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Instrument de mesure

 
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Jean Fourcade


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MessagePosté le: Mar 4 Déc - 08:37 (2012)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

L'utilisation d'un logiciel comme GyroTrim qui permet de prédire les performances d'un autogire font appel à trois types de paramètres :

  • des paramètres aisément mesurables comme la masse totale de l'autogire, la longueur et la corde du rotor, la masse des pales … Ces paramètres ne posent pas de problèmes puisqu'il suffit de les mesurer.
  • des paramètres dont on connaît théoriquement la valeur mais dont cette valeur est incertaine comme la pente du coefficient de portance du profil de la pale, son coefficient de traînée ou même le pas de calage du rotor. Ce dernier bien que mesuré peut se modifier en vol sous l'effet de la torsion de la pale.
  • des paramètres inconnus comme la traînée du fuselage, la polaire de l'hélice.

Pour prédire des performances fiables on comprend qu'il est impératif d'identifier les paramètres inconnus ou incertains. Depuis longtemps les scientifiques avec l'aide des mathématiciens ont inventé des méthodes dites d'identifications qui permettent à partir de mesures et d'algorithmes de calcul de déterminer ces paramètres. Parmi ces algorithmes on peut citer le filtrage de Kalman et la méthode des moindres carrés. Ces deux méthodes consistent à déterminer les paramètres du modèle qui minimisent la somme des écarts quadratiques entre les mesures et les valeurs prédites par ce même modèle. Le filtre de Kalman est employé généralement lorsqu'on désire une estimation temps réel des paramètres, les moindres carrés étant réservés à une méthode de résolution globale (on attend d'avoir toutes les mesures avant de calculer les paramètres du modèle).

Le logiciel GyroTrim fait appel à la technique des moindres carrés pour calculer les paramètres inconnus et incertains à partir d'un protocole de mesures que j'exposerai plus tard.

Evidemment, plus les mesures seront précises, plus les paramètres estimés colleront avec la réalité et plus les prédictions du modèle seront fiables.

Les progrès fait par les composants électronique ses dernières années permettent de concevoir des instruments de mesures extrêmement performants à des coûts tout à fait acceptables. Il existe de plus des cartes toute faites disposant de tous les éléments nécessaires de telle manière que la réalisation de l'instrument ne consiste quasiment qu'à de l'assemblage.

Voici quelques informations sur un instrument en cours de réalisation. Les mesures que vont permettre cet instrument sont : la vitesse air, l'altitude, la vitesse de rotation du rotor, la vitesse de rotation de l'hélice, les accélérations au niveau de la tête rotor (pour l'équilibrage du rotor), l'attitude 3 axes de l'autogire (pour la mesure de la stabilité).

Son coeur est constitué d'une carte SBC83I distribué par la société Modtronix dont voici la photo :





Cette carte est doté d'un micro-contrôleur Microchip de référence PIC18F87J11 cadencé à 48 Mhz et possédant 128KBytes de mémoire programme. La taille de cette mémoire est largement suffisante pour implémenter tous les algorithmes de traitement et d'affichage des données. Ce micro-contrôleur dispose également de convertisseurs analogiques numériques permettant de lui relier directement les capteurs de mesures. De plus, la société Microchip met gratuitement à disposition du public un compilateur C avec son environnement de développement (IDE netbeans) offrant ainsi la possibilité de facilement programmer ce contrôleur.

La carte SBC33I est doté de deux mémoires une EEPROM de 32KBytes et une flash de 32Mbit. La mémoire flash va permettre de stocker les mesures pendant le vol. Celles-ci seront seront alors récupérée par un PC via une liaison asynchrone à partir de ce module qui se clipse sur la carte :





L'affichage sera réalisé par un capteur LCD (2 lignes de 16 caractères) dont voici une photo (toujours distribué par Modtronix) et qui se clipse également sur la carte :





La mesure de l'altitude sera réalisé par le capteur MS5607-02BA de chez Measurement Specialties dont la résolution est de 20cm. Ce capteur possède une sonde de température intégré pour calculer la dérive des résistances du pont de Wheatstone qui réalise la mesure et le convertisseurs analogique numérique est intégré au capteur pour une meilleure précision :





La mesure de la vitesse air sera réalisé par un senseur à hélice de marque kestrel. Un petit détecteur magnétique compte le nombre de tours de l'hélice et détermine la vitesse air. Ce type de capteur est beaucoup plus précis qu'une mesure de pression différentielle, surtout dans les basses vitesses (inférieures à 100 km/h) :





Les mesures de la vitesse de rotation de rotor et de l'hélice se feront avec un capteur type à effet hall qui envoie une impulsion à chaque tour de rotation. Il est ainsi possible de mesurer précisément la vitesse de rotation à chaque tour.

La mesures des accélérations de la tête rotor à des fin d'équilibrage du rotor seront réalisé par un capteur accéléromètres deux axes DE-ACCM2G de chez Dimension Engineering dont voici une photo :





Il s'agit d'une petite carte incluant un capteur de chez Analog Device et un amplificateur opérationnel permettant de relier directement ce module aux convertisseurs analogiques – numériques du contrôleur.

Enfin, nous doterons cet instrument du module suivant de chez Sparkfun qui n'est pas autre chose qu'un centrale inertielle trois axes !





Doté de trois accéléromètres et trois gyroscopes, l'hybridation des données de ces deux capteurs à l'aide d'un filtre de Kalman permettra de calculer l'attitude en temps réel de l'autogire. Avec un tel instrument la mesure de la phugoïde devient un jeu d'enfant !
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MessagePosté le: Mar 4 Déc - 08:37 (2012)    Sujet du message: Publicité

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PhT


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MessagePosté le: Mar 4 Déc - 09:40 (2012)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

J'en veux un !

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Skype
Jean Fourcade


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MessagePosté le: Mar 4 Déc - 09:43 (2012)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

Philippe, le hard devrait être prêt bientôt. Le soft c'est autre chose ... Stay tuned ...
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Xavier AVERSO


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MessagePosté le: Mar 4 Déc - 10:39 (2012)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

et..moi et moi et moiaaaaaa... Okay

Xavier


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GP


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MessagePosté le: Mar 4 Déc - 11:03 (2012)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

Interessant; on cogitait un truc du genre avec un ami du metier,mais on voulait aussi mesurer l'incidence sur diff. points sur les pales,avec des linguets collés au bord d'attaque et des jauges de contraintes(+ un transmetteur,vu que ça tourne!!)+ un pitot en bout de chaque pale...
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pour un mariage il faut 2 temoins,com pour un accident ou un duel.....


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Ventus


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MessagePosté le: Mar 4 Déc - 12:37 (2012)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

Pas mal, pas mal, tout ça...

Quel est le principe de fonctionnement du capteur d'altitude?  Est-ce un baromètre pneumatique ?

Le capteur de vitesse à hélice est bien aussi. Il n'est pas sensible à la pression.
Il faut juste vérifier qu'il ne soit pas sensible à l'incidence (sinon montage sur girouette).
Un collègue  a monté  ce type de capteur sur son Pou du Ciel pensant être tranquille.
Finalement, il l'a déplacé au bout d'une petite perche devant l'aile comme je l'avais fait avec le venturi.
Sans ça, l'indication de vitesse était complètement fausse...


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Florent


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Localisation: 38

MessagePosté le: Mar 4 Déc - 21:23 (2012)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

Jean, je ne sais pas si tu connais aussi ce type de produit :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi
que tu peux trouver à une 30 aine d'euros et qui permettent de faire pas mal de chose...


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Jean Fourcade


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MessagePosté le: Mer 5 Déc - 16:09 (2012)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

Xavier AVERSO a écrit:
et..moi et moi et moiaaaaaa... Okay

Xavier


Salut Xavier,

En fait, je pensais à toi pour le monter sur ton nouveau biplace ...
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Jean Fourcade


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MessagePosté le: Mer 5 Déc - 16:12 (2012)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

GP a écrit:
Interessant; on cogitait un truc du genre avec un ami du metier,mais on voulait aussi mesurer l'incidence sur diff. points sur les pales,avec des linguets collés au bord d'attaque et des jauges de contraintes(+ un transmetteur,vu que ça tourne!!)+ un pitot en bout de chaque pale...


Ouf ! Ca ça me paraît plus compliqué. Ce qui serait intéressant serait de monter une caméra sur la tête pour filmer le rotor. Le problème est qu'il faut une caméra rapide (au moins 400 images par secondes si on veut une image tous les 5 degrés de rotation).
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Jean Fourcade


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MessagePosté le: Mer 5 Déc - 16:14 (2012)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

Ventus a écrit:
Quel est le principe de fonctionnement du capteur d'altitude?  Est-ce un baromètre pneumatique ?


Oui, tout à fait. On déduit l'altitude à partir de la pression comme les altimètres classique. Concernant le capteur de vitesse, je ne sais pas s'il est plus sensible à l'incidence qu'un pitôt. On verra.
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Jean Fourcade


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MessagePosté le: Mer 5 Déc - 16:18 (2012)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

Florent a écrit:
Jean, je ne sais pas si tu connais aussi ce type de produit :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi
que tu peux trouver à une 30 aine d'euros et qui permettent de faire pas mal de chose...


Oui, j'en ai entendu parlé. C'est moins adapté pour cette application car il est plus difficile de contrôler des processus temps réels (nécessaire par exemple pour calculer l'instant exact de passage de deux impulsions successives du capteur placé au niveau de la tête rotor pour calculer la valeur de la rotation).
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hb9mdl


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MessagePosté le: Jeu 13 Déc - 02:45 (2012)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

Autre solution bon marché. Avec une bonne partie du travail déjà fait !
Arduino C++ & asm. + libairie & hardware open source :

http://arduino.cc/en/Tutorial/HomePage

et par exemple une carte multi-rotor comme  :
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__31138__Multiwii_and_Megapirate_A…

avec un display un peu plus moderne :
http://www.aliexpress.com/item/Freeshipping-offer-Tracking-number-3-2-TFT-LCD-Display-Touch-Screen-Panel-PCB-adapter-w-SD/573372331.html


Si le but n'est pas de se masturber l'esprit ou de faire un thèse de doctora, je pense que pour un gyro de construction amateur, un compte-tours rotor , un G-mètre et un indicateur de dérapage est largement suffisant. Soit un simple ARDUINO uno (15$) avec display 2 * 16 (9$) un acceleromètre (8$) et un capteur hall (3$) soit 35$ . Et les programmes exist déjà avec le SDK Arduino (le tout , pour un prix sans concurence aux add. ci-dessus)


Andre
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La Démocratie, c'est la dictature de la médiocrité !
Pendons les pseudo-écolo. pendant qu'il y a encore des arbres !


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Mike G


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MessagePosté le: Lun 28 Jan - 16:12 (2013)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

Jean
Tu a, peut-être, vu mes essayes de prérotation, est ce que une version simple de ton équipement pourrait faire l'enregistrement que j'ai besoin. Altitude, vitesse air tours rotor, tours moteur?
Est ce que un GPS  pourrais enregistre le distance et altitude parcourue avec la précision nécessaire?
Mike G


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Mike G


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Inscrit le: 29 Sep 2010
Messages: 291
Localisation: Lillebonne
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MessagePosté le: Lun 28 Jan - 16:39 (2013)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

Jean
Pour le Kestrel turbine comment tu à l' intention de lire cet appareil? J'ai demandé au fournisseur qui m'a envoyé ver le fabricant qui ne m'a pas donné une réponse très clair (pour moi).
Mike G
 
 
On Tue, Dec 11, 2012 at 1:24 PM, Mike Goodrich <mikegoodrich1948@gmail.com> wrote:
Hi 
I want to use your impeller as part of a data logging package, recording data (including windspeed) of a wind turbine.
Can you supply the impeller with data (output volts, amps or whatever versus windspeed) that would allow me to feed a digital or analogue signal into my data logger?
Thanks in advance
Mike Goodrich  
 
---------- Forwarded message ----------
From: Kestrel Meters <info@kestrelmeters.com>
Date: Tue, Dec 11, 2012 at 7:28 PM
Subject: Re: Kestrel meter impeller
To: Mike Goodrich <mikegoodrich1948@gmail.com>
For this question, I'm going to refer you to the manufacturer, NK (Nielson Kellerman).  They are at www.NKhome.com  You can email them at techsupport@nkhome.com or reached by phone at:610-447-1555

Monday -Thursday, 9am-5pm EST & Fridays 9am-4pm EST
I'm certain they can help...
Ryan

From: Mike Goodrich [mailto:mikegoodrich1948@gmail.com]
Sent: Tuesday, December 11, 2012 1:36 PM
To: Rachel Hader
Subject: Fwd: Kestrel meter impeller

Hi 
As you can see I've been given your address by Kestrel.
I want to use your impeller as part of a data logging package, recording data (including windspeed) of a wind turbine.
Can you supply the impeller with data (output volts, amps or whatever versus windspeed) that would allow me to feed a digital or analogue signal into my data logger?
Thanks in advance
Mike Goodrich  
 
I will try my best to give you some answers. The kestrel is a battery powered instrument and the wind impeller works specifically magnetically within whichever kestrel unit you are using.
Thank you, Rachel Hader
Technical Support Customer Service
Nielsen Kellerman
21 Creek Circle
Boothwyn, PA 19061
610-447-1555 ext 112
610-447-1577
rhader@nkhome.com
www.nkhome.com


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Jean Fourcade


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MessagePosté le: Jeu 31 Jan - 21:22 (2013)    Sujet du message: Instrument de mesure Répondre en citant

Mike,

L'hélice KESTREL possède un petit aimant dans la couronne qui permet de générer une impulsion à son passage devant une bobine. On peut donc facilement calculer la vitesse de rotation de l'hélice qui est proportionnelle à la vitesse de déplacement. Voir ici un schéma théorique avec la relation entre la fréquence de rotation et la vitesse de déplacement (voir Hélice KESTREL à la fin de la page).

Jean
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