¿Qué están midiendo exactamente? ¿Cómo lo miden? ¿Cuáles son las implicaciones de los diferentes enfoques sobre la precisión / velocidad de obtener una buena medida?
Sería útil si alguien pudiera dar una respuesta que explique cómo los medidores basados en concentradores como el PowerTap difieren de los medidores basados en manivelas como el Quarq que difieren de los demás.
Respuestas:
Existen varios tipos diferentes de medidores de potencia en el mercado y cada uno mide algo ligeramente diferente para hacer sus estimaciones. Además, la forma en que miden lo que miden tiene implicaciones para su precisión. A continuación, analizo qué miden los modelos principales, cómo lo miden y las implicaciones para la precisión.
La potencia es la tasa de trabajo (por lo que necesita saber la cantidad de trabajo y el lapso de tiempo durante el cual se realiza ese trabajo), y el trabajo es una fuerza ejercida a lo largo de una distancia, por lo que cada medidor de potencia tiene una forma diferente de medir esos fuerzas y, debido a las patentes, cada uno ha optado por medirlos en una "ubicación" diferente.
Con la excepción de la iBike, la mayoría de los medidores de potencia miden las fuerzas en algún lugar a lo largo de la transmisión: trabajando desde atrás hacia adelante, el PowerTap (y el antiguo Look MaxOne) mide en el buje trasero, los sistemas polares más antiguos medidos a lo largo de la cadena, la medida Quarq, SRM, Rotor y Power2Max en la araña del anillo de la cadena delantera, la nueva medida Look / Polar y Garmin Metrigear (hasta ahora, anunciada pero inédita) en el eje del pedal, la medida (anunciada pero inédita) de Brim Brothers en la cala del zapato, el Ergomo midió en el pedalier y el Stages mide en la manivela izquierda. El iBike mide de una manera completamente diferente, como se discute a continuación. Una consecuencia de medir en varios puntos a lo largo del tren motriz es que las pérdidas del tren motriz (o no) se contabilizarán en un grado diferente; por ejemplo, un PowerTap generalmente leerá más bajo que un SRM ya que uno está "aguas arriba" de la mayoría de las pérdidas de transmisión mientras que el otro está "aguas abajo". Esta diferencia es más una cuestión de definición que una cuestión estricta de "precisión" (en el sentido de, "¿es el ingreso bruto o el ingreso neto una medida de ingreso más 'precisa'?" A menos que tenga un uso específico en mente, es difícil decir cuál es más "preciso").
La mayoría de los medidores de potencia en el mercado usan galgas extensométricas, que son pequeñas tiras de lámina delgada cuya conductancia eléctrica y resistencia varía a medida que se deforman. Las galgas extensiométricas se usan en muchas aplicaciones (como puentes) y sus propiedades son bien entendidas. En general, los medidores de tensión se combinan en una "roseta" o "puente de Wheatstone" para producir más precisión y precisión (más medidores de tensión generalmente producen mejores resultados) y, cuando funcionan correctamente, el Power Tap, Quarq y SRM son generalmente precisa dentro de un par por ciento (y, lo que es más importante, con alta precisión); Esto se ha verificado tanto estáticamente (utilizando pesos conocidos colgados de la manivela) como también dinámicamente (utilizando un gran tambor rodante motorizado en un laboratorio). Las fuerzas se combinan con una medición de la velocidad angular o la velocidad para obtener potencia. Una virtud de los medidores de tensión es que el cambio en la resistencia se puede medir incluso cuando el dispositivo está parado para que el ciclista pueda medir la precisión de los medidores de potencia basados en el medidor de tensión en el hogar colgando pesos de una masa conocida de la manivela. Sin embargo, un problema común con el enfoque de la galga extensiométrica es que pueden ser sensibles a los cambios de temperatura y, por lo tanto, deben "volver a cero" antes de (y a veces, durante) los paseos. El viejo talón de Aquiles del Look MaxOne era resistente al agua, no los medidores de tensión o el método de medición. Por ejemplo, el Power2Max original (y el antiguo modelo SRM "Amateur" descontinuado) usa menos galgas extensométricas que el PowerTap actual, Quarq, o los modelos SRM y los informes de los usuarios (posteriormente admitidos por el fabricante) mostraron que era más sensible a la deriva de temperatura durante un viaje que los demás. El Power2Max fue rediseñado y actualizado a finales de 2012 y los informes indican que el problema de temperatura se ha abordado en gran medida. Una característica afirmada de las Etapas es que está diseñada en torno a la compensación automática de temperatura: a principios de 2013, los usuarios todavía están evaluando esta afirmación y es demasiado pronto para saber si su enfoque hace lo que dice.
El viejo medidor de potencia Polar midió la fuerza transmitida a lo largo de la cadena por la tensión de la cadena e incluyó un sensor de velocidad de la cadena para obtener un trabajo total. En una cadena, una mayor fuerza transmitida a lo largo de la cadena da como resultado una tensión más alta, y la tensión se puede medir por la frecuencia resonante del objeto (por ejemplo, al tocar un radio muy tenso con la uña se produce un tono de alta frecuencia, mientras que al tocar un radio suelto se produce un tono bajo) Como un aparte histórico, el prototipo de prueba de concepto para el sensor de tensión de la cadena Polar fue la recolección de una guitarra eléctrica. El sensor de velocidad de la cadena encaja en una de las ruedas de cambio y puede contar los "pulsos" en el campo magnético a medida que pasan los remaches de la cadena; Como los remaches de la cadena están separados por una distancia conocida, la velocidad de la cadena se calculó fácilmente. En cuanto a la precisión, cuando el Polar funcionaba bien, fue muy bueno; sin embargo, cuando no fue así, fue muy travieso. Peor aún, a menudo era difícil saber cuándo era malo. La caída del viejo medidor de potencia Polar fue triple: 1) el sensor de tensión de la cadena necesitaba estar cerca de la cadena, lo cual era difícil de lograr ya que la cadena a veces tenía que estar en el anillo de cadena grande o pequeño o en el diente trasero pequeño; 2) el sensor de velocidad de la cadena a veces se abrumaba y daba lecturas de velocidad falsas; y 3) resistencia a la intemperie incompleta en parte debido a cables expuestos y una "cápsula" mal sellada. lo cual era difícil de lograr ya que la cadena a veces tenía que estar en el anillo de la cadena grande o pequeña o en el engranaje trasero grande o pequeño; 2) el sensor de velocidad de la cadena a veces se abrumaba y daba lecturas de velocidad falsas; y 3) resistencia a la intemperie incompleta en parte debido a cables expuestos y una "cápsula" mal sellada. lo cual era difícil de lograr ya que la cadena a veces tenía que estar en el anillo de la cadena grande o pequeña o en el engranaje trasero grande o pequeño; 2) el sensor de velocidad de la cadena a veces se abrumaba y daba lecturas de velocidad falsas; y 3) resistencia a la intemperie incompleta en parte debido a cables expuestos y una "cápsula" mal sellada.
El medidor de potencia basado en el pedalier Ergomo utilizaba un sensor óptico y una serie de "agujeros de observación" para medir la torsión en el pedalier. Una característica extraña de este diseño es que solo podía medir la fuerza (torsional) que viaja a través del pedalier; por lo tanto, solo midió el poder aportado por la pierna izquierda: para obtener el poder total, duplicó la contribución de la pierna izquierda. En conjunción con la dificultad de instalar y calibrar el Ergomo (tenía que instalarse exactamente así), esta dependencia de la simetría bilateral entre las piernas fue la sentencia de muerte para el Ergomo. El medidor de potencia de etapas mide de manera similar la fuerza por deformación en la manivela izquierda y dobla la "izquierda" para llegar a una estimación de la potencia total. La investigación con pedales de fuerza instrumentados muestra que la norma es la asimetría bilateral en la producción de energía entre las piernas derecha e izquierda; peor aún, la investigación muestra que la asimetría puede cambiar con el nivel de esfuerzo. Sin embargo, algunos corredores están dispuestos a aceptar esta imprecisión e imprecisión inherentes.
Debido a que ni los viejos medidores de potencia Polar ni Ergomo utilizaron galgas extensométricas, el ciclista no pudo verificar estáticamente su precisión en el campo; solo podían verificarse dinámicamente (o contra otro medidor de potencia calibrado conocido).
Se rumorea que los medidores de potencia de pedal o cala de pedal Garmin Metrigear y Brim Brothers inéditos usan sensores piezoeléctricos y acelerómetros de estado sólido en lugar de medidores de tensión de aluminio, pero hasta que lleguen al mercado, todas las afirmaciones sobre precisión o precisión deben tomarse con granos de sal. Un problema interesante en el diseño de un medidor de potencia basado en pedal o cala es que se debe conocer la dirección de la fuerza y la posición del eje del pedal: por ejemplo, si agrega fuerza hacia abajo en la parte inferior de la carrera del pedal, eso es una fuerza desperdiciada ya que no ayuda a mover la manivela en la dirección correcta; Del mismo modo, si presiona hacia abajo (aunque sea levemente) sobre la carrera ascendente, se cancelará parte de la fuerza ejercida por la otra pierna en su carrera descendente. Por lo tanto, realizar un seguimiento de los diversos vectores de fuerza es clave para obtener precisión y precisión confiables. Hasta cierto punto, el medidor de potencia Stage también puede ser ocasionalmente susceptible a un problema relacionado: el Stages usa un acelerómetro de estado sólido en el pedal (similar a los acelerómetros de estado sólido que se pueden encontrar en los teléfonos inteligentes) para determinar su posición. Los primeros modelos de producción de las etapas estaban plagados de mediciones imprecisas de la posición del pedal, por lo que la velocidad del pedal también era imprecisa, y esto tuvo repercusiones en la precisión de las estimaciones finales de potencia.
El medidor de potencia Look / Polar recientemente lanzado (a partir de enero de 2012) utiliza medidores de tensión dispuestos a lo largo del eje del pedal, y cada pedal debe instalarse cuidadosamente para que los pedales sepan en qué dirección se aplican las fuerzas: se suministra una herramienta especial con el pedales para ayudar con la orientación. Para simplificar la conversión de las fuerzas medidas a valores de torque, el pedal Look / Polar permite el uso de solo cuatro longitudes de manivela diferentes: 170 mm, 172.5 mm, 175 mm y 177.5 mm. Las bielas de menos de 170 mm no son compatibles actualmente. Un pedal es el "maestro" y el otro es el "esclavo"; el pedal esclavo transmite información al maestro que luego agrupa los datos de ambos pedales y los envía a la unidad principal. En el momento, el pedal Look / Polar utiliza su propio protocolo de transmisión y ningún otro fabricante se ha registrado para proporcionar unidades principales compatibles. Los primeros informes sobre los nuevos pedales Look confirman que la orientación de los pedales es crítica: debido a que el eje de un pedal es pequeño, un pequeño error absoluto en la alineación puede ser un gran error relativo en su orientación angular.
La iBike adopta un enfoque completamente diferente: calcula la potencia indirectamente. Es decir, necesita una cierta cantidad de potencia para superar los cambios en la energía potencial (subir o bajar), para los cambios en la energía cinética (acelerar o desacelerar), para superar la resistencia aerodinámica (incluido el viento) y la resistencia a la rodadura, por lo que si Conozca la velocidad de avance, el gradiente, la velocidad del viento, su masa total (más la bicicleta y todo el equipo) y luego combínelos con estimaciones de los coeficientes de resistencia a la rodadura (Crr) y del área de arrastre aerodinámico y frontal (CdA o área de arrastre) que puede calcular el poder general (ver, por ejemplo, aquí) En esencia, los otros medidores de potencia del mercado se centran en la "ecuación del lado de la oferta" midiendo la potencia suministrada por el conductor en algún lugar a lo largo de la transmisión; El iBike se enfoca en el "lado de la demanda" midiendo la potencia demandada para mover la bicicleta contra el viento, el gradiente y otras fuerzas de arrastre. En condiciones normales, esto puede ser bastante (quizás incluso sorprendentemente) exacto, aunque la precisión de la potencia estimada de esta manera no es tan buena: el iBike supone que el área de resistencia aerodinámica (también conocida como CdA) es constante, por lo que si el conductor cambia de posición (por ejemplo, al pasar de las gotas a la parte superior de la barra) o si la velocidad del viento difiere porque el ángulo de guiñada cambia, la estimación de potencia estará apagada. En general, se ha demostrado que la iBike es bastante precisa para escalar colinas; menos para rodar cursos o montar en un paquete, por lo tanto, la precisión general dependerá de la combinación exacta de conducción realizada y la variabilidad en la dirección del viento. Al igual que con los viejos Polar y Ergomo sin galgas extensométricas, la iBike no se puede verificar estáticamente para obtener precisión o precisión; peor, tampoco se puede verificar en una plataforma dinámica en un laboratorio, ya que depende del gradiente y la velocidad del viento. Las comprobaciones de la iBike se realizaron en el campo cuando los ciclistas montaron otro medidor de potencia en la misma bicicleta y compararon las dos transmisiones de datos.
Ha habido algunas comparaciones "simultáneas" de la precisión del medidor de potencia donde un ciclista montó dos o más medidores de potencia en la bicicleta y realizó paseos estructurados o no estructurados. Puedes ver una de esas comparaciones de "Rosetta Stone" aquí y aquí .
En general, todos los medidores de potencia lanzados comercialmente han sido precisos (y a veces precisos) cuando se ajustan nuevamente y funcionan en condiciones ideales. Sin embargo, las condiciones no siempre son ideales y las piezas se dañan, ensucian y deterioran. Si la precisión y la precisión son importantes, entonces la precisión del "diseño" (ya sea basada en galgas extensométricas, sensores ópticos, sensores magnéticos o sensores de velocidad del viento) es solo la mitad de la batalla: igualmente importante es la capacidad de verificar un medidor de potencia en el hogar para que usted puede saber cuándo están apagados.
Esta imagen del primer medidor de potencia SRM me pareció interesante:
La manivela está montada como una palanca (girando alrededor del eje): cuanto más empuje el pedal con más fuerza, más se dobla el calibrador de tensión , cuya salida se usa como parte del cálculo de la potencia (como se describe mejor en el otro respuestas!)
Muchos medidores de potencia modernos son esencialmente mejoras en este concepto.
Básicamente, todos los medidores de potencia funcionan midiendo la fuerza (o par) y una velocidad.
http://en.wikipedia.org/wiki/Power_(physics)#Mechanical_power
P(t) = F(t) * v(t)
En otras palabras:
Power = Force * velocity
Un medidor de potencia basado en pedal o manivela medirá la cantidad de torque que se aplica a las bielas. Eso, combinado con su cadencia, le proporciona la potencia de salida (agregue tiempo y tendrá todo el trabajo realizado).
Un medidor de potencia basado en el cubo mide el par aplicado al cubo por el tren de transmisión y combina eso con la velocidad o la rotación de las ruedas para hacer los mismos cálculos básicos y calcular la potencia de salida allí.
Básicamente, uno mide la potencia que entra en la transmisión, el otro mide la potencia que sale de la transmisión. Si tuviera ambos, el medidor de potencia del eje mostraría una cantidad de potencia ligeramente menor debido a la pérdida de potencia en la transmisión. Sin embargo, una transmisión de bicicleta es muy eficiente (especialmente cuando está bien mantenida), por lo que no me preocuparía por la pequeña diferencia. Hasta cierto punto, puede depender si le importa más su potencia de salida o la potencia de salida de todo el sistema de ciclista + bicicleta.
El mecanismo físico subyacente real es probablemente una galga extensométrica que consiste en un cable delgado que corre en zig-zag sobre una viga que se dobla ligeramente a medida que se aplica la fuerza. Doblar los cables cambia la resistencia eléctrica. http://en.wikipedia.org/wiki/Strain_gauge
También he oído hablar de medidores de potencia que miden la fuerza de los pedales. Supongo que necesitan que se les diga la longitud de las bielas. También he oído hablar de sistemas que miden la vibración de la cadena para calcular la tensión en la cadena y obtener información de fuerza / par para calcular la potencia de salida.