شیب سنج

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.

سنسورهای این دستگاه دقیق و حساسند و می توانند در خروجی خود به ریزبینی (resolution) در حد ۰/۰۰۱ درجه دست یابند. (باید توجه داشت که با توجه به تکنولوژی مورد استفاده و رنج زاویه ی مورد اندازه گیری، این دقت می تواند به ۰/۰۱ درجه محدود شود.) لازم به ذکر است که دقت مطلق و نسبی یک سنسور شیب‌سنج بستگی به افست اولیه ی سنسور در نقطه ی صفر ، میزان خطی بودن سنسور، تکرارپذیری نتیجه اندازه گیری و نیز دریفت حرارتی سنسور در نقطه ی گذر صفر دارد. در نتیجه این عوامل دقت معمول یک سنسور الکترونیک بین ۰/۰۱ – و۰/۰۱+ درجه تا ۲- و ۲+ درجه تغییر می کند. معمولاً در شرایط معمولی دقت یک سنسور محدود به ویژگی خطی بودن آن می شود.

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. 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.

کاربرد شیب‌سنج

• نقشه‌برداری
• اندازه‌گیری شیب و پستی و بلندی‌های خاکریز
• تعیین عرض جغرافیایی
• تعیین زاویه‌ی مغناطیس
• اندازه‌گیری سراشیبی
• اندازه‌گیری زاویه‌ی حفاری
• اندازه‌گیری تغییرات اندک شیب زمین
• مشخص کردن حرکات و تغییرات زمین و خاک
• بررسی پایداری سدها
• در معادن

انواع سنسور شیب

۱-سنسور تعادل نیرو
این سنسورها سنسورهای ارجاع شده به جاذبه هستند و برای اندازه گیری شتاب DC مانند کشتی ها ، وسایل نقلیه ، هواپیماها و حوادث لرزه ای پیش بینی می شوند. این سنسورها اغلب در شیب سنج ها استفاده می شوند. سنسورهای تعادل نیرو قادر به اندازه گیری سطح از ۰٫۰۰۰۱ گرم تا ۲۰۰ گرم هستند و دامنه فرکانس آن از DC تا ۱۰۰۰Hz است. از مزایای این سنسورها می توان به دقت بالا ، تغییر در اندازه گیری گسترده ، عدم حساسیت به تغییر دما و دقت زیاد آنها اشاره کرد. عیب این سنسور هزینه بالای آن است.

۲-سنسور MEMS
حالت جامد MEMS سنسورهای کوچکی هستند زیرا از صفحاتی تشکیل شده اند که از طریق سیستم تعلیق مکانیکی به یک قاب مرجع متصل می شوند. این یک روش ترکیب اجزای مکانیکی و الکتریکی با هم بر روی یک تراشه برای تولید یک سیستم از ابعاد کوچک است. سنسورهای MEMS اجزای اصلی بسیاری از کاربردهای پزشکی ، صنعتی ، هوافضا ، مصرف کننده و خودرو هستند. از این سنسورها در تلفن های هوشمند ، بازی ها ، آزمایش های پزشکی و ماهواره ها استفاده می شود.

۳-سنسور الکترولیتی
این سنسور برای اندازه گیری یک زاویه استفاده می شود و ممکن است زاویه در درجه ، بیان شود. سنسورهای الکترولیتی در بسیاری از کاربردها اندازه گیری  بسیار دقیق را ایجاد می کنند. این سنسورها به راحتی، دقت و اندازه کوچک خود را حفظ می کنند. این حسگرها با استفاده از حفره ای پر از مایع یا لیوان کار می کنند. مایع بین یک الکترود مثبت و منفی مشترک عمل می کند. وقتی سنسور الکترولیتی تراز می شود ، هر دو الکترود مثبت و منفی به طور مداوم در مایع غوطه ور می شوند و یک خروجی سیگنال متعادل تولید می کنند. هنگامی که سنسور چرخانده می شود ، عدم تعادل بین دو الکترود ایجاد می شود. بنابراین ، عدم تعادل هر یک از الکترودها متناسب با زاویه چرخش است.

۴-سنسورهای شیب خازنی
این نوع سنسورها برای اندازه گیری غیر تماسی شیب  طراحی شده اند. اینها می توانند هم به عنوان سوئیچ و هم به عنوان سنسور کار کنند. هنگامی که هندسه خازن تغییر می کند ، سنسور خازن به تغییرات خازن متکی است . این دستگاه ها از پرتوهای تعلیق ، خازن های محرک شانه و جرم اثبات مرکزی تشکیل شده اند. وقتی شیب ایجاد می شود ، جرم مرکزی به سمت یکی از شانه ها حرکت می کند بنابراین ظرفیت از یک طرف افزایش می یابد و از طرف دیگر کاهش می یابد. مزیت اصلی سنسور خازنی نسبت عملکرد و مقرون به صرفه بودن آن است ، در حالی که پاسخ محدود عیب اصلی این سنسور است.