การวัดมุมเอียงเป็นส่วนสำคัญของการวัดทางเรขาคณิต ช่วงของการวัดมุมนั้นกว้าง โดยแบ่งตามตำแหน่งในอวกาศของระนาบได้เป็น: มุมแนวนอน (หรือมุมอะซิมุธ) ในทิศทางระนาบแนวนอน มุมแนวตั้ง (หรือมุมเอียง) ในทิศทางแนวตั้ง และมุมในอวกาศซึ่งเป็นผลรวมของมุมแนวนอนและมุมแนวตั้ง เครื่องวัดความเอียงเป็นเซ็นเซอร์ด้านหน้าที่ใช้วัดขนาดของการเอียงหรือการกดลงของวัตถุเมื่อเทียบกับแรงโน้มถ่วง ในที่นี้ เราจะกล่าวถึงเครื่องวัดความเอียงประเภทต่างๆ วิธีการทำงาน และการใช้งานของเครื่องวัดความเอียงแต่ละประเภท

เครื่องวัดความเอียงคืออะไร?

เครื่องวัดความเอียง หรือที่รู้จักกันในชื่อเซ็นเซอร์วัดความเอียง ใช้สำหรับวัดมุมเอียงหรือการเสียรูปของโครงสร้างคงที่ ในฐานะเครื่องมือตรวจจับ มักใช้ในการก่อสร้างสะพาน การวางรางรถไฟ วิศวกรรมโยธา ความปลอดภัยของอาคาร และสถานที่อื่นๆ

ขั้นตอนการติดตั้งเครื่องวัดความเอียงขึ้นอยู่กับลักษณะการใช้งาน สามารถติดตั้งในแนวตั้งเพื่อตรวจสอบความลาดชันของการตัด หรือการเคลื่อนตัวของกำแพงกันดินและคันดิน นอกจากนี้ยังสามารถติดตั้งในแนวนอนสำหรับร่องฐานรากและการปรับระดับพื้นที่เพาะปลูก เพื่อตรวจสอบและควบคุมความเรียบของพื้นผิว

วิธีการทำงานของเครื่องวัดความเอียง

เซ็นเซอร์วัดความเอียงทำงานโดยการวัดความเร่ง ภายในระบบนั้น เราไม่สามารถวัดความเร็วได้ แต่เราสามารถวัดความเร่งได้ ถ้าเรารู้ความเร็วเริ่มต้น เราสามารถคำนวณความเร็วเชิงเส้นได้โดยการอินทิเกรต จากนั้นเราก็สามารถคำนวณการกระจัดเชิงเส้นได้ ดังนั้นจริงๆ แล้วมันคือเซ็นเซอร์วัดความเร่งที่ใช้หลักการของความเฉื่อย เมื่อเครื่องวัดความเอียงอยู่นิ่ง จะไม่มีความเร่งในทิศทางด้านข้างและแนวตั้ง ดังนั้นจึงมีเพียงความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงเท่านั้น มุมระหว่างแกนแนวตั้งและแกนที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของเซ็นเซอร์คือมุมเอียง

เซ็นเซอร์วัดความเอียงมีกี่ประเภท?

เซ็นเซอร์วัดความเอียงมีหลายประเภท ระบบวัดความเอียงแต่ละระบบต้องใช้การผสมผสานระหว่างอุปกรณ์และเซ็นเซอร์เพื่อวัดและรวบรวมข้อมูล การจำแนกประเภทของเซ็นเซอร์วัดความเอียงจึงแตกต่างกันไปตามหน้าที่และหลักการทำงานที่แตกต่างกัน

ประเภทของเซ็นเซอร์วัดความเอียง จำแนกตามโครงสร้างและหลักการทำงาน

1. เซ็นเซอร์วัดความเอียงแกนเดียว

เซ็นเซอร์วัดความเอียงแบบแกนเดียวสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงเชิงมุมรอบแกนเดียวเท่านั้น หลักการวัดของมันอิงตามกฎข้อที่สองของนิวตัน ซึ่งใช้หลักการของความเฉื่อยในการวัดความเร่งของวัตถุ

2. เซ็นเซอร์วัดความเอียงแบบสองแกน

เซ็นเซอร์วัดความเอียงแบบสองแกนสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงเชิงมุมได้ทั้งในแกน X และแกน Y สอดคล้องกับกฎความเฉื่อยและวิธีการคำนวณเชิงปริพันธ์ของการเคลื่อนที่ของวัตถุ เซ็นเซอร์ประกอบด้วยองค์ประกอบตรวจจับสองตัวที่ทำมุม 90 องศาต่อกัน โดยแต่ละตัวจะมีเอาต์พุตที่กำหนดโดยมุมเอียงจากแนวตั้งรอบแกน

ความแตกต่างระหว่างเซ็นเซอร์วัดความเอียงแกนเดียวและเซ็นเซอร์วัดความเอียงสองแกน:

ขึ้นอยู่กับวิธีการติดตั้ง มุมที่วัดได้จากเซ็นเซอร์วัดความเอียงแบบแกนเดียวและสองแกนก็จะแตกต่างกัน เซ็นเซอร์แบบสองแกนสามารถวัดมุมม้วน (roll) และมุมเงย (pitch) ได้ ในขณะที่เซ็นเซอร์แบบแกนเดียวสามารถวัดได้เฉพาะมุมม้วนหรือมุมเงยเมื่อติดตั้งในแนวนอนเท่านั้น ในระหว่างการติดตั้ง จะสามารถวัดได้เฉพาะมุมพลิก (flip angle) เท่านั้น ไม่สามารถวัดมุมเงยได้

ส่วนพื้นผิวเอียงของเซ็นเซอร์วัดความเอียงแบบสองแกนนั้นอาจเป็นจุดหรือเส้น ในขณะที่แบบแกนเดียวอาจเป็นได้เพียงเส้นตรงเท่านั้น ตัวอย่างเช่น การวัดความเอียงของผนังแนวตั้งจะใช้เส้นที่ผนังและฐานรากสัมผัสกันเป็นส่วนที่วัดได้ และสามารถใช้เซ็นเซอร์แบบแกนเดียวได้ในกรณีนี้ แต่ในกระบวนการค่อยๆ เอียงแท่งแนวตั้ง จุดสัมผัสจะเป็นส่วนที่วัดได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องวัดด้วยเซ็นเซอร์วัดความเอียงแบบสองแกน

ประเภทของเซ็นเซอร์วัดความเอียงตามหลักการทำงาน

1. เซ็นเซอร์วัดความเอียงแบบลูกตุ้มแข็ง

ระบบเซอร์โวแบบสมดุลแรงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบลูกตุ้มแข็ง ประกอบด้วยลูกตุ้ม วงโค้งไซคลอยด์ และตัวยึด ลูกตุ้มได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วง G และแรงดึงลูกตุ้ม T และแรงภายนอกลัพธ์คือ F = Gsinθ = mgsinθ โดยที่ θ คือมุมระหว่างวงโค้งไซคลอยด์กับทิศทางแนวตั้ง เมื่อวัดในช่วงมุมเล็กๆ สามารถพิจารณาได้ว่า F และ θ มีความสัมพันธ์เชิงเส้น และเซ็นเซอร์วัดความเอียงแบบความเครียดก็ใช้หลักการนี้เป็นพื้นฐาน

2. เซ็นเซอร์เอียงลูกตุ้มของเหลว

หลักการของลูกตุ้มของเหลวคือ เปลือกแก้วบรรจุของเหลวที่เป็นตัวนำไฟฟ้า และมีขั้วไฟฟ้าแพลทินัมสามขั้วเชื่อมต่ออยู่ด้านนอก ขั้วไฟฟ้าทั้งสามขนานกันและมีระยะห่างเท่ากัน เมื่อตัวเรือนอยู่ในแนวนอน ขั้วไฟฟ้าจะจุ่มลงในของเหลวที่เป็นตัวนำไฟฟ้าในระดับความลึกเท่ากัน หากใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่มีแอมพลิจูดเท่ากันระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้ว จะเกิดกระแสไอออนขึ้นระหว่างขั้วไฟฟ้า และของเหลวระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองจะเทียบเท่ากับตัวต้านทานสองตัวคือ RI และ RIII ถ้าลูกตุ้มของเหลวอยู่ในแนวนอน ดังนั้น RI = RIII

เมื่อเปลือกแก้วเอียง ของเหลวที่เป็นตัวนำระหว่างขั้วไฟฟ้าจะไม่เท่ากัน และความลึกของการจุ่มของขั้วไฟฟ้าทั้งสามในของเหลวก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วย แต่ความลึกของการจุ่มของขั้วไฟฟ้าตรงกลางยังคงไม่เปลี่ยนแปลงโดยพื้นฐาน เมื่อความลึกของการจุ่มของขั้วไฟฟ้าด้านซ้ายน้อยลง ของเหลวที่เป็นตัวนำจะลดลง จำนวนไอออนที่เป็นตัวนำจะลดลง และความต้านทาน RI จะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน เมื่อขั้วตรงข้าม ของเหลวที่เป็นตัวนำจะเพิ่มขึ้น จำนวนไอออนที่เป็นตัวนำจะเพิ่มขึ้น และความต้านทาน RIII จะลดลง นั่นคือ RI > RIII ในทางกลับกัน หากทิศทางการเอียงตรงกันข้าม RI < RIII

3. เซ็นเซอร์วัดความเอียงแบบลูกตุ้มแก๊ส

องค์ประกอบเฉื่อยของ “ลูกตุ้มแก๊ส” ประกอบด้วยโพรงปิด แก๊ส และลวดร้อน เมื่อระนาบที่ตั้งของโพรงเอียงเมื่อเทียบกับระนาบแนวนอน หรือโพรงได้รับความเร่ง ความต้านทานของลวดร้อนจะเปลี่ยนแปลง และการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของลวดร้อนเป็นฟังก์ชันของมุม q หรือ a ของความเร่ง จึงทำให้เกิดปรากฏการณ์ลูกตุ้ม การเปลี่ยนแปลงความต้านทานของลวดร้อนเกิดจากการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างแก๊สและลวดร้อน

กลไกอันละเอียดอ่อนของอุปกรณ์เฉื่อย "ลูกตุ้มแก๊ส" นั้นอาศัยการถ่ายโอนพลังงานในช่องปิด ซึ่งมีแก๊สและลวดร้อน โดยลวดร้อนเป็นแหล่งความร้อนเพียงอย่างเดียว เมื่ออุปกรณ์ได้รับพลังงาน แก๊สจะร้อนขึ้น การพาความร้อนเป็นรูปแบบหลักของการแลกเปลี่ยนพลังงานความร้อน

ความแตกต่างระหว่างลูกตุ้มของแข็ง ลูกตุ้มของเหลว และลูกตุ้มแก๊ส:

แต่ละแบบมีจุดแข็งของตัวเอง ในสนามแรงโน้มถ่วง มวลที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของลูกตุ้มของแข็งคือมวลของลูกตุ้ม มวลที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของลูกตุ้มของเหลวคืออิเล็กโทรไลต์ และมวลที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของลูกตุ้มก๊าซคือก๊าซ ก๊าซเป็นการเคลื่อนที่เพียงอย่างเดียวในช่องปิดสนิท มวลของก๊าซมีขนาดเล็ก และแรงเฉื่อยที่เกิดขึ้นในกรณีที่มีการกระแทกอย่างรุนแรงหรือการรับน้ำหนักเกินสูงก็มีขนาดเล็กเช่นกัน ดังนั้นจึงมีความสามารถในการต้านทานการสั่นสะเทือนหรือแรงกระแทกได้ดี แต่การควบคุมการเคลื่อนที่ของก๊าซนั้นซับซ้อนกว่าและมีความแม่นยำไม่สูง

เซ็นเซอร์วัดความเอียงแบบลูกตุ้มแข็งมีระยะความยาวลูกตุ้มและจุดศูนย์กลางลูกตุ้มที่ชัดเจน และหลักการทำงานก็เหมือนกับเซ็นเซอร์วัดความเร่ง มีช่วงการวัดและความแม่นยำสูง ส่วนเซ็นเซอร์วัดมุมแบบลูกตุ้มเหลวอยู่ระหว่างสองแบบนี้ แต่ระบบมีความเสถียรกว่า และนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบที่มีความแม่นยำสูง

เครื่องวัดความเอียงใช้งานในด้านใดบ้าง?

• 1. เครื่องวัดความเอียงถูกนำไปใช้กับเครื่องปรับระดับร่องฐานราก ซึ่งใช้สำหรับปรับระดับร่องฐานรากและพื้นที่เพาะปลูก เพื่อตรวจสอบและควบคุมความเรียบของพื้นผิว
• 2. เครื่องวัดความเอียงถูกนำไปใช้กับเครื่องปรับระดับดินในนาข้าวเพื่อปรับระดับดิน เทคโนโลยีการปรับระดับดินในนาข้าวสามารถช่วยประหยัดน้ำชลประทานและเพิ่มอัตราการใช้ปุ๋ยในกระบวนการผลิตข้าวได้
• 3. เครื่องวัดความเอียงถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์ติดตามด้วยแสงของยานพาหนะ ติดตั้งเซ็นเซอร์วัดความเอียงแบบสองแกนที่ฐานของอุปกรณ์ติดตามด้วยแสงเพื่อตรวจสอบความเรียบของฐาน ทำให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ติดตามด้วยแสงบนยานพาหนะทำงานได้อย่างแม่นยำสูง
• 4. เครื่องวัดความเอียงใช้สำหรับหุ่นยนต์วางท่อในเขตเมือง
• 5. การประยุกต์ใช้เครื่องวัดความเอียงในกระบวนการปล่อยเรือลงน้ำ
• 6. เครื่องวัดความเอียงถูกนำไปใช้กับแท่นลอยน้ำบนเรือ และใช้เป็นฐานของเสาอากาศติดตามดาวเทียมเพื่อให้เสาอากาศอยู่ในแนวราบเสมอ การควบคุมแท่นแบบเรียลไทม์จะแยกการเคลื่อนไหวแบบเอียงและหมุนของตัวเรือเพื่อรักษาระดับของแท่นให้คงที่
• 7. เครื่องวัดความเอียงใช้สำหรับตรวจสอบและปรับการแกว่งของขอเกี่ยวเรือขนาดใหญ่
• 8. เครื่องวัดความเอียงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดความเอียงในอุตสาหกรรมและการตรวจสอบอาคารอันตราย การอนุรักษ์อาคารโบราณ การวัดความเอียงของสะพาน การตรวจสอบอุโมงค์ การตรวจสอบเขื่อน การควบคุมความเอียงในการเจาะ และอุตสาหกรรมอื่นๆ

วิธีการติดตั้งเครื่องวัดความเอียง?

การติดตั้งเครื่องวัดความเอียงนั้นต้องอาศัยทักษะบางอย่าง โดยทั่วไปแล้ว เซ็นเซอร์วัดความเอียงจะมีระบบปรับค่าศูนย์ในตัว ผู้ใช้สามารถกดปุ่มปรับค่าศูนย์เพื่อตั้งค่าศูนย์ที่มุมใดมุมหนึ่งได้ ก่อนติดตั้งเครื่องวัดความเอียง ควรพิจารณาตำแหน่งที่จะติดตั้ง มุม และระนาบที่ต้องการวัด เช่น เทียบกับระนาบใดระนาบหนึ่ง เมื่อติดตั้งแล้ว ให้ยึดเซ็นเซอร์ไว้บนระนาบที่กำหนด และใช้ปุ่มปรับค่าศูนย์เพื่อตั้งค่าศูนย์ก่อนทำการวัด ซึ่งมีจุดประสงค์หลักเพื่อความสะดวกในการอ่านค่ามุมและลดข้อผิดพลาดที่ไม่จำเป็น