Un problema di precisione di un inclinometro dipende quasi sempre da un set di inclinometri installato male, molto più che da un singolo inclinometro che registra misure sbagliate. Quando otto unità vengono installate lungo un muro di sostegno e la catena è ancorata in modo scorretto, la deriva risultante può essere molto più grande del movimento che si dovrebbe misurare. Per migliorare la precisione dobbiamo capire come i singoli errori si combinano, si correlano e si annullano lungo l'array di sensori.

Risoluzione, ripetibilità, accuratezza: quale numero cercare per un set

Per un set di sensori, la ripetibilità è molto più importante della risoluzione o dell'accuratezza assoluta del singolo sensore. Quando una pila ruota di frazioni di milliradiante nell'arco di una stagione, l'aspetto più importante è avere uno zero stabile per poter confrontare le letture tra una settimana e l'altra o tra un mese e l'altro. Per questo un sensore con accuratezza assoluta modesta ma ottima ripetibilità è molto più adatto al monitoraggio infrastrutturale di un sensore molto accurato con uno zero che va in deriva.

Per il monitoraggio delle rotazioni quasi statiche, la ripetibilità è la caratteristica più desiderata e l'accuratezza assoluta va considerata secondaria, perché la struttura viene confrontata con la propria baseline. Per questo l'Inclinometro è specificato con una ripetibilità di ±0,0008° insieme a un'accuratezza angolare che varia con il campo di misura, da ±0,002° in prossimità dell'orizzontale fino a ±0,25° a ±90°.

Errori che si possono controllare

Deriva termica

Poiché la radiazione solare colpisce una faccia di un ponte o di un muro, i materiali si flettono in modo non uniforme, così l'intera struttura ruota nell'arco della giornata. Su un elemento in acciaio esposto, l'oscillazione termica giornaliera raggiunge dieci-venti volte il segnale reale di cedimento. Anche il sensore ha una propria deriva di sensibilità al variare della temperatura. L'effetto di questi cambiamenti si chiama deriva termica.

La soluzione a questo problema è misurare sia l'inclinazione sia la temperatura. Studi pubblicati su inclinometri MEMS low-cost mostrano che un semplice polinomio che lega l'errore a temperatura e inclinazione può ridurre la deriva RMS di circa il 96%, ed è per questo che ogni acquisizione del nostro sensore trasporta la temperatura ambientale nello stesso pacchetto. A quel punto si correla l'inclinazione con la temperatura, si modella la componente giornaliera e la si sottrae, lasciando l'andamento strutturale lento che si stava cercando. Per chi vuole il meccanismo nel dettaglio, abbiamo scritto un pezzo a parte su perché avviene la deriva termica negli inclinometri MEMS.

Montaggio

Un inclinometro misura la rotazione di ciò a cui è fissato. Se quella superficie si flette, si corrode in corrispondenza del fissaggio o non è mai stata a livello, il sensore restituirà rumore. Un montaggio rigido su una superficie non flessibile, una messa a livello corretta e un fissaggio che non si allenta con i cicli termici sono necessari per ottenere misure corrette.

Un'unità imbullonata a una staffa secondaria o a un pannello di rivestimento non darà una lettura fedele dell'inclinazione della struttura. Posiziona ogni sensore su materiale strutturale primario, sull'asse della rotazione che si deve misurare.

Vibrazione

Una vibrazione a banda larga può falsare una lettura di inclinazione statica attraverso l'errore di rettifica della vibrazione (vibration rectification error), in cui la media in continua di un ingresso alternato sposta lo zero apparente. Su un impalcato da ponte o accanto a un macchinario industriale questo è un offset. Il nostro inclinometro riporta vibrazione RMS e di picco tra 0,1 e 31,25 Hz con ogni lettura. Se un nodo si trova in una zona ad alta vibrazione, lo vedi nei dati di contesto e puoi pesare o filtrare quel canale.

Il problema della precisione della catena

Ricostruire un profilo di deformazione da una catena di inclinometri è un'integrazione, che accumula errore. Ogni nodo contribuisce con la propria piccola incertezza angolare, e mentre si sommano le rotazioni dei segmenti lungo il muro o l'impalcato per costruire lo spostamento, quelle incertezze si sommano.

Per una lettura corretta, la catena va ancorata. Un'estremità deve essere legata a qualcosa di cui ci si fida che non si muova, oppure rilevata in modo indipendente, così il profilo ricostruito ha un datum fisso invece di fluttuare sulla somma dei propri errori.

Una proprietà utile di un set installato in un unico ambiente è la reiezione di modo comune, poiché i sensori che condividono lo stesso ciclo termico giornaliero e le stesse condizioni generali del sito vanno in deriva insieme, e le misure differenziali tra nodi adiacenti annullano gran parte di quell'errore condiviso. Il movimento relativo tra nodi vicini è molto più affidabile della misura assoluta di un singolo sensore, e spesso è proprio il movimento relativo, l'apertura di un giunto, un cedimento differenziale, a segnalare il danno. Il nostro Tiltmeter Chain Tool calcola sia lo spostamento assoluto sia quello differenziale lungo la catena proprio per questo motivo.

Domande frequenti

Un inclinometro più costoso e più accurato vale sempre la pena per il monitoraggio strutturale?Oltre un certo punto, pagare per un'accuratezza assoluta più stretta non porta nulla se ripetibilità e gestione termica restano invariate, dato che la struttura viene giudicata rispetto alla propria baseline. Investi il budget in qualità dell'installazione, correlazione con la temperatura e una catena ben ancorata.

Il software può correggere un set di inclinometri installato male a posteriori?No. La compensazione può rimuovere la deriva termica e la media può attenuare il rumore casuale, ma un sensore imbullonato a una staffa che si flette o una catena non ancorata hanno corrotto la misura alla sorgente. Non esiste un algoritmo per un datum sbagliato.

Quanto deve essere fitta una catena di inclinometri?Più fitta non è automaticamente meglio. Più nodi significano più errore di integrazione accumulato e più dati da gestire, e i primi impianti sovra-strumentati possono far perdere la fiducia del committente entro un anno o due. Posiziona i sensori dove ci si aspetta che il gradiente di rotazione cambi e dove il monitoraggio informerà le decisioni.

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