Microsoft Word 6213 1 doc Bé quèc phßng trung t©m khoa häc kü thuËt & c«ng nghÖ qu©n sù *** b¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt §Ò tµi "Nghiªn cøu øng dông mét sè c¶m biÕn siªu ©m ®Ó thiÕt kÕ chÕ t¹[.]
Bộ quốc phòng trung tâm khoa học kỹ thuật & công nghệ quân *** b¸o c¸o tỉng kÕt khoa học kỹ thuật Đề tài: "Nghiên cứu ứng dụng số cảm biến siêu âm để thiết kế chế tạo hệ thống phát hiện, đo đạc tham số vật bay không thiết bị truyền tin dới n−íc phơc vơ kinh tÕ - x∙ héi, an ninh - quốc phòng" M số: KC.01.24 Quyển II Nghiên cứu thiết kế, chế tạo Thiết bị đo độ chụm đạn pháo phòng không Chủ nhiệm đề tài: Đại tá-PGS.TS Bạch Nhật Hồng 6213-1 25/11/2006 Hà nội, 5-2006 Mục lục Chơng số khái niệm sóng âm khả ứng dụng .1 Chơng Lý thuyết dạng sóng hình thành bắn pháo 2.1 Các sóng hình thành bắn pháo 2.2 Sự hình thành phơng trình biểu diễn sóng va đập .9 2.3 Sù lan trun cđa sãng va ®Ëp 15 2.4 ¶nh h−ëng môi trờng đến lan truyền sóng va đập 19 Chơng Khảo sát đặc trng sóng va đập .23 3.1 Các khảo sát tiến hành với súng binh .24 3.2 Khảo sát nhiễu tiếng nổ động .33 3.3 Các khảo sát tiến hành với pháo phòng không 36 3.4 Mét sè kÕt luËn 40 Chơng Thiết kế, chế tạo hệ thống 41 4.1 Các yêu cầu đặt hệ thống .41 4.2 Sơ đồ khối nguyên lý lµm viƯc chung 43 4.3 Thiết kế, chế tạo trạm không 45 4.3.1 Chế tạo đầu thu 46 4.3.2 Khèi xư lý tÝn hiƯu 49 4.3.2.1 Xư lý tÝn hiƯu t−¬ng tù .49 4.3.2.2 Xö lý tÝn hiÖu sè 50 4.3.3 Đờng truyền liệu .55 4.3.3.1 Bộ đệm điều khiển ph¸t 56 4.3.3.2 Modem thu ph¸t 61 4.3.3.3 Thiết bị thu phát vô tuyến điện 72 4.4 Thiết kế, chế tạo trạm mặt đất 73 4.4.1 Modem thu nhËn d÷ liƯu 74 4.4.2 Phần mềm quản lý hiển thị kết .75 4.4.3 Thiết bị ®o tham sè khÝ t−ỵng 77 4.5 Kiểm tra đánh giá hoạt động thiết bị 86 Lời cảm ¬n 90 tài liệu tham khảo .91 Phụ lục Phụ lục A: Một số hình ảnh thiết bị hoạt động thử nghiệm Phụ lục B: Một số đặc trng linh kiện dùng thiết bị Phụ lục C: Các vẽ khÝ cđa hƯ thèng thiÕt bÞ Phơ lơc D: Mét số chơng trình phần mềm hệ thống Phụ lục E: Tính kỹ thuật hệ thống MAE-15M SECAPEM Cộng hoà Pháp sản xuất chơng Một số khái niệm sóng Âm khả ứng dụng Trong thiên nhiên tồn hai dạng sóng lan truyền đợc không gian sóng điện từ sóng đàn hồi Sóng trình thay đổi trạng thái môi trờng không gian thời gian theo chu kỳ định Điểm khác biệt hai dạng sóng nh sau: Để lan truyền sóng điện từ không thiết phải có liên hệ đàn hồi hạt vật chất Trong lan truyền sóng đàn hồi phụ thuộc vào tính chất đàn hồi môi trờng Tai ngời cảm nhận đợc dao động đàn hồi dải tần số đủ thấp khoảng từ 16 Hz đến 16 Khz Dải tần số đợc gọi dải nghe thấy Trớc đây, ngời ta biết dải tần nên tất nghiên cứu thờng tập trung Sau này, ngời ta phát dải dao động dới dải nghe thấy chia sóng âm dải sóng nh sau: - Dải hạ âm, có tần số dới 16 Hz - Dải âm nghe thấy, có tần số từ 16 Hz đến 16 Khz - Dải siêu âm có tần số từ 16 Khz đến 10 Ghz - Dải siêu âm có tần số 10 Ghz Hạ âm chiếm vùng dao động không nghe thấy rÊt thÊp VÝ dơ nh− dao ®éng sinh động đất, có tên gọi khác chấn động Siêu âm chiếm vùng tần số 16 Khz đến 10 Ghz dải dao động ghi nhận đợc thiết bị công nghệ đại Dải siêu âm có tần số 10 Ghz vÉn ch−a cã thiÕt bÞ cã thĨ ghi nhËn đợc, khó khăn công nghệ kỹ thuật Dải dao động nằm dải tần số dao động nhiệt phân tử vật chất Các dao động đàn hồi giữ nguyên tính chất vật lý toàn dải tần, khác chỗ nghe thấy không nghe thấy mà Điều có nghĩa xạ lan truyền sóng đàn hồi đợc tuân theo quy luật sóng âm, nh biên độ dao động nhỏ so với bớc sóng tất tợng xảy nh Cịng nh− dao ®éng sãng ®iƯn tõ, dao động đàn hồi có khái niệm chu kỳ, tần số, vận tốc sóng,v.v Trong môi trờng khí chất lỏng, sóng âm đợc lan truyền nh sóng áp suất hạt chuyển động dọc theo hớng truyền sóng Do môi trờng có sóng dọc đợc lan truyền Điều ngợc lại với sóng điện từ môi trờng này, chủ yếu lan truyền sóng ngang Vận tốc truyền sóng âm khác với vận tốc lan truyền sóng điện từ Tơng ứng với môi trờng khác nhau, vận tốc âm khác - Trong không khí, vận tốc âm xấp xỉ 330 m/s - Trong n−íc, vËn tèc ©m xÊp xØ 1450 m/s - Trong sắt, vận tốc âm xấp xỉ 5000 m/s Trong sóng âm tồn ba dạng sóng lan truyền sóng cầu, sóng trụ sóng phẳng cự ly lớn từ nguồn sóng sóng trụ sóng cầu xem gần nh sóng phẳng Nh đà thấy, sóng âm sóng dọc trục, tức hớng dao động hớng truyền sóng trùng Điều có nghĩa sóng âm chất khí chất lỏng loại sóng dÃn nở Trong chất rắn có loại sóng khác lan trun vÝ dơ nh− sãng ngang, sãng co d·n chúng có tính chất đàn hồi hình dạng, mà chất khí chất lỏng Phụ thuộc vào tính chất dao động, hình dạng vật thể vµ kÝch th−íc so víi b−íc sãng sÏ xt hiƯn loại sóng tơng ứng Trong điều kiện cụ thể, tồn nhiều loại sóng Dới liệt kê số loại sóng bản: - Sóng dọc trục không gian vô hạn - Sóng ngang - Sóng bị uốn cong môi trờng - Sóng lớn môi trờng giới hạn mặt - Sóng mặt môi trờng giới hạn mặt - Sóng dọc xuyên tâm môi trờng giới hạn hai phía Khi lan truyền sóng âm dạng cầu, đại lợng nh vận tốc, áp suất dịch chuyển gia tốc bị thay đổi tỉ lệ nghịch với bán kính Còn cờng độ tỉ lệ nghịch với bình phơng bán kính Đây kết luận quan trọng nghiên cứu lan truyền sóng âm môi trờng khác Đối với sóng âm phẳng điều không xảy rời xa nguồn phát, lợng đợc phân bố theo bề mặt thời điểm Dựa sở này, môi trờng không giới hạn theo h−íng lan trun, sãng ph¼ng d−êng nh− lan trun xa vô hạn không tổn hao, nhng điều tồn Một môi trờng có tiêu hao phần lợng âm cách chuyển thành nhiệt làm thay đổi cấu trúc vật chất mà không lan truyền Vì lợng cờng độ sóng bị suy giảm tăng khoảng cách lan truyền Điều cho sóng phẳng, sóng trụ sóng cầu Biên độ dịch chuyển âm sóng phẳng khoảng cách tỷ lệ nghịch với khoảng cách theo quy luật hàm mũ giảm (chỉ số âm) cờng độ âm phụ thuộc vào bình phơng biên độ Chỉ số âm hàm mũ cho thấy suy giảm xảy nh đoạn đờng Suy giảm sóng âm không phụ thuộc vào tính chất môi trờng mà phụ thuộc vào tần số âm Toàn trình âm học liên quan chặt chẽ với vật chất mà sóng âm truyền Đờng sóng âm phụ thuộc vào dạng môi trờng tính chất âm học Các quy luật phản xạ, khúc xạ, tán xạ sóng âm tơng tự nh sóng ánh sáng Môi trờng truyền âm chất rắn, chất lỏng hay chất khí Các đặc trng âm học vật chất vận tốc (xác định dựa mật độ tính đàn hồi môi trờng ), điện trở sóng riêng (tích mật độ môi trờng vận tốc âm) hệ số suy giảm âm Do đại lợng khác nhiều môi trờng kể mà đặc trng lan truyền sóng âm khác Ngời ta phân biệt nghiên cứu lan truyền sóng âm theo môi trờng truyền âm riêng biệt (lỏng, khí, rắn) Vận tốc lan truyền sóng âm vận tốc lan truyền sóng đàn hồi, xác vận tốc lan truyền pha dao động, ví dụ nh biên độ dịch chuyển Vì vậy, xác vận tốc pha Ngoài vận tốc pha đa vào vận tốc mặt đầu sóng vận tốc nhóm (thay đổi bó sóng) Nếu môi trờng không tán sắc tất vận tốc nói chung không phụ thuộc vào tần số Sự suy giảm sóng âm lan truyền môi trờng đà cho, có phần lợng chuyển thành nhiệt, phần để làm biến dạng vật chất tán xạ tính chất bất đồng môi trờng Giá trị suy hao vật chất khác khác Nã phơ thc vµo tÝnh chÊt cđa vËt chÊt vào tần số âm Bằng lý thuyết, ngời ta đà chứng minh đợc tiêu hao sóng âm tỷ lệ với bình phơng tần số Nhng thực tế có tần số tiêu hao tỷ lệ với tần số theo quy luật tuyến tính Sóng âm đợc xạ nguồn âm phân bố không gian bao quanh nguồn âm Trờng âm vùng chứa sóng âm Ta hÃy xem đại lợng đặc trng cho hình dạng hình học trờng âm độ kéo dài không gian Trờng sóng âm đợc xác định lý thuyết cho kết gần Để xác định xác hình dạng trờng sóng âm thực nghiệm Đặc trng quan trọng trờng sóng âm tính chất hớng, xác định giới hạn hình học trờng âm phân bố lợng trờng Đặc trng hớng đợc xác định tỷ số kích thớc chấn tử xạ so với bớc sóng hình dạng Tuỳ thuộc vào hình dạng chấn tử phát xạ âm mà có đợc loại sóng cầu, trụ, phẳng Trong dải siêu âm, bớc sãng nhá, ng−êi ta th−êng sư dơng chÊn tư bøc xạ âm dới dạng vật rắn xạ bề mặt phía hai phía, vật liệu áp điện Nếu kích thớc bề mặt cđa mét chÊn tư nhá so víi b−íc sãng th× xem nh nguồn điểm xạ góc khối 1800 mặt đầu sóng có dạng nửa hình cầu Khi kích thớc ngang chấn tử tăng lớn bớc sóng góc khối không gian hẹp dần Nghiên cứu dạng trờng sóng âm, ngời ta nhận thấy trờng sóng âm đợc tạo nên bëi chÊn tư cã kÝch th−íc ngang lín h¬n b−íc sóng có phần hình chóp phân kỳ bắt đầu taị mặt chấn tử mà khoảng cách Gần chấn tử, dạng trờng có dạng hình trụ Vùng đợc gọi vùng gần hay vùng Frenel Vùng mà bắt đầu trờng phân kỳ gọi vùng xa hay vùng Fraunfer Những khái niệm này, giống nh trờng điện từ Khoảng cách quy định vùng gần vùng xa đợc tính theo c«ng thøc: Z0 = D − λ2 D − λ ≈ 4.λ 4.λ Gãc më cđa h×nh chóp đợc tính theo công thức sau: - Đối với chấn tử mặt hình tròn: = arcsin(1,22 - D ) Đối với chấn tử mặt hình vuông: = arcsin(1,22 ) A Trong A chiều dài cạnh chấn tử Trong sóng âm thanh, dải sóng đợc đặc biệt ý, siêu âm, tính chất u việt dải sóng Đó bớc sóng nhỏ biên độ sóng hữu hạn Các quy luật xạ lan truyền sóng siêu âm giống với quy luật quang học Trong dải sóng có loạt tính chất mà dải âm nghe thấy Do có bớc sóng nhỏ mà siêu âm thờng đợc dùng kỹ thuật đo đạc, thiết bị thu phát sóng siêu âm dễ dàng đạt đợc định hớng lớn nhằm tập trung lợng vào hớng hẹp, kéo dài bán kính hoạt động sóng âm vật phản xạ, khúc xạ sóng nh kỹ thuật anten sóng điện từ Để biến đổi sóng âm thành đại lợng điện ngời ta sử dụng loại đầu cảm biến âm siêu âm Các loại đầu cảm biến thờng dùng là: - Các chấn tử loại áp điện: Ngời ta sử dụng hiệu ứng áp điện ngợc vật liệu nh thạch anh, titanatbari, segnhet Các cảm biến loại đợc dùng dải siêu âm Để xạ công suất âm lớn thu định hớng sóng siêu âm, ngời ta cã thĨ ghÐp nèi tiÕp hc song song mét sè lợng theo yêu cầu đầu cảm biến riêng biệt theo không gian định - Các đầu cảm biến loại từ giảo dựa vào biến dạng vật liệu từ đặt dọc từ trờng - Các đầu cảm ứng điện động dùng cuộn dây điện động đặt khe từ trờng thờng đợc dùng dải âm nghe thấy với u điểm dải thông rộng, ví dụ nh microphone, loa, tai nghe Víi sù ph¸t triĨn cđa khoa học kỹ thuật, đầu cảm biến siêu âm đợc ứng dụng hiệu vào tất ngành khoa học kỹ thuật công nghệ đời sống dân sinh nh quốc phòng Đặc biệt có hiệu kỹ thuật đo đạc, xác định đối tợng không dới nớc Các cảm biến âm siêu âm đợc dùng để biến đổi đại lợng sóng âm thành đại lợng điện để phục vụ cho thiết bị đo lờng điện tử đo mục tiêu phát sóng âm nh tên lửa, máy bay, đạn, mìn Trong môi trờng nớc, cảm biến đợc dùng âm siêu âm sóng điện từ bị suy giảm nhanh truyền môi trờng nớc Trong môi trờng nớc, cảm biến đợc dùng thông tin liên lạc dới nớc thợ lặn với thợ lặn với trung tâm huy tàu tàu ngầm Các hệ thống cứu hộ sông biển đà triển khai hệ thống cảm biến âm siêu âm phức tạp phạm vi lớn Hệ thống phục vụ cảnh giới xâm nhập tàu ngầm, phát vật bơi dới nớc nh ng lôi, đàn cá v.v Sự lan truyền sóng âm chất rắn đợc sử dụng đo đạc độ khuyết tật vật liệu nh kết cấu sắt, thép, bê-tông, cảm biến đợc dùng để phát xạ sóng siêu âm thu hồi sóng phản xạ biến đổi thành tín hiệu điện cho thiết bị đo Trong y học, ngời ta sử dụng máy trị liệu siêu âm, máy soi siêu âm để phát điều trị số loại bệnh cho ngời động thực vật Tóm lại, âm dải sóng đợc khai thác sử dụng hiệu lĩnh vực khoa học phục vụ đời sống kinh tế quốc dân, quốc phòng Thâm chí số lĩnh vực sóng âm đóng vai trò định việc giải nhiệm vụ kỹ thuật dặt ra, mà loại hình sóng khác đáp ứng.Vì nắm làm chủ kỹ thuật chuyển đổi sóng âm , lan truyền sóng âm khả ứng dụng hiệu cảm biến âm siêu âm nhiệm vụ quan trọng bối cảnh phát triển khoa học công nghệ nói chung đất nớc Chơng Lý thuyết dạng sóng hình thành bắn pháo 2.1 Các sóng âm xuất bắn Quá trình bắn pháo hình thành loại sóng sau: Sóng nổ đầu nòng, sóng va đập viên đạn bay không khí, tiếng đạn chạm mục tiêu tiếng nổ đầu đạn Dao động gây loại sóng dao động phức tạp, đợc hình thành từ đồng thời loạt chuyển dịch dao động đơn giản có biên độ tần số khác nhau, tức sóng có phổ phức tạp a) Tiếng nổ đầu nòng Khi bắn, đầu đạn bị lợng khí tạo thành thuốc súng cháy nhanh, đạt đến áp suất lớn (trên 3000 atmotphe), đẩy khỏi nòng pháo Các khí dồn theo đầu đạn khỏi nòng pháo, chúng đẩy phần tử khí phía trớc nòng pháo, gây tăng mật độ Các khí thuốc khỏi nòng pháo chứa sản phẩm cha cháy hết có nhiệt độ cao, kết hợp với oxy không khí tạo thành hỗn hợp nổ, gây nổ đầu nòng pháo Các dao động lớn tiếng nổ đầu nòng tập trung vùng tần số thấp Sóng nổ đầu nòng có dạng hình cầu, tâm nằm khoảng 2-5 m phía trớc nòng pháo Hình 2.1 Sóng nổ đầu nòng sóng hành trình đạn bay khỏi nòng pháo Hình 2.2 Băng ghi sóng nổ đầu nòng Modem phát điều chế tín hiệu số đa vào máy phát vô tuyến điện Máy phát vô tuyến điện có chức biến đổi tín hiệu sau điều chế môdem thành tín hiệu sóng điện từ truyền lan kh«ng gian Cù ly trun lan t theo công suất phát môi trờng truyền lan Máy thu đặt trạm dới mặt đất thu đợc tín hiệu sóng điện từ phát từ máy phát trạm đo không đợc đa tới môdem giải điều chế thành tín hiệu số Thiết bị giao tiếp với máy tính qua chuẩn giao tiếp RS232 Dữ liệu sau đợc đa tới máy tính để phân tích số liệu tính toán độ chụm vòng cự ly tơng ứng Tại máy tính, số liệu đợc lu trữ tổng hợp đánh giá kết sau lần bắn Kết bắn đợc thị hình máy in Ngoài ra, trạm mặt đất có khối đo hiển thị tham số khí tợng phục vụ cho trình bắn kiểm tra hiệu chỉnh pháo Một số nội dung kỹ thuật đề tài đà giải quyết: ã Nghiên cứu chất hình thành công thức liên quan đến hình thành lan truyền sóng va đập, Tìm mối liên hệ cờng độ sóng va đập với khoảng cách Tiến hành nhiều đợt khảo sát thực tế để xác định dạng tín hiệu, đặc trng tần số sóng va đập mối liên hệ với tiếng nổ đầu nòng Quá trình khảo sát báo cáo kết khảo sát đợc trình bày kỹ mục 2.2 tài liệu báo cáo khoa học Đề tài đà công bố 01 báo khoa học kết khảo sát sóng va đập hình thành bắn pháo phòng không Các kết khảo sát thực nghiệm đợc trình bày I, phần II báo cáo đề tài ã Giải vấn đề thu đẳng hớng đầu thu để đảm bảo độ xác phép đo Việc chế tạo đầu thu có giản đồ hớng tơng đối đồng hớng nội dung kỹ thuật khó, định xác phép đo đặt đầu thu lên mục tiêu bay ã Giải vấn đề chống nhiễu cho hệ thống mạch lọc tích cực thuật toán tách xung tín hiệu đỉnh chơng trình vi xử lý ã Vấn đề quan trọng thiết kế trạm không phải đo đợc độ chụm có nhiều pháo bắn lúc Để làm đợc điều này, khối xử lý phải tạo xung hẹp có biên độ tỷ lệ với cờng độ mặt sóng va đập đến đầu thu Đồng thời, sử dụng thuật toán tính biên độ đỉnh giới hạn ngỡng thời gian xử lý, ngỡng biên độ tín hiệu Chi tiết trình bầy tài liệu Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật, II, mục 4.3 ã Đối với trạm mặt đất để tính toán đợc khoảng cách từ đờng đạn đến đầu thu, cần phải có tham số quy đổi Nhóm đề tài đà tiến hành nhiều đợt khảo nghiệm để xây dựng tham số Nội dung chi tiết kết thử nghiệm trình bầy I, phần II Một số tính trạm không nh sau: - Các mức đánh giá độ chụm pháo 37 mm: 3m, 5m, 7m, 10m - Tốc độ đếm 200 viên/giây - Số bít lấy mÉu 10 bÝt - Tèc ®é lÉy mÉu ~50 KHz - Tần số làm việc (136 ữ 174 ) Mhz - GiÃn cách kênh KHz - Độ nhạy máy thu 0,18 àv - Trở kháng anten 50 - Công suất phát : Max 5W , Medium 1,5W, Min 0,5W - Nguån mét chiÒu 7,2 v 1650 mAh - Dòng tiêu thụ chế độ thu Cực đại: 100 mA Tiết kiệm: 30 mA - Dòng tiêu thụ chế độ phát Cực đại: 1,5 A.Tiết kiệm: 500 mA - Nhiệt độ làm việc - 10 ữ70 C - Độ ẩm ữ 85 % - Thời gian làm việc liên tục với pin 7,2 V - KÝch th−íc ( 152x82x740) mm - Khèi l−ỵng (KĨ nguồn pin) 1Kg 10 Kết luận: * Nhánh đề tài đà tiến hành nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cần thiết, chế tạo đợc 01 thiết bị đo độ chụm đạn pháo phòng không đạt đợc tiêu đà đặt hợp đồng nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ sè 24/2004/H§-§TCT-KC-01 Qua thư nghiƯm cho thÊy hƯ thèng thiÕt bị làm việc tốt tin cậy * Công bố 01 báo khoa học * Hoàn thiện báo cáo khoa học tài liệu phục vụ nghiệm thu, bảo vệ Một số sơ đồ hình ảnh hệ thống đo độ chụm đạn pháo phòng không: Anten Đầu thu Bo mạch xử lý tơng tự, xử lý số modem Máy thu phát vô tuyến điện Hình Trạm không thiết bị đo độ chụm đạn pháo phòng không 11 Hình Trạm mặt đất thiết bị đo độ chụm đạn pháo phòng không 12 Anten Thiết bị đo hớng vận tốc gió Hình Cột anten thiết bị đo gió 13 1.3.2 Nhánh thứ 2: Nghiên cứu chế tạo thiết bị trun tin d−íi n−íc 1.3.2.1 Nghiªn cøu lý thut thđy âm Bao gồm nội dung nghiên cứu quy luật truyền lan sóng âm nớc, tợng phản xạ, khúc xạ sóng âm Đặc biệt, đề tài quan tâm nghiên cứu tợng hấp thụ sóng âm truyền lan môi trờng, phản xạ tán xạ từ bề mặt vật rắn có môi trờng truyền lan Ngoài ra, phụ thuộc thông tin liên lạc tham số truyền lan sóng âm điều kiện đẳng nhiệt, điều kiện nớc nông, nớc sâu đợc xem xét Kênh âm tợng quan trọng thông tin siêu âm, tợng đủ điều kiện xuất Trong báo cáo dành mục nhỏ trình bày chất vật lý tợng kênh âm, điều kiện xuất kênh âm khả ứng dụng Cũng phần này, đề tài trích dẫn số kết khảo sát đề tài khác số liệu thủy âm biển Việt nam Kết đợc trình bày chi tiết Phần 1, mục từ 1.1 đến 1.7 3, báo cáo Khoa học đề tài Kết nghiên cứu lý thuyết thủy âm sở quan trọng cho việc phân tích lựa chọn tham số cần thiết phục vụ thiết kế máy thông tin thủy âm 1.3.2.2 Nghiên cứu anten thủy ©m Anten thđy ©m lµ chi tiÕt quan träng qut định chất lợng hiệu máy thông tin dới nớc Kết nghiên cứu anten thủy âm đợc trình bày phần 2, Báo cáo Khoa học Sau phần trình bày khái niệm anten thủy âm, báo cáo trình bày kết nghiên cứu mô hình biến đổi điện - âm, âm - điện biến đổi điện tĩnh, điện động, áp điện điện từ Mục trình bày sơ đồ điện tơng đơng loại biến đổi nói Trong mục 2.5 trình bày kết nghiên cứu vật liệu thông dụng dùng chế tạo đầu thu phát siêu âm Hai loại vật liệu đặc biệt đợc quan tâm từ giảo gốm áp điện Để chế tạo đầu thu phát siêu âm công suất lớn, từ giảo lựa chọn tốt Tuy nhiên gốm áp ®iƯn lµ vËt liƯu cã nhiỊu −u thÕ chÕ tạo đầu thu phát nhỏ, nhẹ dùng thiết kế máy thông tin dùng cho ngời lặn 14 Kết thúc phần nghiên cứu an ten thủy âm, báo cáo trình bày yêu cầu cho kết cấu anten nhằm đạt đợc hiệu suất biến đổi phối hợp tốt với môi trờng dẫn âm nớc 1.3.2.3 Các ứng dụng thủy âm Quân Để phân tích, lựa chọn giải pháp thiết kế cho máy liên lạc thủy âm, Phần Báo cáo khoa học trình bày tổng quan ngắn ứng dụng thủy âm Quân sự, phân loại thiết bị thủy âm, hớng u tiên nghiên cứu phát triển thiết bị thông tin thủy âm nói chung máy liên lạc thủy âm nói riêng 1.3.2.4 Phân tích lựa chọn giải pháp thiết kế máy liên lạc thủy âm Phần báo cáo khoa học trình bày số quan điểm phân tích lựa chọn giải pháp thiết kế máy liên lạc thủy âm Mục tiêu yêu cầu cho máy liên lạc thủy âm đề tài đà đặt tổ chức liên lạc ngời lặn, ngời lặn với máy đặt phơng tiện (tàu, thuyền, ) Vì hai loại máy cần làm việc dải tần nguyên lý Đề tài đà chọn đầu thu phát siêu âm gốm áp điện, u tiên cho mục tiêu kích thớc nhỏ, khối lợng nhẹ, tiêu thụ điện nhằm kéo dài thời gian hoạt động an toàn dới nớc cho ngời lặn Sơ đồ khối thiết bị thông tin đợc trình bày hình vẽ sau 15 Hình 5: Sơ đồ khối máy liên lạc thủy âm Nguồn nuôi đơn cực (pin acquy) 12-14v qua biến đổi điện áp tạo điện áp có độ ổn định cao +3,3v 9v nuôi khối chức năng, trừ hai khối công suất phát công suất âm tần máy mặt nớc Hai khối tiêu thụ công suất lớn nên đợc nuôi trực tiếp từ nguồn vào không ổn định 12-14v chế độ thu, siêu âm qua cảm biến (Transducer) đợc chuyển thành tín hiệu điện, qua tiền khuếch đạt đợc mức biên độ cần thiết cho khối lọc thông dải, tách sóng, khôi phục biên lọc tạp âm Do tín hiệu thu đợc tín hiệu đà bị nén dải phát nên đây, việc lọc tạp âm không cần thiết có trình làm giầu hài để tăng độ trung thực tiếng nói Sau tín hiệu đợc khuyếch đại tới mức cần thiết để đa tai nghe cho máy ngời lặn loa cho máy mặt nớc chế độ phát, tín hiệu từ microphone đợc xử lý sơ qua tiền khuếch đại lọc thông dải âm tần đợc đa sang điều chế đơn biên nén dải (SSB) Đây khối xử lý quan trọng nhằm đa độ rộng dải tín hiệu xuống dới 750Hz, biên Sau SSB tín hiệu đợc khuyếch đại tới mức công suất cần thiết để nuôi cho Transducer 16 Toàn hoạt động máy đợc điều khiển qua điều khiển số Về điều khiển máy ngời lặn Có chức điều khiển tối thiểu: i Chuyển mạch Thu Phát; ii Thay đổi âm lợng; iii Chuyển kênh; iv Lọc nhiễu Do đặc thù làm việc môi trờng nớc, ngời lặn cần thao tác dễ dàng, tin cậy, thao tác vận hành điều khiển máy thông tin phải đơn giản Do chức điều khiển thông qua nút nhấn Hơn nữa, buông tay khỏi nút điều khiển, máy tự động chuyển chế độ thờng trực thu sau thời gian đủ ngắn Về khả chống nớc chịu áp lực cho máy ngời lặn Đây toán khó cần có mẫu máy nhỏ, nhẹ Trớc mắt sản phẩm thư nghiƯm ®ang dïng vá ®óc b»ng composite, gåm hai phần lồng nhau: phần chống nớc đợc thiết kế riêng biệt cho khối chức (cảm biến liên kết cảm biến - máy thu phát, khối nguồn) nằm phần chịu va đập, áp lực bao Về phân phối kênh Để tổ chức thành mạng thông tin máy mặt nớc với nhóm ngời lặn khác nhau, máy mặt nớc với nhau, máy thủy âm đợc thiết kế làm việc kênh khác nhau, có dải tần làm việc phù hợp với dải tần máy thông dụng giới Vì khoảng cách kênh hẹp (dới kHz) Để thực hai mục tiêu: điều khiển đơn giản phân kênh dải hẹp, máy đợc thiết kế theo nguyên lý điều chế đơn biên, sử dụng hai biên làm hai kênh (trên sở chấp nhận mức nhiễu xuyên kênh đủ nhỏ) 1.3.2.5 Kết thực nghiệm Đề tài đà hoàn thành mẫu, hai mẫu máy ngời lặn hai mẫu máy mặt nớc Các mẫu đà đợc đo đạc thử nghiệm điều kiện: i Tổ chức thông tin ngời lặn ng−êi lỈn; ng−êi lỈn – mỈt n−íc; mỈt n−íc – mặt nớc 17 ii Thông tin nớc (sông, hồ) iii Biển sâu, biển nông; biển lặng, biển động (sóng tới cấp 6) Ngoài thử nghiệm phục vụ điều chỉnh tham số cho thiết bị, đề đà tài thực đợt thử nghiệm thức có giám sát quan khác Đợt thực biển Nha Trang vào ngày 26 tháng 12 năm 2006 có kết hợp Phòng Đào tạo, Trờng SQ CHKT Thông tin Nha Trang Đợt thực ngày tháng năm 2006 Hồ Tây, Hà Nội với giám sát Ban kế hoạch Viện Điện tử Viễn thông, Phòng Kế hoạch Trung tâm KHKT CNQS Trung tâm Thử nghiệm Chất lợng, Cục TCĐLCL (Kết thử nghiệm ghi Biên có kèm theo Tài liệu Quyển 3, Báo cáo Khoa học đề tài) Kết thử nghiệm cho thấy: a Các thiết bị chịu đợc nớc biển, áp lực, va ®Ëp vµ kÝn n−íc; b Thêi gian lµm viƯc phơ thuéc nguån nu«i Khi dïng pin size AA th«ng th−êng máy ngời lặn đáp ứng đợc yêu cầu cho ca lặn trung bình 60 phút Thời gian làm việc kéo dài gấp đôi dùng acquy dung lợng 1.65Ah c Cự ly liên lạc tin cậy tổ chức thông tin ngời lặn với với máy huy (mặt nớc) không nhỏ 200m điều kiện biển động (sóng cấp 6) 1500m điều kiện biển lặng sông hồ d Các tiêu khác đạt đợc nh dự kiến (xem Bảng đặc trng kỹ thuật trang sau) Kết luận Các nội dung nhánh đề tài đà thực gồm: * Tiến hành nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cần thiết; * Thiết kế, chế tạo đợc 04 thiết bị mẫu; * Thử nghiệm hoàn chỉnh thiết kế, sẵn sàng cho giai đoạn áp dụng thử sản suất loạt nhỏ; * Viết báo cáo khoa học tài liệu phục vụ nghiệm thu, b¶o vƯ; 18 ĐẶC TRƯNG KỸ THUẬT Máy mặt nước: Model TA-00MN (SN: 0512361, 0512362) Cự ly liên lạc (m) Sông hồ biển lặng: không nhỏ 2500 Sóng biển cấp 6: khơng nhỏ 250 Cơng suất âm phần phát (Oát) Dải thông kênh âm tần (Hz) 300-4000 Độ nhạy phần thu (dBm) -110 Tự động điều chỉnh hệ số KĐ (dB) 120 Dải tần công tác (kHz) 31-33 Độ ổn định tần số phát, (Hz), (fmax- fmin), không nhỏ 10 Nguồn nuôi (vôn) 12 Công suất tiêu thụ (Oát) không lớn hơn: Chế độ chờ, nghe: Chế độ phát: 20 Cảnh báo nguồn yếu: Chuông Cảm biến Thu-Phát Loại: Gốm Độ sâu tối đa: 50m Vỏ máy Kích thước (D x R x C) mm: 350 x 235 x160 Vật liệu: Composite Khối lượng (kg): Pin: 5,5 Acquy: 6,25 Điều kiện công tác Nhiệt độ (0C): 0-60 Độ ẩm tương đối (%): 40-98 19 Máy người lặn Model TA-00DN (SN: 0512363, 0512364) Cự ly liên lạc (m) Sông hồ biển lặng: 2000 Sóng biển cấp 6: 200 Cơng suất âm âm phần phát (Oát) Dải thông kênh âm tần (Hz) 300-4000 Độ nhạy phần thu (dBm) -110 Tự động điều chỉnh hệ số KĐ (dB) 120 Dải tần công tác (kHz) 31-33 Độ ổn định tần số phát, (Hz), (fmax- fmin), không nhỏ 10 Nguồn nuôi (vôn) 12 Công suất tiêu thụ (Oát) không lớn hơn: Chế độ chờ, nghe: 1,5 Chế độ phát: 15 Cảnh báo nguồn yếu: Chuông Cảm biến Thu-Phát Loại: Gốm Độ sâu tối đa: 50m Vỏ máy Kích thước (D x R x C) mm: 165 x 130 x 70 Vật liệu: Composite Khối lượng (kg): Pin: 1,75 Acquy: 1,8 Điều kiện công tác Nhiệt độ (0C): 0-60 Độ ẩm tương đối (%): 40-98 20 Một số hình ảnh hệ thống thơng tin di nc: Hình 6: Máy mặt nớc phụ kiện 21 Hình 7: Máy ngời lặn phụ kiện 22 Hình 8: Bộ điều khiển vi xử lý dùng máy ngời lặn 23