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#1 Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 31.12.2008 13:31:00
von Samuraiburger
Servus ihr Leut

Da ich schon paar Leute mit meinen Anfängerfragen hier gequält habe möcht ich mich auch nützlich machen.

Die Drehzahl des Rotors ist eigentlich immer eine interessante Größe, aber ohne Logger schwer feststellbar. Strobolampe funktioniert auf der Wiese schlecht, Reflex Lichtschranken usw ist meist schwer zu bauen oder teuer zu kaufen.

Eine recht einfache Methode zur Messung funktioniert über einen PC und ein Mikro (Kamera, Diktiergerät, Laptop mit Mic, etc.).
Möchte man die Audiospur einer Videodatei extrahieren, bietet sich das Freeware Tool VIrtualDub an.
Über das Laufgeräusch liess sich bei meinem 600er Elektro T-Rex wunderbar die Rotordrehzahl messen. Nötig ist dafür eine Audiobearbeitungssoftware mit der Möglichkeit, ein Spektrogramm und ein Spektrum darzustellen. In meinem Fall habe ich Audacity verwendet, da es alle nötigen Funktionen bietet und Freeware ist.

Der Rotor erzeugt ein klatschendes Geräusch, jedesmal wenn ein Blatt die Luftwirbel des jeweils anderen trifft. Ein Klatschen ist idealerweise ein Rechteckpuls im Zeitbereich, so dass sein Spektrum der Si-Funktion ( sin(x)/x ) folgt. Das heisst, im Spektrum sind die doppelte Grundfrequenz (weils 2 Blätter sind) des Rotors zu finden, sowie ganzzahlige Vielfache davon, die Harmonischen. Im Spektrogramm (x-Achse die Zeit, y die Frequenz) sind alle gleichbleibenden Töne als waagrechte Linien zu sehen. Man sucht sich nun einen Bereich für die Analyse ohne sichtbare Änderung der untersten Linien.
Spektrogramm
Spektrogramm
spektrogramm_beschr.png (397.62 KiB) 2380 mal betrachtet
Die minimale benötigte Länge des Ausschnitts richtet sich nach der zu suchenden Frequenz. 1500rpm z.B. sind 50 Hz (25Hz mal zwei Blätter). 1/f = T = 0,04 Sekunden. Mehr ist besser, aber es erhöht auch die Chance, Änderungen der Drehzahl mit zu erwischen, so dass die Spektrallinien "verschmieren".

Der Motor zeigt sich mit zwei sehr starken Linien, einmal mit seiner tatsächlichen Frequenz von 533Hz (31980rpm), einmal mit dem Vierfachen davon. Der tiefere Ton kommt höchstwahrscheinlich vom Loch des Ritzels mit der Madenschraube oder Vibrationen infolge einer leichten Unwucht des Motors. Der viermal höhere Ton kommt daher, dass in meinem Fall der Motor vier Polschuhe hat, von denen jeder wieder ein eigenes Geräusch verursacht.
Spektralanalyse
Spektralanalyse
drehzahl_spektrum_beschr.png (32.5 KiB) 2378 mal betrachtet
Im Betragsspektrum sieht man jetzt klare Peaks bei verschiedenen Frequenzen.
Es hilft, die Übersetzungsverhältnisse (in meinem Fall 17:1:4,5) vorher zu kennen, um die Linien besser zuordnen zu können.
Je mehr Punkte die Fouriertransformation verwendet, um so besser die Frequenzauflösung, zuviel kann jedoch beim Auswerten verwirren.

Berechnungen
Berechnungen
drehzahl_berechnung.png (65.19 KiB) 2379 mal betrachtet
Teilt man die Harmonischen durch den Multiplikator zur Grundfrequenz und bildet das arithm. Mittel, bekommt man schon eine recht gute Näherung der Drehzahl. So ergeben sich für meinen Rex 1885rpm im Schwebeflug.
Der Abweichung vom Verhältnis der Drehzahlen zum tatsächlichen Übersetzungsverhältnis ergab sich zu 0,2%. Dies gibt schon mal einen guten Anhaltspunkt zur Messgenauigkeit. (DIe tatsächliche Fehlerrechnung wäre leider um einiges aufwändiger, daher belasse ich es an dieser Stelle dabei.)

Ich hoffe diese Spielerei ist auch für andere interessant. Mir hats schon Spaß gemacht, dass die kleine Theorie zu Ergebnissen führte.

Ich werds auch noch in die Wiki einstellen.
Anregungen, Kritik, Fragen oder Meinungen bitte hier in den Thread mit rein.

Guten Rutsch und schöne Feier

Matze

#2 Re: Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 31.12.2008 13:36:51
von Monzta
Da nehm ich doch lieber mein Sky Tach. :mrgreen:

MfG Andre

#3 Re: Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 31.12.2008 13:38:45
von TimoHipp
Respeckt für deine Arbeit.....

Aber ich verstehe nur Bahnhof, da ich mich mit dieser Materie überhaupt nicht auskenne. Finde es aber klasse

Timo

#4 Re: Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 31.12.2008 13:43:33
von Samuraiburger
:) Danke. Okay, war vielleicht etwas Overkill.

Hier die Kurzversion:

Nimm die erste Linie im Spektrum des Ausschnitts.
Multiplizier die Frequenz mit 60 und teil durch die Anzahl der Blätter.
Bsp: 63Hz * 60 = 3780rpm, /2 = 1890rpm

Das reicht schon aus.

Greetz

#5 Re: Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 31.12.2008 13:45:40
von flying sancho
hallo matze!

also zuerst einmal "hut ab" :shock: ...da scheint jemand vom fach zu sein! habe leider etwas mühe, die details zu verstehen. da reicht mein naturwissenschaftlicher/ mathematischer abschluss vom gymnasium definitiv nicht mehr...

scheint mir mehr eine spielerei zu sein und eher weniger geeignet für den feld- einsatz, wo schnell mal an der regleröffnung
geschraubt wird und man die neue drehzahl überprüfen möchte.

heli-kollege günu hat mir einen relativ simplen drehzahlmesser aus den usa bestellt, kostete ca. 20 euro. den stelle ich jeweils unter den rotor, lasse ihn laufen und kann aus sicherer distanz auf dem grossen display die dz ablesen. funktioniert auch ohne sonne beim bewölktem himmel.

doch wie sagt man: viele wege führen nach rom 8)

wäre interessant, wenn du mal einen vergleich mit einem optischen drehzahlmesser machen würdest und die ergebnisse hier posten würdest.

gruss, sandro

#6 Re: Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 04.01.2009 18:44:25
von Samuraiburger
Moinsen

Nachdem chrisk83 angefragt hatte, hab ichs an seinem Airwolf Video hier getestet, funktionierte auch da trotz schlechter Sound Quali und viel Windgeräuschen. Über die Aufnahme kannst man sehr gut feststellen, bei welchen Manövern die Drehzahl um wieviel absackt, etc, was man selbst mit nem Logger erst mal in Zusammenhang mit den Flugfiguren bringen müsste.

Was den Einsatz auf der Wiese angeht hab ichs heut mit Laptop mal ausprobiert: kurzer Mitschnitt und die Frequenz der Motorlinie (weil am einfachsten zu finden) durch die Übersetzung und die Zahl der Polschuhe teilen. Dauert knappe 10 sekunden. :)
Lage und Entfernung sind dabei völlig wurscht, solange mans als Mensch noch hört kann man sagen passt die Sache.

In die Wiki post ich jetzt nur die Kurzanleitung für die Feldversion, wie man das mit Audacity macht.

Der Egghead Post hier ist bisschen viel für den Normalflieger. :study:

Ich werd innerhalb der nächsten zwo Wochen Gelegenheit haben, n Vergleich mit nem optischen Messgerät zu machen. Mich würds auch interessieren wie nah die Methoden aneinanderliegen.

Gruß - Matze

#7 Re: Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 04.01.2009 19:02:26
von heliminator
Hi Matze!

Super Beitrag, gute Arbeit! :P

Interessant zu lesen, und auch sehr gut geschrieben!

#8 Re: Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 04.01.2009 19:10:10
von sachag
:D Respekt! Super! Wollte mich eigentlich bedanken. Finde den Button nicht?

#9 Re: Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 04.01.2009 19:12:01
von heliminator
sachag hat geschrieben:Finde den Button nicht?
gibts hier glaub ich auch nicht....
musst Du sagen... :wink: :P :mrgreen:

#10 Re: Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 04.01.2009 19:18:18
von sachag
Upps, dann bin ich mirs aus anderen Foren gewohnt. Sorry.

#11 Re: Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 07.02.2009 21:43:22
von uk1408
Hallo miteinander,

gerade habe ich einige Versuche in die selbe Richtung gemacht. Als Software habe ich SpecLab und als Drehzahlmesser einen RC200 genommen. Ich habe einige Drehzahlen gemessen, wobei der Heli am Boden festgemacht war, und es auch mit einen Video ausgewertet. Die Abweichungen zwischen RC200 und SpecLab waren minimal und in der Praxis sicher belanglos. Man sieht schön wie die Drehzahl gegen Schluss etwas abfällt.
Etwas schwierig ist das Erkennen der richtigen Spektralline, aber dann stimmt es. Ich werde es in den nächsten Tagen mal am fliegenden Objekt testen, mal sehen was dabei rauskommt.

#12 Re: Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 14.03.2009 21:59:13
von pozo
Hi,

ich bin begeistert von Matzes Analyse und habe auf diese Weise auch die Drehzahl von meinem 450er gemessen!

Um die Sache ein wenig einfacher zu machen, habe ich ein kleines Programm geschrieben, das versucht die Drehzahl automatisch aus einer .wav Datei oder live aus dem Laptopmikro rauszumessen. Wenn man gute Soundqualität hat, funktioniert das auch ganz gut.

Bild

Wers mal ausprobieren möchte, findet es hier: http://digitizeit.de/heli/

(direkt aus dem Web startbar, erfordert keine Installation)

Es würde mich interessieren, wie es bei euch funktioniert.

Grüße
Ingo

#13 Re: Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 14.03.2009 22:22:36
von 3d
interessant,
aber für die drehzahlmessung etwas umständlich und kompliziert.

#14 Re: Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 14.03.2009 22:34:14
von chris.jan
Geil! :thumbright: :thumbright: Gibt 1000 Geek-Punkte. Ich steh ja auf sowas.
Wußtest ihr eigentlich, daß man über ne Tonanalsye des Dopplereffektes sogar schon Geschwindigkeitsmessungen durchführen kann?
Muß ich doch mal testen!

#15 Re: Drehzahlmessung im Flug - ohne Logger

Verfasst: 15.03.2009 18:14:47
von 3d
Wußtest ihr eigentlich, daß man über ne Tonanalsye des Dopplereffektes sogar schon Geschwindigkeitsmessungen durchführen kann?
wurde schon mal erwähnt.
da warst du hier noch nicht registriert :wink: