Sai số tuyến tính < +/-5%
Độ lặp lại kết quả đo < +/-2.5% toàn dải (cảm biến đã được tinh chỉnh, 80% tải) Độ trễ < 4.5% toàn dài (cảm biến đã được tinh chỉnh, 80% tải) Độ trôi theo thời gian < 5% theo thang logarithm thời gian (90% tải, giữ liên tục) Thời gian đáp ứng < 5ms
Nhiệt độ hoạt động 150 F tới 1400 F (-90 C tới 600 C) Dải lực đo 0 - 1 Ib. (4.4N)
2.3.2.3. Thiết kế nguyên lý hoạt động của thiết đo sử dụng cảm biến [67.68]
Để đo chính xác áp lực đặt lên cảm biến, kết quả đo được xử lý qua một số khâu biến đổi. Những khâu này nằm cả ở chế tạo phần cứng và xử lý phần mềm. Hình 2.10 mơ tả sơ đồ khối chức năng của thiết bị đo sử dụng cảm biến Flexiforce A201.
Hình 2.10. Sơ đồ khối chức năng
Từ hình 2.11 ta thấy tín hiệu từ cảm biến được khuếch đại bởi IC khuếch đại đại thuật toán LM 324, phân áp R9/R13 làm nhiệm vụ tạo điện áp chuẩn 1V, có hai bộ lọc thông thấp C9// Rf và R24 nối tiếp C5.
Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý mạch đo.
Mạch này có cơng thức: 1 R Vout f Vin Rs (2.6) Sensor FlexiForce Mạch khuyếch đại đo Khối vi điều khiển Mạch phát tín hiệu RF Mạch thu tín hiệu RF Mạch chuyển đổi kết nối
UART sang USB Khối xử lý dữ liệu và
giao diện trên PC
F
Với Rf là điện trở phản hồi. Còn Rs là điện trở của cảm biến FlexiForce; với Vin chọn cố định là 1V và Rf chọn cố định thì điện áp đầu ra Vout tỉ lệ nghịch với Rs, tức là tỉ lệ thuận với áp lực F.
Từ công thức trên, ta thấy điện áp ra Vout sẽ biến thiên tuyến tính theo 1/Rs tức
là tuyến tính theo điện dẫn của cảm biến. Mặt khác, điện dẫn này lại tỉ lệ tuyến tính với áp lực tác dụng lên cảm biến, như vậy về lý thuyết ta sẽ thiết lập được mối quan hệ tuyến tính giữa điện áp ra và lực tác dụng lên cảm biến.
Toàn bộ hoạt động của thiết bị đo được điều khiển bởi vi điều khiển STM 8S003F3. Bốn bộ chuyển đổi ADC 10 bit để đọc và chuyển đổi giá trị điện áp đầu ra mạch khuếch đại đo lường thành dạng số, thuận tiện cho việc lưu trữ, truyền và xử lý. Tần số trích mẫu 10 Hz (10 mẫu trên giây) [68]. Mạch thu phát tín hiệu khơng dây sử dụng module thu phát song radio VT - CC1110 - 433M sản xuất bởi V-Chip, Trung Quốc, trên nền tảng chip thu phát radio C1110 của hãng Texas Instruments.
2.3.2.4. Xây dựng chương trình phần mềm
Phần mềm có một số tính năng cơ bản như: kết nối với phần cứng để thu thập dữ liệu mạch đo, hiển thị kết quả đo của 4 cảm biến dưới các dạng biểu đồ cột và hiển thị số; thể hiện sự thay đổi của lực tác dụng lên từng cảm biến theo thời gian thực.
Có hai chế độ hiệu chỉnh: thứ nhất, theo phần trăm tải (tải tối đa là 450g), chế độ này cho phép hiệu chỉnh nhanh theo 2 điểm để kiểm tra hoạt động của cảm biến. Thứ hai, theo quả nặng thực tế, có thể dựng đường đặc tính thực nghiệm gồm 12 điểm, từ đó nội suy ra quan hệ cân nặng (áp lực) lên cảm biến.
Phần mềm đo cho phép thay đổi diện tích bề mặt của đầu đo theo yêu cầu sử dụng, giá trị áp lực của vải lên bề mặt F được tính theo cơng thức sau đây:
9.8* 1000* P F s N/m2 (Pa) (2.7)
trong đó: P - áp lực đo được bởi đầu đo, N/m2 (Pa); S - diện tích bề mặt của đầu đo, m2;
Để giải quyết các yêu cầu nêu trên nghiên cứu tiến hành xây dựng chương trình phần mềm dựa vào cơ sở lưu đồ thuật toán được chỉ ra trong hình 2.12.
Hình 2.12. Lưu đồ thuật tốn chương trình
2.3.2.5. Phương pháp đánh giá kết quả đo của hệ thống
Tham khảo tiêu chuẩn của cảm biến FlexiForce [67] về đánh giá kết quả đo, nghiên cứu thực hiện đánh giá hệ thống đo áp lực với 3 nội dung sau:
- Đánh giá độ chính xác kết quả đo: Dựa vào bộ quả cân tiêu chuẩn tiến hành đo vào 3 mốc thời gian khác nhau, từ kết quả thu được tiến hành phân tích đánh giá độ sai số kết quả đo giữa các mốc thời gian với nhau, so sánh sai số kết quả đo khi sử dụng quả cân nặng khác nhau. Dựa trên các kết quả phân tích để lựa
Tính tốn hệ số Quy đổi Chọn cảm biến và điểm đo Kết nối Chọn cách hiệu chỉnh (Calibrate)
Theo % Theo cân nặng
Đo mức
toàn tải Đọc giá trị trả về
Và lưu vào bảng Bắt đầu Đo mức khơng tải Hồn tất và tính tốn đường đặc tính Chạy Chọn cảm biến cần hiển thị Chọn lưu hay không lưu
Đọc dữ liệu từ cảm biến Tính tốn và quy đổi Vẽ đồ thị và hiển thị số liệu
chọn khoảng đo có sai số nhỏ nhất mà vẫn đáp ứng được yêu cầu đo áp lực của quần áo lên cơ thể người mặc.
- Đánh giá độ trôi kết quả đo: Lựa chọn 5 quả cân có khối lượng là 50, 100, 200, 300 và 400 g, đặt từng quả cân lên đầu đo và ghi lại kết quả theo các mốc thời gian trong 10 phút. Phân tích kết quả thu được theo các mốc thời gian để biết sự thay đổi kết quả đo theo thời gian đối với cùng một mức cân nặng và so sánh sự thay đổi giữa 5 mức cân nặng ở trên.
- Đánh giá tính kinh tế của hệ thống đo: So sánh hệ thống đo áp lực theo một số hạng mục: chi phí đầu tư, hiệu quả sử dụng.
2.3.2.6 Hướng dẫn sử dụng hệ thống đo áp lực
Bước 1: Kết nối hệ thống đo với máy tính qua cổng kết nối USB Bước 2: Khởi chạy phần mềm của hệ thống đo
Bước 2: Sử dụng quả cân tiêu chuẩn có khối lượng từ 10, 20, 30, 50, 100, 150,
200, 250, 300, 400, 450 g để hiệu chỉnh đường đặc tính của hệ thống đo.
Bước 3: Đặt cảm biến vào vị trí cần đo áp lực của vải lên cơ thể người, đặt cảm
biến sao cho nằm êm giữa cơ thể người và bề mặt trong của lớp vải.
Bước 4: Để đối tượng đo đứng im theo đúng các tư thế vận động cho trước
trong khoảng 30 giây, quan sát trên màn hình hiển thị kết quả đo thấy giá trị ổn định tiến hành lưu kết quả đo. Mỗi điểm đo lấy 5 kết quả sau đó tính giá trị trung bình làm kết quả đo cuối cùng.
2.3.3 Nghiên cứu thực nghiệm đo áp lực và xác định áp lực tiện nghi của quần mặc bó sát lên cơ thể người
Dựa trên kết quả mô phỏng áp lực của ống vải lên mơ hình phần đùi cơ thể người mặc theo các độ giãn khác nhau, giá trị áp lực và sự phấn bố áp lực tại các khu vực trên phần đùi cơ thể người mặc được nghiên cứu phân tích và thu thập. Các kết quả này được sử dụng làm cơ sở tham chiếu, lượng tính giá trị áp lực tại các vị trí cần đo, từ đó giúp cho q trình đo thực nghiệm được dễ dàng và rút ngắn được thời gian đo, tránh được sai số chủ quan của người đo như đặt cảm biến bị lệch, cơ thể người đo chưa đứng đúng tư thế yêu cầu…
2.3.3.1 Đối tượng thử nghiệm
Nghiên cứu tiếp tục lựa chọn đối tượng phục vụ cho thử nghiệm mặc quần gen định hình thẩm mỹ trong nhóm 350 nữ sinh viên đã đề cập trong mục 2.3.1.1 chương 2 của luận án. Để đảm bảo tính đồng nhất của các mẫu đo, tiến hành lựa chọn các đối tượng có các thơng số cơ thể về chiều cao, cân nặng, vịng bụng, vịng mơng, vịng đùi và chỉ số BMI có sự khác biệt nhỏ nhất. Nghiên cứu tiến hành thống kê phân tích các số liệu nhân trắc, lựa chọn các đối tượng có độ lệch chuẩn (SD) nhỏ nhất về chiều cao, cân nặng, vịng bụng, vịng mơng, vịng đùi và chỉ số BMI dựa trên cơng thức 2.8.
2 * i i SD n X f x Với n 30 (2.8)
Độ lệch chuẩn (SD) còn gọi là độ lệch trung bình bình phương. Độ lệch chuẩn là đặc trưng được dùng để đánh giá độ tản mạn của một phân phối hay nói lên mức độ phân tán của các giá trị xi so với số trung bình.
Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, tác giả chọn số lượng tối thiểu n = 30 (đối tượng) để phục vụ cho các thử nghiệm đánh giá cảm nhận chủ quan của người mặc về cảm giác áp lực tiện nghi lên vùng bụng, vùng mông và vùng đùi trong quá trình mặc quần gen định hình thẩm mỹ.
2.3.3.2 Sản phẩm thử nghiệm
Hình 2.13. Đặc điểm hình dáng sản phẩm.
Dựa trên sản phẩm mẫu quần gen được phân phối rộng rãi trên thị trường, có kích thước, kết cấu phù hợp với nội dung nghiên cứu của luận án. Nghiên cứu đã lựa chọn 5 cỡ quần gen định hình của hàng Uniqlo Nhật Bản, mẫu vải đã được xác định các đặc trưng cơ bản trong mục 2.1.2 của luận án. Mẫu quần có đặc điểm hình dáng như hình 2.13, để thuận tiện cho nghiên cứu, các kích thước của quần như (vịng bụng, vịng mơng, vòng đùi trên và vòng đùi dưới), được điều chỉnh lại với độ giãn tương ứng với các vòng trên cơ thể với độ giãn ngang của vải từ 10 đến 60% [10, 46,47].
2.3.3.3 Xác định điểm đo và tư thế vận động cơ bản
Nghiên cứu đã lựa chọn 8 tư thế vận động cơ bản hằng ngày như trong hình 2.14 [69], xây dựng phương pháp đo và xác định áp lực của quần lên các điểm trên vùng bụng, vùng mông, vùng đùi cơ thể. Dựa vào đặc điểm hình thái cấu trúc của cơ thể người, nghiên cứu đã lựa chọn 14 điểm đo: vịng bụng 3 điểm, vịng mơng 3 điểm, vòng đùi trên 4 điểm và vòng đùi dưới 4 điểm. Các điểm này có ký hiệu như trong trong bảng 2.3 và hình 2.15. Những điểm này có thể phản ánh cảm giác áp lực tiện nghi khi mặc quần [50, 69].
Hình 2.14. Các tư thế vận động cơ bản của cơ thể người.
Ghi chú:
- P1: Tư thế đứng thẳng, 2 mắt cá chân cách nhau một khoảng 30 cm.
- P2: Tư thế bước đi, chân trái đứng thẳng. - P3: Tư thế bước đi, chân phải đứng thẳng. - P4: Đứng kiễng gót chân.
- P5: Tư thế khụy đầu gối một góc 600.
- P6: Tư thế cúi, chân thẳng, lưng song song mặt đất. - P7: Tư thế ngồi.
- P8: Tư thế ngồi duỗi thẳng chân.