Tổng quan các phương pháp khắc độ của dụng cụ đo và cảm biến

MỤC LỤC Trang Mục lục 2 Bảng ký hiệu và chữ viết tắt 4 Mở đầu 6 Chương 1: Tổng quan cỏc phương phỏp khắc độ của dụng cụ đo và cảm biến 8 1.1 Phương phỏp khắc độ dụng cụ đo tương tự 8 1.2 Phương phỏp khắc độ dụng cụ đo cú sử dụng vi xử lý hoặc mỏy vi tớnh 11 1.3 Phương phỏp khắc độ cỏc chuyển đổi đo lường sơ cấp 1.3.1 Chuyển đổi đo lường so cấp  1.3.2 Ứng dụng vi xử lý trong xử lý số liệu đo của cảm biến 1.3.3 Cấu trỳc của cảm biến thụng minh 13 13 18 19 1.4 Ứng dụng mạng nơron trong cảm biến thụng minh 1.4.1 Khắc độ tự động cảm biến  20 20 1.4.2 Hiệu chỉnh đặc tớnh thang đo của cảm biến 22 1.5 Đề xuất phương phỏp sử dụng mạng nơron để giảm sai số ngẫu nhiờn và khắc độ cảm biến bằng hàm nội suy Lagrange 25 Chương 2: Cơ sở lý thuyết mạng nơron 27 2.1 Nơron sinh vật 2.1.1 Cấu trỳc cơ bản của nơron 27 27 2.1.2 Cỏc tớn hiệu điện của nơron 30 2.2 Mụ hỡnh nơron nhõn tạo 31 2.3 Mạng nơron nhõn tạo 2.3.1 Cấu trỳc mạng nơron 33 33 2.3.2 Phõn loại mạng nơron 34 2.3.3 Một số mạng nơron nhõn tạo 34 2.4 Học của mạng nơron 49 2.5 Một số ứng dụng mạng nơron nhõn tạo 51 2.6 Kết luận 55 Chương 3: Ứng dụng mạng nơron để khắc độ tự động 3.1 Cơ sở lý thuyết xử lý số liệu đo  3.1.1 Tớnh toỏn sai số ngẫu nhiờn 3.1.2 Gia cụng kết quả đo 3.2 Giảm sai số ngẫu nhiờn bằng mạng nơron để khắc độ tự động thiết bị đo và cảm biến 3.2.1 Đặt vấn đề 3.2.2 Xử lý số liệu đo bằng mạng nơron để giảm sai số ngẫu nhiờn 3.3 Khắc độ tự động thiết bị đo và cảm biến 3.3.1 Sử dụng hàm nội suy Lagrange để khắc độ tự động 3.3 2 Khắc độ tự động bằng mạng nơron 57 57 57 61 66 66 68 76 76 78 Chương 4 : Ứng dụng mạng nơron để hiệu chỉnh đặc tớnh thang đo của cảm biến 4.1 Đặt vấn đề 4.2 Hiệu chỉnh đặc tớnh thang đo của cảm biến sử dụng mạng nơron 83 83 86 Chương 5: Kết luận và hướng phỏt triển của đề tài 92 Tài liệu tham khảo 95 Phụ lục 1 P.1 Phụ lục 2 P.6 BẢNG Kí HIỆU A= [aij ] : Ma trận n x m chiều. AT : Ma trận chuyển vị của A. A-1 : Ma trận nghịch đảo của A. Rn : Khụng gian thực n chiều. g(.) : Hàm quan hệ phi tuyến vào ra. f-1 : Hàm ngược của hàm f. W= [wik] : Ma trận trọng số liờn kết n x m chiều. BẢNG CHỮ VIẾT TẮT VÀ MỘT SỐ THUẬT NGỮ Adaline : Adaptive Linear Element- Phần tử nơron tuyến tớnh thớch nghi, tờn loại nơron do Windrow đề xuất năm 1960. ART : Adaptive Resonance Theory- Thuyết cộng hưởng thớch nghi. Một loại mạng được xõy dựng theo lý thuyết này. BAM : Bidirection Associative Memory- Một loại mạng do Kosko đề xuất năm 1988. BP : Backpropagation - Thuật học lan truyền ngược. CAM : Content Addressable Memory- Bộ nhớ nội dung được địa chỉ húa. LMS : Least Mean Square - Tờn một thuật học (trung bỡnh bỡnh phương nhỏ nhất). LVQ : Learning Vector Quantization - Thuật học lượng húa vộctơ. MIMO : Multi Input Multi Output - Hệ nhiều đầu vào nhiều đầu ra. MNN : Artificial Neural Networks - Mạng nơron nhõn tạo SISO : Single Input Single Output - Hệ một đầu vào một đầu ra. RBF : Radial Basis Functions - Tờn một loại mạng do Moody và Darken đề xuất năm 1989. MỞ ĐẦU Mụ phỏng sinh học đó tạo ra những thành tựu khoa học kỹ thuật to lớn cho cuộc sống và cụng cuộc chinh phục thế giới tự nhiờn của loài người. Mụ phỏng mạng nơron sinh học là một trong những lĩnh vực đang được phỏt triển mạnh mẽ để tạo ra những hệ thống thụng minh cú những khả năng như ghi nhớ kinh nghiệm quỏ khứ, nhận dạng, điều khiển, ra quyết định, dự đoỏn...tương tự như bộ nóo người. Việc nghiờn cứu và phỏt triển lý thuyết mạng nơron nhõn tạo đó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như đo lường, điều khiển, cụng nghệ rụbụt, truyền thụng, giao thụng vận tải, hàng khụng.v.v... Mạng nơron với những ưu điểm vượt trội so với cỏc hệ thống tớnh toỏn truyền thống như: cho phộp xấp xỉ những ỏnh xạ phi tuyến tựy ý; là hệ thống xử lý song song làm tăng tốc độ tớnh toỏn cho phộp đỏp ứng khả năng tớnh toỏn thời gian thực và chớnh xỏc; là hệ học và thớch nghi, khi mạng được huấn luyện từ cỏc dữ liệu quỏ khứ, đồng thời cú khả năng khỏi quỏt húa khi dữ liệu vào bị thiếu hoặc khụng đầy đủ, phự hợp với cỏc hệ thống nhận dạng, chuẩn đoỏn kỹ thuật... Với những ưu điểm trờn việc ứng dụng mạng nơron để chế tạo cỏc cảm biến thụng minh với độ chớnh xỏc cao là điều hoàn toàn cần thiết, cú khả năng thỳc đẩy sự phỏt triển của kỹ thuật cụng nghệ núi chung và lĩnh vực đo lường núi riờng. Nội dung chủ yếu của luận văn là tập trung nghiờn cứu ứng dụng mạng nơron cho khắc độ dụng cụ đo và cảm biến thụng minh. Luận văn bao gồm năm chương, trong đú chương 1 là phần tổng quan về cỏc phương phỏp khắc độ thiết bị đo bao gồm cỏc phương phỏp khắc độ cho dụng cụ đo tương tự, dụng cụ đo cú sử dụng vi xử lý hoặc mỏy vi tớnh và cỏc chuyển đổi đo lường sơ cấp. Chương này cũng nờu ra cỏc hướng ứng dụng mạng nơron cho việc xử lý số liệu đo và hiệu chỉnh đặc tớnh thang đo của cảm biến. Chương 2 trỡnh bày phần lý thuyết cơ sở của mạng nơron cho việc nghiờn cứu ứng dụng trong việc xử lý số liệu nhằm giảm sai số ngẫu nhiờn, khắc độ tự động đặc tớnh và hiệu chỉnh sai số hệ thống của cảm biến. Ở chương 3, tỏc giả đó tập trung vào việc nghiờn cứu ứng dụng mạng nơron nhõn tạo để xử lý số liệu đo ngẫu nhiờn nhằm giảm sai số ngẫu nhiờn, từ cỏc giỏ trị lấy mẫu đó được xử lý để giảm sai số ngẫu nhiờn bằng mạng nơron chỳng tụi đề xuất sử dụng hàm nội suy Lagrange để khắc độ tự động đường đặc tớnh của cảm biến thụng minh. Đồng thời chương này cũng đó nghiờn cứu việc ứng dụng mạng nơron để khắc độ tự động đặc tớnh của cảm biến đảm bảo độ chớnh xỏc cao. Chương 4 nghiờn cứu ứng dụng mạng nơron để hiệu chỉnh đặc tớnh thang đo của cảm biến đảm bảo giới hạn sai số cho phộp. Chương 5 đỏnh giỏ kết quả đạt được và hướng nghiờn cứu tiếp theo dựa trờn những kết quả của đề tài.  Chương 1  TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẮC ĐỘ CỦA DỤNG CỤ ĐO VÀ CẢM BIẾN 1.1 Phương phỏp khắc độ dụng cụ đo tương tự Dụng cụ đo tương tự là loại dụng cụ đo mà số chỉ của nú là đại lượng liờn tục tỉ lệ với đại lượng đo liờn tục. Trong dụng cụ đo tương tự người ta thường dựng cỏc chỉ thị cơ điện, trong đú tớn hiệu vào là dũng điện cũn tớn hiệu ra là gúc quay của phần động (kim chỉ) hoặc là di chuyển của bỳt ghi trờn giấy (dụng cụ tự ghi). Cỏc cơ cấu chỉ thị này thường dựng trong mỏy đo cỏc đại lượng như dũng điện, điện ỏp, cụng suất, tần số, gúc pha, điện trở.v.v . Những dụng cụ này chớnh là dụng cụ đo chuyển đổi thẳng. Tức là thực hiện việc biến năng lượng điện từ thành năng lượng cơ học làm quay phần động một gúc α so với phần tĩnh. Như vậy α = F(x), với x là đại lượng điện ( dũng hay ỏp hoặc là tớch của hai dũng điện) Đối với chỉ thị cơ điện ta cú phương trỡnh đặc tớnh thang đo , trong đú D là mụmen cản riờng và We là năng lượng điện từ trường. Từ phương trỡnh này ta sẽ biết được đặc tớnh của thang đo và tớnh chất của cơ cấu chỉ thị. Do trong cơ cấu chỉ thị cơ điện tồn tại nhiều mụmen như mụmen ma sỏt, mụmen cản dịu, mụmen động lượng nờn để xỏc định dạng thang đo của cơ cấu chỉ thị thường sử dụng phương phỏp đồ thị. Bằng thực nghiệm ta xõy dựng cỏc đường cong mụmen quay Md = f(α) với cỏc giỏ trị X khỏc nhau. Vớ dụ với cơ cấu chỉ thị điện từ ta xõy dựng cỏc đường cong mụmen quay 1, 2, 3, 4 với cỏc giỏ trị X tương ứng bằng 40, 60, 80 và 100% Xn (Xn- trị số dũng điện định mức làm kim lệch toàn thang). Trong trường hợp ở đồ thị hỡnh 1.1 Xn =In=50mA. Cỏc đường cong mụmen quay Mq cắt đường mụmen cản Mc tại cỏc điểm A, B, C, D. Từ giao điểm A, B, C, D ta cú cỏc vị trớ cõn bằng α = 30°, 50°, 70°, 90° tương ứng với cỏc giỏ trị X=20, 30, 40, 50 mA. Như vậy ta cú thang đo của cơ cấu chỉ thị điện từ theo đơn vị của đại lượng X đầu vào.  Mq α 0° 30° 50° 70° 90° X=40%Xn (I= 20 mA) X=60%Xn (I= 30 mA) X=80%Xn (I= 40 mA) X=100%Xn (I= 50 mA) 4 3 2 1 0 20 30 40 50 Hỡnh 1.1 : Xỏc định thang đo bằng phương phỏp đồ thị X(mA) Tuỳ thuộc vào phương trỡnh đặc tớnh thang đo mà thang đo cú thể là tuyến tớnh (vớ dụ : cơ cấu chỉ thị từ điện) hoặc phi tuyến (vớ dụ : cơ cấu chỉ thị điện từ , điện động, tĩnh điện). Nếu thang đo phi tuyến ta thường để thang đo đạt được tương đối đều. Đối với cơ cấu chỉ thị từ điện ta cú phương trỡnh đặc tớnh thang đo là α= = K.I [TL3] Trong đú B- Độ từ cảm của nam chõm vĩnh cửu s- Diện tớch khung dõy w- số vũng dõy α- gúc lệch của khung dõy so với vị trớ ban đầu Gúc lệch α tỉ lệ thuận với dũng điện I nờn đặc tớnh của thang đo đều. Cơ cấu chỉ thị điện từ cú phương trỡnh đặc tớnh là α= [TL3]. Gúc quay tỉ lệ với bỡnh phương dũng điện do đú thang đo khụng đều. Ngoài ra đặc tớnh thang đo lại cũn phụ thuộc vào tỉ số là một đại lượng phi tuyến. Để cho đặc tớnh thang đo đều cần phải tớnh toỏn sao cho khi gúc lệch α thay đổi thỡ tỉ số thay đổi theo quy luật tỉ lệ nghịch với dũng điện. Như vậy đường cong tổng hợp sẽ là đường tuyến tớnh với một độ chớnh xỏc nhất định. α I, L I2 Đặc tớnh thang đo ~ Hỡnh 1.2 : Đặc tớnh thang đo với đó điều chỉnh Cơ cấu chỉ thị điện động cú phương trỡnh đặc tớnh thang đo đối với trường hợp dũng một chiều I1 và I2 : α= [TL3]. Trong trường hợp dũng xoay chiều ta cú α= . Như vậy gúc lệch α phụ thuộc vào tớch I1I2 nờn thang đo khụng đều. Cú thể thay đổi vị trớ của cỏc cuộn dõy để thay đổi tỉ số theo hàm ngược với I1I2 nhằm đạt được thang đo đều (thường từ 20%ữ100% thang đo cú thể chia đều cũn 20% đầu thang đo chia khụng đều) Đối với Lụgụmột điện động ta cú phương trỡnh đặc tớnh thang đo α= [TL3]. Khi cos(I,I1)=cos(I,I2)=1 tức là dũng điện chạy qua cuộn động và cuộn tĩnh đồng pha thỡ α =. Như vậy gúc lệch α tỉ lệ với tỉ số hai dũng điện. Cơ cấu chỉ thị sắt điện động cú phương trỡnh đặc tớnh thang đo : α=k1s2 w2I1I2cos(I1,I2), gúc lệch α tỉ lệ với tớch hai dũng điện. Đối với cơ cấu chỉ thị tĩnh điện ta cú phương trỡnh đặc tớnh thang đo α= [TL3]. Như vậy gúc lệch α tỉ lệ với bỡnh phương điện ỏp U. Đặc tớnh thang đo khụng đều (bậc hai) và phụ thuộc vào tỉ số là một đại lượng phi tuyến. Trong thực tế để cho đặc tớnh thang đo đều cần phải tớnh toỏn sao cho khi gúc lệch α thay đổi thỡ tỉ số thay đổi tỉ lệ nghịch với điện ỏp và đường cong tổng hợp sẽ là đường tuyến tớnh với một độ chớnh xỏc nhất định. Giống như trường hợp cơ cấu chỉ thị điện từ. Đối với cơ cấu chỉ thị tự ghi đầu vào thường là dũng điện biến thiờn theo thời gian i(t) và đầu ra là đường quan hệ α(t). Đường ghi trờn băng giấy là sự phối hợp giữa hai chuyển động y=α=f(i) và x=Kt. Theo cỏch ghi cú thể phõn loại cơ cấu tự ghi làm ba loại : loại thứ nhất là ghi cỏc đường cong liờn tục; loại thứ hai là ghi cỏc đường cong rời rạc; loại thứ ba là in số lờn băng giấy. Nhận xột : trong dụng cụ đo tương tự chỉ thị kim thỡ sai số phi tuyến được đưa lờn thang đo mà khụng nhất thiết phải tuyến tớnh húa đặc tớnh phi tuyến như dụng cụ đo số. 1.2 Phương phỏp khắc độ dụng cụ đo cú sử dụng vi xử lý hoặc mỏy vi tớnh [TL3] Việc sử dụng vi xử lý trong lĩnh vực đo lường mở ra những hướng phỏt triển và mang lại nhiều ưu điểm cho dụng cụ đo và hệ thống thụng tin đo lường như : Cú thể ghộp nối thiết bị đo với bàn phớm cho phộp nhập thụng tin bằng bàn phớm số hoặc đặt trước giỏ trị đo lường hay kiểm tra của một thụng số nào đú. Cú thể ghộp nối với màn hỡnh để đọc kết quả và sai số Cú thể gia cụng kết quả đo theo cỏc thuật toỏn đó định sẵn và đưa ra màn hỡnh. Cú thể nối với mỏy in để in kết quả đo hay tự động vẽ lại cỏc đường cong sau khi đó gia cụng kết quả bằng phộp xõy dựng đường cong thực nghiệm. Thay đổi toạ độ bằng cỏch đưa thờm vào cỏc hệ số nhõn thớch hợp. Tiến hành tớnh toỏn khi thực hiện phộp đo giỏn tiếp hay hợp bộ hoặc đo lường thống kờ. Hiệu chỉnh được sai số của phộp đo Bự cỏc kết quả đo bị sai lệch do ảnh hưởng của sự biến động cỏc thụng số như nhiệt độ, độ ẩm, tần số…. Điều khiển cỏc khõu của dụng cụ đo cho phự hợp với đại lượng đo vớ dụ : tự động chọn thang đo. Mó hoỏ cỏc tớn hiệu đo Ghộp nối với kờnh liờn lạc để truyền số liệu đi xa. Cú thể ghộp nối với bộ nhớ để lưu giữ số liệu của kết quả đo hay cỏc giỏ trị tức thời của tớn hiệu đo. Ngoài ra dụng cụ đo cú sử dụng vi xử lý hoặc mỏy vi tớnh cũn cú khả năng tự động khắc độ. Quỏ trỡnh tự động khắc độ như sau : Đầu tiờn người ta đo cỏc giỏ trị của tớn hiệu chuẩn, ghi vào bộ nhớ, sau đú đo cỏc giỏ trị của đại lượng cần đo và bằng cỏc cụng cụ toỏn học (dưới dạng thuật toỏn) cú thể so sỏnh, gia cụng kết quả đo và loại trừ cỏc sai số. Vớ dụ : Trong một Vụnmột thực hiện theo phương phỏp này việc khắc độ được thực hiện trước mỗi lần đo (ở chế độ đồng bộ trong). Việc bự sai số do sự lệch khụng của bộ khuếch đại (sự trụi điểm khụng chẳng hạn) sẽ được thực hiện bằng cỏch đo mức khụng (mức đất) của tớn hiệu, sau đú bắt đầu đo điện ỏp chuẩn cố định từ nguồn mẫu (vớ dụ như pin mẫu). Sử dụng vi xử lý hoặc mỏy vi tớnh cú thể thay thế cho một loạt cỏc thao tỏc mà trong dụng cụ tương tự khụng thực hiện được vớ dụ như : phộp nhõn, phộp tuyến tớnh hoỏ, điều khiển quỏ trỡnh đo, điều khiển sự làm việc của cỏc thiết bị vào ra v.v... 1.3 Phương phỏp khắc độ cỏc chuyển đổi đo lường sơ cấp 1.3.1 Chuyển đổi đo lường so cấp  Chuyển đổi đo lường là thiết bị thực hiện một quan hệ hàm đơn trị giữa hai đại lượng vật lý với một độ chớnh xỏc nhất định. Như vậy chuyển đổi đo lường làm nhiệm vụ biến đổi từ đại lượng vật lý này sang đại lượng vật lý khỏc. Mối quan hệ hàm cú thể là tuyến tớnh hay phi tuyến. Tuy nhiờn trong kỹ thuật đo lường người ta cố gắng tạo ra cỏc chuyển đổi tuyến tớnh để nõng cao độ chớnh xỏc của phộp đo. Chuyển đổi đo lường sơ cấp là cỏc chuyển đổi đo lường mà đại lượng vào là đại lượng khụng điện và đại lượng ra của nú là đại lượng điện. Phương trỡnh đặc tớnh của chuyển đổi Y=f(X) Trong đú X-là đại lượng khụng điện cần đo Y-đại lượng điện sau chuyển đổi Hàm đặc tớnh của chuyển đổi là một hàm đồng biến hoặc nghịch biến. Khi chuyển đổi sơ cấp được đặt trong một vỏ hộp cú kớch thước và hỡnh dỏng phự hợp với vị trớ điểm đo hoặc cú khi tớch hợp với mạch đo để tạo thành một dụng cụ được gọi là đầu đo, bộ cảm biến hoặc là sensor. Để cú được đặc tớnh của chuyển đổi sơ cấp người ta thường làm thực nghiệm để tỡm ra mối quan hệ giữa X và Y. Mối quan hệ này thường là phi tuyến, nhưng để nõng cao độ chớnh xỏc của thiết bị đo người ta tỡm cỏch tuyến tớnh hoỏ nú bằng cỏc mạch điện tử hay dựng cỏc thuật toỏn khi gia cụng số liệu đo bằng mỏy tớnh hoặc vi xử lý. Trong thực tế tớn hiệu ra Y của chuyển đổi khụng những phụ thuộc vào X mà cũn phụ thuộc vào điều kiện bờn ngoài Z : Y=f(X,Z) Đặc tớnh của chuyển đổi phải là hàm đơn trị, nghĩa là với đường cong hồi phục của chuyển đổi ứng với một giỏ trị X ta chỉ nhận được một giỏ trị Y. Đường cong của chuyển đổi phải ổn định, nghĩa là khụng thay đổi theo thời gian. Và tớn hiệu ra của chuyển đổi phải tiện cho việc ghộp nối vào dụng cụ đo, hệ thống đo và mỏy tớnh. Đặc tớnh của chuyển đổi cú thể là hàm tuyến tớnh hoặc phi tuyến, chẳng hạn như hàm lụga-rớt, hàm đa thức, hàm mũ. Đặc tớnh tuyến tớnh được mụ tả bởi biểu thức :Y=a+bx Đặc tớnh lụga-rớt : Y=a+b.lnx Đặc tớnh hàm mũ : Y=a.ekx Đặc tớnh hàm đa thức : Y=ao + a1.x + a2x2 +...+ anxn Đặc tớnh quan trọng của chuyển đổi là sai số. - Sai số cơ bản của chuyển đổi là sai số gõy ra do nguyờn lý của chuyển đổi, sự khụng hoàn thiện của cấu trỳc, sự yếu kộm của cụng nghệ chế tạo. - Sai số phụ là sai số gõy ra do biến động của điều kiện bờn ngoài khỏc với điều kiện tiờu chuẩn. Sai số tương đối quy đổi: , với XN là giỏ trị cực đại của thang đo, cần phải nhỏ hơn hoặc bằng cấp chớnh xỏc. Sai số tuyệt đối được tớnh bằng hiệu của giỏ trị đo được với giỏ trị thực. Vớ dụ một sensor đo khoảng cỏch tuyến tớnh lý tưởng sẽ tạo ra 1 mV trờn 1mm dịch chuyển. Tuy nhiờn trong thực tế một dịch chuyển 10 mm tạo ra 10.5 mV, từ 10.5 mV tớnh ngược lại (1mm trờn 1 mV) ta được 10.5 mm, lớn hơn 0.5 mm so với thực tế. 0.5mm này là sai số tuyệt đối và do đú trong khoảng 10 mm sai số tương đối quy đổi của sensor là 0.5mm/10 mm x 100% =5%. Để cảm biến đạt cấp chớnh xỏc nhất định thỡ đường cong đặc tớnh thực tế phải nằm trong hai đường giới hạn sai số cho phộp như biểu diễn trờn hỡnh 1.3 và hỡnh 1.4 . 100% x Y 100% y y’ z z’ x x’ -d + - Đường đặc tớnh thực tế Đường đặc tớnh lý tưởng Đường giới hạn YFS Hỡnh 1.3 : Đường cong đặc tớnh của cảm biến -d Đường giới hạn phải Đường giới hạn trỏi Đường hiệu chuẩn Đường đặc tớnh thực tế Hỡnh 1.4 : Đường giới hạn độ chớnh xỏc x Y Cỏc đường giới hạn sai số cho phộp lệch với đường đặc tớnh lý tưởng một khoảng và đường cong thực tế lệch với đường đặc tớnh lý tưởng một khoảng , trong đú . Cú nhiều phương phỏp để tuyến tớnh hoỏ đường đặc tớnh của cảm biến. Đối với đặc tớnh cú thể tuyến tớnh bằng một đường thẳng người ta thường dựng cỏc phương phỏp sau : + Phương phỏp dựng điểm đầu và điểm cuối của đường đặc tớnh : Điểm đầu và điểm cuối L2 L1 100% x Y 100% 0 Hỡnh1.5 : Đường thẳng xấp xỉ đường cong phi tuyến c 2 1 3 Ta xỏc định cỏc giỏ trị đầu ra của cảm biến tại giỏ trị nhỏ nhất và lớn nhất của đầu vào và vẽ đường thẳng qua hai điểm này (đường 1 trờn hỡnh 1.5). Gần cỏc điểm đầu và điểm cuối thỡ sai số nhỏ và sai số lớn nhất rơi vào khoảng giữa của đường đặc tớnh. + Phương phỏp xấp xỉ bỡnh phương cực tiểu : Đo vài giỏ trị đầu ra Y (n giỏ trị) tương ứng với cỏc giỏ trị đầu vào x trong toàn thang đo. Sử dụng cụng thức sau để xỏc định cỏc giỏ trị a và b của đường thẳng Y=a+b.x (đường 2 trờn hỡnh 1.5) Trong đú là tổng của n số hạng. Trong một vài ứng dụng thỡ độ chớnh xỏc cao nhất cần phải đạt được ở trong một khoảng nhỏ nhất định. Vớ dụ nhiệt kế y tế phải cú độ chớnh xỏc cao trong vựng nhiệt độ sốt của cơ thể từ 37 đến 38°C. Nú cú thể kộm chớnh xỏc ở ngoài khoảng nhiệt độ đú. Cảm biến được hiệu chuẩn ở vựng yờu cầu độ chớnh xỏc cao nhất . Do đú đường xấp xỉ cú thể được vẽ qua điểm hiệu chuẩn c (đường 3 trờn hỡnh 1.5). Sai số nhỏ ở gần điểm hiệu chuẩn và tăng lờn về phớa hai đầu của thang đo. Trong phương phỏp này thỡ đường thẳng thường được xỏc định như là tiếp tuyến của đường đặc tớnh tại điểm hiệu chuẩn. + Phương phỏp dựng đường thẳng độc lập : đường thẳng xấp xỉ độc lập là đường thẳng nằm giữa hai đường song song sỏt nhau và bao toàn bộ cỏc giỏ trị đầu ra trờn đường đặc tớnh thực tế như hỡnh 1.6. Đường thẳng xấp xỉ -d 100% x Y 100% 0 +d c Hỡnh1.6 : Đường thẳng xấp xỉ độc lập Đặc tớnh động của chuyển đổi là khi cho tớn hiệu đo vào chuyển đổi thường xuất hiện quỏ trỡnh quỏ độ. Quỏ trỡnh này cú thể nhanh hay chậm tuỳ thuộc vào dạng chuyển đổi. Đặc tớnh này được gọi là độ tỏc động nhanh. Độ tỏc động nhanh hay chậm tức là thời gian trễ nhỏ hay lớn của đỏp ứng tớn hiệu ra so với sự thay đổi của tớn hiệu vào. Phương trỡnh cơ bản của cảm biến cú dạng : Y=f(x, a, b, c…) Trong đú x là đại lượng đo hay cũn gọi là đại lượng chủ, cỏc đại lượng a, b, c… được gọi là cỏc yếu tố ảnh hưởng cần được loại bỏ. Yờu cầu của cảm biến là tạo được đặc tớnh Y=f(x) và quan hệ này được lặp lại với một giỏ trị chớnh xỏc để từ Y ta cú thể suy ra được x với một sai số nhỏ hơn yờu cầu. Trong cảm biến thụng minh người ta phải sử dụng triệt để khả năng xử lý kết quả đo của cỏc bộ vi xử lý hay vi tớnh đơn phiến để nõng cao đặc tớnh kỹ thuật của cỏc cảm biến. 1.3.2 Ứng dụng vi xử lý trong xử lý số liệu đo của cảm biến [TL3] +Xử lý khắc độ Yờu cầu cơ bản nhất đối với chuyển đổi là tạo được đặc tớnh Y=f(x) với Yi=KiXi. Động tỏc khắc độ hay chuẩn độ là xỏc định cỏc Ki với sai số của nú là max ≤ Trong trường hợp cảm biến bị nhiều yếu tố ngẫu nhiờn tỏc động thỡ Ki được xỏc định bằng phương phỏp thống kờ. này được vi xử lý lưu giữ làm hệ số biến đổi tại điểm Xi của cảm biến và Xi= , sai số tuyệt đối ngẫu nhiờn của hệ số Ki được tớnh với giả thiết phõn bố xỏc suất của nú là phõn bố Student. với xỏc suất P sai số tuyệt đối của Ki cú tớnh ngẫu nhiờn kst - hệ số tra ở bảng Student =là độ lệch bỡnh quõn phương Bộ hệ số Ki và cú thể được tớnh toỏn và ghi trong bộ nhớ của vi xử lý. +Xử lý tuyến tớnh hoỏ từng đoạn Giỏ trị đo X tương ứng với giỏ trị Yx .Kiểm tra giỏ trị của Yx nằm trong khoảng Yi<Yx<Yi+1 tương ứng với Xi<X<Xi+1 Thực hiện phộp