BI GIảNG CHI TIếT MÔN MáY ĐIệN HNG HảI PHầN - MáY ĐO SÂU Chơng 1: lý thuyết sóng âm sóng âm 1.Khái niệm Âm tợng vật lí, trờng hợp riêng dao động học chuyển động môi trờng đàn hồi Nguồn âm hệ thống dao động học đặt môi trờng chất lỏng Trong trình dao động, hệ thống truyền phần lợng tới phân tử môi trờng bao quanh Những phân tử bắt đầu lệch khỏi vị trí ban đầu chúng Những phân tử môi trờng nối với lực đàn hồi Nếu chúng lệch khỏi vị trí cân lực tác dụng từ phân tử bên cạnh làm cho trở lại ví trí ban đầu Sau đó, theo quán tính chuyển động tiếp phía ngợc lại Nh phần tử dao động xung quanh vị trí cân Bởi điều kiện thực tế, môi trờng có lực đàn hồi tác dụng mà có lực ma sát nên sau kích động dao động phân tử tắt nhanh Sự dịch chuyển phân tử làm cho phân tử bên cạnh lệch khỏi vị trí cân chúng Từ ta thấy kích động xảy nơi định môi trờng truyền lan tới phân tử xa nguồn kích động Quá trình gọi truyền âm Tốc độ truyền kích động từ phân tử đến phân tử khác gọi tốc độ âm Nếu nh lực kích động tác dụng theo chu kỳ trình truyền âm theo chu kỳ theo thời gian mà không gian, nghĩa mang tính chất sóng Bởi phân tử bắt đầu chuyển động chậm phân tử trớc nó, nên môi trờng hình thành vùng dày đặc vùng tha thớt cách Khi hình thành vùng dày đặc áp lực nồng độ môi trờng tăng lên vùng tha thớt giảm Không gian hình thành âm áp gọi trờng âm Những đặc tính trờng âm Những đặc tính trờng âm: truyền âm trình phức tạp, gồm tợng vật lý khác Những đặc tính quan trọng là: - Các phân tử chất lỏng không ảnh hởng tới sóng âm, chúng dao động quanh vị trí cân chúng - Tốc độ âm tốc độ dao động phân tử môi trờng, tốc độ truyền kích động từ phân tử đến phân tử khác - Khi truyền kích động trờng âm hình thành chuỗi dày phân tử chuỗi tha cách Quá trình dẫn tới thay đổi áp lực nồng độ môi trờng Sự nén kéo theo chu kỳ phá vỡ cân nhiệt động môi trờng nh gây nên thay đổi nhiều mức phân tử Phân loại sóng âm Sóng âm phân theo hình dạng tần số Trong trờng hợp riêng, ngời ta phân sóng theo ba dạng sóng dọc, sóng ngang, sóng phức tạp Trong chất lỏng, độ lệch không bị biến dạng, truyền lan sóng dọc Hình dạng sóng âm đợc xác định dạng sóng Làn sóng vùng mặt mà điểm có pha dao động Đờng vuông góc với sóng trùng với hớng truyền lan sóng gọi tia âm Sóng siêu âm sóng âm có tần số dao động lớn 16kHz) Trong hàng hải thờng sử dụng sóng siêu âm có tần số dao động lớn 20kHz Nếu nguồn âm điểm sóng âm có dạng hình cầu Nếu nguồn âm hình trụ sóng âm có dạng hình trụ Nếu nguồn âm mặt sóng âm có dạng mặt Những thông số trờng âm Để tiếp tục phân tích trờng âm, ta đa vào đại lợng vật lý thông dụng mà ta gọi thông số trờng âm Những thông số cần chọn cho chúng bao hàm hết tợng xảy trờng âm, dao động phân tử thay đổi áp lực, nồng độ chất lỏng lợng + Sự thay đổi áp lực môi trờng có âm tác động so với ban đầu đợc đánh giá âm áp p Đại lợng p đợc xác định biểu thức: p = p1 - p0 (1) Trong đó: (đơn vị : mbar) p0 trị số áp lực môi trờng sóng âm P1 trị số áp lực môi trờng có sóng âm Sự thay đổi nồng độ chất lỏng thờng đợc xác định độ đông đặc nó: ổ= 0 + Cờng độ sóng âm số lợng mà sóng âm chuyển qua đơn vị diện tích đặt vuông góc với hớng truyền lan đơn vị thời gian Nó đặc trng trờng âm Kí hiệu I đợc đo W/m2 + Sóng âm đợc đặc trng thông số sau: - Bớc sóng âm khoảng cách miền dày đặc miền tha thớt - Biên độ A độ lệch lớn phân tử so với vị trí cân - Chu kỳ T khoảng thời gian hoàn thành dao động môi trờng đàn hồi - Tần số f số lợng sóng truyền qua môi trờng đơn vị thời gian - Tốc độ truyền lan âm môi trờng phụ thuộc vào tính chất môi trờng Do phần tử môi trờng đàn hồi có trọng, khối khác nh lực đàn hồi chúng khác nên tốc độ truyền âm môi trờng khác Công thức tính tốc độ truyền âm: C= E (m/s) E: mô đun đàn hồi : tỉ trọng môi trờng Trong môi trờng chất lỏng: C= (m/s) .K K: hệ số nén, đại lợng nghịch đảo E chất lỏng không giới hạn tính chất sóng âm Tính phản xạ khúc xạ sóng âm Nếu trình truyền lan sóng âm gặp mặt phân chia môi trờng (ví dụ nh đáy biển) có kích thớc lớn nhiều chiều dài sóng ta quan sát thấy tợng phần lợng trở lại môi trờng phần lợng vào môi trờng Hiện tợng đợc gọi phản xạ khúc xạ sóng âm Khi tia âm truyền qua hai môi trờng đồng đợc đặc trng âm kháng Z1=1C1 Z2=2C2 Trên hình vẽ 1, giả sử C2 > C1, theo lý thuyết tia chiếu, áp dụng định luật quang học ta có : 1 Hình vẽ + Góc tới góc phản xạ: = + sin C1 = = sin C Trong đó: hệ số khúc xạ góc phản xạ góc khúc xạ tơng ứng Nh vậy, ta có: tỷ số sin góc tới t góc khúc xạ tỷ số tốc độ C1 C2 sóng âm Nếu nh đờng truyền lan sóng âm có nhiều lớp chất lỏng song song có tính chất thuỷ âm học khác ta có đẳng thức sau: C3 C1 C2 = = = = const sin t1 sin t sin t Các tỷ số hình học tìm đợc xuất phát từ giả thiết mặt phản xạ mặt phẳng Chúng với trờng hợp nh kích thớc vật cản lớn chiều dài sóng nhiều lần Sự phản xạ nh gọi phản xạ gơng Trong thực tế bề mặt phân cách xẩy tợng phân kỳ, phản xạ gơng, phản xạ cộng hởng, khúc xạ tán xạ mặt phân cách không nhẵn Kết luận: - Nếu tốc độ truyền âm môi trờng nh có nghĩa sin góc khúc xạ - Nếu sóng âm truyền từ môi trờng sang C1 > C2 tia khúc xạ lệch phía gần mặt ngăn cách - Nếu tăng góc tới tới = 90 sóng âm không vào môi trờng 2, tăng sóng âm phản xạ hoàn toàn Khi gọi góc giới hạn GH = arc sin C1 C2 = arcsin Quan hệ lợng: Quan hệ lợng sóng tới, sóng phản xạ sóng khúc xạ thờng đợc xác định hệ số phản xạ A khúc xạ B Trong trờng hợp sóng tới vuông góc với mặt ngăn hệ số đợc xác định nh sau: C 1C1 q = A = 2 C + C q + 1 2 B= Trong đó: q = (2) 1c1. c2 4q = ( 2c2 + 1c1 ) (1 + q )2 (3) 1c1 c2 Z1 = 1C1: âm kháng môi trờng Z2 = 2C2: âm kháng môi trờng Trên sở biểu thức ta rút kết luận: Nếu nh âm kháng môi trờng nhau, nghĩa 1.C1= 2.C2 toàn lợng chuyển từ môi trờng sang môi trờng hai Khi có điều kiện 1C1>> 2C2 1C1 2C2 phản xạ xảy với thay đổi pha 1800 Khi màng phát, phát sóng siêu âm sóng siêu âm chia làm hai hớng chính: - Hớng công suất búp phát xuyên xuống đáy biển để đo sâu - Một phần sóng siêu âm búp phụ gây truyền lan theo phơng ngang Sự phản xạ sóng âm từ đáy biển: Lớp đáy biển trực tiếp tiếp xúc với nớc có cấu trúc khác Nơi đá cứng, nơi bùn nhão, nơi khác lại hạt nhỏ lẫn với nớc Thực tế sóng âm tới đáy biển tuỳ thuộc vào loại đáy biển, mà phần lợng định truyền vào đáy biển bị đáy biển hấp thụ Phân tích lợng sóng âm tới đáy biển thật phức tạp lúc có hình thành sóng âm có dạng phức tạp gồm thành phần sóng dọc sóng ngang Lý thuyết cho ta hệ số tiêu hao sóng dọc đáy biển nh sau: = S1 Trong đó: c1 - : tần số - C1: tốc độ truyền lan sóng dọc đáy biển - S1: hệ số mát Ta tính đợc hệ số phơng pháp giải tích Nhng thờng ngời ta có đợc trị số phơng pháp thực nghiệm Đáy biển không phẳng gây nên phân tán lợng sóng nhiều Trong trờng hợp mà kích thớc độ gồ ghề đáy biển nhỏ chiều dài sóng phản xạ giống nh mặt phẳng Nếu nh độ gồ ghề đủ lớn phần lợng sóng tới phân tán hớng Sự phản xạ nh gọi khuếch tán Nh trờng âm sóng phản xạ đợc xác định yếu tố bản: âm kháng nớc biển, cấu trúc đáy biển hình thù Trong bảng dới cho ta thấy trị số hệ số phản xạ đáy biển: Đáy ảnh A% Đá granit Nét 70 - 80 Đá hộc lớn Nét Cát Nét Đáy ảnh A% Cát bùn Kém 10 - 20 60 - 70 Băng Kém 10 - 15 50 - 60 Bùn nhão Kém - 10 Sự phản xạ từ mặt biển sóng âm: Khi truyền lan âm biển mặt biển đóng vai trò quan trọng Vì nguồn máy thu âm hoàn toàn định hớng tốt nên máy thu có sóng phản xạ từ mặt biển tới Cờng độ sóng phản xạ phụ thuộc vào trạng thái mặt biển Sóng biển lớn, sóng gợn có ảnh hởng đến phản xạ Nói chung, sóng biển lớn có đặc tính tự do, tham số sóng biển biến đổi Thực tế gây nên khó khăn lớn việc phân tích toán học Nhng xét khoảng thời gian ngắn phản xạ từ mặt biển tơng tự nh phản xạ đáy biển không phẳng Vì mặt biển có nhiều hình thù khác nên lợng sóng âm hội tụ lại trờng hợp phân tán trờng hợp khác Kết luận: - Khi đo sâu ngời ta ứng dụng tia siêu âm búp tạo Muốn phải phát định hớng với góc mở nhỏ (thông thờng chọn từ 350 đến 450) - Đối với tia búp phụ gây nhiễu cho máy đo sâu, nhà chế tạo tìm cách hạn chế giảm thiểu công suất búp phụ (thờng nhỏ 3% công suất búp chính) Sự giao thoa sóng âm Nh ta biết vật lí chứng minh rằng, có nhiều nguồn sóng có biên độ nhỏ, tần số (hoặc tần số xấp xỉ nhau) truyền qua môi trờng đàn hồi đó, sóng âm hai nguồn đan xen vào nhau, vùng đan xen hai sóng gọi vùng giao thoa sóng âm, vùng giao thoa sóng âm lớn nhiễu giao thoa nhiều (Đối với sóng vô tuyến, sóng ánh sáng tuân theo quy luật này) Bây ta xét nguồn phát sóng âm điểm O1 có phơng trình nh sau: x = a cos t Nguồn phát sóng thứ hai điểm O2: x = a cos t 2 Tại điểm M không gian phơng trình truyền sóng nguồn O1 O2 sinh x = a cos ( t 1 r ) x = a cos ( t r 2 ; ) Trong đó: - a1 a2 biên độ dao động - tần số góc - r1 r2 khoảng cách truyền sóng từ điểm O1 O2 đến điểm M Vậy điểm pha dao động tổng hợp hai dao động sóng là: r r1 = ( ) - = r r Biên độ dao động đợc xác định theo công thức sau: A= a12 + a 22 + 2a1a cos (r1 r 2) Nhận xét: - Nếu r1 r2 không; r1 - r2 =k. (k số nguyên) 2 Amax = a1 + a + 2a1a = (a1+ a2) = a +a Biên độ cực đại, lợng lớn phát máy thu có tần số tạo nên nhiễu giao thoa lớn - Nếu r1 - r2 =( 2k +1) 2 Amin = a1 + a 2a1a = (a1 a 2) = a a Ta thấy biên độ cực tiểu tín hiệu sóng âm phản xạ máy thu bé không tồn nhiễu máy thu Trờng hợp nguồn phát có công suất lớn a1>> a2 a1[...]... Giả sử khi tàu (1) lệch khỏi hớng đi đã định, xen xin phát trong la bàn con quay (2) truyền đến xen xin lặp lại trong lòng máy lái tự động (8), qua khớp nối cơ khí (9), qua bộ cảm biến góc lệch (10 ) sinh ra một điện áp U1 = K1 ( là góc lệch hớng, K1 là hệ số cảm biến) Sau đó đa qua bộ phận khuếch đại (11 ), đa qua Rơ le điều khiển (12 ) đến điều khiển mô tơ (13 ) làm cho thiết bị bẻ lái (14 ) thực hiện... trong giới hạn 3785 về mỗi bên mạn), điện áp này đợc vào bộ khuếch đại (11 ) qua rơ le (12 ) đến điều khiển mô tơ (13 ) làm cho thiết bị bẻ lái (14 ) thực hiện quay bánh lái đi một góc , đồng thời xuất hiện tín hiệu phản hồi ở đầu ra khối (20):U2 = K2 đi đến bộ khuếch đại (11 ) theo đờng kín mạch (bỏ qua khối 19 , 18 ) Bánh lái ngừng quay khi UU = U1 - U2 =0, ta có = (khi K1= K2) và cứ nh thế ta có thể điều... nhau Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đo sâu nh sau: 12 Trung tâm điều khiển Máy phát Khối chỉ báo Khối khuếch đại Màng thu phát Đáy biển Hình vẽ 3 1 Trung tâm điều khiển: điều khiển sự hoạt động thống nhất giữa máy phát, máy thu và máy chỉ báo 2 Máy phát: tạo ra xung điện áp cao để đa 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... (20) SERVO MOTOR (13 ) (7) STANSFORMER BOX Hình vẽ 3 SƠ Đồ KhốI MáY LáI Tự Động L H G LEVER STEERING (6) WEATHER ADJUSTMENT (5) STEERING GEAR (14 ) (15 ) RUDDER SHIP (1) Bớc 4: Báo cho thuyền trởng máy lái đã chuẩn bị xong và ghi công việc kiểm tra, chuẩn bị máy lái vào nhật ký tầu PHầN 3: MáY ĐO tốc độ 1 KHáI QUáT CHUNG Về MáY ĐO tốc độ (tốc độ kế) Khái niệm: Tốc độ kế là một thiết bị điện dùng để xác... sự cố ở buồng máy lái - Nếu có h hỏng gì phải báo cáo cho thuyền trởng và khắc phục ngay - Sau khi thử xong các chế độ lái chuyển trạm điều khiển về chế độ lái tay 31 32 (8) (9) FRICTION CLUTCH COURSE SETING KNOB (3) HAND STEERING (16 ) STEERING REPEATER GYRO COMPASS (2) POTENTIO METER (17 ) MAGNETO METER (10 ) (4) OSCILLATOR RATE ADJ (18 ) RUDDER ADJ (19 ) (12 ) CONTROL RELAY AMPLIFIER (11 ) L H G L H G... Khối chỉ báo Buồng lái Ki tàu Màng thu phát Hình vẽ 12 8 những điều cần chú ý khi sử dụng máy đo sâu 1 Hiện tợng giao thoa sóng âm khi đo sâu Giả sử có hai tàu chạy gần nhau, đang sử dụng máy đo sâu có tần số làm việc xấp xỉ nhau Sóng siêu âm phát đi trong nớc của hai tàu có một vùng bị đan chéo vào nhau nh hình vẽ 12 19 Hình vẽ 13 Hình 14 Hình 15 Hình 16 Theo tính chất cơ bản của sóng âm thì sẽ xảy ra... muốn đo độ sâu chỉ cần đo đờng kính vệt quét là xong Máy đo sâu bằng chỉ thị đèn hình dùng khá phổ biến trên tàu biển hiện nay Hiện nay, ngời ta đã dùng máy đo sâu màu dựa trên nguyên lí này 11 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 cha - Kiểm tra các núm nút đã để đúng... đến máylái quá tải 30 ở chế độ tự động thì núm điều chỉnh thời tiết (5) và núm điều chỉnh (18 ) và (19 ) ta phải cài đặt theo điều kiện tải trọng, điều kiện thời tiết cho phù hợp (Thời tiết tốt để ở vị trí nhỏ) Chế độ lái tay (Hand): Khi ta bật sang chế độ lái tay, công tắc kép chuyển sang vị trí H (Hand), dùng tay vô lăng (16 ) qua bộ cảm biến góc bẻ lái của vô lăng (17 ) đa ra tín hiệu điện áp U1 = K1... thực hiện quay bánh lái (15 ) một góc về phía ngợc lại với góc lệch của tàu để đièu khiển tàu về hớng đi đã định Đồng thời lúc đó đầu ra của khối (13 ) nối cơ khí với bộ phận cảm biến góc lái (20) tạo ra một điện áp U2 = K2 ( là góc bẻ lái, K2 là hệ số phản hồi) sau đó điện áp này đợc đa vào bộ phận điều chỉnh góc lái (19 ) và điều chỉnh tốc độ bẻ lái (18 ) và đa về bộ khuếch đại (11 ), lúc này tín hiệu điều... giấy Thớc thang đo sâu Bộ tạo xung khởi động Mấu cam phát Máy phát GIảM TốC MÔ tơ 1 MÔ TƠ 2 Khuếch đại Màng phát, thu Hình vẽ 19 đáy biển a) Các khối cơ bản - Băng giấy và bút tự ghi: băng giấy của máy đo sâu có hai loại là giấy hoá điện và nhiệt điện ( Loại thứ nhất là băng giấy có tráng iốt Kali, nó phải luôn đợc giữ ở trạng thái hơi ẩm Khi dòng điện chạy qua trên mặt băng giấy để lại vết đen của iốt ... riêng 14 dùng để kiểm tra hoạt động máy Tín hiệu vận tốc tàu V từ 13 đợc đa tới tích phân 15 để tính quãng đờng tàu chạy 10 kHz 10 11 12 #V 14 V 13 Vc Máy phát (1) f0 6 6 S 15 t v.dt Máy khuếch... ngăn hệ số đợc xác định nh sau: C 1C1 q = A = 2 C + C q + 1 2 B= Trong đó: q = (2) 1c1. c2 4q = ( 2c2 + 1c1 ) (1 + q )2 (3) 1c1 c2 Z1 = 1C1: âm kháng môi trờng Z2 = 2C2: âm kháng... r1 - r2 =( 2k +1) 2 Amin = a1 + a 2a1a = (a1 a 2) = a a Ta thấy biên độ cực tiểu tín hiệu sóng âm phản xạ máy thu bé không tồn nhiễu máy thu Trờng hợp nguồn phát có công suất lớn a1>> a2 a1