Chương 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.2 Phương pháp và thiết bị đo áp lực quần áo mặc bó sát lên cơ thể người
1.2.2 Các phương pháp và thiết bị đo trực tiếp
Thiết bị đo AMI 3037 của hãng AMI Techno Co. Ltd Nhật Bản [29, 30]. Thiết bị sử dụng đầu đo là cảm biến áp khí có đường kính 20 mm, độ dày 1 mm, khoảng đo từ 0 đến 34 kPa, sai số trong phạm vi ± 0.03 kPa. Cảm biến được sử dụng đo áp lực tiếp xúc giữa quần áo với bề mặt cơ thể người hoặc ma-nơ-canh. Hệ thống này có thể cho phép thu thập dữ liệu 10 điểm đo và người quan sát có thể dự đốn được sự phân bổ tổng thể áp lực quần áo bó sát lên cơ thể con người.
Thiết bị có thể đo áp lực của trang phục lên các vị trí khác nhau của cơ thể người mặc với độ chính xác cao, sai số lặp lại kết quả giữa các lần đo thấp, kích thước nhỏ gọn. Nhược điểm: thiết bị có giá thành cao, nhà sản xuất chỉ cung cấp thiết bị đồng bộ, không cung cấp các chi tiết cấu thành chế tạo thiết bị.
Nghiên cứu của tác giả Tao Wu [31] đã thiết kế thiết bị đo áp lực băng nén lên cơ thể người sử dụng cảm biến lực. Các cảm biến lực được gắn vào một chân giả, kết nối với máy tính và hiển thị kết quả đo qua bộ phận xử lý tín hiệu (ADC-16) được minh họa trong hình 1.26, cảm biến có phạm vi đo từ 0 đến 5 N/cm2, sai số nhỏ (trong khoảng ± 0,5%). Cảm biến có kích thước lớn nên thiết bị chỉ phù hợp đo áp áp lực của quần áo lên các mơ hình giả định các bộ phận cơ thể người.
Hình 1.26. Mơ hình thiết bị đo áp lực băng nén [31]
Tác giả Tsang Wai Hang [32, 33] đã sử dụng hệ thống đo áp lực quần áo bó sát lên da cơ thể người. Áp lực tạo ra bởi quần bó sát được đo bởi cảm biến đặt bên trong. Tác giả sử dụng hệ thống đo áp lực (Flexiforce system) của hãng Tekscan, hệ thống gồm cảm biến, bộ phận xử lý tín hiệu được kết nối với máy tính nhờ phần mềm cho phép kết nối 16 cảm biến với máy tính. Kết quả hiển thị bằng thơng số và biểu đồ áp lực cho tùng vùng đo như trong hình 1.27.
Hình 1.27. Hệ thống đo áp lực (Flexiforce system) của hãng Tekscan [32]
Hệ thống đo sử dụng cảm biến FlexiForce A201 có chiều rộng và chiều dài đầy đủ tương ứng là 14 mm và 203 mm. Đầu nhận tín hiệu cảm biến có đường kính 9,53 mm
và dày 0,208 mm; phạm vi đo trong khoảng 1 đến 4,4 N cho phép đo trong điều kiện nhiệt độ từ (-9°C to 60°C) độ sai số dưới +/-5%. Cảm biến Flexiforce là một cảm biến đo lực dựa trên mối quan hệ của điện trở và áp lực. Khi cảm biến không chịu lực tác dụng, trở kháng cảm biến ở mức cao. Khi lực tác dụng đặt lên cảm biến, giá trị trở kháng giảm. Ta có thể đọc được giá trị trở kháng này bằng cách dùng đồng hồ đo điện để đo điện trở giữa hai chân ngoài cùng của cảm biến. Lực tác dụng lên bề mặt cảm biến và trở kháng/lực tác dụng và điện dẫn (nghịch đảo của trở kháng). Mối quan hệ giữa lực và điện dẫn là tuyến tính, và do đó có thể dùng mối quan hệ này để hiệu chỉnh (calibrate) kết quả đo của cảm biến.
Trong nghiên cứu [34] tác giả và các cộng sự đã thiết kế thiết bị đo bằng cảm ứng lực. Thiết bị này sử dụng để đánh giá động lực (áp lực động) tiện nghi cho vải hoặc quần áo khi cơ thể vận động. Sử dụng cảm biến có độ nhạy cao (loại cảm biến sử dụng để đo áp lực lên cơ thể trong khoảng từ 0 đến 10.000N) đặt giữa quần áo và da cơ thể. Cảm biến hoạt động như một đầu đo và nó được nối với bộ phận kiểm sốt hoạt động. Đầu đo và bộ phận kiểm soát cho phép hiển thị giá trị áp lực động và lưu trữ thơng tin. Ngồi ra, giá trị áp lực đo được có thể chuyển sang máy tính, chuyển đổi đơn vị sang N/mm2 và thể hiện ở dạng biểu đồ trên màn hình.
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị mơ phỏng áp lực của vải đàn tính lên cơ thể người bằng phương pháp khí nén [35,36]. Thiết bị gồm một ống thép làm khung với đường kính ngồi bằng 132 mm, ống thép được hàn kín hai đầu, trên bề mặt của nó được khoan các lỗ để hơi có thể thốt ra ngồi. Sử dụng ống cao su có đường kính 132 mm, dày 2,5 mm lồng vào ống thép để mô phỏng bộ phận cơ thể người. Ống cao su được bọc kín hai đầu để khi cho khí nén vào ống thép thì khí khơng thốt ra ngồi được. Khi tiến hành thí nghiệm, mẫu vải được bọc ở phía ngồi như trong hình 1.28.
Hình 1.28. Thiết bị đo áp lực vải lên bề mặt sử dụng nguyên lý khí nén [35]
Sử dụng thiết bị nén khí thổi vào ống thép và khí nén sẽ tác dụng lên ống cao su một áp lực P. Áp lực p được xác định bằng một đồng hồ đo áp lực lắp đặt ở đầu ống thép. Khi cho áp lực khí nén tác dụng lên ống cao su một cách tăng từ từ, ống cao su sẽ phồng lên và tác dụng lên mẫu vải bên ngoài một lực Ptx. Đây chính là áp lực của vải tác động lên cơ thể người khi mặc trang phục. Áp lực tiếp xúc làm mẫu vải bên ngoài bị giãn ra theo phương chu vi. Sử dụng dụng một chuyển vị kế lắp đặt ở phía trên mẫu để đo độ tăng bán kính của mẫu vải bên ngồi. Sử dụng cơng thức để tính tốn độ giãn
Đường dẫn khí nén Đồng hồ Đồng hồ
dài tương đối của vải theo phương chu vi. Thiết bị còn một số hạn chế như độ giãn của vải không đồng đều, độ giãn tối đa của vải dệt kim trên thiết bị mới đạt 30%; khó điều chỉnh chính xác độ giãn và cơng thức tính tốn phức tạp.
Để đo áp lực trực tiếp của vải lên bề mặt cơ thể người [37] trong nghiên cứu này tác giả đã áp dụng nguyên lý: vải được kéo giãn theo một hướng hoặc theo cả hai hướng dọc và ngang với độ giãn xác định, vải nén ép lên bề mặt mô phỏng bề mặt cơ thể người, áp lực vải lên phần bề mặt được xác định nhờ một cảm biến điện tử có độ chính xác đến phần mười gam. Giá trị từ đầu đo được thể hiện trên bảng điện tử của bộ phận đo. Từ kết quả này, tính áp lực vải lên bề mặt theo cơng thức:
F = P/S, N/m2 (Pa) (1.18) trong đó: F - Áp lực trang phục lên (bề mặt) cơ thể người, N/m2 (Pa);
P - Áp lực (tải trọng) đo được bởi đầu đo, N; S - Diện tích bề mặt của đầu đo.
Kiểm tra độ chính xác đầu đo: kiểm tra độ chính xác của đầu đo bằng tải trọng chuẩn. Hiệu chuẩn đầu đo và để các tải trọng 5 g, 10 g và 20 g lên bề mặt đo và quan sát kết quả đo. Sau khi thực hiện 5 lần với mỗi mức tải trọng chuẩn giá trị trung bình nhận được là 4,98 g, 9,87 và 19,97 g. Sai số trung bình của đầu đo là 0,283%.