Resumo |
O presente trabalho fundamenta-se no processo de medição de velocidade que se baseia na análise espectral proveniente dos sinais acústicos e/ou vibrações mecânicas geradas pelo motor. Tal método descarta a necessidade de contato mecânico e óptico, afinal os sensores precisam apenas estar próximos para poder captar os sinais sonoros. Na análise do sinal sonoro de um corpo em rotação, como é o caso de um motor, a aceleração rotacional segue uma importante regra: os sons emitidos repetem-se com cada revolução em um específico ângulo de rotação, resultam em um conteúdo espectral que corresponde a múltiplos da frequência rotacional. A evolução temporal da frequência de um sinal pode ser obtida através da transformada de Fourier de curta duração. Neste projeto mediu-se a velocidade de rotação de um motor CC, que tem hélice acoplada ao rotor de um VANT (Veículo Aéreo Não Tripulado) AR Drone 2.0 da Parrot, que possui 4 motores, obtendo um total de 8 pás (4 hélices), que contribuem com a produção de som que possui sua frequência diretamente relacionada com a frequência de rotação do motor. A partir disso, mediu-se com um tacômetro a média de velocidade em RPM (rotações por minuto) dos motores de cada VANT - um com uma casca protetora grande e outro sem casca - a fim de se comparar com o valor encontrado a partir da análise de espectrograma. Primeiramente é feita a gravação do som e a partir dela, é coletado intervalos de tempo do áudio, em seguida é feita a transformada de Fourier de cada trecho de som. Assim é captada a magnitude predominante e para qual frequência ela acontece, essa frequência está diretamente relacionada com a frequência de rotação do motor, sendo a sua conversão para RPM feita através da fórmula: N = 60f/n, onde N é a velocidade de rotação em RPM; n é o número de pás da hélice; e f é a frequência do som em Hz. Após feita a conversão deve-se multiplicar o valor encontrado pela relação de engrenagem do AR Drone 2.0 (1:8,75), já que se quer encontrar a velocidade de rotação do motor e não das pás, pois o som analisado é gerado pelas pás. Para o VANT com casca protetora grande o valor da velocidade de rotação medido com o tacômetro foi de 3807,1 RPM e o calculado, baseado na análise por espectrograma, foi de 3563,5 RPM, obtendo um erro percentual de 6,30%; enquanto para o VANT sem casca protetora o valor medido foi de 3491,3 RPM e o calculado foi de 3536,6 RPM, obtendo um erro percentual de apenas 1,20%. Desta forma, a partir dos valores medidos com o tacômetro, pode-se confirmar a confiabilidade do método utilizado para estimar a velocidade de rotação de motores CC usando análise por espectrograma, pois os erros percentuais encontrados - 1,20% e 6,30% - são aceitáveis, devido a possíveis ruídos no ambiente onde foi realizado o experimento. |