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Autor Tema: Analizador de vibraciones.  (Leído 16364 veces)
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donrodrigo
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« : 23 de Octubre de 2013, 18:29:41 »

Como me sobra algo de material de mi otro hobby, estoy planteandome construir un dispositivo que registre, analice y grabe las vibraciones del helicóptero durante el vuelo. Esta función ya la realizan algunoS dispositivos FBL como el vstabi, pero por desgracia no esta implementada en otros dispositivos de menor precio o más extendidos. Conocer las vibraciones existentes en el heli no es imprescindible, pero puede servir para mejorar el ajuste.
Para el diseño del dispositivo, parto de varias premisas, que necesariamente deben cumplirse para que valga la pena hacerlo.
1) precio.
El coste del dispositivo debe ser bajo. Alrededor de los 20-30€ máximo. Para qué queremos ensamblar un dispositivo de 90€? Para eso nos gastamos la pasta en un vstabi.....
2) construcción compacta, modular y de bajo peso. Emplear módulos preensamblados facilitara el montaje para aquellos que estén interesados en hacerlo y no estén muy duchos en la soldadura de componentes SMD o en el grabado de PCB's
3) consumo bajo. La alimentación debe ser compatible con los voltajes entregados por el bec, y el consumo del dispositivo debe ser despreciable.

Como captador, voy a emplear un acelerometro de 3 ejes, en principio usare un ADXL335 que tengo por casa y que es bastante económico para realizar las primeras pruebas, y asegurarme que esta dentro de rango. Los datos obtenidos tengo la intención de grabarlos en una microsd. Lo que aún no he decidido es si el procesado de los datos lo haré en el dispositivo o en un software a tal efecto para el pc. Sobre la marcha lo decidiré. En este momento ya estoy preparando el primer prototipo para ponerlo en un viejo 450 sport que tengo aparcado y hacer las primeras pruebas, y este finde ya querría estar haciendo las primeras capturas. Si a alguien le interesa el proyecto y quiere aportar alguna idea, estaré encantado de escucharle.

P.D hay que ver las cosas que se le ocurren a uno cuando hace mal tiempo.....
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« Respuesta #1 : 24 de Octubre de 2013, 10:38:30 »

Interesante proyecto, aunque yo tengo el vstabi pero lo seguiré de cerca, suerte y saludos.
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« Respuesta #2 : 24 de Octubre de 2013, 12:25:17 »

me uno al tema tambien, es interesante. aunque me imagino que va a ser dificil luego valorar los resultados para poder localizar de donde vienen las vibraciones
saludos
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« Respuesta #3 : 24 de Octubre de 2013, 13:28:15 »

Interesante proyecto.
Me quedo a seguirlo.
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« Respuesta #4 : 24 de Octubre de 2013, 13:34:36 »

Bien. Pues el primer prototipo ya es parcialmente funcional. El acelerometro genera un tren de datos analógico, entre los 0 y 3 voltios, proporcional a la aceleración provocada en cada eje. Los 0 g corresponden a 1,5 voltios aprox. De lo que he visto en el hilo del vstabi, las capturas del Analizador de espectro generan picos inferiores a 1 KHz. El datasheet del adxl335 establece que el dispositivo tiene ancho de banda de 1,6 khz para los ejes x e y, así pues el procedimiento consiste en capturar un tren de datos de duración limitada ( yo voy a capturar 10 seg de datos inicialmente, después lo modificare según la memoria RAM disponible) y a continuación mediante una transformada de Fourier pasarla al dominio de frecuencia. De esta forma veremos un pico de mayor amplitud en la frecuencia principal y picos de menor amplitud en las frecuencias secundarias.  Como no se sí voy a disponer de suficiente memoria en el controlador para esto, voy a reducirlo todo a la mínima expresión, mandaré los datos a través del puerto serie, para verlo en el ordenata y después reseteamos y reiniciamos ciclo. Estoy puliendo el tema para empezar primero con un solo canal y después veré si puedo implementar más.
El objetivo de este "brico" no es usarlo para un heli grande que tenemos montado full equip. Esto se orienta más a un 450 que tienes con un tarot zyx que se vuelve medio loco y no sabes ni por donde van los tiros.

Rociero, me comentas que tienes un vstabi. Puedes pasarme alguna captura del análisis de vibraciones.?
En cuanto al análisis de los resultados, las vibraciones originadas por los elementos móviles del helicóptero van a tener frecuencias proporcionales a sus velocidades de rotación. Así pues una vibración generada en el rotor de cola va a tener una frecuencia superior a una vibración generada en el rotor principal. Pongo un ejemplo para ilustrar el tema: el eje doblado de un rotor principal rodando a 2500 rpm genera una vibración senoidal o cuasi senoidal de 2500/60= 41 hz que estaría dentro del rango del ancho de banda del acelerometro. Un motor de 3900kv  rodando a 45000 rpm generara una señal de 45000/60=750 hz que en teoría estaría dentro del ancho de banda del acelerometro. Con la cola, coronas y similares podemos hacer un cálculo similar. Pero la gracia de esto sería disponer de potencia sufuciente para usar los tres canales simultáneos, para discriminar mediante el desfase de la vibración en cada plano. Otro ejemplo: si el eje de cola esta doblado o las palas de cola no están equilibradas, generarán una vibración que tendrá su máximo de amplitud en el plano vertical longitudinal, y mínima en el horizontal.
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« Respuesta #5 : 24 de Octubre de 2013, 14:00:33 »

ahora no estoy en casa y no tengo ninguna, pero en el hilo del vstabi tienes unas cuantas de los compañeros, este enlace te da directo a una de ellas, saludos.
 
http://www.helicopterosrc.net/index.php?topic=7135.msg280961#msg280961
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« Respuesta #6 : 24 de Octubre de 2013, 14:06:54 »

Yo no solo me centraría en los helis.
Para los multicópteros, en las que las vibraciones afectan directamente al vuelo pero sobre todo a la estabilización de los gimbal, haciendo que las grabaciónes tengan vibraciones y jello, lo veo extremadamente últi.
Análisis de vibraciones en los helis lo tienen vstabi y los SK720 de Skookum, pero en los multis creo que ninguna controladora tiene análisis de vibraciones.
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« Respuesta #7 : 24 de Octubre de 2013, 14:26:45 »

ahora no estoy en casa y no tengo ninguna, pero en el hilo del vstabi tienes unas cuantas de los compañeros, este enlace te da directo a una de ellas, saludos.

http://www.helicopterosrc.net/index.php?topic=7135.msg280961#msg280961

Ok gracias.
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« Respuesta #8 : 24 de Octubre de 2013, 14:56:57 »

Interesante proyecto, y coincido con HiNote, podría usarse también para los multi.
¿Finalmente te decides por almacenar en memoria interna o en sd? Lo primero puede limitar un poco el tiempo y frecuencias de análisis.
Sería interesante saber a qué velocidad se mueve el rotor (o motor), bien con un "sensor de reflexión" o un sensor hall.
¿Que micro tienes pensado usar?
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« Respuesta #9 : 24 de Octubre de 2013, 18:05:22 »

Interesante proyecto, y coincido con HiNote, podría usarse también para los multi.
¿Finalmente te decides por almacenar en memoria interna o en sd? Lo primero puede limitar un poco el tiempo y frecuencias de análisis.
Sería interesante saber a qué velocidad se mueve el rotor (o motor), bien con un "sensor de reflexión" o un sensor hall.
¿Que micro tienes pensado usar?


Bueno, un helicóptero tiene un análisis relativamente sencillo, puesto que las principales fuentes de vibración son dos y están en planos perpendiculares. Pero un multirrotor tiene más fuentes de vibración. Si miramos desde el gimbal, tenemos tantos focos como rotores tengamos, y todas ellas situadas en el mismo plano, por lo que son indistinguibles, salvo que midamos cada rotor individual. A ello hay que añadir las vibraciones estructurales del propio gimbal y las aceleraciones generadas durante el desplazamiento. Y ese es un análisis complejo. Es más práctico ubicar un acelerometro en la base del propio gimbal y que interactue con su controladora para cancelar vibraciones parásitas, o usar una cámara con cancelación de vibraciones. De todas formas cuando disponga de una unidad plenamente operativa, puedo llevarla al campo de vuelo y ponerla en el multi de HiNote, y ver que capturamos. A partir de ahí intentamos evolucionar.
Con respecto a la memoria, mi intención es grabar los datos en una microSd. A lo que me refiero en mi anterior post es que puede que la RAM del controlador no me permita mantener la captura, calcular la trasformada y volcar en una Sd. Aún no he calculado el consumo de memoria. Si queremos mantener el precio bajó, no podemos irnos a cortex ni a nada que no puedas montar en casa. Un placa del tamaño de la que lleva el tarot zyx con un atmega 324p o un 328p con un zócalo para una microsd más los componentes SMD mínimos para que runee se puede grabar en Itead por cuatro perras, y los SMD soldarlos en casa, aunque soldar el acelerometro ya es harina de otro costal, y si no tienes estación de aire es más difícil; aunque también se puede pillar montado en una plaquita y te ahorras la faena. El montaje que estoy probando sale por unos 24 o 28 pavos. Una de las premisas del proyecto es que se pudiera hacer en casa y no fuera caro. De momento voy intentarlo con estos controladores y si veo que  me falta chicha pues buscare algo más gordo.
Respecto a la velocidad del rotor, ya se que velocidad tengo, puesto que en mi heli el motor va gobernado desde el variador, así que conozco las revoluciones. Pero si quisiera medirlas usaría un sensor de fase que es menos engorroso. De todas formas tampoco se le puede pedir más a este proyecto, como decía la idea es barato y casero. Si queremos más chicha hay que meter más pasta, y probablemente no sea casero,con lo que limitaríamos el acceso a aquellos que quisieran hacérselo. Mi idea es una vez este operativo liberar el esquema de montaje y el programa del controlador en este foro, para que aquel que este interesado pueda montarlo.   
« Última modificación: 24 de Octubre de 2013, 19:02:33 por donrodrigo » En línea

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« Respuesta #10 : 24 de Octubre de 2013, 23:18:23 »

Interesante proyecto tío, lo seguiré de cerca...
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« Respuesta #11 : 25 de Octubre de 2013, 10:03:14 »

Yo soy del mundo PIC y desconozco un poco los atmega, peroun micro es un micro. Si tienes algo para hacer las primeras pruebas, seríagenial ver lo que sale y después ver qué habría que retocar.
Inicialmente creo que estaría bien usar todo el ancho de banda del adxl, lo queimplicaría leer a cerca de 5khz (Nyquist era demasiado optimista). Los PICsuelen tener referencias de tensión internas a 1.24, 2.048 y 4.096V, si losatmega también lo tienen se aprovecharía mejor el rango dinámico del adc siañadir nada externo.
No sé si merece la pena mantener dos (o tres si se adquiere el eje Z) bufferespara calcular las ffts y calcular (con cualquiera de los overlaps) si no se vaa realizar nada en tiempo real, solo monitorizar. Quizás sea mas sencillohacerlo a posteriori.
Respecto a la velocidad del rotor, la puedes llevar “gobernada”, pero si hacescambios de rpm, a la hora de analizar los datos, no tendrás una referencia de RPM-vibracionesa lo largo del tiempo. Un sensor de fase es precisamente eso, un sensor Hall.Yo uso un SR341RT en un proyecto, SOT23 y va genial. Si hubiera que fabricarPCBs, yo las encargo “fuera” y salen muy bien.<o:p></o:p>
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« Respuesta #12 : 25 de Octubre de 2013, 14:16:40 »

Yo soy del mundo PIC y desconozco un poco los atmega, peroun micro es un micro. Si tienes algo para hacer las primeras pruebas, seríagenial ver lo que sale y después ver qué habría que retocar.
Inicialmente creo que estaría bien usar todo el ancho de banda del adxl, lo queimplicaría leer a cerca de 5khz (Nyquist era demasiado optimista). Los PICsuelen tener referencias de tensión internas a 1.24, 2.048 y 4.096V, si los atmega también lo tienen se aprovecharía mejor el rango dinámico del adc siañadir nada externo.
No sé si merece la pena mantener dos (o tres si se adquiere el eje Z) bufferespara calcular las ffts y calcular (con cualquiera de los overlaps) si no se vaa realizar nada en tiempo real, solo monitorizar. Quizás sea mas sencillohacerlo a posteriori.
Respecto a la velocidad del rotor, la puedes llevar “gobernada”, pero si hacescambios de rpm, a la hora de analizar los datos, no tendrás una referencia de RPM-vibracionesa lo largo del tiempo. Un sensor de fase es precisamente eso, un sensor Hall.Yo uso un SR341RT en un proyecto, SOT23 y va genial. Si hubiera que fabricarPCBs, yo las encargo “fuera” y salen muy bien.<o:p></o:p>

Hola.  Mi intención es cambiar la tensión de referencia del ADC a 3 volt. como muy bien has indicado, puesto que si se dispone de la opción. El Atmel permite modificar la tensión de referencia entre 0 y pico hasta los 5 ( realmente hasta Vcc). En principio, la primera intención es monitorizar. El objetivo de usar los tres ejes es ubicar en el espacio el plano de la vibración mediante la superposición de los valores fft en los tres ejes. Aunque como decía antes el análisis de un heli es muy sencillo. La idea es intentar complicar las prestaciones conforme vayamos logrando objetivos. También pienso como tu que Nyqist es escaso (sólo hay que ver la escasa resolución de los cd's de audio actuales) pero hasta que no vea de que dispongo no me complicare mucho la vida y muestreare a 2F o 3F como mucho. Eso supone para los ejes x e y entre 3000 y 4500 Hz. El eje z tiene una resolución inferior.
En cuanto al sensor, en su día hice unas pruebas con sensores de Hall, de hecho tengo por casa cuatro o cinco con sus respectivos imanes. Pero poner un imán de neodimio en una corona ( por ejemplo ) que gira a 2000 o 3000 supone poner un segundo para equilibrar y ser preciso en el montaje para no generar más vibraciones ( ya lo he probado ) y tener que volver a hacer el trabajo cuando la petes en un aporrizaje. Cuando me refería a sensor de fase me refería a esto



Este dispositivo se conecta en dos fases del motor, y aprovecha que dos de las fases están excitadas mientras la tercera se induce por los imanes del motor para generar una señal proporcional a la velocidad del motor. Estos dispositivos son los que usan los gobernors de los helis, y el sensor de hobbywing cuesta 4€ si no me equivoco. Es menos rollo de instalar.
Si no tengo que salir de viaje esta noche, voy a empezar a hacer ya pruebas. Para ello voy a emplear un generador de señal de frecuencia controlada. Capturare 10" de señal haré la FFT y a través del puerto serie veré los valores en el PC. Para hacer las mediciones en más de un eje simultáneamente, es posible que se tengan que almacenar en una memoria externa al micro, y realizar los cálculos a posteriori. De esta forma no sobrecargamos el buffer del micro. Pero como digo voy a ir por partes, explorando las posibilidades del micro antes de plantearme nuevas complicaciones. Voy despacio porque como ya he comentado en algún post, yo soy químico, y no me dedico profesionalmente a esto de la electrónica, y que estudie electrónica industrial hace un porrón de años, cuando el Z80 era lo último de último. ( ya soy mayorcito jijijijiji) 
En cuanto a grabar PCB's, aunque tengo una isoladora casera de UV hecha con leds y regulada en PWM con un micro, led a led, para grabar placas hasta  un tamaño de DIN A4, los últimos los he grabado en Itead studio, después de mandarles los gerbers generados desde eagle. Esta gente están en China, pero en dos semanas te ponen las placas en casa a un precio razonable. Y las últimas que me mandaron estaban cojonudas de calidad. El inconveniente es que tienes que grabar un mínimo de placas. Pero en el piso donde vivo no puedo hacer demasiadas guarrerias.... La MDR no me deja. Así que más práctico mandarlo hacer.
Si esta noche me pongo con las pruebas, subiré ya las primeras fotos y capturas de datos.
Un saludo.
« Última modificación: 25 de Octubre de 2013, 14:19:57 por donrodrigo » En línea

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« Respuesta #13 : 25 de Octubre de 2013, 20:05:17 »

Quiza te ayude el proyecto 3Digi, que es un vstabi DIY y tienes ejemplos de hw y sw. Todo en Deutsch, para darle mas emocion.

http://3digi.wikidot.com/

Lo que decias de ejemplos de lo que hace vstabi lo tienes en la guia

http://www.vstabi.info/en/node/385

 Suerte!
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« Respuesta #14 : 25 de Octubre de 2013, 20:53:48 »

Quiza te ayude el proyecto 3Digi, que es un vstabi DIY y tienes ejemplos de hw y sw. Todo en Deutsch, para darle mas emocion.

http://3digi.wikidot.com/

Lo que decias de ejemplos de lo que hace vstabi lo tienes en la guia

http://www.vstabi.info/en/node/385

Suerte!

Muchas gracias por el aporte. El proyecto 3digi es muy interesante. Usan un atmega 644p que es igual a los que yo me planteo pero con mas memoria y más RAM. También es un buen candidato.
Un saludo.
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