Bài giảng máy điện hàng hải PGS TS lê đức toàn

Đó là những dao động được diễn đạt bằng biểu thức: trong đó: A - giá trị tức thời của dao động; Am — giá trị của biên độ dao động; Tốc độ lan truyền sóng âm trong môi trường được ký hiệ

I MAY DO SAU HANG HAI

1 Cơ sở lý thuyết các thiết bị thủy âm 1.1 Sự lan truyền của sóng âm

1.1.1 Những khái niệm cơ bản

Lan truyền sóng âm về bản chất là quá trình lan truyền tác động cơ học được tạo ra bởi nguồn dao động trong môi trường đần hồi

Sóng âm có tần số nhỏ hơn 16Hz gọi là hạ âm, còn lớn hơn 20Hz gọi

là siêu âm

Quá trình lan truyền đần dần tác động trong môi trường đàn hồi được gọi là sóng âm chạy; vị trí của phần tử dao động so với vị trí cân bằng của nó gọi là pha đao động Dao động thủy âm có thể chu kỳ hoặc phi chu kỳ Trong dao động chu kỳ thường gặp nhất là dao động điều hòa Đó là những dao động được diễn đạt bằng biểu thức:

trong đó: A - giá trị tức thời của dao động;

Am — giá trị của biên độ dao động;

Tốc độ lan truyền sóng âm trong môi trường được ký hiệu là C Trong môi trường nước biển với độ mặn 35 %ø ở nhiệt độ 09C tốc độ C =1448,6 m/sec

Khi sóng âm lan truyền, nó tạo trong môi trường các phần tử đàn hồi lần lượt chỗ thì đậm đặc với áp suất cao, chỗ thì thưa giãn với áp suất thấp Khoảng cách giữa hai vùng đậm đặc hoặc hai vùng thưa giãn kể nhau được gọi là bước sóng x

C

Đi qua hai môi trường có tốc độ lan truyền khác nhau, tần số f vẫn giữ nguyên và chỉ biến đổi bước sóng tương ứng với tốc độ theo hệ thức sau:

£ - tị tức thời chuyển dịch những phần tử đao động;

E= “ — trị tức thời tốc độ chuyển dịch những phần tử dao động;

p- trị tức thời 4p lực âm trong môi trường, đo bằng bar;

p - tỷ trọng của môi trường, do bang g/cm’

1.1.2 Tốc độ lan truyền sóng âm

Tốc độ truyền âm trong nước biển được tính theo công thức:

Trong đó: Cà tốc độ âm, m/Sec;

k — hệ số nén có trị bằng số nghịch đảo của mô đun đàn hồi E trong nước biển

Sóng âm lan truyền trong nước biển —- một môi trường không đồng nhất, trước hết, phụ thuộc vào độ mặn và nhiệt độ được tính theo hệ thức sau:

AH = Hy Yam † (1.7)

Vạ

am

Trong đó: AH là số hiệu chính độ sâu, m;

Hạ — độ sâu đo bằng máy đo sâu, m;

V”ạm- tốc độ của sóng âm đo bằng máy đo sâu m/sec

Như vậy: - Nếu nhiệt độ f tăng thì tỷ trọng p giảm, k giảm, do đó C tăng;

- Néu do man s°/ oo tang thi p tăng (nhưng không đáng kể so với

Ngược lại, về mùa Đông nhiệt độ sẽ tăng theo độ sâu Nhưng chỉ

đạt không quá 0,01 khi độ sâu biến đổi 1m

1.1.3 Hiện tượng khúc xạ sóng âm

Tương tự như sóng ánh sáng, sóng âm cũng tuân theo quy luật khúc xạ

Từ quy luật này, fa rút ra:

-_ Nếu tốc độ truyền âm các môi trường bằng nhau thì không có khúc xa;

- _ Nếu sóng âm truyền từ môi trường có tốc độ truyền âm lớn hơn sang môi trường có tốc độ truyền âm nhỏ hơn (C, > C,) thì tỉa khúc xạ lệch gần về mặt ngăn cách;

- Nếu tăng góc tới œ,đến khi œ¿ = 90P thì xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần Lúc đó, sóng âm không vào môi trường 2 và góc ơ, được gọi là góc tới giới hạn

Sóng âm lan truyền trong nước biển được phân thành sóng đọc và sóng ngang Khi dùng máy đo sâu, ta quan tâm đến thành phần sóng dọc Năng

lượng tiêu hao khi lan truyền của sóng dọc được thể hiện bằng hệ số tiêu hao

B sau đây:

ở đây: w — tần số vòng của sóng âm;

C, - tốc độ lan truyền của sóng dọc trong môi trường xuống đáy biển;

K, - hệ số tiêu hao được xác định bằng phương pháp thực nghiệm Đáy biển thường gồ ghề nên năng lượng phản hồi của sóng âm bị phân tán Sự phản xạ như vậy gọi là khuếch tán

Tóm lại, sóng âm phản hồi chịu ảnh hưởng của ba yếu tố: âm kháng của nước biển, cấu trúc và hình dạng của đáy biển

Bảng dưới đây trích dẫn một số hệ số phản xạ của đáy biển

Loại đấy | Ảnh A% Loại đáy | Anh A%

Da granit Nét 70 +80 Cat bùn Kém 10 +20

Trước hiện tượng nêu trên, khi đo sâu, để tránh khuếch tán, người ta sử

dụng tia búp phát có góc mở nhỏ (thông thường từ 355 đến 45°) Lúc phản hồi, ngoài búp chính còn có những búp phụ gây nhiễu cho máy đo sâu Do -—-——vậy, khi chế tạo, người ta phải tìm cách lọc những búp phụ bằng cách làm

cho công suất của chúng nhỏ hơn 3% công suất của búp chính

1.1.4 Hiện tượng giao thoa sóng âm

Khi có hai hay nhiều nguồn sóng âm có biên độ nhỏ, cùng tần số hoặc xấp xỈ bằng nhau, cùng truyền trong một môi trường đàn hồi nào đó thì chúng sẽ đan xen nhau và gây nên hiện tượng giao thoa sóng âm Vùng giao thoa càng lớn, nhiễu giao thoa càng mạnh

Giả sử, có hai nguồn phát sóng âm O; và O; tương ứng với hai phương trình:

X, = A,COSMy.t

(1.10)

X, = A,COS@,.t.

Hai dao động này lan truyền tới một điểm M nào đó với hai phương trình

r1 và r2 là khoảng cách truyền sóng từ O; và O; đến điểm M

Từ đó, tại điểm M pha dao động tổng hợp của hai dao động sóng âm là

se [- a = Fy a) (1.12)

Biên độ dao động được xác định theo công thức sau:

A= JAP +A} 42A;A2 0822 (4 1) (1.13)

Biên độ dao động này đạt cực đại khi r1 = r2 =0 hoặc r1 — r2 = kÀ

A= A? +A54+2A,A, =|A, + A)| (1.14) Lúc đó, năng lượng phản hồi về máy thu là lớn nhất nhưng vì các tín hiệu có cùng tần số nên nhiễu giao thoa cũng là lớn nhất

A =AA?+A2—2A¡A¿ =|Ai - Aa| (1.15)

Lúc đó, năng lượng phản hồi về máy thu là nhỏ nhất nên nhiễu giao thoa cũng là bé nhất

Trong trường hợp nguồn phát có công suất lớn hơn rất nhiều so với năng lượng của tín hiệu thu (A¡>>A;) hoặc máy thu có nguồn phát nhỏ sẽ bị

Âm kháng của nước biển nằm hai bên vỏ tàu khác nhiều so với âm kháng của vỏ tàu Do đó, chiều dày của vỏ tàu cũng ảnh hưởng đến năng lượng truyền sóng âm vào nước biển Lý thuyết và thực nghiệm cho thấy, nếu

vỏ tau dày bằng số nguyên lần nửa sóng (n.À/2) thì xuất hiện cộng hưởng và sóng âm truyền qua không bị tiêu hao năng lượng Cũng vì nguyên nhân ấy,

khoảng cách từ mặt màng dao động của máy đo sâu đến mặt trong của đáy tàu được tính theo công thức sau:

điều khiển *Ì chỉ báo

A

Máy phát: tạo ra xung điện áp cao để đưa xuống màng đao động thu phát

Màng dao động thu phát: biến tín hiệu điện trên thành dao động cơ học tạo

ra xung siêu âm phát vào môi trường Tiếp sau đó, thu tín hiệu xung siêu âm phân hồi từ đáy biển và biến đổi thành tín hiệu điện để đưa tới bộ khuếch đại

Bộ khuếch đại: khuếch đại tín hiệu nhận được từ màng dao động thu phát để

đưa đến trung tâm điều khiển

Khối chỉ báo: biểu thị độ sâu đo được dưới dạng số, hoặc băng giấy tự ghi 2.1 Những bộ thu và phát

2.1.1 Những bộ thu và phái thạch anh

Bộ phát thạch anh (thuận)

Đặt một tỉnh thể thạch anh vào hai bản cực của một tụ điện Khi cho dòng điện xoay chiều chạy qua hai bản cực này, ta thấy, tỉnh thể thạch anh dao động Mặt ngoài của tỉnh thể thạch anh sát hai bản cực của tụ điện xuất hiện điện tích trái đấu tùy thuộc vào tần số của nguồn điện xoay chiều Dưới tác dụng của điện trường thạch anh và điện trường ngoài đã làm cho tỉnh thể thạch anh bị co, giãn liên tiếp và phát ra sóng siêu âm

Bộ thu phát này có ưu điểm là kích thước màng đao động gọn nhẹ, tần

số đao động tương đối cao, f = 120 + 312 kHz và có thể đạt tới 50MHz Nguồn điện cung cấp thấp

Dưới tác dụng của lực cơ học kéo, nén tỉnh thể thạch anh, sẽ xuất hiện

ở mặt ngoài tỉnh thể thạch anh một điện áp trái dấu tùy thuộc vào tần số kéo,

nén Người ta ứng dụng tính chất này để chế tạo màng thu sóng siêu âm

2.1.4 Những bộ thu và phát sóng siêu âm từ giãn

Nguyên lý co, giãn từ thuận

Khi cho dòng điện xoay chiều đi qua một cuộn dây cuốn quanh một

thanh Niken hoặc Cobalt hay một thanh kim loại khác nhiễm từ tính, ta thấy,

những thanh kim loại trên thay đổi chiều dài Đoạn Al này phụ thuộc vào tân

số nguồn điện xoay chiều chạy qua cuộn dây

Thanh kim loai Có thể biểu diễn độ đài AI nhiễm từ tính bằng hàm tổng quát theo tần

số vòng của nguồn xoay chiều:

Người ta ấp dụng nguyên lý này để ché tao ra mang phát

H 14 sóng siêu âm

Bộ thu phát loại này có nhược điểm là nguồn điện cấp cho màng phát lớn,

kích thước màng phát cồng kênh, tần số phát ra màng phát trong phạm vi

f=23 + 35kHz

Nguyên lý co, giãn từ nghịch

Trong trường hợp này, ta dùng lực cơ học F để kéo, nén thanh kim loại Lúc

đó, trong lòng cuộn dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng Suất điện động này phụ

thuộc vào tần số kéo, nén

Bộ thu phát loại này có nhược điểm là nguồn điện cấp cho màng phát lớn

2.1.5 Những phương pháp và sơ đồ nguyên lý kích thích các bộ dao

động phát

_ Xung và độ rộng của xung Máy do sâu hồi âm phần lớn hoạt độngở _ _

chế độ xung Người ta phân biệt xung theo đồ thị cường độ của búp xung,

theo tần số phát, theo độ dài và tần số lặp của xung

Đồ thị cường độ của búp xung : cho ta biết tính định hướng của xung Với

cùng một công suất phát, nếu định hướng tốt thì tầm xa quan sát của sóng

siêu âm lớn Để biểu thị khả năng phát tập trung, nghĩa là búp phát có góc

mở hẹp, người ta sử dụng hệ số định hướng của màng thu-phát sóng siêu âm

Do ảnh hưởng của địa hình cũng như cấu trúc của màng thu phát, bên cạnh búp phát chính với năng lượng chiếm khoảng 95 ~97%, còn có những búp phu

S— điện tích hiệu dụng của mang phat

Từ công thức trên, ta có hai phương pháp để tăng hệ số định hướng:

- Một là, tăng điện tích S của màng phát Cách này làm cho màng phát cồng kênh nhưng hiệu quả không nhiều Do đó, ít được sử dụng

- Hai la, giam bước sóng À Cách này có nhược điểm: trong môi trường truyền sóng, tần số tín hiệu càng cao tổn hao càng lớn, theo tỷ lệ mũ bậc ba Điều đó dẫn đến tần số càng cao, thang đo sâu càng nhỏ

⁄

Búp phát có sóng siêu âm có tần số thấp

Búp phát có sóng _ -H.L6 -

siêu âm có tần số cao ,

Vì vậy, tùy theo mục đích sử dụng, ngời ta chọn tần số hoạt động khác nhau Thí dụ: máy đo sâu của Nga thờng chọn tần số 23 + 45kHz, cla Nhat Ban:

50 + 60 kHz, các tầu cá: 100 + 120kHz, còn đối với những tầu bảo đảm hang hai: 200 + 220kHz

Công suất máy phái: tùy thuộc vào mục đích sử dụng, có thể từ 50 + 300 W

Độ nhạy của máy thu: tùy theo việc đo độ sâu lớn hay nhỏ

Góc mở ngang của búp phái: tùy theo độ sâu và tần số được lựa chọn, góc

mở ngang œ = 259 + 45 ứng với một nửa công suất P

2 Những sai số của máy đo sâu hồi âm

3.1 Sai số đo tốc độ truyền lan sóng âm trong môi trường nước biển

Do vào lúc đo sâu những thông số của môi trường nước biển (như: độ mặn S%o, nhiệt độ t9, độ sâu h, áp lực P và các yếu tố khác) không đồng nhất với những thông số dùng khi thiết kế máy đo sâu nên có sai số được tính

0

3.2 Sơi số do tàu lắc ngang

Khi tàu lắc ngang, sẽ xuất hiện sai số khá lớn Lúc đó, độ sâu đo \

Ngoài ra, tín hiệu phản hồi H 1.7

trong trường hợp này yếu nên khó đo sâu Để loại trừ sai số do tau lắc

ghi trên băng giấy

3.3 Sai số do đáy biển bị nghiêng

Như trên đã nói, máy đo sâu phát xuống đáy biển không phải tia phát

mà là búp phát sóng siêu âm Vì thế cho nên khi đáy biển nghiêng, nhiều máy đo sâu không ghi được độ sâu thật dưới ky tàu mà là khoảng độ sâu Hạ¿, hay Hg

10

Từ đó, sai số do đấy biển nghiêng

Phân tích công thức (1.21) ta rút ra, trong các máy đo sâu hiện nay, sai

số do đáy biển nghiêng sẽ không đáng kể nếu góc nghiêng B < 8° và độ

rộng búp phát œ < 30°

3.4 Sai số thời gian thu phát không đồng bộ

Hiện nay, trong máy đo sâu người ta dùng động cơ điện để định thời gian phát và thu tín hiệu Nhưng với những thang đo sâu khác nhau, tốc độ quay của động cơ khác nhau nên động cơ điện đã không thể phản ảnh một cách đồng bộ và chính xác thời gian phát và thu tín hiệu Mặc dù người ta đã dùng bộ ổn áp để tự động điều chỉnh song do còn hạn chế trong chế tạo nên sai số này vẫn còn

3.5 Sai số vạch không

Về mặt nguyên lý, vào thời điểm phát sóng thì kim chỉ thị hoặc gốc của vệt quét phải ở đúng vị trí “0° Nhưng do chế tạo thiếu chính xác nên đã dẫn đến sai số vạch không ‘0’

Để giảm sai số này, người ta phải hiệu chỉnh kim chỉ thị đúng vào vạch “0° lúc máy phát hoạt động

3.6 Độ sáu tối thiểu của máy đo sâu

Do màng dao động của máy đo sâu vừa phát vừa thu, nên màng dao động chỉ cho hiển thị đúng số đo khi độ sâu lớn hơn khoảng cách lan truyền tương ứng với độ dài + của xung tín hiệu

huy; > C.Œ, + 1,)/2 11

ở đây +, là chiều rộng của xung phát ;

T, 1a độ ỳ của bộ chuyển mạch giữa phát và thu

Thông thường, giá trị độ sâu tối thiểu trung bình của máy đo sâu

là h„„ =0,1 +0,3m

Những chú ý khi sử dụng máy đo sâu

12

II TỐC ĐỘ KẾ

Tốc độ kế giữ vai trò hết sức quan trọng trong bảo đảm an toàn hàng hải vì nó là một trong số ít thiết bị phục vụ cho việc định vị và điều khiển con tàu Tốc độ tàu chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố khách quan và nó cần được tính đến đầy đủ những yếu tố ấy Vì vậy, những yêu cầu đối với tốc độ kế là khắt khe và đôi khi có vẻ như mâu thuẫn nhau Tuy nhiên, có thể quy những yêu cầu ấy như sau:

1) Tốc độ kế, theo cấp hạng tàu, phải bảo đảm độ chính xác cần thiết đo tốc

độ và khoảng cách tàu chạy được

2) Tốc độ kế phải luôn cung cấp những số trị tin cậy và ổn định trong mọi tình huống với điều kiện hoạt động dài ngày trên biển

3) Cấu tạo của tốc độ kế phải có truyền tín hiệu đi xa đến những thiết bị hàng hải khác cũng như những mặt phản ảnh

— Ngoài ra, tốc độ kế cũng như những máy móc hàng hải khác phải đơn giản trong chế tạo và bảo dưỡng, chạy êm, ít gây nhiễu vô tuyến và ảnh hưởng từ tính cho những thiết bị khác, nhỏ gọn, nhẹ nhàng và tiêu thụ ít năng

lượng

Thoả mãn những đòi hỏi đa dạng nêu trên là một khó khăn cho nhà thiết kế Vì vậy, tốc độ kế chỉ có thể đáp ứng những yêu cầu chính yếu nhất với độ chính xác cần thiết Thêm vào đó, các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tau lại thường xuyên thay đổi, do đó, trong quá trình chạy tàu, sĩ quan hàng hải phải định kỳ xác định số hiệu chính để kịp thời hiệu chỉnh máy cũng như thao tác hải đồ

Một vật đứng yên trong vùng nước tĩnh đều chịu áp ie fĩnh Áp lực

đó bằng giá trị của cột nước có diện tích đáy bằng 1cm” và chiều cao bằng chiều sâu của vật đó

Khi vật đó chuyển động thì ngoài áp lực tĩnh, nó còn bị tác dụng bởi một áp lực động Nó chuyển động càng nhanh thì ấp lực động càng lớn và thể hiện bằng chiều cao cột nước được tính theo định luật Bernoulli

13

> Re,zpae, thì xuất hiện chủ yếu lớp nước rối Ngoài ra, khi ống Pito chuyển động trong nước biển với tốc độ cao hay với gia tốc lớn còn có thể bị “sủi bọt” (hiện tượng cavitation) ở miệng thu áp lực Lúc đó, áp kế sẽ đo không chính xác, thậm chí bị ngừng hoạt động và ống Pito có thể bị xâm hại

— VI những lý do trên nên người ta phải đặt miệng ống Piio đo tổng ấp lực ra khỏi lớp nước bao, thông thường, dưới ky tàu một khoảng d = 0,5 +1,5 mét và cách mũi tàu khoảng 1/3 chiéu dai than tau Cdn ống đo áp lực tĩnh đặt cách ống Pito khoảng 15 mét

Công thức trên dùng cho chất lỏng lý tưởng (đồng nhất, liên tục,

không bị nén và không có độ nhớt Với nước biển và kèm theo đặc tính

động học của tàu, ta phải đưa thêm hệ số thuỷ động học k Khi đó công thức tính tốc độ như sau:

[2

k.p Thường thì bệ thức k(V) tiệm cận với đường thẳng:

k=a+bV (2.6)

Còn các hệ số a và b xác định bằng thực nghiệm trong trường thử

Nguyên lý cấu tạo

2-Thiết bị đo 3- Cơ cấu tính 4-Bộ phận 5- Bộ

áp lực động CO toánxửlý | | hiệu chỉnh | ”| tích phân

a) Thiết bị thu áp lực gồm một ống Pito dùng để đo tổng áp lực (lĩnh và động), và một dùng để đo áp lực nh

Thiết bị đo áp lực có thể là: Áp kế màng rung; Áp kế vi phân có bộ bù

lò xo; Áp kế vi phân bộ bù điện từ; Áp kế vi phân có bộ bù ly tâm; Áp kế vi

phân thuỷ ngân

Nguyên tắc hoạt động của những cơ cấu truyền tín hiệu đo áp lực được nêu tóm tắt đưới đây

i) Áp kế vi phân có bộ bù lò xo:

Trong áp kế này, màng dao động J lam nhiệm vụ biến đổi áp lực động của nước thành lực dịch chuyển cần 2 kết nối giữa màng rung với hệ đòn bẩy gồm cần trên 3 và cần dưới 4 với các điểm tựa 7 và 8; lò xo 5 tạo lực cân bằng với áp lực đo và động cơ điện ó Khi không có áp lực động, bánh xe con

9 truyền tác động của lò xo 5 từ cần dưới 4 lên cần trên 3 treo ở điểm tựa 7

Ở trường hợp này, tác động của lò xo lên cần trên được cân bằng bởi phản lực tại điểm tựa 7 và cần trên ở trạng thái cân bằng

16

i) Ap kế vi phân thuỷ ngân:

Hệ thống truy theo có nguồn điện 7, và những phần tử của nó Bộ phát tín hiệu lệch của hệ truy theo là biến áp 2, kết nối bằng cảm ứng với piL-tông 3 được gắn trên phao 4 và 7 6 dat trong vo 5 cla 4p kế vi phân

Thiết bị chấp hành là động co dién 6

và việc truyền cơ học từ nó đến biến

áp 1 giữ vai trò liên hệ ngược

Khi mực chất lỏng thay đổi trong áp 1 3

kế vi phân, vị trí pirtông 3 đi P chuyển Lúc đó, ở cuộn tín hiệu của

biến áp xuất hiện điện áp với độ lệch 2 | 4

đến bộ khuếch đại 7, từ đó chuyển 26 tt

Động cơ bắt đầu quay làm biến áp 2 dịch chuyển theo hướng chuyển động của pit-tông 3 cho đến khi chúng cùng ở ngang một vị thế thì điện áp cua tin hiệu cũng giảm xuống không và động cơ ố ngừng chuyển dịch biến ap 2

Như vậy, theo số vòng quay do động cơ điện hoạt động làm thay đổi vị trí của biến áp, ta có thể biết được độ cao nâng nó lên, cũng có nghĩa là tốc độ

Tam Loại này đo tốc độ trong khoảng từ 3 + 25 nút Khi tốc độ nhỏ hơn 3

nút thì tính phi tuyến tăng lên rất nhanh nên độ chính xác sẽ bị giảm lớn

Loại máy này có độ bên cao nhưng sử dụng phiền phức vì khi tầu hành trình

ở vùng nước nông, ta phải tắt máy vì kéo ống Pitô lên

Độ chính xác phụ thuộc vào tàu lắc, dòng chảy, v.v Loại mấy này chỉ đo được tốc độ tương đối và cũng không đo được tốc độ khi tàu chạy lùi

Độ chính xác khoảng 0,5 hải lý

18

3 Tốc độ kế cảm ứng điện từ

Bản chất vật lý Theo định luật cảm ứng điện từ Faraday, một dây dẫn chuyển động vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều thi giữa hai đầu dây dẫn sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng E

E=-—; ®=BS (2.7)

dt trong đó B - vectơ cảm ứng từ;

Tốc độ kế cảm ứng điện từ đã được chế tạo dựa trên quy luật thay đổi tính đẫn điện khi bộ nhạy cảm di chuyển trong nước biển

Nguyên lý cấu tạo của tốc độ kế điện từ như sau:

Dựa vào tính chất dẫn điện của

nước biển, người ta đặt ở phan dưới H27: Đưa đến bô

mớn nước không tải của tàu một khuếch đại đoạn ống hở cả hai đầu (xem hình `

trường đều được đặt ở phía ngoài ống Khi tàu chạy, nước biển sẽ chảy qua ống với tốc độ bằng tốc độ tàu

Dòng nước biển đó tương đương như L một dây dẫn chuyển động cắt các — đường sức từ và sinh ra sức điện cf O |

động Sức điện động này được lấy ra

từ hai điện cực gắn trong ống rồi

được khuếch đại và biến đổi thành

dong điện một chiều có cường độ tý lệ thuận với tốc độ tàu Nếu dùng đồng

hồ đo điện để đo dòng điện ấy, và khắc độ tương ứng với tốc độ tàu, ta sẽ được máy chỉ báo của tốc độ kế cảm ứng điện từ

Độ chính xác đo tốc độ của loại này phụ thuộc phần lớn vào môi trường hoạt động của tàu, nhất là khi tàu chạy trong vùng nước ngọt

Tốc độ đo được không quá 25 nút và không nhỏ hơn 0,5 nút

Loại này có độ nhạy cao Độ chính xác từ 0,15 đến 0,2 nút

Máy này đo được cả góc dạt

Tốc độ đo được trên máy là tốc độ tương đối

Sai số của tốc độ kế phụ thuộc vào những yếu tố sau : +_ Vì độ nhạy cao nên chỉ số trên máy có thể thay đổi từ 0,1 + 1 hai ly, do

đó, ta không đọc được tốc độ chính xác tại thời điểm

Trong d6: @ — tén sé vong ban dau; ~

fy — tan s6 phat ban đầu;

Ao — biên độ ban đầu

Một xung của sóng, được máy phát đi, khi chạm tới mục tiêu, một

phần năng lượng được phản hồi trở lại máy, dao động của tín hiệu thu về nếu không bị hao tồn năng lượng, cố dạng:

Trong đó At là thời gian của sóng truyền tới mục tiêu và phản hồi lại máy

ở đây D- khoảng cách giữa máy thu phát đến mục tiêu ;

C- tốc độ lan truyền sóng âm, trung bình 1500m/sec

20

Thay (3) vào (2), ta được:

@¡ = A.sin2af,(t - 2D/C) , (2.12)

@¡ = A.sin2zfạt(1— = >) = A.sin2nfyt(1— * (2.13) Chia vế v ới vế (5) cho (1) và tiến hành biến đổi nhỏ, ta được:

Bây giờ ta xét trường hợp, tia sóng lan truyền dưới góc a so với hướng

chuyển động của máy phái Khi đó, lượng chuyển dịch Doppler (7) được tính

sóng € và góc œ, theo giá trị chuyển dịch tần s6 fp c6 thé xdc dinh téc do

chuyển động của tàu V so với mặt phản xạ sóng

Mặt biển, nơi phản xạ sóng phát, dưới tác động của sóng, có đạng

phức tạp hơn, và chỉ những vùng cục bộ của nó mới phản hồi về anten được

Vì thế, trong thực tế, biểu thức H243

xác định tốc độ có dạng phức tạp hơn

— công thức (9) Giá trị chuyển dịch

Doppler của sóng ở mỗi vùng cục bộ,

mà vị trí của nó so với chuyển động

của tàu lệch một góc Œ¡ được xấc

Tốc độ được xác định bằng giá trị trung bình của chuyển dịch Doppler fpy Muốn vậy, ta phải biết độ rộng của phổ tần Doppler, hay nói khác, độ rộng của búp phát anten

Thêm nữa, vị trí tia của anten được xác định bằng góc nghiêng với đường thẳng đứng œ và góc lệch so với mặt phẳng trục dọc của tàu 0 Nếu sử dụng một tia thì chỉ bảo đảm đo được hình chiếu của vectơ tốc độ đến hướng

độ kế Doppler sẽ có sai số lớn Vì thế, phải sử dụng hệ thống bốn tia

bố trí đối xứng với đường thẳng

mà giá trị trung bình của chuyển dịch Doppler bị ảnh hưởng không đáng kể

Nguyên tắc hoạt động tốc độ kế Đoppler (đốc độ kế tuyệt đối) dựa trên nguyên lý hiệu ứng Doppler vừa trình bày Có thể chia làm 3 loại sau đây:

b) Tốc dé ké Doppler hai tia

So với loại một tia, tốc độ kế Doppler hai tia giảm được sai số khi góc

phẳng ngang Cả hai tia cùng phát

sử dụng hệ thống bốn tia bố trí đối xứng với đường thẳng đứng Trong

trường hợp này, khi thay đổi góc

nghiêng của các tia do chòng chành thì nhờ tính đối xứng mà giá trị trung

24

Trong tốc độ kế 4 tỉa, từng cặp tia hợp với mặt phẳng trục dọc của tàu một góc Ô và nếu ký hiệu góc dat IA B, các biến Doppler theo (13) được biểu diễn:

C (2.25)

®;y„=0®;T—-®Đạ= 2Q ©osơ.eos(8 +B) Bay gid ta lập các tổng và hiệu :

Các búp này đi tới đáy biển thì một phần năng lượng được phản xạ trở về

anten Tại đây, các màng dao động thu, do có hiệu ứng Doppler, nhận được

những tín hiệu với những tần số f,, f;, f¿, f„ khác với tần số phát fy Về mặt cấu trúc, hai bộ thu và phát nối với nhau bằng ống dẫn VHF đến anten và

26

tách ra bằng bộ chuyển mạch ferit VHE Mỗi tín hiệu phản hồi được khuếch đại riêng với đải tần hẹp để lọc nhiễu âm tần số thấp trong bộ khuếch đại (5)

và được chuyển đến bộ biến tần (6) Sau khi biến đổi, các tín hiệu trở thành những biến Doppler ®;=f;/2f; Những biến ®, này từng đôi một nhập vào bộ

so sánh 7 và 8 Ở đầu ra cho ta @,, va ®;¿ Các tín hiệu này lại từng đôi một đưa tới bộ cộng (9) và bộ so sánh(10) Những tín hiệu ra là Ova Oy

Chúng được đưa tới bộ biến tần 11, và ở đây, chúng được biến điệu bởi tần số

10 kHz từ một máy phát (12) Kết quả là, ở đầu ra của bộ biến tần ta thu

được những tín hiệu có tần số dao động 10 kHz với biên độ tùy thuộc vào trị

của ®và @®\; Tín hiệu biến điệu được đưa tới khâu tính toán tốc độ (13) và

độ dạt (16) Tín hiệu tốc độ V được đưa tới bộ tích phân để cho ra quãng đường tàu chạy Vào khâu (13), bên cạnh những tín hiệu trên, còn có các tín hiệu œ, 9, B và tốc độ C của sóng siêu âm được lấy từ bộ nhớ riêng (14) dùng

để kiểm tra tình hình hoạt động của máy

- Ảnh hưởng của độ sâu

và tính phương hướng không nhỏ hơn 3MHz

- Do được tốc độ tuyệt đối và vận tốc dạt ngang

- - Vì ảnh hưởng của tàu lắc rất lớn đến hoạt động của máy nên chỉ trang bị

cho những tàu có trọng tải lớn

- Hiện nay, người ta cũng đã nâng độ sâu hoạt động của máy lên nhưng không đáng kể

- Để máy có thể hoạt động được tốt, cần phải nối ghép với LBCQ để định hướng Trong hệ thống GPS, để xác định tốc độ của đối tượng di chuyển, người ta cũng dùng phương pháp Doppler

27