Để khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến cảm biến, cảm biến với tỉ lệ muối: nước:glycerin là 1:18:5 và đường kính ống cao su silicone là 1.5 mm được sử dụng. Một tủ gia nhiệt của Jlabtech cũng được sử dụng để thay đổi nhiệt độ từ thấp tới cao. Tủ gia nhiệt có thể điều khiển, duy trì nhiệt độ trong buồng tủ ở một giá trị cố định được cài đặt từ người sử dụng.
Đầu tiên, cảm biến được gắn với hệ đo và đặt vào trong tủ, sau đó điều khiển tăng nhiệt độ dần dần theo bước tăng là 5 độ C. Ở mỗi nấc nhiệt độ được duy trì mười năm phút trước khi đo giá trị. Điều này nhằm giúp cho nhiệt độ của dung dịch muối trong ống silicone có thể tăng bằng nhiệt độ bên ngoài ống. Kết quả điện áp trên hai đầu cảm biến được thể hiện trên hình 4.3a. Sau đó cảm biến được lấy ra và đặt lên bộ điều chỉnh ứng lực để khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới hệ số Gauge Factor của cảm biến. Ở mỗi nhiệt độ, cảm biến được kéo dãn và duy trì mười lăm phút cho lần kéo dãn tiếp. Kết quả của sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới hệ số GF được thấy trên hình 4.3b. Kết quả cho thấy điện trở và hệ số GF của cảm biến giảm nhanh khi tăng nhiệt độ. Điều này được lý giải do khi tăng nhiệt độ của dung dịch muối, độ linh động của các ion Na và Cl cũng tăng và kết quả dẫn đến tăng độ dẫn của dung dịch hay nói cách khác là giảm điện trở của cảm biến. Như vậy nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác và độ ổn định của cảm biến. Để sử dụng cảm biến trong các môi trường có nhiệt độ thay đổi ta cần có các mạch bù nhiệt độ tự động.
1.6 2.2 1.5 2.1 (m V ) F ac to r 2 1.4 Voltage (V) n áp G au ge 1.9 1.3 1.8 Đ iệ 1.2 1.7 1.1 1.6 1 1.5 35 40 45 50 55 60 65 30 Temperature (°C) Nhiệt độ (°C) 3540 45 50 55 60 TemperatureNhiệđộ (°C) a) b)
Hình 4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới cảm biến. (a) Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cảm biến khi chưa kéo dãn. (b) Ảnh hưởng của nhiệt độ
đến hệ số GF của cảm biến khi kéo dãn
Từ kết quả khảo sát trên, ta có thể rút ra một số kết luận về tính năng của cảm biến như sau:
- Độ nhạy (Hệ số Gauge Factor): ≈ 2.3. - Dải đo: 0 ÷ 50%.
- Nhiệt độ làm việc ổn định: Nhiệt độ phòng (25°C). - Đường kính cảm biến: 0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm.
CHƯƠNG 5. ỨNG DỤNG ĐẾM BƯỚC CHÂN DỰA TRÊN CẢM BIẾN ĐO BIẾN DẠNG
5.1. Thiết lập thí nghiệm
Từ kết quả ở trên, tôi sử dụng cảm biến có tỉ lệ natri clorua, nước và glycerin là 1:18:5, hỗn hợp dung dịch được bơm vào ống cao su silicone (ống có đường kính 1.5mm và chiều dài 100 mm) và hệ mạch đo và thu thập dữ liệu như ở trên để thực hiện xây dựng ứng dụng đếm bước chân. Cảm biến biến dạng chế tạo được gắn lên đầu gối để có thể thu được kết quả tốt nhất. Để có thể gắn cảm biến lên đầu gối, tôi đã cố định cảm biến lên hai đai co dãn bằng keo silicone, sau đó cuốn hai đai co dãn lần lượt lên trên và dưới khuỷu gối sao cho cảm biến được nằm tại chính giữa đầu gối như hình 5.1. Khi chân duỗi thẳng, ống silicone không bị kéo dãn nên ống có chiều dài ban đầu là l0 , và điện trở là R0 . Ngược lại, khi gập chân lại, ống bị dãn dẫn tới giá trị trở của cảm biến tăng lên. Từ đó, ta có thể xác định được trạng thái co duỗi chân thông qua giá trị trở của ống cao su.
Sơ đồ khối của mạch được thể hiện trong hình 2.8 với giá trị nguồn dòng được cài đặt là 2.0 μA và tần số hoạt động của mạch cầu Wien là 1 kHz. Tín hiệu lối vào và lối ra được quan sát thông qua một máy dao động kí (TDS 1002B, Tektronix). Bên cạnh đó, tôi có gắn thêm một màn hình hiển thị LCD (16x2) để theo dõi giá trị điện áp và điện trở của cảm biến. Module Bluetooth HC05 cũng được tích hợp trên bo mạch để truyền giá trị đo được tới hệ thống thu thập dữ liệu trên máy tính. Bo mạch điện tử được thiết kế và xây dựng như thấy trong hình 3.5. Trên máy tính, một chương trình được phát triển để nhận và xử lý tín hiệu thông qua module Bluetooth HC05 (hình 5.2). Chương trình được viết bằng ngôn ngữ C#. Với chương trình này, dữ liệu được lưu trữ dưới dạng một bảng với hai cột: thời gian và điện áp. Bên cạnh đó, dữ liệu cũng được thể hiện theo đồ thị thời gian thực.
Hình 5.2. Chương trình phần mềm trên máy tính
Sau đó, tôi tiến hành thử nghiệm thu dữ liệu khi thực hiện các hoạt động đứng lên, ngồi xuống, đi bộ và chạy. Các thí nghiệm đều được thực hiện trong điều kiện giống nhau và dưới điều kiện nhiệt độ phòng 25 độ C.