8. Cấu trúc luận án
4.1.3. Thực nghiệm đo vị trí quang trục của các mơ-đun cảm biến PIR
Việc tiến hành đo vị trí quang trục của các mơ-đun cảm biến PIR được thực hiện với việc cài đặt nhiệt độ nguồn nhiệt Ts = 321 K (480C), trong khi nhiệt độ nền được đặt ở Tb = 298 K (250C). Vi điều khiển được lập trình để điều khiển động cơ bước, tạo ra chuyển động của tấm chắn theo một hàm sĩng hài, với tần sốđiều biến
fm = 0,69 Hz tương ứng với chu kỳ 1,44 giây và biên độ chiều cao của vùng mở của lỗ kim là H = 40 mm. Nhiệt độ nguồn nhiệt bị hạn chế do thiết bị cĩ sẵn, trong khi tần số điều biến nên được đặt gần với giá trị tối ưu của (τTh ∙ τe) -1/2 / 2π. Tại mỗi thời điểm đo, mơ-đun cảm biến được cốđịnh ở một vị trí gĩc nằm ngang, vị trí này thay đổi mỗi 0,02 o nhờ sự trợ giúp của bộ vi chỉnh micro-stage mà mơ-đun cảm biến được gá lên. Tín hiệu điện áp đầu ra của mơ-đun cảm biến được theo dõi và thu được trong một khoảng thời gian khơng đổi, bao gồm mười chu kỳ của chuyển động của màn trập. Hình 4.10 minh họa một ví dụ về tín hiệu điện áp đầu ra của mơ-đun
nh 10 Tín hiệu điện áp đầu ra của mơ-đun cảm biến PIR phần tử kép theo thời gian ở các gĩc quay khác nhau.
Do cần tính đến sự hiện diện của các nguồn nhiễu, thay vì xử lý biên độ tín hiệu, các đại lượng khác đại lượng biên độ (chẳng hạn như cơng suất tín hiệu, cường độ tín hiệu) được xem xét. Theo đĩ, việc xác định vị trí của trục quang học được xác định dựa trên một trong hai phương pháp (hoặc cả hai) được đề xuất sau đây:
• Phương pháp # 1: Vị trí gĩc của trục quang học là vị trí mà mật độ phổ cơng suất (PSD) của tín hiệu đầu ra đạt cực tiểu;
• Phương pháp # 2: Vị trí gĩc của trục quang học là vị trí tại đĩ biên độ phổ của tín hiệu đầu ra ở tần sốđiều biến đạt cực tiểu.
Đối với phương pháp số 1, PSD của tín hiệu đầu ra được xác định riêng biệt như sau:
∑( )
trong đĩ N - sốlượng mẫu trong khoảng thời gian được giám sát; V (t) - điện áp ra tại thời điểm t; và tk (k = 1 ... N) - các thời điểm rời rạc được lấy mẫu trong khoảng thời gian.
Đối với phương pháp số2, cường độ của tín hiệu ở tần sốđiều biến được ước tính bằng cách sử dụng Biến đổi Fourier rời rạc (DFT) cho chuỗi điện áp đầu ra theo thời gian {V (tk)} k = 1… N:
{ }
Thoạt nhìn, hai phương pháp sẽ cĩ độ phức tạp tính tốn tương tự đối với N
phép nhân. Trong khi phương pháp số 1 cĩ vẻ đơn giản, phương pháp số 2 cĩ thể cho kết quả tốt hơn do loại bỏ nhiễu ở các tần số khác với tần sốđiều biến.
Một số phép đo vị trí trục quang học ở các gĩc quay khác nhau đã được tiến hành lặp lại đối với hai (02) mơ-đun cảm biến PIR. Bảng 4.3 cho thấy kết quả của vị trí trục quang của chúng bằng cách sử dụng hai phương pháp xử lý tín hiệu được đề xuất. Các giá trị của đại lượng P và M được trình bày trong Bảng 4.3 được tính là giá trị trung bình của các kết quảđo lường từ10 phép đo ở mỗi gĩc quay riêng biệt.
ảng 3 Kết quả thực nghiệm đo vị trí gĩc của quang trục hai mơ-đun cảm biến PIR so với nguồn nhiệt tham chiếu.
Mơ-đun cảm biến Gĩc quay, o P, mV2 M, mV
Mơ-đun cảm biến #1
+0.24 977.71 41.66 +0.22 829.40 38.48 .. … … +0.06 208.74 10.32 +0.04 166.02 6.78 +0.02 60.53 4.16 0.00 144.98 6.75 -0.02 189.53 12.49 … … … -0.20 1218.17 43.49 -0.22 1449.07 48.41
Mơ-đun cảm biến #2
+0.18 2252.51 60.74 +0.16 2054.72 56.90 … … … 0.00 610.54 18.13 -0.02 322.23 17.26 -0.04 84.01 5.74 -0.06 122.90 11.68 -0.08 189.24 13.52
nh 11 Kết quả thử nghiệm của PSD chuẩn hĩa và biên độ phổ chuẩn hĩa ở tần sốđiều biến qua các gĩc quay khác nhau cho hai mơ-đun cảm biến PIR
Dựa trên dữ liệu được trình bày trong Bảng 4.3, hai phương pháp cho kết quả giống nhau khi xác định vị trí gĩc của trục quang của hai mơ-đun cảm biến so với trục cơ của chúng. Do đĩ, đối với mơ-đun cảm biến # 1, sai lệch vị trí quang trục theo chiều ngang so với trục đối xứng của bề mặt đích – pinhole, được xác định là + 0,02 o; và đối với mơ-đun cảm biến # 2, là - 0,04 o. Để so sánh tính hiệu quả của các phương pháp được đề xuất, nên chú ý đến độ dốc của các đường cong tại các điểm cục bộ là nhỏ nhất. Đối với mơ-đun cảm biến PIR # 1, độ dốc tương ứng là 0,49 độ-1
và 2,97 độ-1 đối với các đường cong P và M chuẩn hĩa. Đối với mơ-đun cảm biến PIR # 2, chúng tương ứng là 0,77 độ-1và 4,43 độ-1.
Sau khi đã xác định được sai lệch của vị trí quang trục từng mơ-đun cảm biến so với trục đối xứng của bề mặt đích, ta sử dụng bộgá đặt vi chỉnh micro-stage để xoay gĩc lệch tương ứng cho các mơ-đun cảm biến. Cần chú ý rằng, các mơ-đun cảm biến được kết hợp với bộ gá đặt vi chỉnh micro-stage trên cùng hệ thống đo thực nghiệm. Khi đĩ, mơ-đun cảm biến PIR #1 được hiệu chỉnh một gĩc 0,02 o theo chiều kim đồng hồ; và mơ-đun cảm biến PIR #2 được hiệu chỉnh một gĩc 0,04 o ngược chiều kim đồng hồ.