BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
MÁY ĐO SÂU
Một trong những thiết bị không thể thiếu của mỗi con tàu nó là máy đo sâu hàng hải –
dụng cụ dùng để xác định độ sâu vùng nƣớc tàu đang hoạt động. Khơng chỉ có vậy, máy đo sâu
cịn có thể đƣợc sử dụng hỗ trợ tàu điều động trong luồng lạch hẹp, công tác neo và thu neo, đảm
bảo an tồn cho hành trình.Ngồi ra, máy đo sâu và những thiết bị thủy âm khác còn đƣợc ứng
dụng rộng rãi trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học nhƣ khảo sát địa chất, thủy văn...Trƣớc khi tìm
hiểu sâu hơn về máy đo sâu phục vụ trong ngành hàng hải trong chƣơng 2, ta sẽ tiếp cận với
phần lý thuyết cơ sở về sóng âm và việc truyền sóng âm trong mơi trƣờng nƣớc biển , từ đó sẽ có
cái nhin tồn diện hơn trong thao tác, vận hành, khai thác tốt nhất máy đo sâu phục vụ công tác
dẫn tàu an tồn, hiệu quả
CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT SĨNG ÂM
1. 1. Sóng âm
1.1.1. Khái niệm
Âm là hiện tƣợng vật lí, là trƣờng hợp riêng của dao động cơ học của chuyển động trong
mơi trƣờng đàn hồi. Nguồn âm có thể là hệ thống dao động cơ học đặt trong môi trƣờng chất
lỏng.
Trong quá trình dao động, hệ thống sẽ truyền một phần năng lƣợng tới những phân tử của
môi trƣờng bao quanh nó. Những phân tử này bắt đầu lệch khỏi vị trí ban đầu của chúng. Những
phân tử của mơi trƣờng nối với nhau bởi lực đàn hồi. Nếu một trong chúng lệch khỏi vị trí cân
bằng thì các lực tác dụng từ các phân tử bên cạnh làm cho nó trở lại ví trí ban đầu của nó. Sau
đó, theo qn tính nó sẽ chuyển động tiếp về phía ngƣợc lại ... Nhƣ vậy phần tử sẽ dao động
xung quanh vị trí cân bằng của nó. Bởi vì trong điều kiện thực tế, trong mơi trƣờng khơng những
chỉ có lực đàn hồi tác dụng mà cịn có lực ma sát trong nên sau khi mất kích động thì dao động
của phân tử tắt đi rất nhanh. Sự dịch chuyển của mỗi phân tử làm cho những phân tử bên cạnh
lệch đi khỏi vị trí cân bằng của chúng. Từ đây ta thấy rằng sự kích động xảy ra ở một nơi nhất
định của môi trƣờng sẽ dần dần truyền lan tới các phân tử ở xa nguồn kích động. Quá trình đó
gọi là truyền âm. Tốc độ truyền kích động từ phân tử này đến phân tử khác gọi là tốc độ của âm.
Nếu nhƣ lực kích động tác dụng theo chu kỳ thì quá trình truyền âm cũng sẽ theo chu kỳ không
những theo thời gian mà cả không gian, nghĩa là nó mang tính chất sóng.
Bởi vì mỗi phân tử kế tiếp bắt đầu chuyển động chậm hơn phân tử trƣớc nó, nên trong mơi

trƣờng sẽ hình thành những vùng dày đặc và những vùng thƣa thớt cách nhau.Khi hình thành
vùng dày đặc thì áp lực và nồng độ của môi trƣờng tăng lên và ở vùng thƣa thớt thì giảm. Khơng
gian trong đó hình thành âm áp gọi là trƣờng âm.
1.1.2. Những đặc tính của trường âm
Những đặc tính cơ bản của trƣờng âm: sự truyền âm là một quá trình phức tạp, gồm những hiện
tƣợng vật lý khác nhau. Những đặc tính quan trọng trong đó là:
- Các phân tử của chất lỏng không ảnh hƣởng tới sóng âm, chúng chỉ dao động quanh vị trí
cân bằng của chúng.
- Tốc độ của âm là tốc độ của dao động các phân tử mơi trƣờng, đó là tốc độ truyền kích
động từ phân tử này đến phân tử khác.
- Khi truyền kích động trong trƣờng âm sẽ hình thành những chuỗi dày phân tử và những
chuỗi thƣa cách đều nhau. Q trình đó dẫn tới sự thay ñổi áp lực và nồng ñộ của môi trƣờng. Sự
nén và kéo theo chu kỳ có thể phá vỡ sự cân bằng nhiệt động của môi trƣờng và nhƣ vậy sẽ gây
nên sự thay đổi nhiều hơn ở mức phân tử.
Page 1


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
1.1.3. Phân loại sóng âm

Page 2


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
Sóng âm có thể phân theo hình dạng và tần số.
Trong trƣờng hợp riêng, ngƣời ta phân sóng theo ba dạng sóng dọc, sóng ngang, sóng phức
tạp. Trong các chất lỏng, độ lệch khơng bị biến dạng, chỉ có thể truyền lan sóng dọc.
Hình dạng của sóng âm đƣợc xác định bởi dạng của làn sóng. Làn sóng là vùng mặt mà các
điểm trong đó đều có cùng một pha dao động. Đƣờng vng góc với làn sóng trùng với hƣớng
truyền lan sóng gọi là tia âm.

Sóng siêu âm là sóng âm có tần số dao động lớn hơn 16kHz). Trong hàng hải thƣờng sử
dụng sóng siêu âm có tần số dao động lớn hơn 20kHz.
Nếu nguồn âm là một điểm thì sóng âm có dạng hình cầu.
Nếu nguồn âm là hình trụ thì sóng âm có dạng hình trụ
Nếu nguồn âm là một mặt thì sóng âm có dạng mặt.
1.1.4. Những thơng số cơ bản của trường âm
ðể tiếp tục phân tích trƣờng âm, ta đƣa vào những đại lƣợng vật lý thơng dụng mà ta sẽ
gọi là thông số của trƣờng âm. Những thơng số đó cần chọn sao cho chúng bao hàm hết mọi
hiện tƣợng xảy ra trong trƣờng âm, những dao ñộng của các phân tử và sự thay ñổi áp lực, nồng
ñộ của chất lỏng và năng lƣợng.
+ Sự thay đổi áp lực của mơi trƣờng khi có âm tác ñộng so với ban ñầu ñƣợc ñánh giá bởi
âm áp p. ðại lƣợng p ñƣợc xác ñịnh bởi biểu thức:
p = p1 - p0
Trong đó:

(1)

(đơn vị: mbar)
p0 trị số áp lực của mơi trƣờng khi khơng có sóng âm.
P1 trị số áp lực của mơi trƣờng khi có sóng âm.

Sự thay ñổi nồng ñộ của chất lỏng thƣờng ñƣợc xác định bởi độ đơng đặc của nó:

1  0
ỉ=
0

+ Cƣờng độ của sóng âm là số năng lƣợng mà sóng âm chuyển qua một đơn vị diện tích đặt
vng góc với hƣớng truyền lan của nó trong một đơn vị thời gian. Nó là đặc trƣng cơ bản của
trƣờng âm. Kí hiệu I và đƣợc đo bằng W/m2.

+ Sóng âm đƣợc đặc trƣng bởi các thơng số sau:
-

Bƣớc sóng λ của âm là khoảng cách giữa 2 miền dày ñặc và miền thƣa thớt.

-

Biên ñộ A là ñộ 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 mơi trƣờng đàn hồi.

-

Tần số f là số lƣợng sóng truyền qua mơi trƣờng trong một đơn vị thời gian.

- Tốc ñộ truyền lan của âm trong mơi trƣờng phụ thuộc vào tính chất của mơi trƣờng đó.
Do các phần tử của mỗi mơi trƣờng đàn hồi có trọng, khối khác nhau cũng nhƣ lực đàn hồi giữa
chúng là khác nhau nên tốc ñộ truyền âm trong mỗi mơi trƣờng là khác nhau.
Cơng thức tính tốc độ truyền âm:
C=

(m/s)

E: mơ đun đàn hồi
Page 3


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU

ρ: tỉ trọng của môi trƣờng

Page 4


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
Trong môi trƣờng chất lỏng:
C=

K

(m/s)

K: hệ số nén, là ñại lƣợng nghịch ñảo của E trong chất lỏng khơng giới hạn.
1. 2. Tính chất của sóng âm
1.2.1. Tính phản xạ và khúc xạ của sóng âm.
Nếu trong q trình truyền lan của sóng âm gặp một mặt phân chia giữa môi trƣờng 1 và 2
(ví dụ nhƣ đáy biển) có kích thƣớc lớn hơn nhiều chiều dài của sóng thì ta sẽ quan sát thấy hiện
tƣợng một phần năng lƣợng của nó sẽ đi trở lại môi trƣờng 1 và một phần năng lƣợng sẽ đi vào
mơi trƣờng 2. Hiện tƣợng đó đƣợc gọi là phản xạ và khúc xạ sóng âm.
Khi tia âm truyền qua hai mơi trƣờng đồng nhất đƣợc đặc trƣng bởi các âm kháng Z1=ρ1C1
và Z2=ρ2C2. Trên hình vẽ 1, giả sử C2 > C1, theo lý thuyết về tia chiếu, áp dụng định luật quang
học ta có :

α1

α’1

α2
Hình vẽ 1.1

+ Góc tới bằng góc phản xạ: α1 = α’1
sin 1  C1 = η
sin  2 C2
Trong đó:

η là hệ số khúc xạ
α’1 và α2 là góc phản xạ và góc khúc xạ tƣơng ứng

Nhƣ vậy, ta có: tỷ số sin góc tới αt và góc khúc xạ α2 bằng tỷ số tốc độ C1 và C2 của sóng
âm. Nếu nhƣ trên đƣờng truyền lan sóng âm có nhiều lớp chất lỏng song song có những tính
chất thuỷ âm học khác nhau thì ta sẽ có đẳng thức sau:
C3
C1
C2


 ...  const
sin t1 sin  t 2 sin t 3
Các tỷ số hình học tìm đƣợc xuất phát từ giả thiết rằng mặt phản xạ là một mặt phẳng.
Chúng sẽ ñúng với bất kỳ trƣờng hợp nào nếu nhƣ kích thƣớc của vật cản lớn hơn chiều dài của
sóng nhiều lần. Sự phản xạ nhƣ vậy gọi là phản xạ gƣơng.
Trong thực tế tại bề mặt phân cách xẩy ra hiện tƣợng phân kỳ, phản xạ gƣơng, phản xạ
cộng hƣởng, khúc xạ và tán xạ..vì mặt phân cách khơng nhẵn.
Kết luận:
Page 5


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
- Nếu tốc ñộ truyền âm ở mơi trƣờng nhƣ nhau có nghĩa là sin các góc bằng nhau thì khơng có
khúc xạ.

- Nếu sóng âm truyền từ mơi trƣờng 1 sang 2 trong đó C1 > C2 thì tia khúc xạ lệch về phía gần
mặt ngăn cách.
- Nếu tăng góc tới α1 tới khi α2 = 90 thì sóng âm sẽ khơng vào mơi trƣờng 2, nếu tăng α1 hơn
nữa sóng âm sẽ phản xạ hồn tồn. Khi đó α1 gọi lá góc giới hạn.
α GH = arc sin

C1

 arcsin

C2

Quan hệ năng lƣợng: Quan hệ năng lƣợng giữa sóng tới, sóng phản xạ và sóng khúc xạ
thƣờng đƣợc xác định bởi hệ số phản xạ A và khúc xạ B. Trong trƣờng hợp sóng tới vng góc
với mặt ngăn những hệ số đó ñƣợc xác ñịnh nhƣ sau:
2

2

C C 
1 q 
2 2
1 1





A=


C


C
1

q


 2 2
1 1
4 c . c
4q
B =  c1 1 2c 2  1 q 
2 2
2
2

(2)

(3)

11
11

1c1
Trong đó: q =

2 c2


Z1 = ρ1C1: là âm kháng của môi trƣờng 1.
Z2 = ρ2C2: là âm kháng của môi trƣờng 2.
Trên cơ sở các biểu thức trên ta có thể rút ra kết luận:
1. Nếu nhƣ âm kháng của các môi trƣờng bằng nhau, nghĩa là ρ1.C1= ρ2.C2 thì tồn bộ
năng lƣợng sẽ chuyển từ môi trƣờng một sang môi trƣờng hai.
2. Khi có điều kiện ρ1C1>> ρ2C2 hoặc ρ1C1<< ρ2C2 thì tất cả năng lƣợng âm sẽ phản xạ
trở lại mơi trƣờng đầu.
3. Nếu nhƣ âm kháng của các mơi trƣờng khác nhau khơng nhiều thì phụ thuộc vào trị số q
mà một phần âm năng phản xạ, một phần ñi vào môi trƣờng thứ hai và một phần bị nhiễu xạ.
Quan hệ pha: Nếu thực hiện ñiều kiện ρ1C1<< ρ2C2 thì sự phản xạ âm sẽ diễn ra khơng
bị thay ñổi pha của tốc ñộ dao ñộng và của âm áp. Trong trƣờng hợp ρ1C1>> ρ2C2 thì phản xạ
xảy ra với sự thay ñổi pha 1800.
Khi màng phát, phát sóng siêu âm thì sóng siêu âm chia làm hai hƣớng chính:
- Hƣớng do cơng suất búp chính phát xun xuống đáy biển để đo sâu.
- Một phần sóng siêu âm do búp phụ gây ra truyền lan theo phƣơng ngang.
Sự phản xạ sóng âm từ đáy biển: Lớp trên của đáy biển trực tiếp tiếp xúc với nƣớc có thể
có cấu trúc khác nhau. Nơi này là đá cứng, nơi kia là bùn nhão, nơi khác lại là những hạt nhỏ
lẫn với nƣớc... Thực tế thì khi sóng âm ñi tới ñáy biển thì tuỳ thuộc vào loại ñáy biển, mà một
phần năng lƣợng nhất định của nó truyền vào ñáy biển và bị ñáy biển hấp thụ. Phân tích năng
lƣợng của sóng âm đi tới đáy biển thật là phức tạp vì rằng lúc đó sẽ có hình thành sóng âm có
dạng phức tạp gồm những thành phần sóng dọc và sóng ngang. Lý thuyết cho ta hệ số tiêu hao
β1 của sóng dọc trong đáy biển nhƣ sau:
Page 6


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
β 1 = S1.
Trong ñó:



1

- ω: tần số.
- C1: tốc ñộ truyền lan của sóng dọc trong đáy biển.

- S1: hệ số mất mát. Ta có thể tính đƣợc hệ số đó bằng phƣơng pháp giải
tích. Nhƣng thƣờng thì ngƣời ta có đƣợc trị số của nó bằng phƣơng pháp thực nghiệm.
ðáy biển khơng bằng phẳng sẽ gây nên sự phân tán năng lƣợng của sóng đi rất nhiều.
Trong trƣờng hợp đó khi mà kích thƣớc của độ gồ ghề của đáy biển nhỏ hơn chiều dài sóng thì
sự phản xạ cũng giống nhƣ trên mặt phẳng. Nếu nhƣ ñộ gồ ghề ñủ lớn thì một phần năng lƣợng
của sóng tới sẽ phân tán ñi mọi hƣớng. Sự phản xạ nhƣ vậy gọi là khuếch tán.
Nhƣ vậy trƣờng âm của sóng phản xạ đƣợc xác ñịnh bởi 3 yếu tố cơ bản: âm kháng của
nƣớc biển, cấu trúc của đáy biển và hình thù của nó. Trong bảng dƣới đây cho ta thấy trị số của
hệ số phản xạ của ñáy biển:
Ảnh

A%

ðá granit

Nét

ðá hộc lớn
Cát

ðáy

ðáy

Ảnh


A%

70 - 80

Cát bùn

Kém

10 - 20

Nét

60 - 70

Băng

Kém

10 - 15

Nét

50 - 60

Bùn nhão

Kém

5 - 10


Sự phản xạ từ mặt biển của sóng âm: Khi truyền lan âm trong biển thì mặt biển đóng vai
trị quan trọng. Vì rằng các nguồn và máy thu âm khơng phải là hồn tồn định hƣớng tốt nên
trong máy thu ln có thể có những sóng phản xạ từ mặt biển đi tới. Cƣờng độ của sóng phản xạ
đó phụ thuộc vào trạng thái của mặt biển. Sóng biển lớn, sóng gợn... đều có ảnh hƣởng đến sự
phản xạ đó. Nói chung, sóng biển lớn có những đặc tính tự do, những tham số của sóng biển
ln biến đổi. Thực tế đó gây nên sự khó khăn lớn trong việc phân tích bằng tốn học. Nhƣng
nếu xét trong khoảng thời gian ngắn thì sự phản xạ từ mặt biển cũng tƣơng tự nhƣ sự phản xạ
đáy biển khơng bằng phẳng. Vì rằng mặt biển có nhiều hình thù khác nhau nên năng lƣợng của
sóng âm có thể hội tụ lại trong một trƣờng hợp hoặc phân tán trong trƣờng hợp khác.
Kết luận:
- Khi ño sâu ngƣời ta ứng dụng tia siêu âm do búp chính tạo ra. Muốn vậy phải phát định hƣớng
với góc mở α nhỏ (thơng thƣờng chọn từ 350 đến 450).
- ðối với tia búp phụ gây nhiễu cho máy ño sâu, do vậy nhà chế tạo tìm cách hạn chế giảm thiểu
công suất búp phụ (thƣờng nhỏ hơn 3% của công suất của búp chính)
1.2.2. Sự giao thoa sóng âm
Nhƣ ta đã biết trong vật lí chứng minh rằng, khi có nhiều nguồn sóng có biên độ nhỏ, cùng
tần số (hoặc tần số xấp xỉ bằng nhau) cùng truyền qua một mơi trƣờng đàn hồi nào đó, thì sóng
âm của hai nguồn sẽ ñan xen vào nhau, vùng ñan xen của hai sóng gọi là vùng giao thoa sóng
âm, vùng giao thoa sóng âm càng lớn thì nhiễu giao thoa càng nhiều. (ðối với sóng vơ tuyến,
sóng ánh sáng cũng tn theo quy luật này). Bây giờ ta xét một nguồn phát sóng âm tại điểm O1
có phƣơng trình nhƣ sau:

x a . cos .t
1

1

0


Nguồn phát sóng thứ hai tại điểm O2:
Page 7


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU

x a . cos .t
2

2

0

Page 8


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
Tại một ñiểm M trong khơng gian phƣơng trình truyền sóng do nguồn O1 và O2 sinh ra

x a .cos( .t  2 .r )
1

1

1

0




;x

a .cos( .t  2 .r
2

2

2



0

)

Trong đó:
-

a1 và a2 là biên độ dao động

-

ω0 là tần số góc

-

r1 và r2 là khoảng cách truyền sóng từ điểm O1 và O2 ñến ñiểm M

Vậy tại ñiểm này pha dao ñộng tổng hợp của hai dao động sóng là:
  2 

r1 2
2 r 2
φ2 - φ1 = 





 



(r1  r 2)



Biên độ dao động đƣợc xác định theo cơng thức sau:

A a12 a 222 a a cos

2

(r  r )

Nhận xét:
- Nếu r1 và r2 bằng không; hoặc r1 - r2 =k.λ (k là số nguyên)

Amax a12a222a 1a2




(a1 a2)

2



a a
1

2

Biên ñộ cực ñại, năng lƣợng lớn nhất phát về các máy thu có cùng tần số tạo nên nhiễu giao
thoa là lớn nhất.


- Nếu r1 - r2 = (2k +1) 2
thì

Amin a12a222a 1a2



(a1a 2)

2



a a

1

2

Ta thấy biên độ cực tiểu tín hiệu sóng âm phản xạ về các máy thu là bé nhất không tồn tại nhiễu
trên máy thu. Trƣờng hợp nguồn phát nào đó có cơng suất lớn a1>> a2 hoặc a1<< a2 thì máy thu
có nguồn phát nhỏ bị nhiễu loạn. Ngƣời ta ñã chứng minh ñƣợc rằng quỹ tích của các đƣờng
giao thoa là các đƣờng hypebơn.

Page 9


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU

Giao thoa
cực ñại
O2

O1
r1

r2

Giao thoa
cực tiểu

Hình vẽ 2.2
1.2.3. Nhiễu xạ của sóng âm
Sóng âm có khả năng uốn cong khi nó gặp một vật nào ñó trên ñƣờng truyền lan. Hiện
tƣợng ñó gọi là nhiễu xạ. Nhiễu xạ càng mạnh khi kích thƣớc của vật cản nhỏ so với chiều dài

sóng. Trong trƣờng hợp đó, ta quan sát thấy năng lƣợng phân tán ra ñều về các hƣớng. Nếu kích
thƣớc của vật cản lớn hơn chiều dài bƣớc sóng thì xảy ra hiện tƣợng nhiễu xạ. Nhƣng đằng sau
vật cản sẽ hình thành một vùng bóng râm, mà ở đó khơng có sóng âm đi qua. ðồng thời trƣờng
âm ở ñằng trƣớc vật cản cũng trở nên phức tạp hơn do có hiện tƣợng giao thoa giữa sóng tới,
sóng phản xạ và sóng nhiễu xạ. Kết quả là ở máy thu ta nhận ñƣợc áp lực khác xa với áp lực của
sóng tới. Hiện tƣợng nhiễu xạ ta có thể giải thích bởi cái gọi là nhiễu loạn số 0 của các máy ño
sâu hồi âm mà ta thấy khi ở thời ñiểm phát, do ki tàu hình cong sẽ tác động lên máy thu.
1.2.4. Sóng âm đi qua màng ngăn mỏng
Ta hãy khảo sát vấn đề sóng âm đi qua màng ngăn mỏng. Trƣờng hợp này có ý nghĩa thực
tế khi lắp ráp dao ñộng của máy hồi âm mà không cần xẻ ñáy tàu. Những hệ thức về năng lƣợng
cần thiết có thể có đƣợc bằng cách phân tích sóng phản xạ và sóng khúc xạ của sóng âm đi qua
mép trong và mép ngồi của vỏ tàu. Sự phân tích này khơng khác với sự phân tích trƣờng hợp
sóng âm đi qua một mặt ngăn trƣớc đây. Nhƣng nó cũng tƣơng đối khó nên ở đây ta chỉ khảo sát
mặt thực chất của hiện tƣợng.
1. Từ công thức (2) và (3) ta thấy cƣờng độ sóng đi qua vỏ càng lớn nếu nhƣ càng thực
hiện ñúng ñẳng thức:
ρ1C1 = ρ2C2 = ρ3C3
ðể thực hiện đƣợc điều kiện đó, thƣờng ngƣời ta đặt màng dao động trong thùng chứa
dung dịch có âm kháng gần bằng âm kháng của nƣớc biển (ví dụ nhƣ chất dầu KactopBae). Tình
trạng sẽ càng tốt hơn nếu nhƣ vỏ tàu ở chỗ ñặt thùng chứa màng dao ñộng ñƣợc làm bằng chất
cũng có âm kháng nhƣ vậy. Những chất thông âm nhƣ vậy là những chất nhƣ một vài loại cao su
và nhựa êbôxit...
2. Năng lƣợng truyền vào các phân tử nƣớc biển ngồi ra cịn phụ thuộc vào chiều dày của vỏ
tàu. Vì rằng âm kháng của chất lỏng nằm hai bên vỏ tàu có khác nhiều với âm kháng của vỏ tàu. Nếu
nhƣ theo chiều dày của vỏ tàu có ngun nửa sóng, nó sẽ hình thành cộng hƣởng và sóng âm
truyền qua khơng bị tiêu hao năng lƣợng.
3. Ta nên chọn khoảng cách từ mặt màng dao ñộng ñến mặt trong ñáy tàu (s) theo ñiều
1
Page 10



BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
kiện sau: s = (2n + 1).

4

trong đó n = 1, 2, 3...

Page 11


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
1.2.5. Truyền lan của sóng âm trong chất lỏng chuyển động
Khảo sát sự truyền lan của sóng âm trong chất lỏng chuyển động có một ý nghĩa khơng
kém phần quan trọng đối với thực tiễn, bởi vì trong nƣớc biển (chƣa kể đến sơng) thƣờng có
những dịng nƣớc có tốc độ đạt tới vài nơ. Khi sóng âm lan truyền trong chất lỏng chuyển ñộng,
tốc ñộ tuyệt ñối của sự chuyển dịch các thành phần làn sóng dọc theo tia sóng sẽ bằng tổng hình
học véctơ của tốc độ theo và véc tơ của tốc ñộ tƣơng ñối. Véctơ của tia tốc ñộ bây giờ sẽ khơng
trùng với pháp tuyến của làn sóng nữa. Khi đó hình dạng của tia âm sẽ khác với ñƣờng thẳng,
ñồng thời sự dịch chuyển này cũng làm thay ñổi tần số của sóng âm. Nhƣ vậy, chuyển ñộng của
mơi trƣờng dẫn tới sự thay đổi quang cảnh của trƣờng âm - thay ñổi hai tham số quan trọng của
sóng là: tốc độ truyền lan và tần số.
1.2.6. Sự truyền lan sóng âm trong nƣớc biển
Trong biển sâu, lớp nƣớc biển khơng thể xem là một lớp nƣớc đồng nhất có độ dính đƣợc.
Vì có những phần tử của bùn, khống chất, có những bọt khí, có gradian nhiệt ñộ và ñộ mặn, tỉ
trọng tăng giảm thất thƣờng... nên ta có thể coi nƣớc biển là mơi trƣờng khơng đồng nhất. Mơi
trƣờng khơng đồng nhất đó địi hỏi ta phải khảo sát đặc biệt sự truyền âm trong đó, ví dụ phải
xét hàm số tốc độ c=f(x, y, z, t), sự nhiễu xạ sóng âm, sự phân tán sóng âm phụ trong trƣờng
âm... Tất cả những hiện tƣợng đó ñều có ý nghĩa thực tế lớn.
Tốc ñộ truyền sóng âm trong nƣớc biển - tính chất thuỷ âm cơ bản có tầm quyết định lớn

thực chất của sự truyền lan sóng âm và độ chính xác của các máy thuỷ âm hoạt ñộng.
Tốc ñộ truyền âm trong nƣớc biển đƣợc tính theo cơng thức:
1
1
C
C2 
suy
ra
.K
.K
Trong đó:

(4)

- C: tốc độ âm

-

ρ: tỉ trọng của môi trƣờng

-

K: hệ số nén

Sự khảo sát thực tế cho ta thấy rằng những ñại lƣợng nằm trong cơng thức tính tốc độ
truyền âm đều là hàm số của ñộ mặn S0/00, của nhiệt ñộ t0 và áp lực P0, nghĩa là:
K = f1(t0, S0/00, H, P0) và ρ = f2 (t0, S0/00, H, P0)
+ Nếu nhiệt độ tăng thì ρ giảm, K giảm do đó C tăng (chủ yếu)
+ Nếu độ mặn S0/00 tăng thì ρ tăng (khơng đáng kể so với K), K giảm do đó C tăng
+ Nếu độ sâu tăng thì S0/00 tăng, P0 tăng, cịn nhiệt độ tăng về mùa ðơng, giảm về mùa Hè.

Theo chiều sâu ảnh hƣởng của C chủ yếu là P0. Theo bề ngang ảnh hƣởng của C chủ yếu là nhiệt
ñộ.
Tỉ trọng của nƣớc biển tăng lên khi áp lực P0 tăng cũng nhƣ khi ñộ mặn S0/00 tăng, cịn khi
nhiệt độ t0 tăng khi nó giảm. Nhƣng sự thay ñổi của ρ so với sự thay ñổi của hệ số nén K sẽ rất
nhỏ và ta có thể bỏ qua. K sẽ giảm khi t0, S0/00 và P0 tăng, trong đó P0 ít ảnh hƣởng tới sự thay
đổi nhất. Trong thực tế thì các đại lƣợng t0, S0/00 và P0 của nƣớc biển là không cố định theo thời
gian cũng nhƣ khơng gian và nếu nhƣ theo hƣớng nằm ngang trong một khoảng cách ngắn ta có
thể xem gradian của những đại lƣợng trên là bằng 0 thì theo hƣớng thẳng đứng nhiệt độ, độ
mặn và áp lực thuỷ tĩnh phụ thuộc rất nhiều vào ñộ sâu. Trong ñó có S0/00 và P0 sẽ tăng lên cùng
với độ sâu, cịn t0 có thể là tăng, cũng có thể là giảm. Về mùa hè khi mà lớp nƣớc trên của biển
bị nung nóng nhiều thì nhiệt ñộ sẽ giảm khi ñộ sâu tăng, mà nó có thể thay ñổi 0,10 khi ñộ sâu
thay ñổi 1m. Về mùa đơng thì ngƣợc lại, nhiệt độ sẽ tăng lên khi độ sâu tăng. Nhƣng gradian của
nhiệt độ thƣờng khơng qua 0,010 trên 1 mét. Sự thay ñổi K và ρ do nhiệt độ khơng cố định, độ
Page 12


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
mặn và áp lực thuỷ tĩnh thay ñổi là quan hệ hàm số:

Page 13


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
C = f (t0, S0/00, H, P0).
C = 1440 ñến 1585 m/s

bảng 34A-34B MT 63

Tốc ñộ lan truyền của âm trong nƣớc biển ñƣợc lấy gần đúng là 1500 m/s
1.2.7. Ứng dụng của sóng âm.

Sóng âm đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kinh tế quốc dân, quốc phịng, đặc biệt
là sóng siêu âm có tác dụng rất lớn.
Trong ngành hàng hải, ngƣời ta dùng sóng siêu âm để đo sâu, đo sâu kết hợp với dị cá, chế
tạo ra máy đo ñộ dày tôn, dùng sang siêu âm ñể kiểm tra chất lƣợng mối hàn..
CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT MÁY ðO SÂU
2.1. Khái quát chung về máy ño sâu
2.1.1. Khái niệm: Máy ño sâu là một thiết bị ñiện dùng ñể xác ñịnh ñộ sâu của lớp nƣớc dƣới ñáy
tàu. ðể làm ñƣợc ñiều này ngƣời ta ứng dụng tính chất phản xạ của sóng âm và thơng qua việc
đo thời gian lan truyền của sóng âm từ khi phát tới khi thu đƣợc để tính ra độ sâu của đáy biển
dƣới ki tàu:
2.1.2 Cấu tạo và vị trí lắp đặt trên tàu: nhìn chung máy đo sâu gồm 3 khối chính là khối nguồn,
khối ñiều khiển và chỉ báo và khối thu phát.
a. Khối nguồn: có nhiệm vụ chuyển đối nguồn ñiện của tàu thành các dạng ñiện áp phù hợp ñể
cung cấp cho sự hoạt ñộng của máy ño sâu. Khối này thƣờng đƣợc lắp đặt trên buồng lái, trong
phịng thiết bị điện.
b. Khối điều khiển và chỉ báo: có nhiệm vụ điều khiển sự hoạt động thống nhất tồn bộ máy ño
sâu và hiển thị ñộ sâu ño ñƣợc.
Sự hoạt ñộng thống nhất thể hiện ở chỗ:
- Trong thời gian phát xung thì mạch thu ngừng hoạt động và khi phát
chuyển sang thu tín hiệu phản xạ trở về.
-

xong thì lập tức

Vệt đánh dấu khơng độ sâu phải tƣơng ứng với vị trí 0 trên thang đo.

Việc chỉ báo ñộ sâu có thể ñƣợc thực hiện bằng những cách sau:
-

Chỉ báo bằng số: giá trị ñộ sâu ñƣợc hiển thị bằng số tƣơng ứng với ñơn vị ñộ sâu ñã chọn.


-

Chỉ báo bằng ñèn (phƣơng pháp chỉ thị): tín hiệu phản xạ trở về thu ñƣợc sẽ làm sáng ñèn
trên mặt chỉ báo và ta có ñộ sâu ño ñƣợc tƣơng ứng với vị trí ñèn sáng của thang ño.

-

Chỉ báo bằng cách ghi lại vệt ñộ sâu trên băng giấy (phƣơng pháp tự ghi): tín hiệu phản xạ
trở về thu ñƣợc sẽ làm cháy băng giấy tự ghi và để lại một vệt đen. ðó là hình ảnh ñƣờng
viền ñáy biển. ðộ sâu của ñáy biển chính là chỉ số trên thang đo tƣơng ứng với vị trí băng
giấy bị đốt cháy.

-

Phƣơng pháp điện tử: tín hiệu phản xạ trở về thu ñƣợc sẽ làm xuất hiện vệt sáng ngang trên
màn hình và chỉ số trên thang đo tƣơng ứng với vị trí vệt sáng là độ sâu ño ñƣợc.

Khối này ñƣợc lắp ñặt trên buồng lái, trong phịng hải đồ.
c. 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 ñiều khiển và chỉ báo. Khối

Page 14


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
này thƣờng gồm bộ tạo xung ñiện áp cao, màng dao ñộng thu, phát và bộ khuếch ñại. Màng dao

Page 15



BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
ñộng thƣờng dùng là màng dao ñộng gião từ. Khối này thƣờng ñƣợc ñặt trong một khoang nhỏ
dƣới ñáy tàu. Khoang này thƣờng ñƣợc ñặt ở trƣớc mặt phẳng sƣờn giữa, cạnh ki tàu. Thơng
thƣờng ngƣời ta kht một lỗ nhỏ ở đáy tàu và màng dao động đƣợc đặt trong đó với màng bảo vệ
bên ngồi và cơ cấu định vị chắc chắn nó với vỏ đáy tàu.
2.2. Ngun lý hoạt động của máy đo sâu hồi âm

Hình vẽ 2.1
Ở dƣới đáy tàu ngƣời ta đặt một màng dao động thu phát sóng siêu âm. Tại thời điểm t1 ta phát
sóng siêu âm xiên qua nƣớc. Sóng siêu âm truyền lan xuống đáy biển gặp đáy biển khơng đồng
chất với nƣớc, một phần năng lƣợng bị hấp thụ, một phần sóng siêu âm phản xạ trở lại mơi
trƣờng nƣớc về màng thu sóng siêu âm dƣới đáy tàu. Từ hình vẽ (2) ta có cơng thức tính độ sâu
nhƣ sau:
h=C

t
2

(5)

Trong đó: C là tốc ñộ truyền âm trong nƣớc (C= 1.500 m/s)
Page 16


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
∆t là khoảng thời gian phát, thu sóng siêu âm

Page 17



BÁO CÁO CHUN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
Nhìn vào cơng thức (5) ta thấy muốn ño sâu ta chỉ cần ño khoảng thời gian từ khi phát đến
khi thu đƣợc tín hiệu của sóng siêu âm phản xạ trở về là xong.
Nếu vận tốc C tính bằng m/s thì độ sâu h tính bằng m
Nếu vận tốc C tính bằng feet/s thì độ sâu h tính bằng feet
Trong ngƣời ta dùng cơng thức (5) để khắc thƣớc độ sâu do vậy thƣớc khắc ñộ sâu là ñều
nhau.

Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của máy ño sâu nhƣ sau:

Trung tâm ñiều
khiển

Máy phát

Khối chỉ báo

Khối khuếch đại

Màng thu phát
( có chuyển mạch- đối với
màng thu phát kép)

ðáy biển

Hình vẽ 2.3

1. Trung tâm điều khiển & Khối chỉ báo: ñiều khiển sự hoạt ñộng thống nhất giữa máy
phát, máy thu và máy chỉ báo- chỉ báo ñộ sâu ño ñƣợc dƣới dạng số, băng giấy tự ghi, ... .

Page 18


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
2. Máy phát: tạo ra xung ñiện áp cao ñể ñƣa xuống màng dao động thu phát. Nếu máy phát
có cơng suất lớn sẽ ñƣợc bố trí ñặt trong một hộp riêng.
3. Màng dao ñộng thu phát: biến tín hiệu ñiện từ máy phát thành dao ñộng cơ học tạo ra
xung siêu âm phát vào mơi trƣờng và thu tín hiệu xung siêu âm phản xạ trở về và biến đổi thành
tín hiệu điện ñể ñƣa tới bộ khuếch ñại.
4. Bộ khuếch ñại: khuếch ñại tín hiệu nhận ñƣợc từ màng dao ñộng thu phát lên ñủ lớn ñể
ñƣa tới trung tâm ñiều khiển.
2. 3. Nguyên lý cấu tạo màng dao ñộng thu, phát sóng siêu âm
2.3.1, Phƣơng pháp1: Nguyên lý co, giãn từ thuận, nghịch.
A. Nguyên lý co, giãn từ thuận:
Ngƣời ta lấy một thanh Niken hoặc Cobalt hoặc một thanh kim loại khác nhiễm từ tính.
Sau đó cho dịng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây quấn xung quanh nó. Ngƣời ta thấy thanh
chạy qua cuộn dây.
Niken
Hình vẽ 2.4

s
∆l = Y(ωo)
Y là quy luật thay đổi chiều dài
ωo là tần số góc của nguồn xoay chiều.

Ngƣời ta áp dụng nguyên lý này ñể chế tạo ra màng phát sóng siêu âm. Nhƣợc ñiểm nguồn
cung cấp cho màng phát lớn, kích thƣớc màng phát cồng kềnh, tần số phát ra màng phát trong
phạm vi f = 23 ñến 35kHz.
B. Nguyên lý co, giãn từ nghịch:
Ngƣời ta ñặt một thanh Niken hoặc một thanh Cobalt vào trong lịng một cuộn dây. Sau

đó dùng lực cơ học tác động kéo, nén thanh Niken, thì thấy trong lịng cuộn dây xuất hiện một
suất điện động cảm ứng. Suất ñiện ñộng này phụ thuộc vào tần số kéo, nén. Ngƣời ta áp dụng
nguyên lý này ñể chế tạo ra màng thu sóng siêu âm.
Trong thực tế hiện nay ít áp dụng phƣơng pháp trên.

V
Hình vẽ 2.5

Page 19


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
2.3.2. Phƣơng pháp 2: Nguyên lý hiệu ứng áp ñiện.

Page 20


BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
A. ðặt một tinh thể thạch anh vào hai bản cực của một tụ ñiện và ñƣa dòng ñiện xoay chiều
chạy qua hai bản cực này, ta thấy tinh thể thạch anh dao ñộng, mặt ngoài của tinh thể thạch anh
sát hai bản cực của tụ điện xuất hiện điện tích trái dấu với hai bản cực của tụ ñiện, chu kỳ xuất
hiện trái dấu phụ thuộc vào tần số của nguồn ñiện xoay chiều. Dƣới tác dụng của ñiện trƣờng
thạch anh và ñiện trƣờng ngoài, làm cho tinh thể thạch anh bị co giãn liên tiếp phát ra sóng siêu
âm.

+

A

________


++++++++ +

++++++++

__________
+

B

Hình vẽ 2.6
Ngƣời ta ứng dụng nguyên lý này ñể chế tạo màng dao động phát sóng siêu âm.
Ƣu điểm: Kích thƣớc màng dao ñộng gọn nhẹ, tần số dao ñộng tƣơng ñối cao, f = 120 đến
312 kHz (Có thể đạt tới 50MHz). Nguồn cung cấp thấp (năng lƣợng tiêu thụ thấp)
B. ðặt một tinh thể thạch anh giữa hai bản cực. Dùng lực cơ học ñể kéo nén tinh thể thạch
anh, thì thấy mặt ngồi tinh thể thạch anh xuất hiện một ñiện áp trái dấu phụ thuộc vào tần số kéo
nén.
Ngƣời ta ứng dụng nguyên lý này ñể chế tạo màng thu sóng siêu âm.

________

++++++++ +

++++++++

__________

Hình vẽ 2.7
2.4. Những thơng số cơ bản của máy ño sâu hàng hải.
Máy ño sâu hồi âm đƣợc đặc trƣng bởi những thơng số khai thác và kỹ thuật nhất định. ðó là

những thơng số xung, khoảng ño sâu, tần số phát xung, phƣơng hƣớng tính của màng dao động,
khả năng đo độ sâu, ñộ chính xác ño ñạc. Ý nghĩa và ñặc ñiểm cấu tạo của máy ño sâu hồi âm
phụ thuộc vào các thông số kỹ thuật và khai thác. Ta hãy khảo sát kỹ hơn về các thơng số của
máy đo sâu hồi âm hàng hải để có thể lựa chọn chúng ñƣợc.
Phần lớn các máy ño sâu hồi âm hoạt ñộng ở chế ñộ xung. Ngƣời ta phân biệt xung theo dạng
đƣờng viền của nó, theo tần số trong xung, theo ñộ kéo dài xung và tần số lặp lại của xung.
Thƣờng ngƣời ta hay dùng loại xung vuông và xung nhọn răng cƣa. Xung vuông là xung của dao
Page 21


BÁO CÁO CHUN ĐỀ MÁY ĐO SÂU
động khơng tắt. ðƣờng viền của chúng có dạng góc vng và có chứa 30 - 40 dao ñộng. Xung
nhọn răng cƣa ñƣờng viền của nó có dạng răng nhọn, chứa dao động tắt dần.
2.4.1. ðộ rộng của xung phát τx: là khoảng thời gian phát xong một xung phát, ñơn vị là giây.
2.4.2. Chu kỳ lập xung Tx: là khoảng thời gian từ khi kết thúc phát xong xung phát thứ nhất ñến
khi kết thúc phát xung thứ hai, ñơn vị là giây.
x

PX

t

Tx
2.4.3. Tần số lập xung Fx: là số xung ñƣợc phát ra trong thời gian một giây, ñơn vị là xung/giây.
Fx = 1/Tx
2.4.4. Hệ số ñịnh hƣớng của màng thu, phát sóng siêu âm: là khả năng phát tập trung năng
lƣợng theo một chùm búp vói các góc mở rất hẹp. Với cùng một cơng suất phát, nếu phát định
hƣớng thì tầm xa quan sát của sóng siêu âm lên rất lớn. Năng lƣợng do màng phát phát ra ñƣợc
tập trung vào búp chính khoảng 95 % đến 97 %.
4. .S

GA= k .k ..2

Ta có:

(6)

1 2

Trong đó: k1, k2 là hệ số phụ thuộc vào hình dáng của màng thu phát. (Hình trịn, hình vng,
hình chữ nhật). S là diện tích hiệu dụng của màng phát.
Half power angle
Main beam direction

Pmax
95%

α
Pmax
95%

Pmax

Direction of
minimum powwer
Búp phát của sóng siêu âm
Hình vẽ 2.8
có tần số cao

Búp phát của sóng siêu âm
có tần số thấp


Từ cơng thức (6) ta có hai phƣơng pháp để tăng hệ số định hƣớng. Thứ nhất là tăng diện tích S,
phƣơng pháp này làm cho màng phát cồng kềnh mà lợi ích khơng nhiều do đó ít đƣợc ứng dụng.
Thứ hai là giảm bƣớc sóng λ. Nếu xét tổn hao năng sóng âm trong mơi trƣờng truyền sóng thì tần
số càng cao tổn hao càng lớn. Ngƣời ta chứng minh ñƣợc rằng sự tổn hao năng lƣợng của sóng
âm ln tỉ lệ mũ bậc ba với tần số.
Page 22


Hiện nay, tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng mà ngƣời ta sử dụng các máy đo sâu có tần số làm
việc khác nhau. Trong lĩnh vực hàng hải máy của Nga thƣờng chọn tần số từ 23 ñến 45 kHz, máy
của Nhật thƣờng chọn tần số từ 50 ñến 60 kHz. ðối với ngành ngƣ nghiệp để dị luồng cá ngƣời
ta chọn tần số từ 100 ñến 120 kHz. ðối với ngành khảo sát luồng lạch ngƣời ta thƣờng sử dụng
tần số ño sâu từ 200 ñến 220 kHz.
Kết luận: Tóm lại tần số càng cao thì thang đo sâu càng nhỏ.
2.4.5. Góc mở ngang của búp phát α = 250 đến 450 ứng với 0,5 cơng suất P, tuỳ thuộc vào ñộ
sâu và tần số lựa chọn của máy.
2.4.6. Cơng suất phát của máy phát: từ 50 đến 300W (Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng)
2.4.7. ðộ nhạy của máy thu: quyết ñịnh ño ñƣợc ñộ sâu lớn hay nhỏ.
Lƣu ý: về ñộ sâu tối thiểu cuả máyño sâu Hmin
Bất kỳ một máy đo sâu nào cũng có một ñộ sâu tối thiểu, nhỏ hơn ñộ sâu này thì máy đo sâu
khơng đo đƣợc.
Màng dao động của máy ño sâu có chức năng vừa phát vừa thu, do đó khi máy đo sâu phát
hết một xung thì mới chuyển sang thu tín hiệu trở về, vì vậy hmin ≥ C.(τ x + τq )/ 2.
Trong đó τx là chiều rộng của một xung phát, τq là độ ì của bộ chuyển mạch giữa thiết bị
phát và thiết bị thu. Giá trị ñộ sâu tối thiểu của một máy đo sâu đặt trên tàu có giá trị khác nhau,
thơng thƣờng hmin = 0,1 - 0,3 m.
2.5. Các sai số của máy ño sâu hồi âm
2.5.1 Sai số do tốc độ truyền lan sóng âm trong mơi trƣờng nƣớc biển
Trong cơng thức tính tốn độ sâu, tốc độ truyền âm trong nƣớc biển C lấy trung bình là 1500

m/s, nhƣng thực tế khảo sát ta thấy rằng tốc ñộ truyền lan sóng âm trong nƣớc biển đều là hàm số
của ñộ mặn S0/00, của nhiệt ñộ t 0, ñộ sâu h, áp lực P0 và các yếu tố khác không mơ tả đƣợc bằng
phƣơng trình tốn học, nghĩa là:
C = f (t0, S0/00, H, P0 ..)
C

Công thức sai số ∆h = hño   1 , C vận tốc truyền âm thực tế, C0 = 1500 m/s
c

 0 
Nếu chỉ xét riêng quan hệ tốc ñộ truyền âm và ñộ sâu, thì tốc độ truyền âm giảm khi độ sâu tăng.
Trong nghành hàng hải thƣơng mại (tàu hàng) sai số do tốc độ truyền âm gây ra khơng đáng kể,
ta có thể bỏ qua. Cịn trong ngành khảo sát, thì cần phải hiệu chỉnh sự ảnh hƣởng của ñộ mặn
S0/00, của nhiệt ñộ t0 và ñộ sâu h tới tốc độ truyền âm, để có thể chỉ ra số chính xác của ñộ sâu
thực tế.
2.5.2. Sai số do tàu lắc ngang:
Ngƣời ta chứng minh ñƣợc rằng khi tàu lắc ngang gây ra sai số ñáng kể cho máy ño sâu.
Từ hình vẽ (9) ta có độ sâu thực tế bằng ñộ sâu ño ñƣợc Ht = Hñ. Khi tàu nghiêng ngang
nhƣ hình vẽ (10) ta thấy Hđ = Ht + ∆h, ∆h chính là sai số của độ sâu đo ñƣợc khi tàu lắc ngang.
Tàu lắc ngang càng lớn thì sai số ∆h càng lớn.

α

www.hanghaikythuat.edu.tf


Hđ
∆h
Hđ


Ht

Hình vẽ 2.9

Hình vẽ 2.10

Khi tàu lắc ngang lớn thì cƣờng độ tín hiệu phản xạ trở về yếu do ñó rất khó ño sâu. ðể loại
trừ sai số do tàu lắc ngang ngƣời ta ñọc ñộ sâu ghi trên băng giấy là bé nhất.
2.5.3. Sai số do ñáy biển bị nghiêng
Phần lớn các máy ño sâu hồi âm ngày nay hoạt ñộng với tần số siêu âm và do đó có một
tính phƣơng hƣớng nhất định đƣợc đặc trƣng bởi yếu tố phƣơng hƣớng tính G. Do có hình chóp
khuếch tán nên khi đáy biển nghiêng, nhiều máy đo sâu hồi âm sẽ khơng ghi nhận độ sâu AD
dƣới ki tàu mà ghi nhận một khoảng ñộ sâu AC nào đó (hình vẽ 11). Giả sử rằng α > β ta hãy tìm
trị số của số hiệu chỉnh đo ñộ sâu ño ñƣợc: ∆hβ  AD  AC  hth  hdo
A
hth
Hình vẽ 2.11

hđ
2α

∆hβ

ðƣa vào phƣơng trình trên trị số sau đây:
hth 
Ta có:

hdo
cos 


∆hβ = hđo (secβ - 1)

(7)

Phân tích cơng thức (8) ta thấy rằng ở trong các máy ño sâu hiện nay, sai số h sẽ khơng ảnh
0
0
hƣởng tới độ sâu đo đƣợc nếu nhƣ   8 và   30
2.5.4. Sai số trong tính thời gian
Trong máy ño sâu ngƣời ta dùng một ñộng cơ điện để tính thời gian thu, phát, làm quay
cam điều khiển phát tín hiệu, có thể là cam từ hoặc cam cơ tuỳ từng loại, để có độ chính xác tốc
ñộ của ñộng cơ phải bằng một hằng số, tốc độ này khơng phụ thuộc vào điện áp cung cấp của
nguồn mà phụ thuộc vào thang ñặt ñộ sâu trên máy, thang đặt độ sâu càng lớn thì tốc ñộ quay
càng nhỏ và ngƣợc lại nhƣng phải là hằng số trong thang đó. Nhƣng trong thực tế nguồn cung
cấp bên ngồi vào động cơ ln thay đổi do vậy tốc ñộ ñộng cơ thay ñổi. Ngày nay, ngƣời ta
www.hanghaikythuat.edu.tf


dùng bộ ổn áp ñiện ñể tự ñộng ñiều chỉnh do vậy điện áp vào động cơ ln ổn định thì sai số này
bị loại bỏ.
2.5.5. Sai số vạch khơng
Tại thời điểm phát sóng đo sâu về mặt ngun lý thì kim chỉ thị phải đặt đúng ở vị trí 0 (m),
đối với máy đo sâu chỉ thị hình thì gốc của vệt quét phải ứng với vị trí 0 (m). Nhƣng thực tế kim
ghi hoặc gốc của vệt quét nằm trên vị trí 0 (m) (nếu máy phát phát sớm), hoặc nằm dƣới vạch 0
(m) (nếu phát muộn), cả hai trƣờng hợp trên ñều dẫn ñến sai số.
ðể giảm sai số này ngƣời ta hiệu chỉnh kim chỉ thị ñúng vào vị trí “0” của thƣớc ño lúc
máy phát bắt ñầu hoạt ñộng.
Sai số chung của máy ño sâu hồi âm bằng tổng các sai số ñã nêu trên ñây.
2.6. Sơ ñồ khối máy ño sâu trên tàu
2.6.1. Khối chỉ báo ñộ sâu bao gồm: băng giấy tự ghi hoặc đèn hình, đèn quang, bộ khuếch đại

tín hiệu độ sâu, và máy phát ñặt chung vào một hộp gọi là khối chỉ báo, ngồi hộp có cơng tắc
cấp nguồn (power), cơng tắc đặt thang độ sâu (range), núm khuếch ñại (gain), núm ñiều chỉnh ñộ
sáng máy chỉ báo (dimmer), núm ñánh dấu (mark), núm White line, núm ñiều chỉnh tốc ñộ băng
giấy (chart speed), núm hiệu chỉnh mớn nƣớc của tàu (draft). Khối chỉ báo thƣờng ñƣợc ñặt ở
buồng hải ñồ hoặc ở buồng lái.
2.6.2. Màng dao ñộng thu, phát sóng siêu âm
Màng dao động thu phát của máy đo sâu thƣờng có đƣờng kính = 0,1 đến 0,2 m, kích thƣớc
gọn nhẹ, khi hoạt động tiêu tốn năng lƣợng ít. ðƣợc đặt ở gần ki tàu, thƣờng ở những nơi ít bọt
nƣớc tụ tập để tránh tổn hao năng lƣợng của sóng siêu âm do bị bọt nƣớc hấp thụ, tránh ảnh
hƣởng tiếng ồn từ chân vịt và bọt nƣớc do tàu chạy gây ra.

KHỐI CHỈ BÁO

BUỒNG LÁI

KI TÀU
MÀNG THU PHÁT
Hình vẽ 2.12
2.7. Những chú ý khi sử dụng máy đo sâu
2.7.1. Hiện tƣợng giao thoa sóng âm khi đo sâu
Giả sử có hai tàu chạy gần nhau, ñang sử dụng máy ño sâu có tần số làm việc xấp xỉ nhau.
Sóng siêu âm phát đi trong nƣớc của hai tàu có một vùng bị đan chéo vào nhau nhƣ hình vẽ 12.

www.hanghaikythuat.edu.tf