8. Cấu trúc luận án
4.1.2Khảo sát độ khơng đảm bảo đo của phương pháp xác định quang trục
cảm biến PIR
Độ khơng đảm bảo đo của phương pháp xác định vị trí gĩc quang trục của mơ- đun được mơ tả trong mục 3.2. Theo đĩ, giá trị độ khơng đảm bảo đo được mơ tả theo cơng thức 3.30, và được viết lại theo cơng thức (4.6) để dễ dàng theo dõi:
( ̂ ) √
Theo đĩ, các giá trị Q(Ts,Tb) và K(ωm) đã được khảo sát ở mục 4.1.1.
Thành phần cịn lại trong cơng thức (4.7) thể hiện thành phần nhiễu n(t) của tín hiệu đầu ra mơ-đun cảm biến PIR. Như đã đề cập ở 3.2.2, tín hiệu nhiễu n(t) cĩ thể bao gồm các thành phần nhiễu do nhiệt độ hoặc bức xạ, nhiễu Johnson tương ứng trở kháng shunt, nhiễu bộ khuếch đại và nhiễu nguồn nuơi, v.v. Việc khảo sát rời rạc các yếu tố này cho độ lớn n(t) sẽ khiến cơng việc trở nên khĩ khăn và khĩ
83
giải quyết trong điều kiện thí nghiệm sẵn cĩ. Vì vậy, trong nghiên cứu, việc xác đinh độ lớn ζn bằng cách tiếp cận thống kê. Giá trị ζn được xác định thơng qua một khoảng quan sát tín hiệu điện áp đầu ra của mơ-đun cảm biến khi khơng cĩ đối tượng nguồn nhiệt đầu vào trong một khoảng thời gian xác định.
Khi đĩ ước tính thống kê của ζn được xác định bằng:
̂ √
∑
Trong nghiên cứu này, để quan sát và lưu trữ tín hiệu từ mơ-đun cảm biến PIR, vi điều khiển STM32L433 với bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC (độ phân giải 12-bit, điện áp tham chiếu 3,3V) được sử dụng. Một chương trình nhúng được viết cho vi điều khiển để thu nhận tín hiệu từ mơ-đun cảm biến PIR với tần số lấy mẫu là 1000 Hz, và các giá trị điện áp đầu ra sau khi được lượng tử hĩa được gửi về lưu trữ trên máy tính qua đường truyền UART. Một phần mềm giao diện trên máy tính được viết trên nền tảng Qt (Phụ lục C). Hình 4.9 mơ tả tín hiệu đầu ra cảm biến PIR được quan sát trong 1 thời gian cố định – 1 giây. Giá trị điện áp đã được quy đổi sang các giá trị nguyên N – là kết quả lượng tử hĩa điện áp của bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC.
84
nh 9 Mơ tả tín hiệu được quan sát trong thời gian cố định
Với hai mơ-đun cảm biến phương sai nhiễu được xác định bằng:
̂ ̂
Sử dụng cơng thức (4.6), với các điều kiện sau:
- Tần số điều biến màn trập fm =0,8 Hz tương ứng ωm= 5,0265 Hz
- Nhiệt độ bề mặt nguồn nhiệt Ts = 50 oC (tương ứng 323 K) hoặc 200 o C (tương ứng 473 oK). Nhiệt độ nền ở giá trị nhiệt độ phịng tiêu chuẩn Ts= 25 oC.
Độ khơng đảm bảo đo vị trí gĩc của mơ-đun cảm biến PIR từ cơng thức (4.7) được thể hiện ở bảng 4.2.
ảng 2 Độ khơng đảm bảo đo vị trí gĩc của mơ-đun cảm biến PIR
Tbl = 50 oC Tbl = 200 oC ( ̂ ) = 0,00027 rad = 0,0155 o ( ̂ ) = 0,000305 rad = 0,0175 o ( ̂ ) = 0.2177 x 10-4 rad = 0,0012 o ( ̂ ) = 0,2449 x 10-4 rad = 0,0014 o
Theo kết quả thu được bảng (4.2), nếu nhiệt độ bề mặt nguồn nhiệt càng lớn, dẫn đến thơng lượng bức xạ hồng ngoại đến các phần tử cảm của cảm biến PIR
85
càng lớn, làm cho độ khơng đảm bảo đo của việc xác định vị trí gĩc mơ-đun cảm biến PIR càng nhỏ. Tuy nhiên, để đạt được mức cài đặt nhiệt độ Ts = 200 oC yêu cầu về chất lượng thiết bị cao, dẫn đến chi phí phục vụ cho thí nghiệm hao tổn. Cũng cần nhấn mạnh rằng, kết quả này đạt được trong trường hợp một số điều kiện đã được lý tưởng hĩa như: nguồn nhiệt là một vật xám (cĩ hệ số phát xạ như nhau trên tồn bộ bề mặt), hệ thống được cách nhiệt tốt, và nhiệt độ của nguồn nhiệt và nền là khơng thay đổi trong suốt quá trình thực hiện đo. Mặt khác, ngay với việc cài đặt nhiệt độ Ts = 50 oC, kết quả tính tốn với độ khơng đảm bảo đo cho hai mơ-đun cảm biến PIR được chế tạo là khả quan so với các phân tích ban đầu được đề cập đến trong mục 3.2. Khi vị trí quang trục của các mơ-đun cảm biến được xác định, và các mơ-đun được hiệu chỉnh về vị trí tương ứng, theo cơng thức (3.31) độ song song giữa hai quang trục của hai mơ-đun được chế tạo với độ khơng đảm bảo đo đạt 0,0234 o.