{"id":444,"date":"2010-01-17T23:07:13","date_gmt":"2010-01-17T21:07:13","guid":{"rendered":"http:\/\/www.koelleteam.de\/wordpress\/?p=444"},"modified":"2024-07-01T11:41:16","modified_gmt":"2024-07-01T09:41:16","slug":"g-wie-geil","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.koelleteam.de\/wordpress\/?p=444","title":{"rendered":"G wie geil – g-Force Sensor"},"content":{"rendered":"

Um  f\u00fcr zuk\u00fcnftige Konstruktionen ein wenig mehr \u00fcber die Modelle und deren Verhalten zu lernen, habe ich mich entschlossen einen G-Kraft-Sensor zu bauen um das Lastvielfache, welches im Flug auftritt, messen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

Leider gibt es f\u00fcr den Unilog keine fertige L\u00f6sung, weshalb ich selber zum L\u00f6tkolben greifen musste.<\/p>\n

Den Sensorbaustein, den ich ausgesucht habe, ist ein 2-Achs-G-Sensor. Dieser misst auf der X-Achse +\/-100G und auf der Y-Achse +\/-50G.<\/p>\n

<\/p>\n

Die Hardware<\/strong><\/p>\n

Der Sensor muss mit einer Spannung von 5V versorgt werden und gibt ein Signal von 0,5-4,5V aus. Der Nullpung liegt bei 2,5V. Die Eing\u00e4nge A1 bis A3 des Unilog verarbeiten aber nur 0-1,5V. Deshalb musste ich das Signal \u00fcber einen Spannungsteiler (10K und 4,7K Ohm) zum Unilog abgreifen.
\nUm den Sensor konstant mit 5V zu versorgen habe ich noch einen Spannungsregler verbaut, den ich extern mit 6-30V versorgen kann (Der Unilog arbeitet intern nur mit 3,3V).<\/p>\n

Der Rest des Schalplans ergab sich aus dem Datenblatt des Sensors und sieht wie folgt aus:<\/p>\n

\"g-force-wiring\"<\/p>\n

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\"g-force-rear\"<\/a>\"toolbox\"<\/a>Die Komponenten habe ich bei CSD-Elektronik gekauft (Kostenpunkt ca. 25\u20ac). Die Platine wiegt fertig, mit den Kabeln die man sieht, 6g. Beim ersten Bestromen hat eigentlich alles auf Anhieb funktioniert. F\u00fcr die Auswertung der Daten benutze ich Logview, welche auch gleich in der Toolbox Faktoren f\u00fcr Offset und Scale der Messkurve anbieten, \u00fcber die ich die Kalibrierung vorgenommen habe.<\/p>\n

Die Kurve die man im folgenden Bild sieht resultiert aus einem flach liegenden, auf Null-Kalibrierten Sensor. Die Ausschl\u00e4ge +1G und -1G entstehen, wenn man den Sensor um +\/-90\u00b0 verdreht. Das „starke“ Rauschen um die Nulllage liegt an der Messgenauigkeit. Wenige mV haben halt schon eine gro\u00dfe Auswirkung. Schlie\u00dflich messe ich mit 12mV\/g (die Messung zeigt die Y-Achse des Sensors) – das Rauschen war aber zu erwarten.<\/p>\n

\"g-force-test\"<\/p>\n

Temperaturvalidierng<\/strong><\/p>\n

Leider stehen mir keine Labor-Messbedingungen zur Verf\u00fcgung. So musste ich mit einem Backofen und Gel-K\u00fchlpacks vorlieb nehmen. Ich denke f\u00fcr eine tendenzielle Aussage reichts. Ein Problem bei der ganzen Messerei war, dass ich nicht die M\u00f6glichkeit hatte den Sensor im Backofen (und auch zwischen den Geelpacks zum runterk\u00fchlen) in Nulllage positionieren zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

Also bin ich wie folgt vorgegangen: Ich habe den Backofen auf 40\u00b0C vorgeheizt, anschlie\u00dfend den Sensor reingehangen und ca. 5min gewartet, damit er sch\u00f6n durchgeheizt ist. Dann habe ich die Messung gestartet, die Ofent\u00fcr aufgemacht und den Sensor um die X-Achse gedreht (so genau das halt per Hand m\u00f6glich ist).
\nAnschlie\u00dfend habe ich den Sensor zwischen zwei Gelpacks gelagert und gewartet das die Kurve sich auspendelt, den Sensor wieder rausgenommen und um die X-Achse gedreht. Die Gelpacks lagen vorher die ganze Zeit im Gefrierschrank.<\/p>\n

Das Ergebnis sieht evtl. auf den ersten Blick dramatisch aus:
\n\"g-force_temptest-4\"<\/p>\n

Die roten Kreise zeigen die Phasen, wo ich den Sensor gedreht habe. Die blauen Geraden die „konstanten\/gefilterten“ Extremwerte, durch die ich die Nullpunkte der jeweiligen Drehungen bestimmt habe. Bei ca. 40\u00b0C hat der Sensor einen Nullpunkt von ~0,6G und bei ca. 0\u00b0C von ~-1,4G. Also haben wir einen Fehler von 0,5g\/10\u00b0C, was ich in den Gr\u00f6\u00dfenordnungen, die uns interessieren, absolut tollerierbar finde.<\/p>\n

\u00dcbrigens: Das Sch\u00f6ne an Logview ist, dass man den Nullpunkt bzw. Offset der Kurve auch nachtr\u00e4glich per Hand noch korrigieren kann, sprich wenn man wei\u00df wo das Modell gestartet wurde, kann man den Wert davor nutzen, um die Werte nochmal zu korrigieren (es sei denn man fliegt wer wei\u00df wie hoch und macht dort seine Messungen) Wer es will, kann aber auch die Temperatur im Modell messen und eine korrigierte Kurve ausrechnen <\/em><\/p>\n

Erste Messung<\/strong><\/p>\n

Als Versuchstr\u00e4ger f\u00fcr die ersten Messungen musste mein Mess-Flipper herhalten. Leider ist die Fl\u00e4che nur f\u00fcr Limited-Speeds ausgelegt und so konnte ich nur 3s an einem BK16L-11W mit einer APC 4,7×5,2″ fliegen. Das entsprich einem Setup mit 83 Sekunden Laufzeit (450Wmin). Ich bin nur in der Gegend herum geflogen, also kein Kurs. Der Spitzenwert im Lastvielfachen war ein enger Looping.<\/p>\n

So sieht das Ergebnis aus:
\n\"messdaten-gesamt\"<\/p>\n

Und jetzt?!<\/strong><\/p>\n

Jetzt kann man mit den Werten etwas rechnen. Interessant war f\u00fcr mich der Auftriebsbeiwert Ca und der geflogene Kurvenradius.<\/p>\n

Die Auftriebsbeiwert-Kurve habe ich \u00fcber Excel berechnet und folgende Formel angewendet:<\/p>\n

Ca=2*m*g*n\/(Roh*v\u00b2*S)<\/p>\n

m:= Masse des Modells (0,82Kg)
\ng:= 9,81 m\/s\u00b2
\nn:= Lastvielfachses G_y aus den Messwerten
\nRoh:= Luftdichte 1,225
\nv:= Air-Speed aus den Messdaten
\nS:= Fl\u00e4che des Modells (0,155m\u00b2)<\/p>\n

\"berechnung-ca\"<\/p>\n

Den Kurvenradius habe ich \u00fcber folgende Formel berechnet:<\/p>\n

r=2*m\/(Roh*S*Ca)<\/p>\n

\"berechnung-r\"
\nWeitere Messungen werden folgen…<\/p>\n

Christoph<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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