُحدد الزوايا الفاصلة، وبمساعدة جداول تحويل بسيطة ، يُشير الجهاز إلى معدل الانخفاض لكل مسافة محددة من القياس الأفقي، والمسافة المحددة للخط المائل.

أراد البيروني ، العالم الفارسي الموسوعي، قياس ارتفاع الشمس. لم تكن لديه الأدوات اللازمة لذلك، فاضطر إلى رسم قوس مُعاير على ظهر لوحة عدّ، ثم استخدمه كربع دائرة بدائي بمساعدة خيط شاقولي. وحدد خط عرض الموقع باستخدام القياسات التي أخذها بهذه الأداة البسيطة. ويُرجّح أن يكون هذا الربع دائرة قياس ميل مبنية على لوحة ربع الدائرة. [ 1 ]

جهاز أبني هو أداة مسح يدوية تم تطويرها في سبعينيات القرن التاسع عشر، ويتضمن أنبوب رؤية ومقياس ميل، مرتبة بحيث يمكن للمساح محاذاة أنبوب الرؤية (وشعيرته المتقاطعة ) مع انعكاس الفقاعة في ميزان الماء الخاص بمقياس الميل عندما يكون خط النظر عند الزاوية المحددة على مقياس الميل.

كان أحد أشهر تركيبات مقياس الميل موجودًا على لوحة طائرة Ryan NYP " روح سانت لويس " التي تم بناؤها لأول رحلة عبر المحيط الأطلسي بدون توقف - في عام 1927 اختار تشارلز ليندبيرغ مقياس الميل الخفيف الوزن Rieker Inc P-1057 درجة [ 2 ] لتزويده بمعلومات عن زاوية الصعود والهبوط.

الاستخدامات

قياس المسافة عبر مجرى مائي
قياس ارتفاع المبنى

تُستخدم أجهزة قياس الميل المحمولة يدويًا في العديد من مهام المسح والقياس. ففي مسح الأراضي ورسم الخرائط، يُمكن استخدام جهاز قياس الميل لقياس ميل المعالم الجغرافية بسرعة، أو في مسح الكهوف . وفي التنقيب عن المعادن، تُستخدم أجهزة قياس الميل لقياس اتجاه وميل التكوينات الجيولوجية. وفي مجال الغابات، يُمكن قياس ارتفاع الأشجار باستخدام جهاز قياس الميل باتباع أساليب معيارية، بما في ذلك التثليث . وقد تحتوي المدافع الرئيسية على جهاز قياس ميل مُلحق بها لتسهيل توجيه القذائف لمسافات طويلة.

يتم وضع أجهزة قياس الميل المثبتة بشكل دائم في مواقع الأعمال الترابية الرئيسية مثل السدود لمراقبة استقرار الهيكل على المدى الطويل.

دقة

تستطيع بعض أجهزة استشعار الميل الإلكترونية عالية الحساسية تحقيق دقة إخراج تصل إلى 0.0001 درجة؛ وقد تقتصر هذه الدقة على 0.001 درجة، وذلك بحسب التقنية المستخدمة ونطاق الزاوية. مع ذلك، فإن الدقة الحقيقية أو المطلقة لجهاز استشعار الميل (وهي مجموع الخطأ الكلي) هي مزيج من مجموعة أولية من قيم إزاحة الصفر وحساسية الجهاز، وخطية الجهاز، والتخلف ، وقابلية التكرار، وانحرافات درجة الحرارة للصفر والحساسية. تتراوح دقة أجهزة قياس الميل الإلكترونية عادةً بين ±0.01 و2 درجة، وذلك بحسب نوع الجهاز والظروف المحيطة. في الظروف المحيطة العادية، تقتصر الدقة عادةً على مواصفات خطية الجهاز.

تكنولوجيا الاستشعار

تُنشئ مستشعرات الميل ومقاييس الميل أفقًا اصطناعيًا وتقيس زاوية الميل بالنسبة لهذا الأفق. تُستخدم هذه المستشعرات في الكاميرات، وأنظمة التحكم في الطيران، وأنظمة أمن السيارات، والمفاتيح المتخصصة، كما تُستخدم أيضًا لتسوية المنصات، وتحديد زاوية ذراع الرافعة، وفي تطبيقات أخرى تتطلب قياس الميل.

من أهم المواصفات التي يجب مراعاتها في أجهزة استشعار الميل ومقاييس الميل نطاق زاوية الميل وعدد المحاور. عادةً ما تكون المحاور متعامدة ، ولكن ليس دائمًا . نطاق زاوية الميل هو نطاق الخرج الخطي المطلوب.

تشمل التطبيقات الشائعة لأجهزة استشعار الميل والميل مقياس التسارع، والمقياس السعوي السائل ، والمقياس الإلكتروليتي، وفقاعة الغاز في السائل، والبندول.

تم تطبيق تقنية مستشعر الميل في ألعاب الفيديو أيضًا. تعتمد لعبتا Yoshi's Universal Gravitation و Kirby Tilt 'n' Tumble على آلية مستشعر الميل المدمجة في خرطوشة اللعبة. كما تستخدم أجهزة التحكم الخاصة بألعاب PlayStation 3 و Wii خاصية الميل كوسيلة للعب.

تُستخدم أجهزة قياس الميل أيضًا في الهندسة المدنية ، على سبيل المثال، لقياس ميل الأرض المراد البناء عليها.

تُوفر بعض أجهزة قياس الميل واجهة إلكترونية تعتمد على شبكة CAN (شبكة منطقة التحكم) . إضافةً إلى ذلك، قد تدعم هذه الأجهزة معيار CANopen (CiA 410). في هذه الحالة، تكون هذه الأجهزة متوافقة وقابلة للتبديل جزئيًا.

مقياس ميل رقمي ثنائي المحور

مقياس ميل رقمي ثنائي المحور

عادةً ما تقتصر موازين التسوية التقليدية وأجهزة التسوية الإلكترونية القائمة على البندول على محور واحد ونطاق قياس ميل ضيق. مع ذلك، فإن معظم مهام التسوية الدقيقة، وقياس الزوايا، والمحاذاة، وتحديد استواء الأسطح، تتضمن أساسًا قياس زاوية مستوى سطح ثنائي الأبعاد، بدلًا من جسمين مستقلين متعامدين أحاديي المحور. توفر أجهزة قياس الميل ثنائية المحور، المزودة بمستشعرات ميل بتقنية MEMS، قراءات زاوية ثنائية الأبعاد متزامنة لمستوى سطح مماس لمستوى مرجعي أرضي.

تشمل المزايا النموذجية لاستخدام مقاييس الميل ثنائية المحور بتقنية MEMS مقارنةً بأجهزة التسوية التقليدية أحادية المحور "الفقاعية" أو الميكانيكية ما يلي:

  • يمكن للقياس المتزامن لزوايا الميل ثنائية الأبعاد (مستوى XY) (أي الميل والدوران) أن يلغي عملية التبديل ذهابًا وإيابًا المملة التي تحدث عند استخدام مستوى أحادي المحور، على سبيل المثال لضبط قواعد الآلة لتحقيق وضع تسوية دقيق.
  • التعويض الرقمي والمعايرة الدقيقة لعدم الخطية، على سبيل المثال لتغير درجة حرارة التشغيل، مما يؤدي إلى دقة أعلى على نطاق قياس أوسع.
  • قد تقوم مستشعرات التسارع بتوليد بيانات رقمية على شكل ملفات تعريف الاهتزاز لتمكين فني تركيب الآلات من تتبع وتقييم جودة المحاذاة في الوقت الفعلي والتحقق من استقرار وضع الهيكل من خلال مقارنة ملفات تعريف التسوية قبل وبعد تركيبه.

مقياس ميل مزود بجيروسكوب

بما أن أجهزة قياس الميل تقيس زاوية الجسم بالنسبة لقوة الجاذبية، فإن التسارعات الخارجية، كالحركات السريعة والاهتزازات والصدمات، تُدخل أخطاءً في قياسات الميل. وللتغلب على هذه المشكلة، يُمكن استخدام جيروسكوب بالإضافة إلى مقياس التسارع. أي من التسارعات المذكورة أعلاه له تأثير كبير على مقياس التسارع، لكن تأثيره محدود على معدلات دوران الجيروسكوب المقاسة. يمكن لخوارزمية دمج الإشارتين للحصول على أفضل قيمة من كل مستشعر. وبهذه الطريقة، يُمكن فصل زاوية الميل الفعلية عن الأخطاء الناتجة عن التسارعات الخارجية. [ 3 ]

التطبيقات

الرمز المستخدم في الرسومات الجيوتقنية

تُستخدم أجهزة قياس الميلان من أجل:

  • تحديد خط العرض باستخدام نجم القطب الشمالي (في نصف الكرة الشمالي) أو النجمين الموجودين في كوكبة الصليب الجنوبي (في نصف الكرة الجنوبي).
  • تحديد زاوية المجال المغناطيسي للأرض بالنسبة للمستوى الأفقي.
  • إظهار انحراف عن الوضع الرأسي أو الأفقي الحقيقي.
  • المسح ، قياس زاوية الميل أو الارتفاع.
  • تنبيه مشغل المعدات باحتمالية انقلابها.
  • قياس زوايا الارتفاع أو الميل أو الانحدار، على سبيل المثال، السد الترابي.
  • قياس الاختلافات الطفيفة في المنحدرات، وخاصة في مجال الجيوفيزياء . تُستخدم هذه المقاييس للميل، على سبيل المثال، لمراقبة البراكين ، أو لقياس عمق وسرعة حركة الانهيارات الأرضية.
  • قياس الحركات في الجدران أو الأرض في مشاريع الهندسة المدنية.
  • تحديد ميل الطبقات أو الصخور، أو ميل السد أو القطع؛ نوع من أنواع الميزان الرأسي.
  • بعض أنظمة السلامة في السيارات.
  • يشير إلى ميل وانحراف المركبات والسفن والطائرات. انظر منسق الدوران ومؤشر الانزلاق .
  • مراقبة زاوية ذراع الرافعات وآلات مناولة المواد.
  • قياس "زاوية النظر" لهوائي القمر الصناعي باتجاه القمر الصناعي.
  • ضبط اللوحة الشمسية على الزاوية المثلى لزيادة إنتاجها إلى أقصى حد.
  • قياس زاوية ميل شريط القياس أو السلسلة أثناء قياس المسافة.
  • قياس ارتفاع مبنى أو شجرة أو أي معلم آخر باستخدام زاوية رأسية ومسافة (يتم تحديدها عن طريق وضع شريط قياس أو المشي)، باستخدام علم المثلثات .
  • قياس زاوية الحفر في تسجيل الآبار .
  • قياس ميل السفينة في المياه الراكدة وميلها في المياه الهائجة .
  • قياس انحدار منحدر التزلج .
  • قياس اتجاه المستويات والخطوط في الصخور، بالاشتراك مع البوصلة ، في الجيولوجيا البنيوية .
  • قياس مدى الحركة في مفاصل الجسم [ 4 ]
  • قياس زاوية ميل الحوض . تتطلب العديد من قياسات الرقبة والظهر استخدام جهازين لقياس الميل في وقت واحد. [ 5 ]
  • قياس زاوية الارتفاع، وفي النهاية حساب ارتفاعات العديد من الأشياء التي يتعذر الوصول إليها للقياس المباشر.
  • قياس وضبط زاوية تعليق مكبرات الصوت الخطية بدقة . تأكيد الزاوية المُحققة باستخدام ليزر مُدمج في جهاز قياس الميل عن بُعد .
  • ضبط الاتجاه الصحيح للألواح الشمسية أثناء التركيب
  • ضبط زاوية إطلاق المدفع أو البندقية (يحدد مدى المقذوف)
  • الألعاب الإلكترونية
  • المساعدة في منع ظروف العمل غير الآمنة. [ 6 ]
  • تستخدم دائرة الغابات التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية أجهزة استشعار الميل (أو أجهزة قياس الميل) لقياس ارتفاع الأشجار في برنامج جرد وتحليل الغابات التابع لها.
  • تستخدم الخدمات اللوجستية والنقل أيضاً مؤشرات الميل ، وهو نظام خاص للاستخدام لمرة واحدة. يتم تثبيتها على المنتجات أثناء عملية الشحن.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ^ كارولينا سبارافينا ، أميليا (2013). "علم البيروني" . المجلة الدولية للعلوم . -1 (12): 52– 60. أرخايف : 1312.7288 . دوى : 10.18483/ijSci.364 . ISSN 2305-3925 . S2CID 119230163 .  
  2. ↑ "مقياس ميل Rieker Inc P-1057 درجة" . riekerinc.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 أبريل 2018 .
  3. ↑ بوزيتال. "مقياس الميل بتقنية MEMS من بوزيتال: كيف يعمل؟" . بوزيتال . تم الاسترجاع في 4 يناير 2017 .
  4. ↑ "جهاز قياس الميل المزدوج اللاسلكي Tracker Freedom® | أجهزة Tracker Freedom® اللاسلكية | المنتجات والحلول" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 3 يوليو 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يوليو 2013 .
  5. ↑ "مقياس الميل - مقاييس الميل الرقمية - J-Tech Dualer IQ 12-1059" . quickmedical . مؤرشف من الأصل بتاريخ 8 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 أبريل 2018 .
  6. ↑ «مستشعر ميل جديد يساعد على منع ظروف العمل غير الآمنة» . www.frederickscompany.com. مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 سبتمبر 2016.