Jalgratta võimsuse mõõtja

Jalgratta võimsusmõõtur on jalgratastele monteeritav seade, mis mõõdab ratturi toodetud võimsust. Rattatreeningut jälgivatele seadmetele (spidomeeter, läbisõidunäidik, pulsikell jne) on võimsusmõõturid oluliseks täienduseks, kuna need annavad täpsemat infot tegeliku pingutuse kohta kogu treeningu jooksul. See tehniline saavutus aitab suurendada ka sportlase jõudlust ja treeningu efektiivsust, sest tuvastab juba varakult ületreenituse.
Ajalugu.
Võimsuse mõõtmine jalgrattaspordis sai alguse 1986. aastal, kui loodi esimene võimsust eraldi mõõtev seade – SRMi (saksa k "Schoberer Rad Messtechnik" – Schrobereri ratta tehnilised mõõtmised) võimsusmõõdik.
Seadme töötas välja sakslane Ulrich Schoberer ning see paigutati vända ketirataste poolsesse otsa. 1988. aasta kevadel lisati SRM-i võimsusanduri täiendamiseks sellele rattakompuuter, mis võimaldas edukalt sooritada võimsusel põhinevaid treeninguid. Saksamaa koondvõistkond kasutas 1991. aastal esimese professionaalse rattameeskonnana võimsusandurit oma treeningutel koondise laagris. Kohe pärast võimsusmõõturite loomist ei kogunud need veel suurt populaarsust, kuna toote hind oli kõrge ning seadmed jäid pigem laboritesse testimisvahenditeks. Tehnoloogia arenguga on mõõteseadmed muutunud kompaktsemaks, täpsemaks ja odavamaks ning on seetõttu ka tänapäeval meelitanud suuremat kasutajaskonda.
Tööpõhimõtted.
Enamik võimsusmõõtureid kasutab pöördemomendi mõõtmiseks tensoandureid. Teades vändasüsteeemi pöördemomenti ja selle nurkkiirust, saab välja arvutada võimsuse konkreetsel ajahetkel. Üldine valem võimsuse arvutamiseks avaldub kujul:
formula_1
kus P on võimsus, F on süsteemile rakendatav jõud, x on jõu rakendamisel tekkinud siire ning "t" on aeg.
Sama valemit saab võimsuse leidmiseks rakendada eri asukohtades jalgrattal. Jalgratta võimsusmõõturid, mis põhinevad tensorandurite tehnoloogial, on monteeritud tagumisele rummule, keskjooksule või vändasüsteemile. Mõned uuemad seadmed kasutavad võimsuse mõõtmiseks tensoandurite asemel ka Newtoni kolmandale seadusele tuginevat tehnoloogiat. Seda tüüpi tehnoloogiaga töötavad jalgratta võimsuse andurid mõõdavad ratturile mõjuvaid takistusjõude (näiteks raskusjõud, tuuletakistus, inerts, hõõrdejõud jne) ning neid andmeid liikumiskiirusega kombineerides saabki leida jalgratturi võimsustoodangu. Sellised seadmed on enamjaolt monteeritud jalgratta juhtraudadele.
Jalgratta võimsusmõõturiga treenimine kogub järjest enam populaarsust, kuna see annab ratturile vahetut tagasisidet tema tegeliku pingutuse kohta. Teatavasti on üsna populaarne rattatreenigu abivahend pulsomeeter, kuid võimsusanduriga treenimisel on selle ees mitmeid eeliseid. Kuna pulsomeeter mõõdab inimese juures kindlat füsioloogilist efekti, siis selle abil saadavate andmete muutumine toimub teatud ajalise viivitusega. Võimsust mõõtes saab aga pingutuse muutuse kohta infot kohe. Võimsusandur annab infot ka selle kohta, kas rattur on piisavalt puhanud ja terve. Rattur võib hea tervise juures ja halva enesetundega trenni tehes anda sarnased pulsinäidud, kuid võimsusmõõturiga saadud näidud on siis kindlasti nõrgemad, kui sportlane ei ole parima tervisliku seisundi juures. Seega on tipptasemel võimsusanduriga treenimine pulsomeetriga treeningutele oluliseks täienduseks.
Kasutajaliidesed.
Vanemad jalgratta võimsusmõõturid kasutavad rattakompuutri ja andurite vahel info vahetamiseks juhtmete komplekte, mistõttu need on ebausaldusväärsemad (ühenduste purunemise tõttu) ning neid on raskem hooldada. Umbes 2009. aastast on märgata aga suuremat traadita ühendusel toimivate võimsusandurite kasutamist. Tuntumad rattafirmad, kes sellel tehnoloogial põhinevaid komponente valmistavad, on Garmin, Quarq, Power2max,SRM ja PowerTap.
Jalgratta võimsusmõõturite tüübid.
Keskjooksule monteeritud andur.
Võimsuse mõõtmine põhineb väände deformatsiooni registreerimisel keskjooksu võllil. Keskjooksu mõlemas otsas on augustatud ketas ning nende ketaste (aukude) nihet teineteise suhtes registreeritakse optilise sensoriga. Pärast nihke mõõtmist saab leida pöördemomendi ning sellest omakorda võimsuse. Sellel meetodil toimiv andur peaks olema usaldusväärne ja vastupidav, kuna pärast anduri paigaldamist ei tohiks tekkida kulumiskahjustusi, sest optilisel anduril puudub otsene kontakt liikuvate osadega. Keskjooksule monteeritud anduri puuduseks on aga asjaolu, et pärast selle paigaldamist on keeruline seda ühelt rattalt teisele tõsta ning iga keskjooksu tüübi jaoks peaks olema isesuguse ehitusega andur.
Rummule monteeritud andur.
Rummule monteeritud võimsusmõõturites kasutatakse tensoandureid, mis paiknevad jalgratta tagumisel rummul ning need mõõdavad võimsust, mida rakendatakse tagumistele ketiratastele. Kuna vändasüsteem ja tagumine rumm on omavahel ketiga ühenduses, siis tekib võimsuse mõõtmisel paratamatult mingisugune kadu ehk vända juurest mõõdetav võimsus peaks olema suurem kui rummu juurest mõõdetud võimsus. Rummule monteeritud võimsusandurid on praeguse seisuga kõige populaarsemad professionaalsete ratturite seas, kuna neid on võimalik kergesti ühelt rattalt teisele tõsta, need on usaldusväärsed, kasutajasõbralikud ning vastuvõetava hinnaklassiga.
Võimsuse mõõtmine rattaketil.
Rattaketil võimsuse mõõtmiseks kasutatakse vibratsiooniandurit, mis on paigutatud ratta raamile. See andur mõõdab keti liikumise kiirust ja vibreerimist ning võttes arvesse jalgratta mõningaid füüsilisi parameetreid, on see võimeline ka ratturi toodetud võimsust välja arvutama. Vibratsioonil põhineva võimsusanduri eeliseks on selle taskukohane hind ning ühilduvusvõime teiste rattakompuutritega. Suureks puuduseks on aga selle ebatäpsus ning tugev sõltuvus kliimast ja teeoludest.
Takistusjõududel põhinevad andurid.
Seda tüüpi andurid põhinevad Newtoni kolmandal seadusel: süsteemile rakendatava jõu ja seda takistava resultatiivse jõu vahe peab olema võrdne massi ja kiirenduse korrutisega. Vändasüsteemile, rummule, keskjooksule ja ketile paigaldatud andurid mõõdavad rakendatavat jõudu ning peavad tingimata asuma seega liikuvate osade vahetus läheduses. Takistusjõududel põhinevad võimsuse andurid mõõdavad liikumistrajektori reljeefi (gravitatsiooni muutusi), tuule kiirust, ratta kiirendust ja hõõrdejõudu. Kuna nende omaduste mõõtmiseks ei pea andur olema liikuvate osade läheduses, siis saab takistusjõududel töötava võimsusanduri paigaldada rattakompuutrisse ning need on seetõttu kerged, soodsad ning kergesti erinevate rataste vahel vahetatavad. Seda tüüpi andurite suurimaks puuduseks on nende ebatäpsus. Registreeritav võimsus sõltub üsna palju jalgratturi aerodünaamilistest omadustest, kuid kuna ratturi asend muutub sõidu ajal tihti, siis ei ole ka mõõtmistulemused kõige usaldusväärsemad.
Otseselt rakendatava jõu andur.
Seda tüüpi andurid registreerivad jalgratta pedaalides ratturi jalgade rakendatud jõudu. Jalanõus või pedaalis paiknevad andurid mõõdavad rakendatavat jõudu vändasüsteemi pöörlemise ajal ning registreerivad selle nurkkiirust. Võimsuse saab leida, kui suvalisel hetkel on teada rakendatava jõu suurus ja suund ning vändasüsteemi pöörlemise nurkkiirus. Seda tüüpi jalgratta võimsusmõõturi eelisteks on võimalus mõlemat jalga eraldi mõõta, hinnata pedaalimisstiili efektiivsust ning see, et puudub vajadus rattajuppide väljavahetamiseks. Otseselt rakendatava jõu anduri populaarseimaks näiteks on rattafirma Garmini värske toode Vector, mis mõõdab ratturi arendatud võimsust pedaalidesse paigaldatud andurite abil.