Cỏc mụ hỡnh thiết bị ả o, giỏ trị củ ấ ảa t t c cỏc đại lượng v t lý cầ đậ n o đề đượu c chuyển thành giỏ tr sốị để o và x lý. Do ú phộp o luụn ph m đ ử đ đ ạ phải sai số một bậc lượng tử
4.2. Xỏc định sai số ng u nhiờn và sai s khụng th n định ẫ ố ể ổ
Một trong những cụng tỏc đảm bảo đo lường là cần phải đỏnh giỏ độ khụng đảm bảo đo bằng cỏch xỏc định sai số ng u nhiờn hay sai s khụng th ẫ ố ể ổn định. Vi c ỏnh giỏ sai s này theo hướng dẫn GUM chỉ cú tớnh lý thuyết, ệ đ ố rất khú cú thể đỏnh giỏ đỳng một hệ thống thiết bị theo cỏch này.
Mụ hỡnh do lu n vậ ăn đề xuất cú thể ỏp dụng cho mọi thiết bị và đặc biệt, cú thể đ ỏnh giỏ được sai số của thiết ngay tại hiện trường với một thiết bị mẫu.
Phần tử quan trong nhất trong cấu hỡnh của thiết bị đ o ảo là vỉ thu thập số liệu DAQ. Bài toỏn thực nghiệm sẽ mụ tả chi tiết phương phỏp và chương trỡnh thử nghi m dựng ệ để đỏnh giỏ sai số của ph n t này d a trờn sai s được ầ ử ự ố
cụng bố của cỏc hóng s n xu t k t h p v i bài toỏn t động ỏnh giỏ sai s ả ấ ế ợ ớ ự đ ố của thiết bị.
4.2.1. Cỏch đỏnh giỏ sai s c a vố ủ ỉ thu thập số liệu khi xu t xưởấ ng:
Cỏc hóng khi xuất xưởng một vỉ thu thập số ệu sẽ ến hành đ li ti ỏnh giỏ sai số tuyệt đối theo cụng thức: [18], [41]
∆= ±((Uvào * %Rd)+ Offset+ System Noise+Trụi nhiệt ) Trong đú:
- Uvào- iđ ện ỏp vào
- %Rd- phần trăm của giỏ trị đ ệ i n ỏp đọc được (địờn ỏp vào), được nhà sản xuất đưa ra.
- Offset – giỏ trị ằ h ng số trong toàn bộ quỏ trỡnh đo (ta cú thể coi đõy là sai số do trụi đ ểi m ‘0’), được nhà sản xuất hiệu chuẩn và đưa ra. - System Noise – nhiễu hệ thống, phụ thuộc vào số đ ể i m lấy trung bỡnh,
được nhà sản xu t th nghi m và a ra. ấ ử ệ đư
- Trụi nhiệt – sinh ra do sai lệch nhiệt độ giữa nhiệ độ qui định do nhà t sản xuất và nhiệt độ làm vi c th c t . Sai s trụi nhi t được tớnh theo ệ ự ế ố ệ cụng thức:
Trụi nhiệt = ±(Uvào * %Rd/0C + Offset/0C )Nhiệt độ
Hóng National Instruments NI đưa ra cỏc thụng số ủ c a vỉ thu thập số liệu: Tớn hiệu vào của DAQ -5V đến +5V
Nhiệt độ làm việc 250C
Số lần đọc 100 lần
Thời gian hiệu chuẩn cuối cựng 1 năm.
Tuy nhiờn là sai số cú thể bị thay đổi theo i u ki n làm vi c và m c đ ề ệ ệ ứ đỏng tin c ng ch a cao nh trỡnh bày trong [51]. Để khắc phục luận ỏn xõy ũ ư ư dựng bài toỏn tự động đỏnh giỏ sai s ng u nhiờn c a v thu th p s li u này. ố ẫ ủ ỉ ậ ố ệ
4.2.2. Xõy dựng bài toỏn tự đ ỏnh giỏ về sai số ngẫu nhiờn của DAQ
Nội dung này đó được cụng bố trong [6] “xỏc định sai số ngẫu nhiờn và sai số ệ h thống”
Theo định nghĩa của đo lường học, độ lệch c a phộp o th i δủ đ ứ i được tớnh:
δi = |Xi - Xđỳng| (4.1)
Với: Xi – Giỏ trị ụ c thể ủ c a lầ đn o thứ i
Xđỳng – Giỏ trị đ ỳng được xỏc định b i chuẩn mẫu, hoặở c được o đ với một dụng cụ chớnh xỏc hơn nhiều bậc so với thiết bị cần kiểm tra.
Sai số tuyệt đối của phộp đo và thiết bị được định ngh a ĩ
∆ = max|δi |=max |Xi - Xđỳng| (4.2)
Với phộp đo nhiều lần đo, kết quả đo Xđỳng được tớnh bằng giỏ trị trung bỡnh X của nhiều lần đo sau khi đó loại trừ sai số thụ.
Sai số tuyệt đối của phộp đo ∆ được phõn tớch thành hai thành phần: sai số ệ h thống ∆ht và sai số ngẫu nhiờn ∆ng.
Để đỏnh giỏ cả hai thành phần sai số này, đầu tiờn, c n ph i tớnh toỏn ầ ả sai số tuyệt đối ∆ bằng phộp so với m u theo cụng thức (4.2), sau đ đẫ ú ỏnh giỏ thành phần sai số ngẫu nhiờn bằng phương phỏp thống kờ và cuối cựng cú thể đỏnh giỏ hành ph n sai s h th ng. ầ ố ệ ố
Phương phỏp xỏc định sai số ngẫu nhiờn bằng phương phỏp th ng kờ ó ố đ được trỡnh bày chi tiế ởt mục 1.3. Sai s h th ng s là: ố ệ ố ẽ
2 ng 2 d 2 ng 2 ht = ∆ −∆ = X−X −∆ ∆ (4.3)
Luận ỏn xõy dựng thiết bị thử nghiệm để đỏnh giỏ sai số ∆ của v thu ỉ thập số liệu. Sơ đồ kh i của hệ thống tựố động ỏnh giỏ vỉ thu thập số liệu đ được trỡnh bày trờn hỡnh 4.1. Trờn hỡnh vẽ, (2) là v thu th p số ệỉ ậ li u DAQ cần được đỏnh giỏ sai s . Mỏy phỏt chu n mẫố ẩ u m u bi n đổi được (1) phỏt tớn ẫ ế hiệu chuẩ để cú giỏ trị Xn đ. Giao diện (3) cho phộp đối thoại với ngườ ử i s dụng để đặt cỏc thụng số và hiển thị cỏc giỏ trị sai số tớnh toỏn được của hệ thống.
Hỡnh 4. 1. Sơ đồ khối tự động ỏnh giỏ v thu thập số ệu PCI 6024E. đ ỉ li Hệ thống hoạt động theo nguyờn lý:
Đầu tiờn, đặt giỏ trị chuẩn mẫu cho mỏy phỏt chuẩn biến đổi được (calibrator)
Đọc n lần giỏ tr o Xị đ j bằng vỉ thu thập tớn hiệu DAQ. Ta sẽ cú n giỏ trị Nj. Tớnh giỏ trị trung bỡnh của n lầ đn o: = n∑−1
0 ij
j N
n 1 N
Tớnh độ lệch δij giữa giỏ trị đ o được tại thời đ ểi m i và giỏ trị trung bỡnh của n lần đo: δij=N −ij Nij
Độ lệch bỡnh quõn phương (dung sai) của phộp o s là: đ ẽ
) 1 n ( n S n 1 2 ij X − δ = ∑ 1 2 3
Loại trừ sai số thụ của phộp đo: nếu δij > 3SXj thỡ loại trừ sai số thụ, và tớnh lại theo cỏc bước trờn
Xỏc định xỏc suất tin cậy của phộp đo (P%). Tra bảng hệ số Student theo số lượng n lần o đ
Tớnh khoảng tin cậy
j X st ngj =K .S
∆ . Đõy chớnh là sai số ngẫu nhiờn của thiết bị tại một giỏ trị đ o Xj nằm trong khoảng đo của thiết bị.
Tiến hành đo tất cả cỏc giỏ trị đ o trờn khoảng đo của thiết bị để tỡm ra sai số ớ l n nhất của thiết bị đ o trong khoảng o đ được định nghĩa là sai số của thiết bị đo.
Chương trỡnh tớnh toỏn sai số thiết bị đ o theo cỏc bước trờn đó được viết cho thiết bị đ ả o o. Giao diện tớnh toỏn của thiết bị được trỡnh bày trờn hỡnh 4.2. Mó nguồn chương trỡnh được trỡnh bày chi tiết trong phụ ụ l c 7.
Hỡnh 4. 2. Mặt mỏy của chương trỡnh tự động ỏnh giỏ DAQ cđ ủa VI.
4.3. Xỏc định sai số phi tuy n và bự sai s phi tuy n củế ố ế a thi t b o. ế ị đ
Sau khi xỏc định và đỏnh giỏ được sai số hệ ố th ng và sai s ng u nhiờn ố ẫ của vỉ thu thập số liệu DAQ, luận ỏn tiếp tục nghiờn cứu phương phỏp đỏnh giỏ sai số phi tuyến của vỉ thu thập này.
Sai số hệ ố th ng ∆ht bao gồm hai thành phần : sai số cộng tớnh ∆a và sai số nhõn tớnh ∆m. Như đ ó phõn tớch tại chương 3, sai số nhõn tớnh tỷ lệ ớ v i giỏ trị đại lương đo: ∆m = γm.X và γm là nguyờn nhõn gõy ra sai số phi tuy n c a ế ủ thiết bị đ o.
Hỡnh 4.3. trỡnh bày đồ thị biểu di n sai số phi tuyến của thiết bị đễ o. Sai số phi tuyến của thiết bị đo được tớnh theo cụng thức:
n pt pt X ∆ = γ (4.2)
Với ∆pt- là sai lệch lớn nhất giữa giỏ trị đ o thực tế Y và giỏ trị nội suy Ynội suy tương ứng trong đ ạn thẳng tuyến tớnh hoỏ. o
Xn là giỏ trị qui đổi lớn nhấ ủa thang đo. t c
Hỡnh 4.3. Đồ thị biểu diễn sai số phi tuyến.
Chương trỡnh tớnh toỏn sai số phi tuyến của thiết bị đ o ảo là phần chương trỡnh nhỏnh độc lập của chương trỡnh đỏnh giỏ sai số ngẫu nhiờn của thiết bị đ o, được tiến hành theo cỏc bước:
Đọc n lần giỏ tr o Xị đ j bằng vỉ thu thập tớn hiệu DAQ. Ta sẽ cú n giỏ trị Nj.
Tớnh giỏ trị trung bỡnh của n lầ đn o: = ∑−1
0 1n ij j N n N Ynội suy XN Y ∆p X X Y
Tớnh hệ ố s tuyến tớnh của khoảng tuyến tớnh hoỏ:
n N N
K = n− 0 ; với Nn, N0, đ ểi m cuối và đầu của khoảng tuyến tớnh hoỏ.
Tớnh độ lệch phi tuyến δj =Nj −[N0 +KJ]
Lập quan hệ δj(X) Tỡm max | δj| = ∆pt
Tớnh sai số phi tuyến :
n pt pt N ∆ = γ
Từ việc đỏnh giỏ sai số phi tuyến của thiết bị, luận ỏn nghiờn cứu xõy d ng ự bài toỏn tố ưi u hoỏ đặc tớnh tuyến tớnh của thiết bị đ o.
K
KẾẾTTLLUUẬẬNN
Sau quỏ trỡnh nghiờn cứu đề tài “Nghiờn cứu ỏp dụng thiết b o vào ị ả việc tổng hợp thiết b o” ị đ với mục đớch ứng dụng cỏc thành tựu của cụng nghệ thụng tin để tổng hợp thiết bị đ o theo mụ hỡnh qua trỡnh đo, xõy dựng hệ trợ giỳp chuyờn gia tổng hợp thiết bị đ o trờn cơ sở lý thuy t thụng tin o ế đ lường, tỏc giả đó đạt được một số kết quả:
Nghiờn cứu lý thuyết và Kỹ thuật đo lường và phương hướng tổng hợp phương phỏp đo của Ornaski
Nghiờn cứu tinh thần của VI và những u ư đ ểi m của việc ứng dụng VI trong việc tổng hợp thiết bị đ ả o o.
Xõy dựng được lý lu n để chuy n t viậ ể ừ ệc tổ hợp cỏc nguyờn cụng c ơ bản của phương phỏp đo thành những khối chức năng cụ thể thực hiện cỏc nguyờn cụng ấy và xõy dựng t ng hổ ợp TBĐ trờn cơ ở s cỏ khối chức năng ấy.
Xõy dựng được lưu trỡnh tiến hành tổng hợp (hay thiết kế) TB và Đ ứng dụng cỏc cụng cụ VI trong lưu trỡnh ấy.
Xõy dựng sơ bộ được h chuyờn gia tr giỳp t ng h p (hay thi t k ) ệ ợ ổ ợ ế ế TBĐ kết qu ó đượ đăả đ c ng trờn T p chớ khoa h c K thu t Cỏc trường Đại ạ ọ ỹ ậ học Kỹ thuật thỏng 1-2005, Chương trỡnh chuuyờn gia trợ giỳp tổng hợp thiết b ịđo.
Nghiờn cứu thiết bị đ ả o o kết quả được phản ỏnh trong đề tài cấp bộ B2001-28-24 "Nghiờn cứu thiết kế thiết bị ả o chế tạo modul tớch h p dựng ợ trong đo lường đ ềi u khiển" đó được Hội đồng nghiệm thu đỏnh giỏ loại xuất sắc.
Xõy dựng lý thuyết và đưa ra cỏc biện phỏp nõng cao đặc tớnh của TBĐ như : Tự động định và chọn thang đo. Kết quả được phản ỏnh qua bài bỏo trong tuyển tập cỏc cụng trỡnh khoa học của hội nghị tự động hoỏ toàn quốc lần thứ tư VICA 4 'T ự động chọn thang đo,
Xõy dựng được phương phỏp dựng cụng cụ VI để tự động ỏnh giỏ đ TBĐ gồm:
Tớnh sai số khụng ổn định hay sai s ngẫu nhiờn của TBĐ dựng cụng cụ ố VI . Nội dung được phản ỏnh qua bài bỏo trong tuyển tập cỏc cụng trỡnh khoa học của hội nghị tự động hoỏ toàn qu c l n th năm VICA5 'T ố ầ ứ ự động đỏnh giỏ sai số ủ c a VI'.
Đõy là vấn đề thời sự hiện nay phản ỏnh qua mộ ốt s bài đăng trong t p ạ chớ IEEE [65]
"Auto Evaluation of the uncertianty virtual instruments", IEEE June 2004.
Tớnh sai số ệ h thống và cỏc sai số khỏc.
Tớnh sai số phi tuyến và phương phỏp tự động tuyến tớnh hoỏ. Đõy c ng là v n đề r t th i s c a k thu t o lường hi n đại. ũ ấ ấ ờ ự ủ ỹ ậ đ ệ
Như vậy k t qu nghiờn c u ó k th a được cỏc nghiờn c u lý thuy t ế ả ứ đ ế ừ ứ ế của cỏc nhà khoa học Nga, kế thừa được cỏc cụng cụ hiện đại của cụng nghệ thụng tin (VI). Phỏt triển lý luận về tổng h p TB vớợ Đ i cỏc ng d ng thi t ứ ụ ế thực xõy dựng cỏc TBĐ biến đổi thẳng và so sỏnh bằng cỏc cụng cụ hiệ đại. n Đề xuất và xõy d ng cỏc phương phỏp nõng cao đặc tớnh TB bằng cỏc cụng ự Đ cụ hiện đại. Đề xuất và xõy dựng phương phỏp tớnh sai số và đỏnh giỏ TBĐ tổng hợp được đồng thời cú thể ứng dụng vào TBĐ đó cú như cỏc chương trỡnh MET-CAL của hóng Fluke.
D
DAANNHHMMỤỤCCCCễễNNGGTTRRèèNNHH
1 Nguyễn thị Lan Hương , Nguyễn Trọng Quế (2000), " Tự động chọn thang đo", Tuyển tập cỏc bỏo cỏo khoa học hội nghị toàn quốc lần thứ 4 về ự t động hoỏ VICA4, tr 374-377
2 Nguyễn Th Lan Hương , Phạm Thị Ngọc Yến (2000), "Đị o độ n và ồ đỏnh giỏ nh hưởng c a nú đến con người", Tuyểả ủ n t p cỏc bỏo cỏo ậ khoa học hội nghị toàn quố ần thứ 4 về tự động hoỏ VICA4, tr 550-c l 555
3 Duc-Hung Nguyen, Lan-Huong Nguyen , Kihei Ohtsu (2000), "Applications of realoop measurement, simulation and control of a dynamic system", Tuyển tập cỏc bỏo cỏo khoa học hội nghị toàn quốc lần thứ 4 về tự động hoỏ VICA4, tr 219-225
4 Nguyễn thị Lan Hương , Nguyễn Trọng Quế (2001), "13 cụng nghệ làm thay đổi bộ mặ ủt c a h th ng o lường và i u khi n", Tuyểệ ố đ đ ề ể n t p ậ bỏo cỏo khoa
5 Nguyễn Việt Tựng, Nguyễn Th Lan Hương , Phạm Thị Ngọc Yến ị (2002), "Phương phỏp định vị nguồn õm thanh bằng kỹ thuậ ử lý số t x tớn hiệu", Tuyển t p cỏc bỏo cỏo khoa h c h i nghị toàn quốc lần thứ ậ ọ ộ 5về tự động hoỏ VICA5, tr 468-473
6 Nguyễn Th Lan Hương , Nguyễn Trọng Quế, Phạm Thị Ngọc Yến ị (2002), "Tự động ỏnh giỏ sai số ủđ c a thiết bị đ ả o o", Tuyển tập cỏc bỏo cỏo khoa học hội nghị toàn quố ần thứ 5 về tự động hoỏ VICA5, tr c l 175-180
7 Nguyễn Hoàng Nam, Trịnh Đại Nghĩa, Nguyễn Th Lan Hương , ị Phạm Thị Ngọc Yến, Eric Castelli (2002), " Thiết bị ả o dựng cho
nghiờn cứu: một cụng cụ để soạn thảo và phõn tớch tiếng núi",Tuyển tập cỏc thụng bỏo khoa học hội nghị toàn quố ần thứ 5 về tự động hoỏ c l VICA5, tr 176-180
8 Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Th Lan Hương (2002),"Thiết kế hệ ị thống đo lường đ ềi u khiển theo mụ hỡnh CIM", Tuyển t p cỏc thụng ậ bỏo khoa học hội nghị toàn quốc lần thứ 5 về tự động hoỏ VICA5, tr 241-246
9 Nguyễn thị Lan Hương , Phạm thị Ngọc Yến (2001), "Dụng cụ đ o ảo- Hướng phỏt triển của thiết bị đo trong thế kỷ mới", Tuyể ận t p bỏo cỏo khoa học hội nghị khoa học kỹ thuậ đt o lường Việt nam lần thứ 3, tr 95- 101.
10 Phạm thị Ngọc Yến, Nguyễn Th Lan Hươngị , Đào Đức Thịnh, Nguyễn Cụng Phương, Nguyễn Hoàng Nam, Trịnh Đại Nghĩa (2002), Nghiờn cứu chế tạo mụ un tớch h p dựng trong o lường i u đ ợ đ đ ề khiển,Bỏo cỏo đề tài B2001-28-24, Hà nội
11 Phạm Thị Ngọc Yến, Nguyễn Cụng Phương, Nguyễn Th Lan Hương ị (2000), Nghiờn cứu và thi t k thớờt b o độ n b ng k thu t x lý s ế ế ị đ ồ ằ ỹ ậ ử ố tớn hiệu, Bỏo cỏo đề tài B98-35-28 TĐ, Hà n i ộ
12 Phan Duy Hung, Nguyen Thi Lan Huong , Pham Thi Ngoc Yen, Eric Castelli (2004), "Application of the Wavelet transformation to denoising and analyzing the speech", The ICEIC 2004, p249-253 13 Nguyễn Th Lan Hương , Phạm Thị Ngọc Yến (2002), "Xõy dựng hệ ị
thống giỏm sỏt và đ ềi u khiển (SCADA) cụng nghiệp trờn nền LabVIEW", Hội thảo khoa học Cỏc phương phỏp và thiết bị hiện đại trong Đ ĐL K và kiểm soỏt mụi trường ĐKKM,
14 Nguyễn Việt Tựng, Pham Thị Ngọc Yến, Nguyễn Th Lan Hương , ị Eric Casstelli (2004), "Tổng quan cỏc kỹ thuật và chiến lược phỏt hiện sự tồ ạn t i và bi n m t c a thi t b tương tỏc ng d ng cho bài toỏn t ng ế ấ ủ ế ị ứ ụ ổ hợp và phõn ró giao diện người mỏy", Chuyờn san kỹ thu t i u khi n ậ đ ề ể t ự động, tr34-38
15 Phạm Thị Ngọc Yến, Ngụ Hữư Tỡnh, Lờ Tấn Hựng, Nguyễn Th Lan ị