8. Cấu trúc luận án
1.3Mục tiêu, khĩ khăn và các đĩng gĩp dự kiến
Mục tiêu: Xây dựng hệ thống thực nghiệm đo vận tốc di chuyển nguồn nhiệt theo bức xạ hồng ngoại, sử dụng các mơ-đun cảm biến PIR. Theo đĩ hai bài tốn cần được giải quyết đĩ là: (1) Đảm bảo độ song song giữa hai quang trục của hai mơ-đun cảm biến PIR và (2) Xây dựng phương pháp/ thuật tốn tối ưu xác định độ trễ giữa hai tín hiệu đầu ra của hai mơ-đun cảm biến PIR.
Khĩ khăn dự kiến
Một khĩ khăn lớn đầu tiên cần kể đến đĩ là việc thiết kế và chế tạo hệ quang- cơ cho mơ-đun cảm biến PIR. Theo yêu cầu đặt ra, hai mơ-đun cảm biến PIR cần giống nhau, được bố trí sao cho quang trục của chúng song song nhau. Do đĩ việc thiết kế và gia cơng cơ khí chính xác với dung sai cho phép. Trong đĩ việc đảm bảo giả thiết đối tượng khơng thay đổi vận tốc khi đi qua FOV của hệ cảm biến và khơng cĩ đối tượng khác tham gia vào thời điểm đĩ dẫn đến cầu khoảng cách d đủ nhỏ và trường nhìn FOV của các mơ-đun cảm biến đủ nhỏ. Ngồi ra, cần đảm bảo yếu tố chi phí thiết bị tốt vì đĩ là một lợi thế lớn của việc sử dụng PIR trong việc giám sát chuyển động so với các phương pháp sử dụng các loại cảm biến khác.
Khĩ khăn thứ hai là việc xác định quang trục của mơ-đun cảm biến hồng ngoại PIR. Trong điều kiện lý tưởng, quang trục của mơ-đun trùng với trục cơ khí của vỏ mơ-đun hoặc trục chính của vật kính. Nhưng việc gá đặt các thành phần trong hệ quang học (cảm biến PIR và thấu kính) khơng thể tránh được các sai số liên quan đến sai lệch giữa quang trục và trục cơ khí của mơ-đun. Mặt khác, cảm biến PIR là cảm biến hồng ngoại khơng ảnh, nên việc xác định quang trục của mơ-đun cảm biến được dự đốn là một thách thức lớn.
Khĩ khăn thứ ba cĩ thể kể đến là việc việc xây dựng hệ thu nhận tín hiệu. Với khoảng cách d nhỏ, để đảm bảo độ chính xác và độ phân giải của phép đo, tốc độ lấy mẫu đủ lớn. Đây chính là một hạn chế lớn trong nghiên cứu của Odat [22], khi mà hệ thống của họ cĩ tốc độ lấy mẫu thấp, 16Hz, buộc họ phải mở rộng khoảng cách giữa các FOV của các cảm biến bằng cách xếp chúng nghiêng một gĩc 120 độ. Mặt khác, trong nghiên cứu, việc xây dựng thiết kế một hệ thống biến đổi và thu
nhận tín hiệu riêng và đồng thời đảm bảo hệ này cĩ mức tiêu thụ năng lượng thấp là bắt buộc.
Khĩ khắn thứ tư, nhưng khơng phải là cuối cùng, đĩ là đĩng gĩp về thuật tốn tối ưu xác định độ trễ giữa hai tín hiệu đầu ra theo thời gian của hai mơ-đun cảm biến để hệ thống cĩ thể hoạt động trong điều kiện thực tế cĩ nhiễu.
Kết luận chƣơng 1
Các nguồn nhiệt trong tự nhiên, với nhiệt độ tuyệt đối trên 0 độ K, đều phát ra bức xạ hồng ngoại. Thơng tin về sự di chuyển của các nguồn nhiệt (con người, động vật, máy mĩc, phương tiện giao thơng, v.v.) cĩ thể thu được thơng qua các cảm biến hồng ngoại. Trong các cảm biến như vậy, cảm biến hồng ngoại thụ động PIR đã được sử dụng trong các ứng dụng giao thơng, an ninh, v.v. với mục đích giảm thiểu chi phí và hạn chế mức tiêu thụ tính tốn. Tuy nhiên, các ứng dụng và các nghiên cứu của các nhĩm nghiên cứu trên thế giới liên quan đến việc sử dụng cảm biến PIR trong việc phân tích xác định vận tốc di chuyển của nguồn nhiệt vẫn cịn hạn chế.
Một số nghiên cứu nhất định đã cung cấp những kết quả hữu ích về việc cài đặt các hệ cảm biến và phân tích tín hiệu đầu ra của hệ cảm biến đĩ để xác định sự hiện diện của vật nĩng cũng như vị trí của vật nĩng trong một khơng gian xác định. Đặc biệt một số nhĩm đã đưa ra những phương pháp tính tốn xác định vận tốc của nguồn nhiệt.
Tác giả nhận thấy rằng, vẫn tồn tại một khơng gian lớn cho việc nghiên cứu các tính chất thơng tin đầu ra của các cảm biến hồng ngoại đối với đối tượng nguồn nhiệt di chuyển và cần nâng cao tính chính xác trong việc xác định vận tốc nguồn nhiệt dựa trên các thơng tin này. Nghiên cứu sinh cũng kỳ vọng nghiên cứu của mình sẽ cĩ những đĩng gĩp nhất định về mặt lý thuyết cũng như trong ứng dụng thực tế.
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO VẬN TỐC NGUỒN NHIỆT DI CHUYỂN BẰNG BỨC XẠ
HỒNG NGOẠI
Trong chương này, các cơ sở lý thuyết liên quan đến bài tốn xác định vận tốc nguồn nhiệt di chyển bằng bức xạ hồng ngoại được đề cập. Trong giới hạn của nghiên cứu, việc đề cập tới phần lớn các lý thuyết bức xạ hồng ngoại là khơng thể. Vì vậy, tác giả chỉ đề cập các lý thuyết cơ bản của bức xạ hồng ngoại liên quan trực tiếp đến mục tiêu nghiên cứu của đề tải.
Tiếp theo, tác giả mơ tả về các thành phần của hệ thống thực nghiệm được cấu tạo từ hai mơ-đun cảm biến hồng ngoại pyroelectric (PIR). Nguyên lý hoạt động của cảm biến dựa trên các hiện tượng bức xạ hồng ngoại và hệ thống quang học của mơ- đun cảm biến được mơ tả cụ thể.
Các lý thuyết liên quan đến tín hiệu ngẫu nhiên cũng được đề cập vì chúng là tiền đề để giải quyết bài tốn xác định độ trễ giữa hai tín hiệu đầu ra của hai mơ-đun cảm biến PIR.