เรื่องที่ต้องรู้เกียวกับ “Power meter”…มันคืออะไร มีไว้ทำอะไร

เรื่องที่ต้องรู้เกียวกับ “Power meter”…มันคืออะไร มีไว้ทำอะไร

ถ้าถามว่าอุปกรณ์ที่เสดงถึงความเป็น”โปร”ของนักปั่น มีเเล้วเท่ มีเเล้วแสดงออกถึงอำนาจ รสนิยม การเงิน นอกจากเฟรม ล้อและอุปกรณ์แต่งกายเเล้ว คงหนีไม่พ้นเจ้า Power meter

การมีอุปกรณ์สุดไฮเทค สุดเเพง หลายๆ  คนยังบอกเลยว่ามันสุดเอื้อมจริงๆ จะมีไว้ทำอะไร ลำพังเเค่การมี Garmin Edge 520 มีตัววัดอัตราเต้นของหัวใจ (HRM) มีตัววัดรอบขา (Cadence sensor) ยังไม่พอเหรอ..ถ้ามีเเล้วจะได้ประโยชน์อะไรเพิ่มมั้ย จะปั่นได้เร็วขึ้นจริงๆ เลยหรือ..? แต่ก่อนจะตอบคำถามเหล่านี้ ผู้เขียนอยากจะอธิบายก่อนว่าเจ้า Power meter คืออะไร เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่อะไร

power meter รุ่นเเรกๆ ผลิตโดยบริษัท SRM หรือเรียกเต็มๆ ว่า Schoberer Rad Messtechnik ออกเเบบโดยนาย Ulrich Schoberer ช่วงปี 80 ใครที่อยากรู้ประวัติการพัฒนาเข้าไปดูได้ที่ SRM History

csm_Untitled-2_eb68291314

เเต่เนื่องในช่วงเเรกๆ การจะผลิต power meter สักตัวมันราคาเเพงมาก การใช้งานจึงจำกัดในวงเเคบๆ ในห้องแลปทดลองหรือเฉพาะทีมโปรจักรยานจริงๆ

csm_Patent_1987_3150b49336

แค่วงจรภายในก็ยากจะประกอบขึ้นมาเเล้ว นี้ยังไม่นักอุปกรณ์เล็กๆ น้อยเเละการประกอบร่างขึ้นมา

เอาหละ…มาถึงหัวข้อทางวิชาการกันหน่อย..จะเล่าถึง คำว่า Watt, Power, Force และค่าทางฟิสิกส์อื่นๆ ที่จำเป้นในการทำความรู้จักกับ Power Meter

ตามสูตรทางคณิตศาสตร์….Power (Watt) = Force x Distance / Time หรือ กำลัง = เเรง x ระยะทาง / เวลา 

ค่า Watt หรือ วัตต์ คือพลังงานที่ต้องใช้ในกา่รเคลื่อนย้ายวัตถุ ในระยะจากจุด A ไปจุด B ในระยะช่วงเวลาหนึ่ง (วัดจากจุด A ไปจุด B) ถ้า…1Watt = 1Nm/s หมายความว่า จะเคลื่อนวัตถุหนัก 1 นิวตัน (1 นิวตัน = 1 kg.m/s2) ไป 1 เมตร ใน 1 วินาที ต้องใช้่พลังงาน 1 วัตต์

ตามสมการ…วัตถุที่นักปั่นต้องเคลื่อนย้าย คือ ตัวจักรยานและตัวผู้ปั่น ระยะทางคือเส้นถนนที่ต้องใช้เดินทาง เเต่การจะเคลื่อนย้ายจักรยานในสถานการณ์จริงต่างจากห้องเลป นักวิทยาศาสตร์ต้องคำนึงถึงค่าเเรงต้าน แรงเฉื่อย เเรงที่ผลิตก็ไม่ได้ต่อเนื่อง ถนนก็ไม่ได้เป็นเส้นตรงเรีบ มีโค้งมีทางชัน ตัวเเปรเหล่านี้จำเป็นต้องใส่ไปในสมการด้วย ถึงจะได้ค่าวัตต์ที่ถุกต้องที่สุด

กลับมาที่สมการอีกครั้ง power = force x distance (or displacement) / time หรือ กำลัง = เเรง x ระยะทาง (การกระจัด) / เวลา

การกระจัด (Displacement) / เวลา = ความเร็ว (Velocity) เราจึงได้สูตรว่า…power = force x velocity หรือ กำลัง = เเรง x ความเร็ว

003_Force-Torque

www.powertap.com

ตอนนี้เราคงได้ไอเดียเเล้วว่าเจ้า Power meter คำนวนวัตต์ออกมาอย่างไร เเต่ยังมีชิ้นส่วนของจักรยานที่เป็นตัวเเปรเข้ามาเกี่ยวข้องกับการผลิตวัตต์ออกมาด้วย อย่างเช่น หัวกระโหลก ขาปั่น องศาบันไดปั่น เป็นต้น

เมื่อรถเราเริ่มออกตัว จะมีความเร็วเกิดขึ้น (ไม่ว่าไปในทิสทางใดๆ) เอาความเร็วมาคูณกับ ขนาดของเเรง (Force) ซึ่งเจ้าเเรงนี้จะวัดได้จาก strain gauge ก็จะได้ข้อมูลที่เป็นตัวเลขของวัตต์ (Watt) ที่เราผลิตได้

keoPower_scene03ok.preview_500

ตัวอย่างเครื่องวัดความเครียด

ที่มีใช้อยู่ในปัจจุบัน ซึ่งต้องขออนุญาตนำบทความจาก “ทำความรู้จัก Strain Gauge, Piezoelectric และ Accelerometer” โดย biomed.in.th มานำเสนอท่านผู้ท่านครับ

สเตรนเกจ (Strain Gauge) คือเครื่องมือที่ใช้ในการตรวจวัดแรงตึงเครียด(Strain) ของวัตถุ ส่วนใหญ่สเตรนเกจ จะทำจากเส้นลวดโลหะขนาดเล็กขดเป็นรูปร่างต่างๆ อยู่บนแผ่นฉนวน นอกจากนั้นยังมีเสตรนเกจแบบอุปกรณ์กึ่งตัวนำด้วย ซึ่งมีความไวสูงกว่าและขนาดเล็กกว่าแบบลวดโลหะ แต่ก็มีราคาแพงกว่าเช่นกัน

หลักการของเตจเกจ คือ เมื่อเสตรนเกจถูกแรงกระทำ จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างไป(ยืด หด บิด งอ) ทำให้ความต้านทานของวัตถุนั้นเปลี่ยนไปตามแรงที่กระทำ การนำไปใช้จะใช้การต่อวงจร Wheatstone bridge (ใช้วัดค่าความต้านทาน) เพื่อหาความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าเมื่อความต้านทานเปลี่ยนแปลงไป ตัวอย่างการใช้เสตรนเกจ ในทางวิศวกรรมชีวเวช ส่วนใหญ่จะถูกนำมาใช้เป็นตัวตรวจวัดแรงต่างๆ เช่น ใช้เป็นเซ็นเซอร์ชั่งน้ำหนัก เซ็นเซอร์วัดแรงกดของฝ่าเท้า เซ็นเซอร์วัดความดันเลือด เป็นต้น

00204

www.allaboutcircuits.com

 

Piezoelectric (เพียโซอิเล็กทริค) คือ อุปกรณ์ตรวจวัดแรงกลต่างๆ เช่น แรงดัน ความเร่ง การสั่น แรงเครียด หรือแรงกระทำอื่นๆ โดยเปลี่ยนพลังงานกลต่างๆเหล่านี้ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ในทางกลับกันเมื่อให้พลังงานไฟฟ้าแก่วัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นเพียโซอิเล็กทริค วัสดุนั้นก็จะเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลได้เช่นกัน วัสดุที่มีสมบัติเป็นเพียโซอิเล็กทริค มีหลายชนิด เช่น คริสตอล(gallium phosphate, quartz, tourmaline) เซรามิค โพลิเมอร์ เป็นต้น

การนำเพียโซอิเล็กทริค ไปใช้ในงานทางด้านวิศวกรรมชีวเวช เช่น ตัววัดคลื่นเสียงของหัวใจ(ไมโครโฟน), ตัวรับสัญญาณของเครื่องอัลตราซาวด์, Quartz crystal microbalance(QCM) ที่มีการประยุกต์ใช้ในการตรวจวัดสารชีวโมเลกุลจำนวนมาก, ตัวตรวจวัดแรง เป็นต้น

SchemaPiezo

 

Accelerometer คือ เครื่องตัววัดความเร่ง ของการเคลื่อนที่ของวัตถุ มีในมือถือสมาร์ทโฟนทั่วไป เช่น iPhone ตัวอย่างการใช้งานเช่น การเขย่าเพื่อเปลี่ยนเพลง หรือการเขย่าตัวเครื่องเพื่อใช้ในการควบคุมการเล่นเกม ล้วนเป็นคุณสมบัติของ accelerometer ที่ติดมาในเครื่อง โครงสร้างของ accelerometer จะประกอบด้วยสปริงและลูกตุ้มน้ำหนัก เมื่อมีการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งลูกตุ้มน้ำหนักจะถูกกดไปอีกฝั่งตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ สปริงก็ทำหน้าที่ดึงกลับเข้าที่อีกครั้งเมื่อหยุดการเคลื่อนที่ การเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่คือความเร่งเท่ากับศูนย์ ค่าที่วัดได้ก็จะไม่เปลี่ยนแปลง

ส่วนตัวเซ็นเซอร์ภายใน ที่จะใช้ในการตรวจวัดความเร่งของลูกตุ้มที่อยู่ในระบบนั้นมีหลายชนิด เช่น เพียโซอิเล็กทริค, สเตรนเกจ, ชนิดใช้แสงตรวจวัด, วัดแรงเฉือน เป็นต้น

การนำ accelerometer ไปใช้ในงานทางด้านวิศวกรรมชีวเวช เช่น เครื่องตรวจวัดความเร็วที่ติดในรองเท้า เครื่องนับจำนวนก้าวเท้า เป็นต้น

516daf84ce395f411e000001

ที่สำคัญ…การทำตัว strain gauge เพื่อวัดเเรง (Force) ที่ใช้ในการปั่นจักรยานมีค่าใช้จ่ายที่เเพงครับ เพราะต้องออกเเบบเซ็นเซอร์ให้มีขนาดเล็ก ไวและวัดได้เร็ว ถูกต้องเเม่นยำที่สุด ต้องทนต่อสภาพภูมิอากาศ ค่าไม่เปลี่ยนเวลาอุณหภูมิขึ้นๆ ลงๆ

 มี Power meter แล้วชีวิตดีขึ้นมั้ย

การมี Power Meter ในครอบครองจะช่วยประสิทธิภาพในการปั่นของเราได้อย่างไร…

มีข้อมูลเป็นตัวเลขใช้ในการชี้วัดได้ชัดเจน…คุณผลิตพลังงานได้ 120 วัตต์ (watt) ก็คือผลิตได้ 120 วัตต์ และค่าจะคงที่หรือนิ่งกว่าการใช้ Heart rate monitor เพราะอัตรการเต้นของหัวใจ ที่จะมีขึ้นๆ ลง ตามสภาวะต่างๆ อย่างเช่น อุณหภูมิ นอนน้อย ดื่มกาแฟ มีอาการเหนื่อยล้าสะสม เป็นต้น

pioneer-power-meter-cyclingtips

intheknowcycling.com

เมื่อมีข้อมูลเป็นตัวเลขที่ชัดเจน….การใช้เปรียบเทียบ ความหนักเบาของการฝึกซ้อม ลดการใช้ความรู้สึกให้น้อยลง (No guess work) ใช้ตัวเลขที่วัดได้มายืนยัน ถ้าฝึกปั่นหนักต้องได้ 250 วัตต์ (watt) ก้ต้องปั่นให้ได้ 250 วัตต์ ตามเป้า ถ้าการฝึกเบาคือปั่น 100 watt ผู้ฝึกก็มีหน้าที่ในการปั่นให้ได้วัตต์ (Watt) ตามนั้น

CyclingWorkout_Outlined_V3

มาดูตัวอย่างเเบบการฝึก ให้ลองดูที่ ค่า RPE (Rate of perceived Exertion) หรือความรู้สึกว่าการปั่นต้องให้หนักเบาเเค่ไหน ซึ่งจะใช้ตัว Heart Rate มาช่วยกำกับเป็นโซน เเต่จะดีกว่าไหม (ง่ายกว่า) ถ้าเปลี่ยนเป็น Watt

sweet-spot-zones

เมื่อใช้ Power meter เข้าร่วม เราจะดู Feedback ได้ทันที เราปั่นถึงโซนหรือถึงระดับวัตต์ที่ต้องการหรือยัง ไม่มี lag effect เหมือนการใช้ Heart rate monitor เเละเวลาออกปั่น Outdoor ตัวเเปรอย่าง กระเเสลม อุณหภูมิ ไม่มีผลต่อวัตต์ที่เราผลิต

rideinfoflattened_copy

เวลาใช้ Power meter การใช้ฝึกซ้อมจะง่ายขึ้น เราสามารถรักษาระดับวัตต์ที่ผลิตได้ง่ายกว่า Heart rate  (เลี้ยงค่าได้นิ่งกว่า) ในการฝึกเเต่ละครั้ง…อย่างรูปข้างบน…การใช้วัตต์ในการฝึกซ้อมจะสามารถสร้าง Target ที่ชัดเจน (ให้ดูที่ workout profile) มีการเเบ่งช่วงหนักเบา หรือ Goal ที่ต้องปั่นให้วัตต์ไปถึงเเบ่งไว้ตามช่วงเวลา เมื่อผู้ปั่นทำการฝึก สังเกตว่ากราฟก็จะเป็นอีกอย่าง (สีฟ้าซ้ายเเถวกลาง)…ซึ่งบอกกันเลยว่าง่ายกว่าการใช้ Heart rate zone

pioneer-hammer

การใช้ Power meter สามารถนำมาแก้ไขจุดอ่อนของเราได้ด้วย อย่างเช่น กำลังขาแต่ละข้างที่ไม่สมดุลกัน อย่างในรูป ขาข้างซ้ายให้กำลังวัตต์ที่มากกว่าข้างขา

max_skyriders_991775

ใช้บริหารพลังงานในช่วงระหว่างปั่นฝึกซ้อมหรือเเข่งขันก็สามารถใช้ตรวจดูว่าเราออกเเรงน้อยไป มากไป จะได้เซฟพลังงานได้ถูกต้อง

Power Meter ก็มีข้อจำกัด

1. อุปกรณ์ Power meter ไม่ใช้ยาเม็ดเดียวรักษาทุกโรค ยังต้องการใช้ร่วมกับอุปกรณ์อื่นๆ อย่างเช่น Heart Rate Moitor และ Speed cadence sensor เป็นต้น การผลิตวัตต์ออกมายังต้องมีการค่อยเช็คอัตราเต้นของหัวใจ ระดับพลังงานเเค่นี้ หนักไปไหมต่อหัวใจ รอบขาที่ปั่นออกมาเบาหรือหนักไป ถ้าเร่งจะได้วัตต์ตามต้องการหรือไม่

2. การติดตั้ง ไม่ใช้รถทุกคันจะติด Power Meter ได้ ทั้งนี้ต้องขึ้นอยู่กับ….กำลังทรัพย์ของท่านเป็นอันดับเเรก ซึ่งบอกได้เลยว่าอย่างต่ำก็ 30,000 บาท ต่อมาก็เป็นประเภทของ Power meter ที่ใช้ จะเเบ่งออกเป็น วัตต์power meter แบบวัดจากดุมล้อ ( Hub Power Meter), เเบบวัดจากก้านปั่น (Crank Arm power meter), เเบบวัดจากบันไดปั่น (Pedal power meter) หรือจเป็นแบบวัดวัตต์จากจานหน้า (front chain ring power meter)

6pmfullsizewlogos

แบบของ power meter ในเเต่ละอย่างจะมีจุดติดตั้งต่างกัน นักปั่นอาจจะต้องมีการถอดเปลี่ยนอะไหล่ใหม่ทำให้เพิ่มค่าใช้จ่ายเข้าไปอีก เเถมเจ้า Power meter ยังมีเเบบวัดวัตต์รวมอย่างเดียว บางอย่างสามารถเเยกวัดวัตต์จากขาซ้านขวาได้ด้วย บางเเบบใช้คลื่นสัญญา Ant+ ในการเชื่อมต่อกับ Bike Computer เเต่บางอย่างก็ใช้เเบบ Bluetooth ผู้บริโภคก็ต้องเลือกว่าจะใช้ Bike computer เเบบไหนให้เข้ากันกับ Power meter ด้วย

www.bikeradar.com

www.bikeradar.com

3. เนื่องด้วยเป็นอุปกรณ์ที่ซับซ้อน จำเป็นต้องมีการดูเเลบำรุงเป็นพิเศษ ไม่ใช้ใส่เเล้วทิ้งไว้อย่างนั้น จำเป็นต้องมีการปรับจูนเป็นครั้งคร่าว ซึ่งหาตัว service ในไทยคงยาก ส่งเข้าศูนย์ซ่อมอย่างเดียวหรือเปลี่ยนใหม่

4. นอกจากตัวอุปกรณ์แล้ว ผู้ใช้จำเป้นต้องมีการศึกษาวิธีการใช้ คำศัพท์เทคนิคที่เกี่ยวข้องด้วย อย่างค่า การหาค่า Functional Threshold Power (FTP), Intensity Factor (IF) และ Pw:HR เป็นต้น

image_thumb41

www.dcrainmaker.com

ในส่วนการเริ่มใช้งานเบื้องต้นจากขอกล่าวในบทความต่อไปนะครับ