Un problema de precisión de un inclinómetro casi siempre es consecuencia de un conjunto de inclinómetros mal instalado, mucho más que de un único inclinómetro que registra mediciones erróneas. Cuando se instalan ocho unidades a lo largo de un muro de contención y la cadena se ancla de forma incorrecta, la deriva resultante puede ser mucho mayor que el movimiento que se supone que hay que medir. Para mejorar la precisión necesitamos entender cómo los errores individuales se combinan, se correlacionan y se cancelan a lo largo del arreglo de sensores.

Resolución, repetibilidad, exactitud: qué número perseguir para un conjunto

Para un conjunto de sensores, la repetibilidad es mucho más importante que la resolución o que la exactitud absoluta del sensor. Cuando una pila rota fracciones de milirradián a lo largo de una temporada, lo más importante es tener un cero estable para poder comparar las lecturas entre una semana y otra o entre un mes y otro. Por eso un sensor con exactitud absoluta modesta pero excelente repetibilidad es mucho más adecuado para el monitoreo de infraestructura que un sensor muy exacto con un cero que se va en deriva.

Para el monitoreo de rotaciones cuasi estáticas, la repetibilidad es la característica más deseada y la exactitud absoluta debe tratarse como secundaria, porque la estructura se compara contra su propia línea base. Por eso el Inclinómetro está especificado con una repetibilidad de ±0.0008° junto con una exactitud angular que varía con el rango de medición, desde ±0.002° cerca de la horizontal hasta ±0.25° a ±90°.

Errores que se pueden controlar

Deriva térmica

Como la radiación solar incide sobre una cara de un puente o de un muro, los materiales se flexionan de forma no uniforme, así que toda la estructura rota a lo largo del día. Sobre un elemento de acero expuesto, la oscilación térmica diaria alcanza de diez a veinte veces la señal real de asentamiento. El sensor también tiene su propia deriva de sensibilidad al variar la temperatura. El efecto de estos cambios se llama deriva térmica.

La solución a este problema es medir tanto la inclinación como la temperatura. Trabajos publicados sobre inclinómetros MEMS de bajo costo muestran que un simple polinomio que relaciona el error con la temperatura y la inclinación puede reducir la deriva RMS alrededor de un 96%, y por eso cada adquisición de nuestro sensor transporta la temperatura ambiente en el mismo paquete. Luego se correlaciona la inclinación con la temperatura, se modela la componente diaria y se resta, dejando la tendencia estructural lenta que se estaba buscando. Para quien quiera el mecanismo en detalle, escribimos un artículo aparte sobre por qué ocurre la deriva térmica en los inclinómetros MEMS.

Montaje

Un inclinómetro mide la rotación de aquello a lo que está atornillado. Si esa superficie se flexiona, se corroe en el punto de fijación o nunca estuvo a nivel, el sensor reportará ruido. Un montaje rígido sobre una superficie no flexible, una nivelación correcta y una fijación que no se afloje con los ciclos térmicos son necesarios para obtener mediciones correctas.

Una unidad atornillada a un soporte secundario o a un panel de revestimiento no dará una lectura fiel de la inclinación de la estructura. Coloca cada sensor sobre material estructural primario, en el eje de la rotación que se debe medir.

Vibración

Una vibración de banda ancha puede sesgar una lectura de inclinación estática a través del error de rectificación de vibración (vibration rectification error), en el que el promedio en continua de una entrada alterna desplaza el cero aparente. Sobre un tablero de puente o junto a maquinaria industrial esto es un offset. Nuestro inclinómetro reporta vibración RMS y de pico entre 0.1 y 31.25 Hz con cada lectura. Si un nodo se encuentra en una zona de alta vibración, lo ves en los datos de contexto y puedes ponderar o filtrar ese canal.

El problema de la precisión de la cadena

Reconstruir un perfil de deformación a partir de una cadena de inclinómetros es una integración, que acumula error. Cada nodo aporta su propia pequeña incertidumbre angular, y a medida que se suman las rotaciones de los segmentos a lo largo del muro o del tablero para construir el desplazamiento, esas incertidumbres se acumulan.

Para una lectura correcta, la cadena debe anclarse. Un extremo tiene que estar atado a algo en lo que confíes que no se mueva, o levantado topográficamente de forma independiente, para que el perfil reconstruido tenga un datum fijo en lugar de flotar sobre la suma de sus propios errores.

Una propiedad útil de un conjunto instalado en un único entorno es el rechazo de modo común, ya que los sensores que comparten el mismo ciclo térmico diario y las mismas condiciones generales del sitio se van en deriva juntos, y las mediciones diferenciales entre nodos adyacentes cancelan gran parte de ese error compartido. El movimiento relativo entre nodos vecinos es mucho más confiable que la medición absoluta de un solo sensor, y a menudo es precisamente el movimiento relativo, la apertura de una junta, un asentamiento diferencial, lo que señala el daño. Nuestro Tiltmeter Chain Tool calcula tanto el desplazamiento absoluto como el diferencial a lo largo de la cadena precisamente por esta razón.

Preguntas frecuentes

¿Vale siempre la pena un inclinómetro más caro y más exacto para el monitoreo estructural?Pasado cierto punto, pagar por una exactitud absoluta más ajustada no aporta nada si la repetibilidad y el manejo térmico no cambian, dado que la estructura se juzga contra su propia línea base. Invierte el presupuesto en calidad de la instalación, correlación con la temperatura y una cadena bien anclada.

¿Puede el software corregir a posteriori un conjunto de inclinómetros mal instalado?No. La compensación puede eliminar la deriva térmica y el promediado puede atenuar el ruido aleatorio, pero un sensor atornillado a un soporte que se flexiona o una cadena sin anclar han corrompido la medición en el origen. No existe un algoritmo para un datum equivocado.

¿Qué tan densa debe ser una cadena de inclinómetros?Más densa no es automáticamente mejor. Más nodos significan más error de integración acumulado y más datos que gestionar, y las primeras instalaciones sobre-instrumentadas pueden hacer perder la confianza del propietario del activo en un año o dos. Coloca los sensores donde se espera que el gradiente de rotación cambie y donde el monitoreo informará las decisiones.

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