Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO SÂU TRÊN TÀU BIỂN

TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO SÂU TRÊN TÀU BIỂN

Tải bản đầy đủ - 0trang

trình xảy ra liên tiếp theo một dây chuyền. Do đó sóng âm được truyền đi trong

khơng gian.

- Do lực liên kết đàn hồi và lực ma sát làm tiêu hao năng lượng khi dao động, vì

vậy sóng âm tắt dần theo thời gian, quãng đường truyền đi của sóng âm cũng có

giới hạn.

1.1.3.1.2. Phân loại sóng âm

 Sóng âm có thể phân loại theo hình dáng và tần số:

Trong trường hợp riêng, người ta phân sóng âm theo ba dạng: sóng dọc, sóng

ngang và sóng phức tạp.

- Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của mơi trường dao động theo phương

trùng với phương truyền sóng.

- Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử của mơi trường dao động theo

phương vng góc với phương truyền sóng.

Trong chất lỏng, độ lệch khơng bị biến dạng, chỉ có thể truyền lan sóng dọc.

 Tai con người có thể cảm nhận được (nghe thấy) những âm có tần số trong

khoảng 16Hz đến 20000 Hz. Những âm có tần số lớn hơn 20000 Hz gọi là

siêu âm và những âm có tần số nhỏ hơn 16 Hz gọi là hạ âm.

1.1.3.2. Tính chất cơ bản của sóng âm

1.1.3.2.1. Khúc xạ và phản xạ sóng âm

Khi ta phát sóng âm từ mơi trường thứ nhất có âm kháng: z 1= 1.c1 sang mơi

trường thứ hai có âm kháng z2= 2.c2 thì tại bề mặt phân cách của hai mơi trường

đó xảy ra các trường hợp sau đây:

a, Trường hợp 1:

Khi ta chiếu sóng âm từ mơi trường thứ nhất sang mơi trường thứ hai có âm

kháng lệch nhau khơng lớn lắm (c1.1>c2.2 hoặc c1.1
cách xảy ra khúc xạ và phản xạ sóng âm (hình 1.1)



4



c1>c2



c1 < c2

1



1



1 1

c1



c1



c2



c2

2



2

Đường pháp tuyến

Hình 1.1: Phản xạ và khúc xạ sóng âm

Theo định luật khúc xạ:

Nếu c1 > c2 thì sin > sin , tia khúc xạ gần với đường pháp tuyến của môi

trường hai và tia phản xạ về môi trường thứ nhất rất mờ.

Nếu c1 < c2 thì sin < sin . Suy ra 1 < 2, tia khúc xạ ra xa đường pháp tuyến

của môi trường hai và gần mặt phân cách của hai môi trường, tia phản xạ rõ nét.

Nếu trường hợp sóng âm truyền trong các lớp chất lỏng song song khác nhau,

theo định luật khúc xạ ta có cơng thức:

b, Trường hợp 2:

Khi âm kháng của hai môi trường chênh lệch nhau quá lớn (c 1.1 >> c2.2

hoặc c1.1 << c2. 2) thì tại bề mặt phân cách, sóng âm phản xạ tồn phần về mơi

trường thứ nhất, góc tới bằng góc phản xạ, ta áp dụng định luật quang hình.

Suy ra ta có: sin =

Khi xảy ra phản xạ tồn phần thì:

2 = 90 và c1 < c2, suy ra sin 1 =

Khi đó góc 1 là góc tới hạn: sin 1th =

Vậy góc tới hạn được tính:

1th = arcsin

5



Như vậy góc tới hạn phụ thuộc vào tốc độ truyền âm của môi trường một và

môi trường hai. Người ta cho các giá trị c1, c2 ta sẽ tính được góc tới hạn cho

các mơi trường khác nhau.

c, Quan hệ về năng lượng

Quan hệ về năng lượng giữa sóng tới, sóng phản xạ và sóng khúc xạ thường

được xác định bởi hệ số phản xạ (A) và khúc xạ (B).

Trong trường hợp sóng tới vng góc với mặt phân cách, 1= 0

1.1.3.2.2. Phản xạ sóng âm từ đáy biển

Sóng âm phản xạ từ đáy biển chia ra các trường hợp sau:

Khi sóng âm truyền qua một vật cản có kích thước bé hơn chiều dài bước

sóng, thì tại mép của vật cản sóng âm bị uốn cong. Năng lượng trên bề mặt vật

cản bị phân tán đều đi các hướng, nhưng phía sau vật cản hình thành một vùng

khơng có sóng âm đi qua. Đồng thời trường âm phía trước của vật cản tạo ra sự

giao thoa của sóng tới, sóng phản xạ lúc cùng pha, lúc ngược pha. Hiện tượng

này gọi là hiện tượng nhiễu xạ sóng âm.

Nếu kích thước đáy biển gồ ghề và nhỏ hơn nhiều lần so với bước sóng, lúc

này xảy ra hiện tượng phản xạ gương, góc tới bằng góc phản xạ. Hiện tượng này

ít gặp.

Nếu kích thước đáy biển gồ ghề và lớn hơn rất nhiều lần so với bước sóng,

lúc này xảy ra hiện tượng phản xạ phân kỳ, năng lượng phản xạ đi nhiều hướng.

Nếu kích thước lồi lõm của đáy biển gần bằng bước sóng, thì lúc này xảy ra

hiện tượng cộng hưởng, năng lượng phản xạ về là lớn nhất.

Nếu xét về hệ số tiêu hao năng lượng tại đáy biển 1 theo lý thuyết, ta có:

1 =  .

Trong đó:  là tần số góc và  = 2f0

c1 là tốc độ truyền sóng âm trong đáy biển

 là hệ số tán xạ theo các hướng

Đáy biển càng rắn thì phản xạ càng mạnh và ngược lại. Căn cứ vào cường độ

phản xạ tín hiệu của đáy biển mà người ta chế tạo ra máy đo sâu màu.

6



1.1.3.2.3. Tính chất giao thoa của sóng âm

Trong vật lý chứng minh rằng, khi có nhiều nguồn sóng có biên độ nhỏ, cùng

tần số (hoặc gần bằng nhau), cùng pha truyền qua một môi trường đàn hồi nào

đó thì sóng âm của hai nguồn sẽ đan xen vào nhau, vùng đan xen của hai sóng

gọi là vùng giao thoa sóng âm, vùng giao thoa sóng âm càng lớn thì nhiễu giao

thoa càng nhiều.

1.1.3.2.4. Sự truyền lan sóng âm trong nước biển

Nước biển khơng thể xem là một lớp nước đồng chất, do có phần tử của bùn,

khống chất, bọt khí, gradian nhiệt độ, độ mặn, tỉ trọng tăng giảm thất thường…

Mơi trường khơng đồng chất đó đòi hỏi ta phải khảo sát sự truyền âm trong đó.

Theo vật lý tốc độ truyền lan của sóng âm trong nước được tính theo cơng

thức sau:

c=

Trong đó: c là tốc độ thủy âm

 là tỷ trọng của môi trường

K là hệ số nén thể tích trong điều kiện đoạn nhiệt

Qua thực tế khảo sát cho ta thấy rằng, những đại lượng nằm trong cơng thức

tính tốc độ truyền âm đều là hàm số của độ mặn S‰, nhiệt độ t, áp lực P0 và

độ sâu H, vùng biển mà tàu hoạt động.

Có nhiều phương pháp để xác định tốc độ sóng âm trong nước biển nhưng

phương pháp xác định bằng thực nghiệm là hiệu quả nhất. Tốc độ truyền âm ở

một số vùng biển.

Khu vực biển

Hồng hải

Địa trung hải

Ban tích

Vịnh Phần lan



Tốc độ truyền âm trong nước biển

1548 m/s

1522 m/s

1491 m/s

1456 m/s



Bảng 1.1: Tốc độ truyền lan sóng âm cho một số vùng biển

1.2. NGUYÊN LÝ CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐO SÂU

1.2.1. Cấu tạo và vị trí lắp đặt máy đo sâu trên tàu

7



Máy đo sâu là một thiết bị điện, dùng để xác định độ sâu của lớp nước dưới

đáy tàu.

Nhìn chung máy đo sâu gồm 3 khối chính là : khối chỉ báo độ sâu, khối thu

phát và hộp đấu dây.



Khối chỉ báo



Hộp đấu nối



BUỒNG LÁI

KY TÀU

Màng thu phát

Hình 1.2: Sơ đồ lắp đặt hệ thống máy đo sâu trên tàu biển

1.2.1.1. Khối chỉ báo độ sâu

Có nhiệm vụ điều khiển sự hoạt động thống nhất toàn bộ máy đo sâu và hiển

thị độ sâu đo được. Khối này được lắp đặt trên buồng lái, trong phòng hải đồ.

Khối này bao gồm băng giấy tự ghi hoặc đèn hình, bộ khuếch đại tín hiệu độ sâu

và máy phát.

Mặt ngồi của khối chỉ báo có công tắc cấp nguồn (Power), công tắc đặt thang

độ sâu (Range), núm khuếch đại (Gain), núm điều chỉnh độ sáng mặt máy chỉ

báo (Dimmer), núm đánh dấu (Mark), núm điều chỉnh tốc độ băng giấy (Chart

Speed),….

Việc chỉ báo độ sâu có thể được thực hiện bằng những cách sau:

 Chỉ báo bằng số: Giá trị độ sâu được hiển thị bằng số tương ứng với đơn vị độ

sâu đã chọn.



8



 Chỉ báo bằng đèn (phương pháp chỉ thị): Tín hiệu phản xạ trở về thu được sẽ

làm sáng đèn trên mặt chỉ báo và ta có độ sâu đo được tương ứng với vị trí đèn

sáng của thang đo.

 Chỉ báo bằng cách ghi lại vệt độ sâu trên băng giấy (phương pháp tự ghi): Tín

hiệu phản xạ trở về thu được sẽ làm cháy băng giấy tự ghi và để lại một vệt đen.

Đó là hình ảnh đường viền đáy biển. Độ sâu của đáy biển chính là chỉ số trên

thang đo tương ứng với vị trí băng giấy bị đốt cháy.

 Phương pháp điện tử: Tín hiệu phản xạ trở về thu được sẽ làm xuất hiện vệt sáng

ngang trên màn hình và chỉ số trên thang đo tương ứng với vị trí vệt sáng là độ

sâu đo được.

1.2.1.2. Khối thu phát

Có nhiệm vụ tạo xung siêu âm phát vng góc với đáy tàu về phía đáy biển và

thu tín hiệu phản xạ trở về, biến nó thành tín hiệu điện để chuyển tới khối điều

khiển và chỉ bảo. Khối này thường gồm bộ tạo xung điện áp cao, màng dao động

thu phát và bộ khuếch đại. Màng dao động này thường dùng là màng dao động

co giãn. Màng dao động thu phát của máy đo sâu thông thường có đường kính

0.1 ÷ 0.2m, kích thước gọn nhẹ, khi hoạt động tiêu tốn ít năng lượng. Được đặt ở

dưới đáy tàu, thường ở những nơi ít bọt nước tụ tập, tránh ảnh hưởng tiếng ồn từ

chân vịt, máy chính tạo ra. Khi lắp đặt xong phải xả bọt khí.

Có hai cách lắp đặt màng dao động thu phát:

- Màng dao động thu phát khi lắp đặt không cần xẻ đáy tàu mà đặt trong hộp

kín, áp dụng cho màng dao động kiểu vòng tròn và máy đo sâu có thang H max <

300m.

- Màng dao động thu phát tiếp xúc trực tiếp với lớp nước bên ngoài đáy tàu

bằng cách xẻ đáy tàu, loại này áp dụng cho máy đo sâu có thang Hmax > 300m.

1.2.1.3. Hộp đấu dây

Làm nhiệm vụ kết nối giữa máy chỉ báo với màng dao động thu phát sóng âm,

dùng kiểm tra thơng mạch đến bộ phận khuếch đại và kiểm tra thông mạch của

bộ dao động thu phát, kiểm tra cách điện của màng dao động thu phát với tàu.

1.2.2. Nguyên lý hoạt động của máy đo sâu

9



Ở dưới đáy tàu người ta đặt một màng dao động thu phát sóng siêu âm. Tại

thời điểm t1 sóng siêu âm xuyên qua nước. Sóng siêu âm lan truyền xuống đáy

biển gặp đáy biển không đồng chất với nước, một phần năng lượng bị hấp thụ,

một phần sóng siêu âm phản xạ trở lại mơi trường nước về màng thu phát sóng

siêu âm dưới đáy tàu.



Hình 1.3:

lý khiển

hoạt động máy đo sâu

TrungNguyên

tâm điều



Khối chỉ báo



Từ hình vẽ trên, ta có cơng thức tính độ sâu như sau:

H=C.t/2 (1)

Trong đó: C là tốc độ lan truyền âm trong nước ( C= 1500 m/s)

t là thời gian thu, phát sóng siêu âm

Máy Nhìn

phát vào cơng thức (1) ta

Khối

khuếch

thấy

muốnđại

đo sâu ta chỉ cần đo khoảng thời gian từ

khi phát đến khi thu được tín hiệu của sóng siêu âm phản xạ trở về là xong.

Bộ chuyển mạch



Màng thu phát



Đáy biển



10



Hình 1.4: Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động của máy đo sâu

1. Trung tâm điều khiển & Khối chỉ báo: Điều khiển sự hoạt động thống nhất giữa

máy phát, máy thu và máy chỉ báo. Cho ta độ sâu đo được dưới dạng số, băng

giấy tự ghi,…

2. Máy phát: Tạo ra xung điện áp cao để đưa xuống màng dao động thu phát.

3. Màng dao động thu phát: Biến tín hiệu điện từ máy phát thành dao động cơ học

tạo ra xung siêu âm phát vào môi trường và thu tín hiệu xung siêu âm phản xạ

trở về và biến đổi thành tín hiệu điện để đưa đến bộ khuếch đại.

4. Bộ khuếch đại: Khuếch đại tín hiệu nhận được từ màng dao động thu phát lên đủ

lớn để đưa tới trung tâm điều khiển.

5. Bộ chuyển mạch: Kết nối máy phát với màng thu phát khi máy phát làm việc,

kết nối máy thu với màng thu phát khi máy thu làm việc.

1.3. TIÊU CHUẨN CỦA MÁY ĐO SÂU LẮP ĐẶT TRÊN TÀU BIỂN

1.3.1. Tiêu chuẩn lắp đặt

Theo quy định tại chương V Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng con

người trên biển - The Internatinonal Convention For The Safety Of Life At Sea

(SOLAS 74) của Tổ chức hàng hải quốc tế - International Maritime

Organization (IMO), thì đối với tất cả các tàu có tổng dung tích từ 300 GT trở

lên và các tàu khách khơng kể kích thước phải được trang bị một máy đo sâu.

11



1.3.2. Tiêu chuẩn kỹ thuật

Theo nghị quyết A.224 (VII) được sửa đổi bổ sung bởi Nghị quyết MSC.74

(69) được thông qua ngày 12 tháng 5 năm 1998 của Tổ chức hàng hải quốc tế

IMO thì máy đo sâu lắp đặt trên tàu biển phải đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật

như sau để có thể cung cấp một độ sâu tin cậy khi tàu hoạt động ở vùng nước

nông và việc áp dụng các tiêu chuẩn này cho các tàu có tốc độ từ 0 hải lý/giờ

đến 30 hải lý/giờ.

1.3.2.1. Khoảng cách đo sâu

Trong điều kiện bình thường của sự truyền sóng siêu âm đến đáy biển và phản

xạ từ đáy biển trở về, máy đo sâu phải có khả năng đo độ sâu khoảng khơng gian

phía dưới màng thu phát từ 2m đến 200m.

1.3.2.2. Thang độ sâu

Máy đo sâu phải đưa ra được một giá trị nhỏ nhất giữa hai vạch trên thang độ

sâu. Ở độ sâu lớn, thang độ sâu phải bao phủ khoảng cách 200m. Ở độ sâu nhỏ,

thang độ sâu phải bao phủ khoảng cách 20m.

Ở thang độ sâu nhỏ thì tỷ lệ thang độ sâu không được nhỏ hơn 2.5mm/m, ở

thang độ sâu lớn thì tỷ lệ thang độ sâu khơng được nhỏ hơn 0.25 mm/m.



1.3.2.3. Phương thức hiển thị

Đối với phương thức hiển thị chính phải cho thấy được ghi chép độ sâu một

cách sát thực và rõ ràng. Có thể có thêm các phương thức hiển thị khác nhưng

không được gây ảnh hưởng đến hoạt động của hiển thị chính. Độ sâu đo được

phải được hiển thị ít nhất 15 phút.

Khi hiển thị trên màn hình, thì đánh dấu độ sâu khơng được lớn hơn 1/10

thang độ sâu sử dụng và thời gian đánh dấu không vượt quá 5 phút.

Nếu sử dụng giấy ghi thì hoặc là đánh dấu trên giấy ghi hoặc các thiết bị khác.

Cần thiết phải có chỉ báo rõ ràng khi mà giấy ghi còn khoảng 1m.

1.3.2.4. Độ sáng



12



Độ sáng phải thích hợp, thuận lợi cho việc điều khiển và thuận tiện cho việc

đọc kết quả và thang đo sâu mọi lúc. Phải có đầy đủ chức năng cho việc điều

chỉnh độ sáng.

1.3.2.5. Tần suất phát xung

Tần suất phát xung không được nhỏ hơn 12 xung trên một phút ở thang độ

sâu lớn và không nhỏ hơn 30 xung trên một phút ở thang độ sâu nhỏ.

1.3.2.6. Độ chính xác của phép đo

Dựa trên cơ sở tốc độ sóng âm ở dưới nước là 1500m/s, thì sai số cho phép

trong việc biểu thị độ sâu là:

Hoặc: + 0.5 (m) đối với thang độ sâu 20m

+ 5 (m) đối với thang độ sâu 200m

Hoặc: 2.5% giá trị độ sâu biểu thị, lấy giá trị nào lớn hơn.

1.3.2.7. Khi tàu nghiêng lắc, chòng chành

Máy đo sâu phải đảm bảo hoạt động theo đúng yêu cầu của Nghị quyết này

ngay cả trong trường hợp tàu nghiêng lắc + 10 hoặc chòng chành + 5.

1.3.2.8. Nguồn cung cấp

Máy đo sâu phải đảm bảo vận hành phù hợp theo đúng yêu câu của Nghị

quyết này với các nguồn điện cung cấp được trang bị trên tàu.

Các thiết bị phải được tích hợp chặt chẽ để bảo vệ máy đo sâu tránh khỏi bị

quá tải, ngắn mạch và đảo chiều ngẫu nhiên các cực của nguồn cung cấp.

Nếu việc hoạt động của máy đo sâu được cung cấp từ nhiều nguồn năng

lượng điện, thì phải bố trí để việc thay đổi nhanh chóng từ nguồn này sang

nguồn khác một cách chặt chẽ.

1.3.2.9. Nhiễu

Tất cả các biện pháp thích hợp và có thể thực hiện được phải được tiến hành

để loại bỏ nguyên nhân và khử nhiễu từ các thiết bị khác trên tàu.

Tiếng ồn từ các khối của máy đo sâu phải được hạn chế để không ảnh hưởng

đến việc nghe các âm thanh an toàn trên tàu.

Mỗi một khối của máy đo sâu phải được lắp đặt ở một khoảng cách an toàn

nhỏ nhất để có thể kết nối với la bàn chuẩn hoặc la bàn điện.

13



1.3.2.10. Tính bền vững và sức kháng chịu lại sự ảnh hưởng của khí hậu

Máy đo sâu phải có khả năng hoạt động liên tục trong điều kiện trạng thái của

biển, rung lắc, độ ẩm và sự thay đổi nhiệt độ.

1.3.2.11. Lưu trữ dữ liệu

Máy đo sâu phải có khả năng ghi trên giấy ghi độ sâu hoặc bằng cách thức

khác các thông tin về độ sâu và thời gian liên quan trong vòng 12h.

1.3.2.12. Các đặc tính khác

Máy đo sâu phải có nhãn hiệu rõ ràng của nhà sản xuất là chữ in và số.

Máy đo sâu phải có kết cấu sao cho việc bảo dưỡng nhanh chóng thuận tiện.

Các thơng tin về máy đo sâu phải được cung cấp để các thuyền viên trên tàu

có khả năng khai thác và bảo dưỡng thiết bị này một cách hiệu quả.



CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ KHAI THÁC SỬ DỤNG MÁY ĐO SÂU

FURUNO FE 700

2.1. GIỚI THIỆU VỀ MÁY ĐO SÂU FURUNO FE 700

Đây là máy đo sâu sử dụng màn hình LCD màu 6.5 inch (có 8 chế độ màu).

Màng dao động thuộc loại hiệu ứng đáp điện.

Nguồn cung cấp cho máy: 100/110 – 115/200/220 – 230 VAC: 0.2 A và 24

VDC: 0.6A.



14



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐO SÂU TRÊN TÀU BIỂN

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×