TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VIỆN KH&CN KHAI THÁC THỦY SẢN BÀI GIẢNG MÁY ĐIỆN – VÔ TUYẾN ĐIỆN HÀNG HẢI BIÊN SOẠN: VŨ NHƯ TÂN Nha Trang, tháng 5/2014 2 PHẦN I: MÁY ĐO SÂU CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT SÓNG ÂM §1: SÓNG ÂM 1) Khái niệm Sóng âm là sóng cơ học truyền đi trong môi trường vật chất đàn hồi. Vì sóng âm là sóng cơ học, môi trường truyền sóng là môi trường đàn hồi nên sóng âm không truyền được trong chân không. Nói cách khác, sóng âm là sự dao động cơ học của các phần tử của môi trường đàn hồi Sóng siêu âm ta hiểu là dao động đàn hồi với tần số cao vượt quá giới hạn tai người nghe được. Tất cả các máy đo sâu hiện nay đều sử dụng sóng siêu âm có tần số từ 20 đến 400 KHz. 2) Phân loại sóng âm a) Phân loại sóng âm theo hình dạng - Sóng dọc. - Sóng ngang. - Sóng phức tạp. b) Phân loại sóng âm theo tần số - Sóng hạ âm:  16 Hz. - Sóng âm: 16 Hz  20 kHz. - Sóng siêu âm: > 20 kHz. 3) Những thông số cơ bản của trường âm - Âm áp (P): là sự thay đổi áp lực của môi trường khi có âm tác dụng so với ban đầu. Đơn vị: Bar, mmHg. - Sóng âm được đặc trưng bởi các thông số sau: + Bước sóng âm : là quãng đường mà sóng truyền trong một khoảng thời gian bằng chu kỳ. f c   , Tc.   , f T 1  + Biên độ: là độ lệch lớn nhất của phân tử so với vị trí cân bằng. + Chu kỳ T: là khoảng thời gian hoàn thành một dao động trong môi trường đàn hồi. + Tần số sóng âm: là số dao động của sóng trong một đơn vị thời gian. 3 - Tốc độ truyền lan của âm trong môi trường phụ thuộc tính chất của môi trường đó do các phân tử của mỗi môi trường đàn hồi có trọng khối khác nhau, cũng như lực đàn hồi của chúng là khác nhau nên tốc độ truyền âm trong mỗi môi trường là khác nhau. Tốc độ truyền âm trong các môi trường được lập thành bảng như sau: Thép cácbon 6100m/s Sắt 5850m/s Cao su 1479m/s Nước 1500m/s Ở nhiệt độ t = 20 0 C Không khí 332m/s Ở nhiệt độ t = 0 0 C Nhận xét:  Những vật liệu có tính đàn hồi kém như: nhung, bông, tấm xốp tốc độ truyền âm rất kém. Do đó người ta dùng làm vật liệu cách âm.  Đối với vật có tính đàn hồi lớn như sắt, thép, cao su thì tốc độ truyền âm rất lớn.  Đối với chất lỏng khó nén (như nước) thì tốc độ truyền âm rất cao, đối với các chất khí dễ nén thì tốc độ truyền âm rất bé.  Ta thấy tốc độ truyền âm trong cao su gần bằng tốc độ truyền âm trong nước. Đây là ứng dụng để bao bọc màng dao động thu phát sóng âm trong ngành hàng hải. 4 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ MÁY ĐO SÂU §1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÁY ĐO SÂU 1) Khái niệm Máy đo sâu là thiết bị điện hàng hải dùng để xác định độ sâu của lớp nước dưới đáy tàu. Nó giúp cho người đi biển chủ động hơn trong công tác điều động tàu, neo đậu, hay xác định vị trí tàu. Máy đo sâu ứng dụng tính chất phản xạ của sóng âm và dựa trên việc đo thời gian từ khi phát đến khi thu được xung sóng siêu âm để đưa ra giá trị độ sâu. Độ sâu đo được có thể chỉ thị với nhiều hình thức như chỉ thị bằng đèn, tự ghi trên băng giấy, chỉ báo trên màn hình điện tử, hay chỉ báo bằng số. Ngày nay, máy đo sâu được trang bị trên tất cả các tàu chạy tuyến biển xa và nó đã phát huy tác dụng lớn, nâng cao tính an toàn trong khai thác tàu. 2) Cấu tạo và vị trí lắp đặt ở trên tàu Máy đo sâu gồm 3 khối chính: khối nguồn, khối điều khiển và chỉ báo, khối thu phát. a) Khối nguồn: có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn điện của tàu thành các dạng điện áp phù hợp để cung cấp cho sự hoạt động của máy đo sâu. Khối này thường được lắp đặt trên buồng lái hoặc trong phòng thiết bị điện. b) Khối điều khiển và chỉ báo: điều khiển sự hoạt động thống nhất của toàn bộ máy đo sâu và hiển thị độ sâu đo được.  Khối điều khiển: khi máy phát hoạt động thì máy thu ngừng hoạt động và ngược lại.  Khối chỉ báo: + Chỉ báo bằng số: giá trị độ sâu được hiển thị bằng số tương ứng với độ sâu đã chọn. + 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 bằng giấy tự ghi và để lại một vệt đen đó là hình ảnh của đường viền đáy biển, độ sâu của đáy biển chính là chỉ số trên thang đo tương ứng với vị trí trên băng giấy bị đốt cháy. 5 §¸y biÓn Thu ph¸t Mµng dao ®éng thu ph¸t kÐp Mµng dao ®éng thu ph¸t ®éc lËp h 2 L MF MT h 1 + Phương pháp điện tử: tín hiệu phản xạ trở về thu được sẽ làm xuất hiện vệt sóng ngang trên màn hình và chỉ số trên thang đo tương ứng với vị trí vệt sáng là độ sâu đo được. Khối này được lắp đặt trên buồng lái và trong phòng hải đồ. c) Khối thu phát: tạo xung siêu âm phát vuông 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 báo. Khối này thường được đặt trong một khoang nhỏ dưới đáy tàu, khoang này thường được đặt trước mặt phẳng sườn giữa cạnh ky tàu. Thông thường người ta khoét một lỗ nhỏ dưới đáy tàu và màng dao động được đặt trong đó với màng bảo vệ bên ngoài và cơ cấu định vị chắc chắn nó với vỏ đáy tàu. §2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐO SÂU HỒI ÂM Ở dưới đáy tàu người ta đặt một màng dao động thu phát sóng siêu âm kép hoặc 2 màng dao động thu phát độc lập. Tại thời điểm T 1 ta phát sóng siêu âm xuyên qua môi trường nước, sóng siêu âm truyền lan xuống đáy biển, gặp đáy biển không đồng chất với nó thì một phần năng lượng bị hấp thụ, một phần sóng âm phản xạ trở lại môi trường nước về màng thu phát sóng siêu âm dưới đáy tàu tại thời điểm T 2 . Từ 2 hình vẽ trên ta có công thức tính độ sâu như sau: 2 22 2 22 1 t ch Lt ch                  L: khoảng cách giữa 2 màng thu phát. C: tốc độ truyền của sóng âm trong môi trường nước biển (c1500m/s). t: khoảng thời gian phát và thu sóng siêu âm. Từ 2 công thức trên ta thấy: muốn đo độ sâu ta chỉ cần đo t. *Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đo sâu như sau: 6  Trung tâm điều khiển: điều khiển sự hoạt động thống nhất giữa máy thu, máy phát và máy chỉ báo.  Máy phát: tạo ra xung điện áp cao để đưa xuống màng dao động thu phát.  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 biến đổi thành tín hiệu điện để đưa tới bộ khuyếch đại.  Bộ khuyếch đại: khuyếch đại tín hiệu nhận được từ màng dao động thu phát lên đủ lớn để đưa tới trung tâm điều khiển.  Khối chỉ báo: chỉ báo độ sâu đo được dưới dạng số hoặc băng giấy tự ghi. §3: CÁC SAI SỐ CỦA MÁY ĐO SÂU HỒI ÂM 1) Sai số do tốc độ truyền lan của sóng âm trong môi trường nước biển 2) Sai số đường cơ bản Đối với màng dao động thu phát độc lập: 222 22 t ch lt ch                  Ở độ sâu lớn thì sai số này không đáng kể nên có thể bỏ qua. 3) Sai số do tàu lắc §¸y biÓn Khi tµu kh«ng l¾c h t h ® = h t   h h ® Khi tµu l¾c h t h ® = h t +  h §¸y biÓn M¸y ph¸t Khèi thu ph¸t Bé khuyÕch ®¹i Trung t©m ®iÒu khiÓn Khèi chØ b¸o 7 4) Sai số do đáy biển nghiêng Giả sử >:   1sec1 cos 1 cos                      dd d t dt hhh h h hhACADh Qua phân tích công thức trên ta thấy rằng ở trong máy đo sâu hiện nay sai số h sẽ không ảnh hưởng đến độ sâu đo được nếu như <8 0 , góc mở búp phát <30 0 . 5) Sai số do tốc độ động cơ điều khiển thiết bị phát Trong máy đo sâu người ta dùng một động cơ điện quay cam điều khiển phát tín hiệu, có thể là cam từ hoặc cam cơ tuỳ từng loại. Để có chế độ chính xác thì tốc độ của động cơ phải bằng một hằng số, tốc độ này không phụ thuộc vào điện áp cung cấp của nguồn mà phụ thuộc thang đặt độ sâu trên máy, thang đặt độ sâu càng lớn thì tốc độ quay càng nhỏ và ngược lại nhưng phải là hằng số trong thang đó. Nhưng trong thực tế nguồn cung cấp bên ngoài vào động cơ luôn thay đổi do vậy tốc độ động cơ thay đổi. Ngày nay người ta dùng bộ ổn áp điện để tự động điều chỉnh do vậy điện áp vào động cơ luôn ổn định do đó sai số này bị loại bỏ. 6) Sai số vạch không Tại thời điểm phát sóng đo sâu, về mặt nguyên lý thì kim chỉ thị phải đặt ở đúng vị trí On; đối với máy chỉ thị hình thì gốc của vệt sáng phải ứng với vị trí 0 mét. Nhưng thực tế thì kim ghi hoặc gốc của vệt quét nằm ở vị trí 0 mét nếu máy phát phát sớm hoặc nằm dưới vạch 0 mét nếu máy phát phát muộn. Cả 2 trường hợp trên đều dẫn tới sai số. Để giảm sai số này thì người ta điều chỉnh kim chỉ thị của máy đo lúc máy thu bắt đầu hoạt động. §4: ĐỘ SÂU TỐI THIỂU CỦA MÁY ĐO SÂU (h min ) Bất kỳ máy đo sâu nào cũng có một độ sâu tối thiểu, nhỏ hơn độ sâu này thì máy đo sâu không đo được. Đối với máy đo sâu dùng 2 màng thu phát độc lập: §¸y biÓn h min   L 8   tg L tg L h     2 2 2 min : góc mở của búp phát, tần số càng cao thì  càng bé nên h min càng tăng và ngược lại. L: khoảng cách giữa hai màng thu phát, L càng lớm thì h min càng tăng. Đối với màng dao động thu phát kép: khi máy đo sâu phát hết 1 xung thì mới chuyển sang thu tín hiệu trở về.   2 min qx ch     x : chiều rộng của một xung phát.  q : độ ỳ của bộ chuyển mạch giữa thiết bị phát và thiét bị thu. Giá trị độ sau tối thiểu h min của máy đo sâu đặt trên tàu có giá trị khác nhau, thông thường h min =0,10,3m §5: NHỮNG ĐIỀU CẦN CHÚ Ý KHI SỬ DỤNG MÁY ĐO SÂU 1) Hiện tượng giao thoa sóng âm khi đo sâu Giả sử có 2 tàu chạy gần nhau đang sử dụng máy đo sâu có tần số làm việc xấp xỉ nhau, sóng siêu âm phát đi trong nước của 2 tàu có một vùng bị đan chéo vào nhau như hình vẽ (hình 1). Theo tính chất cơ bản của sóng âm thì sẽ xảy ra hiện tượng giao thoa sóng âm và trên băng giấy tự ghi sẽ xuất hiện những đường § ¸y biÓn H ×nh 1 H ×nh 2 H ×nh 3 H ×nh 4 H ×nh ¶n h ®¸y biÓ n 9 song song đứt quãng hoặc chéo nhau nhưng không ảnh hưởng đến kết quả đo sâu như hình vẽ (hình 1, 2, 3). 2) Phản xạ nhiều lần của sóng âm Khi ta phát sóng âm xuyên xuống nước gặp đáy biển thì một phần năng lượng bị đáy biển hấp thụ, một phần năng lượng phản xạ trở về (chất đáy càng rắn thì năng lượng phản xạ trở về càng lớn và ngược lại). sóng phản xạ có một phần năng lượng lọt vào màng dao động thu sóng siêu âm và cho ta độ sâu của đáy biển mà tàu đi qua, một phần khác đập vào đáy tàu lại phản xạ xuống đáy biển và từ đáy biển phản xạ trở về cho độ sâu lần 2, lần 3 Hiện tượng này chỉ xảy ra với khu vực có chất đáy rắn, máy phát sóng siêu âm có công suất lớn và độ sâu đáy biển nhỏ. Đặc điểm để nhận biết phản xạ nhiều lần: khi đọc độ sâu là các độ sâu ghi được trên băng giấy có hình dáng đồng dạng và song song với nhau, độ sâu thứ nhất là nét nhất chính là độ sau dưới đáy tàu, sau đó là các đường mờ dần, khoảng cách giữâ các đường ghi độ sâu trên băng giấy luôn bằng nhau. Muốn loại bỏ phản xạ nhiều lần thì:  Giảm độ khuyếch đại.  Khi chế tạo máy nhà sản xuất thiết kế 2 nắc công suất khác nhau, ở độ sâu nhỏ thì ta sử dụng công suất phát thấp và ngược lại. 3) Ảnh hưởng bất thường của dòng hải lưu nóng và dòng hải lưu lạnh trong nước biển Khi máy đo sâu hoạt động thì sóng siêu âm truyền đi trong môi trường nước được coi là môi trường đồng nhất về: nhiệt độ, độ mặn Trường hợp bất thường có dòng hải lưu nóng hoặc lạnh chảy ngầm trong lòng đại dương sẽ tạo thành 2 môi trường không đồng nhất do đó khi có siêu âm đập vào mặt phân cách giữa 2 môi trường này thì có một phần xuyên qua mặt phân cách vào môi trường 2, một phần khác phản xạ trở về màng thu sóng siêu âm và tạo trên băng giấy tự ghi độ sâu một hình ảnh như trên hình vẽ. Ta có thể loại trừ được hiện tượng này bằng cách giảm độ khuyếch đại. §¸y biÓn h nhá  NhiÔu 0m H×nh ¶nh ®¸y biÓn §¸y biÓn NhiÔu H×nh ¶nh ®¸y biÓn 0m 10 4) Nhiễu do đàn cá hoặc các vật trôi nổi dưới mặt nước Khi sóng siêu âm truyền trong nước gặp bất cứ vật gì như băng trôi hay đàn cá đi ngầm trong nước đều coi là môi trường không đồng nhât với môi trường nước biển, một phần sóng siêu âm phản xạ trở về hiển thị trên băng giấy một hình ảnh lơ lửng giữa đáy biển và mặt nước. Hiện tượng này chỉ xảy ra đối với máy đo sâu hoạt động ở tần số cao. 5) Ảnh hưởng do búp phụ gây ra (nhiễu loạn số 0) Khi sử dụng máy đo sâu ở thang tầm gần, do công suất búp phụ của sóng âm phản xạ ngay về máy đo sâu tạo ra một tín hiệu giả trên máy, thông thường ở độ sâu nhỏ hơn 15m. Muốn loại bỏ nhiễu này thì ta sử dụng núm STC. §6: KHAI THÁC, SỬ DỤNG MÁY ĐO SÂU 1) Chuẩn bị  Kiểm tra tình trạng chung của máy để đảm bảo rằng máy đã ở trạng thái sẵn sàng hoạt động.  Kiểm tra nguồn cấp cho máy đã đúng hay chưa.  Kiểm tra các núm nút đã để đúng vị trí hay chưa: Gain, Dimmer, White line, Power ở vị trí Off, Paper speed ở mức độ nhỏ nhất.  Chọn thang độ sâu một cách phù hợp căn cứ vào độ sâu của vùng chạy tàu dựa trên hải đồ và hiệu chỉnh với thuỷ triều để chọn thang đo thích hợp. Để nâng cao độ chính xác thì ta chọn thang đo nhỏ nhất để đảm bảo đo được độ sâu.  Kiểm tra tình trạng băng giấy, nếu cần thiết thì phải thay thế. 2) Đưa máy vào hoạt động  Bật công tắc nguồn từ OFF sang ON.  Bật công tắc thang đô sâu về thang đo đã chọn.  Vặn Gain theo chiều kim đồng hồ tới khi bắt đầu xuất hiện nhiễu trên giấy ghi, sua đó vặn ngược chiều kim đồng hồ một chút.  Nếu vạch số 0 bị lệnh khỏi vị trí 0 trên thang đo thì phải điều chỉnh lại. §¸y biÓn 0 NhiÔu H×nh ¶nh ®¸y biÓn [...]... tinh khong 7,5 nm Quy trỡnh phỏt tớn hiu ca v tinh theo nh s sau: (hỡnh v) 14 VT Sai số tính toán Bản tin hàng hải mới Multipler X120 L2=1227,6MH P code 10,23Mb Data 50bit/s Multipler X120 Bản tin hàng hải quan sát L1=1575,42M C/A code 1,023Mb Data 50bit/s ATOM CLOCK 10,23MHz Tập hợp bản tin hàng hải Bản tin được chỉnh lý Sơ đồ thu phát tín hiệu của hệ thống GPS *Cỏc tớn hiu mó hoỏ (mó ngu nhiờn gi PRN) . SẢN BÀI GIẢNG MÁY ĐIỆN – VÔ TUYẾN ĐIỆN HÀNG HẢI BIÊN SOẠN: VŨ NHƯ TÂN Nha Trang, tháng 5/2014 2 PHẦN I: MÁY ĐO SÂU CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT. thu phát sóng âm trong ngành hàng hải. 4 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ MÁY ĐO SÂU §1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÁY ĐO SÂU 1) Khái niệm Máy đo sâu là thiết bị điện hàng hải dùng để xác định độ sâu. tinh thay đổi vị trí, máy thu tự động chuyển sang chòm vệ tinh mới thích hợp hơn. Máy thu GPS thực chất là một máy thu vô tuyến kết hợp với một máy tính chuyên dụng, máy thu GPS thu tín hiệu