Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu nâng cao độ chính xác đo vận tốc nguồn nhiệt di chuyển bằng bức xạ hồng ngoại

• Tác giả: Vũ Văn Quang
• Người hướng dẫn: PGS. Vũ Toàn Thắng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Nâng Cao Độ Chính Xác Đo Vận Tốc Nguồn Nhiệt Bằng Bức Xạ Hồng Ngoại
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu của luận án
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng nghiên cứu
• 1.5. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.7. Những đóng góp mới của luận án
• 1.8. Cấu trúc luận án
• 2. TỔNG QUAN VỀ ĐO VẬN TỐC CỦA NGUỒN NHIỆT DI CHUYỂN BẰNG BỨC XẠ HỒNG NGOẠI
• 2.1. Bài toán đo vận tốc nguồn nhiệt bằng bức xạ hồng ngoại và các nghiên cứu liên quan
• 2.2. Mô tả hệ thống đo được đề xuất
• 2.3. Mục tiêu, khó khăn và các đóng góp dự kiến
• 2.4. Kết luận chương 1
• 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO VẬN TỐC NGUỒN NHIỆT DI CHUYỂN BẰNG BỨC XẠ HỒNG NGOẠI
• 3.1. Các lý thuyết liên quan đến bức xạ hồng ngoại
• 3.1.1. Các đơn vị bức xạ
• 3.1.2. Đặc điểm không gian của đối tượng nguồn nhiệt và nền hồng ngoại
• 3.2. Các thành phần trong hệ thống thực nghiệm đo vận tốc nguồn nhiệt sử dụng các mô-đun cảm biến PIR
• 3.2.1. Cảm biến nhiệt điện pyroelectric
• 3.2.2. Thấu kính Fresnel
• 3.3. Các lý thuyết tín hiệu ngẫu nhiên cơ bản và bài toán xác định thời gian trễ
• 3.3.1. Dữ liệu xác định và dữ liệu ngẫu nhiên
• 3.3.2. Các thuộc tính thống kê cơ bản
• 3.4. Kết luận chương 2
• 4. MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC TRONG PHÉP ĐO VẬN TỐC NGUỒN NHIỆT BẰNG BỨC XẠ HỒNG NGOẠI
• 4.1. Phân tích các sai số và độ không đảm bảo đo của hệ thống đo vận tốc nguồn nhiệt bằng bức xạ hồng ngoại
• 4.2. Giải pháp xác định và hiệu chỉnh độ song song hai quang trục của hai mô-đun cảm biến PIR
• 4.2.1. Thiết lập thí nghiệm vị trí quang trục của mô-đun cảm biến PIR so với bề mặt mục tiêu của nguồn nhiệt tham chiếu được điều biến
• 4.2.2. Phân tích độ nhạy của phép đo
• 4.2.3. Xác định độ không đảm bảo đo vị trí quang trục của từng mô-đun cảm biến PIR và độ song song giữa hai quang trục của hai mô-đun cảm biến PIR
• 4.3. Các giải pháp nâng cao độ chính xác trong việc xác định độ trễ giữa hai tín hiệu đầu ra của hai mô-đun cảm biến PIR
• 4.3.1. Phương pháp tương quan chéo cổ điển
• 4.3.2. Phương pháp tương quan chéo kết hợp biến đổi Hilbert
• 4.3.3. Ứng dụng biến đổi Fourier cho các đánh giá tương quan
• 4.4. Kết luận chương 3
• 5. CÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ THỰC NGHIỆM
• 5.1. Khảo sát hệ thống xác định vị trí quang trục của mô-đun cảm biến PIR
• 5.1.1. Thí nghiệm xác định và hiệu chỉnh vị trí quang trục mô-đun PIR
• 5.1.2. Khảo sát độ không đảm bảo đo của phương pháp xác định quang trục mô-đun cảm biến PIR. Thực nghiệm đo vị trí quang trục của các mô-đun cảm biến PIR
• 5.2. Thực nghiệm đo giá trị vận tốc
• 5.2.1. Mô tả bố trí thí nghiệm
• 5.2.2. Phân tích độ không đảm bảo đo cho thời gian trễ với các phương pháp số khác nhau
• 5.2.3. Thực nghiệm đo vận tốc với các đối tượng thực tế
• 5.3. Kết luận chương 4
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nâng cao độ chính xác đo vận tốc nguồn nhiệt

Đo vận tốc nguồn nhiệt bằng bức xạ hồng ngoại là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong kỹ thuật cơ khí. Việc nâng cao độ chính xác trong phép đo này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất của các hệ thống giám sát mà còn mở ra nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như giao thông, y tế và an ninh. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào các phương pháp và công nghệ hiện đại nhằm tối ưu hóa độ chính xác trong đo lường.

1.1. Ứng dụng của bức xạ hồng ngoại trong đo vận tốc

Bức xạ hồng ngoại được sử dụng rộng rãi trong việc đo vận tốc của các nguồn nhiệt như con người và phương tiện giao thông. Các cảm biến hồng ngoại thụ động (PIR) cho phép thu thập thông tin chính xác về chuyển động và nhiệt độ của các đối tượng.

1.2. Lợi ích của việc nâng cao độ chính xác trong đo lường

Nâng cao độ chính xác trong đo vận tốc giúp cải thiện khả năng phát hiện và theo dõi các nguồn nhiệt. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng như giám sát giao thông và an ninh, nơi mà độ chính xác có thể ảnh hưởng đến quyết định kịp thời.

II. Thách thức trong việc đo vận tốc nguồn nhiệt bằng bức xạ hồng ngoại

Mặc dù công nghệ đo vận tốc bằng bức xạ hồng ngoại đã phát triển, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức cần giải quyết. Các yếu tố như độ song song giữa các quang trục của cảm biến và độ trễ trong tín hiệu đầu ra có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.

2.1. Sai số trong phép đo và độ không đảm bảo

Sai số trong phép đo có thể phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cả sự không đồng nhất trong môi trường và các yếu tố kỹ thuật của cảm biến. Đánh giá độ không đảm bảo là cần thiết để cải thiện độ chính xác.

2.2. Ảnh hưởng của môi trường đến kết quả đo

Môi trường xung quanh, như ánh sáng và nhiệt độ, có thể ảnh hưởng đến khả năng thu thập dữ liệu của cảm biến hồng ngoại. Việc hiểu rõ các yếu tố này là rất quan trọng để tối ưu hóa hệ thống đo lường.

III. Phương pháp nâng cao độ chính xác trong đo vận tốc

Để nâng cao độ chính xác trong đo vận tốc nguồn nhiệt, nhiều phương pháp đã được đề xuất. Các giải pháp này bao gồm việc cải thiện thiết kế hệ thống quang học và áp dụng các thuật toán xử lý tín hiệu tiên tiến.

3.1. Cải tiến thiết kế hệ thống quang học

Thiết kế hệ thống quang học với các mô-đun cảm biến PIR cần được tối ưu hóa để đảm bảo độ song song giữa các quang trục. Việc này giúp giảm thiểu sai số trong phép đo và nâng cao độ chính xác.

3.2. Ứng dụng thuật toán xử lý tín hiệu

Các thuật toán xử lý tín hiệu như tương quan chéo và biến đổi Fourier có thể được áp dụng để phân tích dữ liệu thu thập từ cảm biến. Điều này giúp xác định độ trễ và cải thiện độ chính xác trong đo vận tốc.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp cải tiến có thể nâng cao đáng kể độ chính xác trong đo vận tốc nguồn nhiệt. Các kết quả thực nghiệm cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong khả năng phát hiện và theo dõi các nguồn nhiệt.

4.1. Kết quả thực nghiệm từ hệ thống đo

Các thí nghiệm cho thấy rằng hệ thống đo vận tốc sử dụng cảm biến PIR có thể đạt được độ chính xác cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong thực tiễn.

4.2. Ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như giao thông, y tế và an ninh. Việc nâng cao độ chính xác trong đo lường sẽ giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống giám sát.

V. Kết luận và triển vọng tương lai

Nghiên cứu về nâng cao độ chính xác đo vận tốc nguồn nhiệt bằng bức xạ hồng ngoại đã chỉ ra nhiều hướng đi tiềm năng cho các nghiên cứu tiếp theo. Việc tiếp tục cải tiến công nghệ và phương pháp sẽ giúp tối ưu hóa hơn nữa độ chính xác trong đo lường.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các cảm biến mới với độ nhạy cao hơn và khả năng xử lý tín hiệu tốt hơn. Điều này sẽ giúp nâng cao độ chính xác trong các ứng dụng thực tiễn.

5.2. Tác động đến ngành công nghiệp

Việc nâng cao độ chính xác trong đo vận tốc sẽ có tác động tích cực đến nhiều ngành công nghiệp, từ giao thông đến y tế. Điều này không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn tăng cường an toàn cho người sử dụng.