<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>CẢM BIẾN THÔNG MINH</b>

<b>Low-cost Underwater Acoustic Modem for Short-Range Sensor Networks</b>

Nguyễn Đình Đức Huy

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Giới thiệu chung

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

1. Giới thiệu chung

• Trong khi các hệ thống mạng cảm biến khơng dây đang bắt đầu được đưa vào ứng dụng trên mặt đất thì mạng cảm biến dưới nước vẫn cịn khá hạn chế khi so sánh . • Tuy nhiên, phần lớn nghiên cứu về đại dương được thực hiện bằng cách đặt các cảm

biến (đo tốc độ dòng điện, nhiệt độ, độ mặn, áp suất, phát quang sinh học, hóa chất, v.v.) vào đại dương và sau đó lấy chúng về mặt vật lý để tải xuống và phân tích dữ liệu đã thu thập. Phương pháp này không cung cấp khả năng phân tích dữ liệu theo thời gian thực, điều này rất quan trọng đối với việc dự đoán sự kiện

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

1. Giới thiệu chung

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

a. Lí do cần cảm biến k dây giá rẽ dưới nước

a. Lí do cần cảm biến k dây giá rẽ dưới nước

Mạng cảm biến không dây trên mặt đất và dưới nước

Nguồn: class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

b. Nguyên lí hoạt động

b. Nguyên lí hoạt động

- Nguyên lý hoạt động của modem âm thanh dưới nước dành cho mạng cảm biến tầm ngắn liên quan đến việc sử dụng sóng âm làm phương tiện liên lạc dưới nước. Những modem này hoạt động bằng cách chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu âm thanh có thể truyền qua nước trong khoảng cách ngắn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

2. THIẾT KẾ ĐẦU DÒ

1.

Gốm áp điện

<small>-</small> _{Hiệu ứng áp điện và hiệu ứng áp điện nghịch đảo: khi chịu tác dụng của một lực cơ học, các} <small>tinh thể trở nên phân cực và khi tiếp xúc với điện trường, các tinh thể dài ra hoặc ngắn lại tùy theo cực tính và tỉ lệ với cường độ của trường. </small>

Gốm áp điện

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

a. Phân loại

2 loại chính: gốm cứng và gốm mềm

- _{Gốm cứng: có tổn thất điện mơi và cơ học thấp và thường tạo ra tín hiệu tốt hơn} - _{Gốm mềm: có tổn thất điện mơi lớn, hệ số chất lượng cơ học thấp và độ tuyến tính}

kém nhưng nhìn chung thu tín hiệu tốt hơn

<i><small>Từ trái sang phải: Gốm vịng áp điện thơ, gốm sứ trong chậug ốm, bộ chuyển đổi trong hợp chất bầu được gắn vào một tấm nguyên mẫu để gắn vào vỏ modem.</small></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

nâng cao đáng kể hiệu suất của bộ chuyển đổi. Dây khơng được che chắn có thể hoạt động như ăng-ten và thu nhiều nhiễu điện từ khơng mong muốn có thể chơn vùi các tín hiệu nhỏ mà đầu dị nhận được.

2. Potting

• Gốm áp điện cần được bọc trong hợp chất bầu để tránh tiếp xúc với bất kỳ chất lỏng dẫn điện

• Urethane là vật liệu phổ biến nhất được sử dụng để làm chậu vì tính chất của chúng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

b.

Xây dựng đầu dò

b.

Xây dựng đầu dò

Để mơ tả các tính chất cơ điện của đầu dị, chúng tơi đã đo

bằng thực nghiệm đáp ứng điện áp truyền (TVR) và đáp ứng điện áp nhận (RVR) của nó

Quy trình thử nghiệm để xác

định TVR và RVR của đầu dò bao gồm đặt đầu dò của chúng tơi trong nước cách đầu dị tham được gửi từ đầu dò tham chiếu đến đầu dò của chúng tôi và ngược lại

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

b.

Xây dựng đầu dò

b.

Xây dựng đầu dò

<i><small>𝑉</small>_{𝑟𝑒𝑐𝑒𝑖𝑣𝑒𝑟}<small>:l à đ i ệ n á p bi ê n độ trung b ì nh c ủ a m á y thu trong kho ả ng thờ i gian đã bi ế t</small></i>

là điện áp biên độ trung bình của máy phát trong khoảng thời gian đã biết A là độ suy giảm của tín hiệu do khoảng cách tách biệt

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Bộ thu phát tương tự của modem bao gồm bộ khuếch đại công suất, mạch quản lý nguồn, mạch phối hợp trở kháng và bộ tiền khuếch đại.

<i>Bộ thu phát tương tự</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

a) Thiết kế bộ khuếch đại công suất

 Những yêu cầu khi thiết kế bộ khuếch đại cơng suất

• Bộ khuếch đại phải cung cấp đầu ra tuyến tính, khơng bị biến dạng trên băng thông tương đối rộng(10–100 kHz) để cho phép sử dụng với nhiều loại đầu dò dưới nước.

• Bộ khuếch đại phải tiết kiệm điện (đặc biệt đối với công suất đầu ra lớn), như một thiết bị được triển khaimodem phải được cấp nguồn từ pin.

 Một bộ khuếch đại được gọi là tuyến tính nếu:

 Bộ khuếch đại được cho là hiệu quả nếu nó có thể chuyển đổi phần lớn nguồn DC của nguồn thànhcơng suất tín hiệu được cung cấp tới tải.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<small>15</small>

a) Thiết kế bộ khuếch đại công suất

<i>Sơ đồ khối máy phát analog. Máy phát sử dụng hai bộ khuếch đại hai đạt hiệu quả</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

b) Mạch quản lý nguồn

Mạch quản lý nguồn được cung cấp để điều chỉnh công suất đầu ra của bộ thu phát theo thời gian thực để phù hợp với khoảng cách thực tế giữa máy phát và máy thu.

Mạch quản lý nguồn có đầu ra của bộ khuếch đại cơng suất và khuếch đại thêm đến một trong năm mức công suất tùy thuộc vào khoảng cách mà modem phải truyền tín hiệu.

Điều này được kích hoạt thơng qua năm đầu ra khác nhau tại các điểm nối trên cuộn thứ cấp của máy biến áp. Số cuộn dây trên cuộn thứ cấp (N) chia điện trở hiệu dụng của tải cho N2 do đó làm tăng công suất. Các điểm nối máy biến áp khác nhau được kết nối với mạng phối hợp trở kháng (được giải thích trong phần tiếp theo) bằng một loạt rơle. Số lượng cuộn dây (N), điện áp đầu ra và mức tiêu thụ điện của bộ thu phát của từng mức công suất khi kết nối với bộ chuyển đổi tự chế và có đầu vào 1 Vpp được nêu trong Bảng 23.1

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<small>17</small>

c) Trở kháng phù hợp

Mơ hình mạch điện tương đương

của máy biến áp ^{Công suất ước tính kết hợp với đầu dị.}

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Khi thiết kế bộ tiền khuếch đại cho máy thu, chúng tơi đã xem xét các u cầu sau:

• Bộ tiền khuếch đại phải khuếch đại tín hiệu xung quanh tần số cộng hưởng của đầu dò (40 kHz) và lọc ra tất cả các tần số khác.

• Bộ tiền khuếch đại phải cung cấp mức tăng cao để thu các tín hiệu nhỏ khoảng vài trăm microvolt.

• Thiết kế phải dễ dàng sửa đổi để phù hợp với các bộ chuyển đổi khác nhau có tần số cộng hưởng và băng thông khác nhau.

d) Thiết kế tiền khuếch đại

Kiến trúc bao gồm hai thành phần chính: (1) bộ lọc thông dải cuộn 40 dB mỗi thập kỷ (2) bộ lọc thông dải cuộn 80 dB mỗi thập kỷ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<small>19</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

e) Tóm tắt

Phần này mơ tả thiết kế đầy đủ của bộ thu phát tương tự bao gồm bộ khuếch đại công suất, mạch quản lý nguồn, mạch phối hợp trở kháng và bộ tiền khuếch đại.

• Bộ khuếch đại cơng suất tuyến tính trong dải tần 10–100 kHz đối với đầu vào lớn hơn 500 mVpp và hiệu suất lên tới 95% đối với đầu ra cơng suất cao.

• Mạch phối hợp trở kháng làm cho đầu dị có điện trở trong khoảng từ 35 đến 45 kHz, khớp với phần lớn công suất đầu ra của bộ khuếch đại tới bộ chuyển đổi trong dải tần số đó.

• Bộ tiền khuếch đại cung cấp mức tăng cao, phẳng cho tần số 38–42 kHz phù hợp với tần số hoạt động của đầu dị và cho phép thu tín hiệu ở mức thấp tới 200 μV. V.

• Mạch quản lý nguồn cung cấp năm mức công suất đầu ra khác nhau tiêu thụ lần lượt là 1,2, 1,8, 2,7, 4,5 và 6,9 W, cho phép modem để điều chỉnh công suất đầu ra theo thời gian thực sao cho phù hợp với khoảng cách thực tế giữa máy phát và máy thu.

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

THIẾT KẾ KỸ THUẬT SỐ

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

4. THIẾT KẾ KỸ THUẬT SỐ

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

5. KIỂM TRA HỆ THỐNG

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

Phần này mô tả các thử nghiệm hệ thống tích hợp được sử dụng để đánh giá chức năng và hiệu suất của thiết kế modem hoàn chỉnh.

thanh dưới nước tầm ngắn modem có thể được thiết kế từ các thành phần chi phí thấp.

5. KIỂM TRA HỆ THỐNG

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

6. KẾT LUẬN

một thiết bị âm thanh dưới nước có chức năng chi phí thấp.ngun mẫu modem cho mạng cảm biến dưới nước tầm ngắn.

vi lên tới 400 m trong mơi trường có độ trễ đa đường ∼400 m trong mơi trường có độ trễ đa đường trải rộng dưới 5 ms.

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

_manual.pdf

THANK FOR EXTENSION

</div>