Измерение силы на парусных яхтах
Измерение силы на парусных яхтах
Fachhochschule Westküste: Kevin Ohliger, Dipl.-Ing. Thomas Seydlitz, Prof. Dr.-Ing. Rainer Veyhl; Partner: LORENZ MESSTECHNIK GmbH
Оригинал статьи (.pdf, англ, ~ 250 кб)
Перевод АЛЬФА-СЕНСОР © 2010
Анализ проблемы и концепция решения
Часто победа в парусной регате определяется не только умелыми действиями команды, но и от надлежащего оборудования яхты. В области оборудования всегда есть возможность оптимизации. До сих пор сила определялась интуитивно. С появлением современных технологий измерения, стало возможным проводить оптимизацию оборудования, используя точные результаты измерения.
В данном случае, это задача измерения силы, которая действует на крепление тросов мачты в продольном направлении. Система измерения в таком приложении должна быть очень прочной, легкой и должна иметь малое потребление энергии.
В рамках данного проекта сила измерялась при помощи датчика силы типа К-100 и USB-интерфейса от компании LORENZ MESSTECHNIK GmbH.
Рис 1: Яхта X79 в Westküste
Функциональный принцип
- Датчик силы установливается между натяжным устройством и стальным тросом (растяжкой) (Рис. 2).
- Сигнал от датчика силы усиливается и преобразуется из аналогового сигнала в цифровой сигнал посредством USB-интерфейса, который питается от USB-порта персонального компьютера (ПК).
- Цифровой сигнал передается через USB-интерфейс на ПК, обрабатывается там посредством специализированного программного обеспечения. Данные измерений и обработки сохраняются на ПК.
- Параметры датчика силы:
- тип K-100 от LORENZ MESSTECHNIK GmbH
- номинальный диапазон: ± 5 кН
- точность: 0,3 % от полной шкалы
Рис. 2: Установка датчика силы и натурные испытания
Датчик силы
Датчик силы растяжения K-100 содержит измерительное тело, на котором расположен тензометричеcкий мост Wheatstone. Тензометрический мост датчика силы подключается непосредственно к интерфейсу LCV-USB. Резьбовые шпильки с обеих сторон предназначены для надежного механического соединения с проушинами.
Схема датчика силы и установленный датчик
Измерительный интерфейс для датчиков LCV-USB
Необходимые компоненты для работы с программным обеспечением:
- Датчик с интерфейсом LCV-USB
- Программное обеспечение (не требует установки)
- USB-драйвер для интерфейса
- Драйвер виртуального COM-порта
- USB-заглюшка (ключ) для полной версии
- Запись данных в файл
- Поддержка 3-х дополнительных интерфейсов LCV-USB
Работа интерфейса без ПО:
- Датчик с интерфейсом LCV-USB
- USB-драйвер для интерфейса
- Функции ПО:
- Настройка интерфейса LCV-USB
- Презентация измеренных данных
- Вывод измеренных данных в файл формата CSV
LabVIEW
- Совместимо
ПО пользователя
- Доступно описание протокола для интерфейса LCV-USB и для датчиков с интерфейсом RS-485 (090110g.pdf)
Техническая реализация
Датчик силы был установлен на парусной яхте X79 и защищен изолирующим кожухом, который защищал датчик от экстремальных воздействий окружающей среды, таких как значительные температурные колебания и воздействие соленой воды. Измерительный усилитель и ноутбук были установлены в защищенном помещении яхты (гальюне). Связь с ПК осуществлялась по USB-кабелю. Сбор данных силы, воздействующей на растяжку, был автоматизиров программным обеспечением Agilent-VEEpro и Matlab-Script (Рис. 3). После того, как измерения стартовали, измерительные значения с частотой опроса 2 Гц поступали на ПК и визуализировались на квази-аналоговом дисплее. Измеренные значения регистрировались для того, чтобы заархивировать их в файле. График измеренных значений представлялся в текущем и долговременном режимах при помощи алгоритма сжатия данных. Число успешных и незавершенных передач было зафиксировано и отображено.
Рис. 3: Пользовательский интерфейс для настройки и визуализации измерений силы, воздействующей на растяжку. Вверху: отображение текущих значений, внизу: отображение долговременного мониторинга.
Результаты
- Описанное измерение силы было проверено при лабораторных условиях. Сравнительные измерения подтвердили правильность метода.
- Запись текущих значений и регистрация результатов измерения на ПК были выполнены успешно в реальных условиях. Система измерения успешно работала в условиях влажной соленой среды со значитительными колебаниями температуры.
- На Рис. 4 показаны два различных графика изменения силы в постоянном режиме и различные ситуациях регаты.
- Оба графика дают представление о пиковых значениях силы, которые вызваны волнами и порывами ветра.
- Также можно отследить значительное уменьшение силы.
С вышеописанным методом измерения силы возможно точно определить и уравновесить изменения силы. Это может принести решающий успех для победы в парусной регате. Ура.
Рис. 4: Постоянная сила (слева) и уменьшающаяся сила (справа)
*
Конвертер величин
Значение:
Требуемое значение:
Десятичный знак - "."
Новое
- Новые интерфейсы
- Новые диапазоны датчиков крутящего момента DR-2800
- Новые датчики силы сжатия - растяжения
- Новые фланцевые датчики крутящего момента
- Технические данные D-2452 с муфтами 950.3_0
- Технические данные D-2452 с муфтами 966
- Технические данные D-2452 с муфтами MST/MWS
- Технические данные DR-2 с муфтами 950.3_0-P
- Технические данные DR-20 с муфтами 966-P
- Технические данные DR-20 с муфтами 950.3_0-P