7. Kết cấu của luận án
3.6. Tích hợp ba chức năng bù nhiệt độ, độ ẩm, loại trừ tính đa khí và tuyến tính
tuyến tính hóa đặc tính đầu ra của cảm biến
Thông thường trong thực tế các cảm biến bán dẫn đo nồng độ khí hay được sử dụng trong môi trường công nghiệp phức tạp (khác điều kiện tiêu chuẩn và có hỗn hợp nhiều khí). Do vậy người ta thường tích hợp tất cả các chức năng nâng cao chất lượng trên cùng một hệ thống.
Trong số các cảm biến được sử dụng trong luận án, NCS lựa chọn sử dụng ba cảm biến là MQ136, TGS2602 và TGS2444 với dải đo như đã trình bày ở trên là: NH3: 2→ 20 ppm và H2S: 1→ 3ppm để thực hiện ứng dụng nâng cao chất lượng của cảm biến phối hợp cả ba chức năng như sau:
Đặc tính của cả ba cảm biến MQ136, TGS2602 và TGS2444 được cho ở điều kiện tiêu chuẩn là T20C;RH 65%.
Khối bù nhiệt độ, độ ẩm và khối loại trừ đa khí được thực hiện tương tự như các chức năng độc lập đã khảo sát. Véc-tơ điện áp Vra_bï là tín hiệu đầu ra của ba cảm biến ở điều kiện tiêu chuẩn với cùng nồng độ khí.
Kịch bản mô phỏng như sau:
Tiến hành tính toán, mô phỏng một số trường hợp với bộ số liệu học chung gồm các trường hợp nồng độ hai thành phần khí thay đổi: NH3 từ 0÷20(ppm) với bước thay đổi 2ppm (tổng cộng 11 trường hợp), H2S nhận các giá trị {0; 1; 1,5; 2,0; 2,5; 3} (6 trường
84
hợp), điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cố định với T=20o
C, RH=65%, tổng cộng có 66 mẫu số liệu học.
Thử nghiệm với các số liệu: nồng độ NH3 biến thiên từ 2÷20(ppm) với bước thay đổi 0.1ppm (tổng cộng 182 trường hợp), nồng độ H2S biến thiên từ 1÷3(ppm) với bước 0,05ppm (42 trường hợp), điều kiện nhiệt độ biến thiên ngẫu nhiên nhỏ trong khoảng từ T=30÷35oC độ ẩm biến thiên ngẫu nhiên trong khoảng RH=40÷50%, vậy tập hợp có 7644 mẫu số liệu kiểm tra.
Kết quả chương trình luyện mạng ANN cấu trúc 3x3x2 có bộ thông số gồm các tập trọng số thể hiện trên bảng 3.9:
Bảng 3.9. Bộ thông số của ANN có cấu trúc 3x3x2
IW11 -1.3443 b11 -0.4385 LW11 1.4415 b21 -1.5666 IW12 -0.7482 b12 -1.9368 LW12 -6.0563 b22 -8.1764 IW13 1.4629 b13 -0.3358 LW13 -3.4710 IW21 -1.4417 LW21 -11.4198 IW22 -2.8398 LW22 1.6361 IW23 0.2966 LW23 8.9711 IW31 1.7128 IW32 -0.1279 IW33 0.0781
Kết quả mô phỏng thể hiện trên hình 3.41, trong đó:
Trục hoành thể hiện các mẫu số liệu kiểm tra, trục tung thể hiện đường Origianal NH3 ppm là nồng độ khí NH3 của các mẫu, đường Estimated NH3 ppm là nồng độ ước lượng được khi không thực hiện bù sai số của yếu tố ảnh hưởng, đường Error NH3 ppm là sai số thể hiện trên toàn tập bộ số liệu mẫu. Ta có thể nhận thấy, khi chưa bù với mức biến thiên của nồng độ NH3 trong
85
khoảng từ 0÷20(ppm) thì sai số ước lượng là khá lớn. Trung bình của sai số là 4,7(ppm), sai số lớn nhất là 12,4(ppm).
Đối với thành phần khí H2S, kết quả được thể hiện như trên hình 3.43, cũng có thể nhận thấy khi chưa bù sai số khá lớn, với giá trị trung bình của sai số là 1,0(ppm) và sai số lớn nhất là ≈ 3(ppm).
Sau khi tiến hành bù sai số do nhiệt độ và độ ẩm, kết quả thu được thể hiện trên hình 3.42 và hình 3.44 cho hai thành phần khí NH3 và H2S tương ứng. Đối với thành phần khí NH3 sau khi bù nhiệt độ và độ ẩm thì sai số ước lượng đã giảm đáng kể, trung bình của sai số chỉ còn 0,3(ppm), sai số lớn nhất chỉ còn 1,6(ppm). Đối với thành phần khí H2S, kết quả được thể hiện như trên hình 3.44, giá trị trung bình của sai số là 0,08(ppm) và sai số lớn nhất là 0,3(ppm).
Hình 3.41. Kết quả ước lượng nồng độ thành phần khí NH3 khi chưa bù của ba cảm biến trong trường hợp nhiệt độ biến thiên từ 30÷35oC, độ ẩm từ 45÷50%
86
Hình 3.42. Các kết quả ước lượng nồng độ thành phần khí NH3 khi đã bù của ba cảm biến trong trường hợp nhiệt độ biến thiên từ 30 ÷ 35oC, độ ẩm từ 45÷50%
Hình 3.43. Các kết quả ước lượng nồng độ thành phần khí H2S khi chưa bù của ba cảm biến trong trường hợp nhiệt độ biến thiên từ 30÷35oC, độ ẩm từ 45÷50%
87
Hình 3.44. Các kết quả ước lượng nồng độ thành phần khí H2S khi đã bù của ba cảm biến trong trường hợp nhiệt độ biến thiên từ 30÷35oC, độ ẩm từ 45÷50%