Priključitev prve elektrode na merilno vezje se nahaja pri točki L3, priključitev druge pa pri točki D1, zato je posledično pričakovana upornost med tema dvema merilnima točkama najnižja, med nasprotnima dvema (L1 in D3) pa največja.
Rezultate meritev smo predstavili v tabelah:
Tabela 12: Meritev različnih lokacij elektrod, upornost 0 Ω
kΩ L1 L2 L3
D1 1,413 1,489 0,950 D2 1,818 1,521 1,341 D3 2,163 2,155 1,770
Tabela 13: Meritev različnih lokacij elektrod, upornost 100 kΩ
kΩ L1 L2 L3
D1 101,93 101,92 101,48 D2 102,38 102,04 101,87 D3 102,68 102,69 102,32
Vidimo torej, da je upornost res močno odvisna od lokacije elektrod oziroma od točke prijema miške. Najmanjša upornost pri kratkem stiku znaša 0,950 kΩ, največja
Dinamična kalibracija sistema 91
pa 2,163 kΩ, kar je za več kot 1,2 kΩ razlike. Če vzamemo kot upornost elektrod srednjo vrednost med minimalno in maksimalno, dobimo odstopanje za ± 600 Ω. To nam lahko, še posebej pri visokih prevodnostih, močno popači meritev, tudi za 1 %.
K sreči je zelo malo verjetno, da bi miško držali na tak način, da bi povzročili najslabši možen scenarij. Miško bomo tipično držali približno simetrično, torej na obeh straneh na približno enaki točki (L1-D1, L2-D2 ali L3-D3). V teh primerih je upornost veliko bolj konstantna, minimalna je pri L1-D1, 1,413 kΩ, največja pa pri L3-D3, 1,770 kΩ. Razlika tukaj znaša 0,357 kΩ. Če v tem primeru vzamemo srednjo vrednost, dobimo odstopanje za ± 180 Ω, kar je trikrat manj kot v najslabšem primeru.
Postavitev priključkov elektrod torej občutno zmanjša vpliv spreminjanja upornosti glede na lokacijo. Vpliv bi še dodatno omilili z znižanjem upornosti grafitne barve, torej z uporabo prevodnejše barve ali pa z debelejšim nanosom.
2.6 Dinamična kalibracija sistema
Pri dinamični kalibraciji je bil glavni namen preverjanje odziva sistema na spremembe prevodnosti. Če bi želeli narediti pravo kalibracijo, bi morali sistem primerjati z referenčnim sistemom in primerjati njegov odziv in odziv miške za merjenje prevodnosti. Glede točnosti meritev smo že opravili statično kalibracijo, za preverjanje odziva pa smo test izvedli s pomočjo simulatorja prevodnosti kože.
Simulator je preprosta naprava, ki simulira prevodnost kože. Ponuja fiksen 100 kΩ upor (10 μS) za statično kalibracijo in dinamičen izhod, na katerem je možno izbirati med nekaj načini delovanja:
– SCR ON/OFF, – Frekvenca SCR, – Amplituda SCR.
Če je stikalo SCR ON/OFF izključeno, je na izhodu fiksna prevodnost okrog 2 μS, ob vklopu pa se ta poviša na približno 7 μS. Z gumbom za frekvenco SCR spreminjamo frekvenco pulzov. Na voljo imamo tri frekvence, in sicer 5/min, 10/min in 20/min. Z gumbom za amplitudo imamo na voljo dve amplitudi odziva SCR:
0,25 μS in 0,5 μS. Ker je optični sklopnik, ki zagotavlja spreminjanje upornosti, temperaturno odvisen, je možna kalibracija s pomočjo potenciometra, da nastavimo SCL nivo točno na 2 μS [14].
92 Praktični del
S simulatorjem prevodnosti smo izvedli nekaj poskusov. Najprej smo naredili kalibracijo, nato pa poskus vklopa in izklopa SCR. Na sredini poskusa smo še povečali amplitudo iz 0,25 μS na 0,5 μS. Potek poskusa je prikazan v grafu.
Graf 18: Izsek preizkusa vklopa in izklopa SCR na simulatorju prevodnosti kože
V naslednjem poskusu smo preizkusili načine delovanja simulatorja. Preizkusili smo vseh 6 kombinacij frekvence in amplitude ter jih tudi grafično predstavili:
Graf 19: Preizkus SCR 5/min
0
820 850 880 910 940 970
Prevodnost [μS]
Dinamična kalibracija sistema 93
Graf 20: Preizkus SCR 10/min
Graf 21: Preizkus SCR 20/min
V naslednjem poskusu pa smo preverili različne vzorčne frekvence merilnega sistema. Izračunali smo dejansko frekvenco zajema in standardni odklon meritev pri merjenju fiksnega upora z vrednostjo 10 μS:
6,6 6,7 6,8 6,9 7,0 7,1
0 30 60 90 120
Prevodnost [μS]
Čas [s]
6,6 6,7 6,8 6,9 7,0 7,1
0 30 60 90 120
Prevodnost [μS]
Čas [s]
94 Praktični del
Graf 22: Primerjava merjenja pri različnih vzorčnih frekvencah
Vzorčne frekvence AD-pretvornika so bile pri poskusu naslednje: 20 SPS + FIR, 20 SPS, 45 SPS, 90 SPS, 175 SPS, 330 SPS, 600 SPS in 1000 SPS (na grafu v zapisanem vrstnem redu).
Poskus smo nato ponovili še enkrat, le da smo tokrat uporabili še USB galvansko izolacijo. Ta že na videz izboljša meritve:
Graf 23: Primerjava merjenja pri različnih vzorčnih frekvencah z USB izolacijo
9,8 9,9 10 10,1 10,2
0 30 60 90 120 150
Prevodnost [μS]
Čas [s]
9,8 9,9 10,0 10,1 10,2
0 30 60 90 120 150
Prevodnost [μS]
Čas [s]
Dinamična kalibracija sistema 95
Dejanske frekvence in standardne odklone smo zbrali v tabeli:
Tabela 14: Vzorčne frekvence zajema signala in standardni odkloni Vzorčna frekvenca meritvi prikazani ena na drugi:
Graf 24: Primerjava uporaba galvanske izolacije
Kot vidimo tako iz tabele standardnih odklonov kot tudi iz grafa, je pri vzorčni frekvenci 20 SPS s FIR-filtrom rezultat podoben, brez FIR-filtra pa se takoj pokažejo razlike, ki se s povečevanjem frekvence še povečujejo. Galvanska izolacija torej ne prinese le večje varnosti pri merjenju, ampak tudi izboljša razmerje signal-šum in s tem kakovost meritve. V tabelo smo dodali še meritev za vzorčenje z maksimalno
96 Praktični del
frekvenco v »turbo« načinu, ki je 2000 SPS. Dejanska vzorčna frekvenca zajema v tem primeru znaša skoraj 500 Hz.
2.7 Eksperimenti
Miška s pozlačenimi elektrodami je bila narejena kot testna miška, s katero smo želeli preveriti tudi morebitno povezavo med temperaturo in prevodnostjo kože. Ta miška je namenjena za laboratorijske meritve, zato ni tako lepa in nevpadljiva kot miška z grafitnimi elektrodami, katere glavni namen je neopaznost, pa čeprav zaradi tega mogoče žrtvuje točnost meritve.
Preizkus, ki sem si ga zamislil, je sestavljen iz štirih dogodkov:
– Umirjanje,
– začetek zadrževanja zraka, – konec zadrževanja zraka, – umirjanje.
Namen prvega umirjanja je stabilizacija nivoja prevodnosti oziroma določitev stacionarnega nivoja ter stabilizacija temperature (ta vzame veliko časa, vsaj pribl. tri minute, raje pet minut ali več). Drugi in tretji dogodek predstavljata osrednji del meritve, ki pa mu sledi še eno umirjanje, da se prevodnost in temperatura spet stabilizirata.
Potek eksperimenta je bil sledeč: začel se je z umirjanjem (pet minut in pol), pri katerem je roka v konstantnem stiku z miško. Pritisk na miško je med celotnim poskusom čim bolj konstanten, saj le-ta vpliva na prevodnost in temperaturo. Po fazi umirjanja sledi zajem zraka in zadrževanje, dokler gre. Zanimivost je pričakovana tik pred koncem zadrževanja zraka. Merjena oseba mora zrak poskusiti zadrževati čim dlje od točke, pri kateri bi običajno odnehali in ponovno vdihnili. Na ta način povzročimo velik stres na telo, ki »misli«, da se utaplja oziroma ne more do zraka. V tej točki je pričakovan visok porast prevodnosti. Po tej točki sledi zopet umirjanje in stabilizacija nivojev v normalno stanje. Rezultati prve ponovitve so prikazani na Grafu 25.
Eksperimenti 97
Graf 25: Preizkus zadrževanje zraka
Prvi označeni dogodek predstavlja začetek, drugi pa konec zadrževanja zraka.
Kot napovedano, se vidi tik pred ponovnim zajetjem zraka visok porast prevodnosti.
Na temperaturi se porast ne pozna toliko, se pa pozna relativno velik padec temperature takoj po vdihu. Med fazo umirjanja se prevodnost spet stabilizira, temperatura pa spet počasi narašča.
Poskus smo ponovili še enkrat in dobili podobne rezultate. Tokrat smo si pred meritvijo umili roke, zato smo dobili nekoliko nižje vrednosti prevodnosti.
Graf 26: Preizkus zadrževanja zraka drugi poskus
33,0
270 330 390 450 510 570 630
Temperatura [°C]
98 Praktični del
2.8 Slike končnih izdelkov
Prva verzija miške je bila poskusna verzija, kjer smo testno namestili elektrode in temperaturni senzor. Prototip je bil uspešen, smo pa pri tej miški ugotovili, da je potrebno elektrode bolj skriti.