Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí thiết kế hệ dẫn hướng cho bàn máy cnc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TRƯỜNG CĐN VMU Đ THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG án iế th ĐỀ TÀI ế tk CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM LA BÀN KỸ THUẬT SỐ PHỤC VỤ TÀU THUYỀN NHỎ hệ g ốn th Chủ nhiệm đề tài: Thành viên tham gia: NGUYỄN CÔNG VỊNH MAI THANH XUÂN ĐỖ THU HUYỀN Hải Phòng, tháng 4/2016 MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC CHỮ TẮT VÀ KÍ HIỆU Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 4 Phương pháp nghiên cứu đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chương 1: TỔNG QUAN Đ La bàn tàu biển 1.2 La bàn từ kỹ thuật số 1.1 án iế th ế tk Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nguyên lý định hướng la bàn từ kỹ thuật số[1] 2.2 Từ trường trái đất độ lệch địa từ [9] 2.3 Độ lệch la bàn từ 10 hệ 2.1 g ốn th Chương 3: LA BÀN TỪ KỸ THUẬT SÔ 13 3.1 Thiết kế la bàn 13 3.1.1 Lựa chọn linh kiện cảm biến 13 3.1.2 Lựa chọn vi xử lý 14 3.1.3 Lựa chọn hình 15 3.2 Kết thực nghiệm 15 3.2.1 Thực nghiệm đánh giá tính la bàn 15 3.2.2 Thực nghiệm hiệu chỉnh độ lệch la bàn từ kỹ thuật số 17 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 24 Kết luận 24 Kiến nghị 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 Đ án ế tk iế th hệ g ốn th MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Với định hướng vươn khơi làm kinh tế, bảo vệ chủ quyền Đảng Nhà nước, năm gần năm tới, số lượng tàu thuyền nhỏ phục vụ đánh bắt hải sản xa bờ ngày tăng cao Chỉ tính riêng số tàu đóng theo Nghị đính 67, tổng số tàu đóng phục vụ đánh bắt xa bờ 1513 tàu [4] Đó chưa kể lượng tàu vận tải phát triển năm gần Khi tàu hoạt động xa bờ, việc lắp đặt thiết bị định hướng cho tàu bắt buộc Hiện tại, tàu trang bị la bàn quay la bàn từ truyền thống Cả hai thiết bị đắt tiền cần có chuyên gia bảo dưỡng, kiểm tra định kỳ nên gây nhiều bất tiện khai thác tàu, đặc biệt ngư dân Đ Từ lý trên, việc nghiên cứu chế tạo thiết bị định hướng rẻ tiền, đủ tin cậy phải bảo dưỡng, kiểm tra người dùng tự kiểm tra cần thiết La bàn từ kỹ thuật số thiết bị đáp ứng yêu cầu Tuy nhiên, việc sử dụng la bàn từ kỹ thuật số tàu biển chưa rộng rãi nên cần phải có thực nghiệm điều kiện thực tế với loại thiết bị án ế tk iế th hệ ốn th Mục đích nghiên cứu đề tài g Chế tạo thử nghiệm la bàn từ kỹ thuật số lắp đặt sử dụng tàu thuyền nhỏ Thử nghiệm la bàn tàu điều kiện chạy biển để đánh giá tính khả thi việc lắp đặt loại bàn tàu Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng: La bàn từ kỹ thuật số Phạm vi: Chế tạo thử nghiệm, đánh giá khả áp dụng thực tế la bàn loại Phương pháp nghiên cứu đề tài Thống kê, khảo sát, thực nghiệm, phân tích, đánh giá Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Nếu thành công, đề tài áp dụng rộng rãi thực tế, tăng tỉ lệ nội địa hóa đóng tàu giảm giá thành sản phẩm, đặt móng cho nghiên cứu việc sản xuất thiết bị hàng hải Đ án ế tk iế th hệ g ốn th Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 La bàn tàu biển La bàn thiết bị thiếu tàu biển, đặc biệt tàu chạy xa bờ Từ xa xưa, la bàn từ dùng để làm thiết bị hướng cho tàu biển Với đặc tính đơn giản, độ tin cậy cao la bàn từ đến thiết bị bắt buộc phải có tàu biển theo qui định Tổ chức hàng hải giới IMO Đ La bàn từ có độ tin cậy cao độ xác thấp nguyên lý định hướng dựa vào từ trường trái đất Người biển cần hướng Bắc thật kim la bàn lại hướng dọc theo đường sức từ nơi đặt la bàn Đường sức từ nơi đặt la bàn thường không trùng với hướng Bắc thật không đồng phân bố vỏ trái đất, vật mang từ tính xung quanh nơi đặt la bàn, thân tàu nhiều yếu tố khác Trong yếu tố này, yếu tố từ trường thứ cấp sinh từ vỏ sắt tàu ảnh hưởng mạnh đến độ lệch la bàn từ Do vậy, lắp đặt la bàn từ lên tàu, tàu vừa sửa chữa định kỳ, la bàn từ phải kiểm tra hiệu chỉnh độ lệch án ế tk iế th hệ g ốn th Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, nhiều thiết bị định hướng hoạt động theo nguyên lý khác đời la bàn quay hồi chuyển, la bàn quang, la bàn GPS Bộ phận định hướng la bàn quay quay hồi chuyển quay với tốc độ cao Do tính chất quay hồi chuyển, trục quay hướng Bắc trái đất La bàn có độ xác cao có hạn chế có nhiều phận khí, phức tạp nên phải bảo dưỡng định kỳ; phụ thuộc vào nguồn điện, thời gian khởi động lâu nên không lắp tàu thuyền có nguồn điện khơng ổn định La bàn quang hoạt động dựa hiệu ứng Sagnac[5] Loại la bàn hồn tồn khơng có cấu khí chuyển động nên chắn không yêu cầu lắp đặt đặc biệt Loại la bàn không chịu tác động sai số rung, lắc tàu La bàn GPS sử dụng hai anten thu tín hiệu từ vệ tinh GPS đặt cách khoảng cách Máy thu tín hiệu tính tốn vị trí hai anten theo tín hiệu nhận từ vệ tinh GPS từ tính hướng qua vị trí hai anten Loại thiết bị định hướng có độ xác khơng cao, phụ thuộc nhiều vào tín hiệu từ vệ tinh GPS nên hoạt động phụ thuộc nhiều vào yếu tố ngoại cảnh Đ Những la bàn đời sau có độ xác cao hơn, hoạt động không phụ thuộc từ trường trái đất, dễ kết nối với thiết bị hàng hải khác có hạn chế kết cấu phức tạp, phụ thuộc vào nguồn điện phải bảo dưỡng, kiểm tra định kỳ kỹ thuật viên đào tạo án ế tk iế th ốn th La bàn từ kỹ thuật số hệ 1.2 g La bàn từ kỹ thuật số đưa vào nhiều ứng dụng sống Một ứng dụng phổ thông la bàn điện thoại di động La bàn loại sử dụng hai cảm biến từ đặt vng góc với để đo cường độ từ trường trái đất hai hướng sau dựa vào độ lớn đo hai hướng, tính tốn hướng đường sức từ, hướng bắc địa từ nơi đặt la bàn La bàn từ kỹ thuật số có ưu điểm gọn, nhẹ, khơng có phần tử khí chuyển động la bàn từ truyền thống, chịu ảnh hưởng nhiều từ từ trường xung quanh nơi đặt la bàn Do vậy, đưa la bàn xuống sử dụng tàu cần phải có biện pháp hiệu chỉnh độ lệch phù hợp sử dụng Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nguyên lý định hướng la bàn từ kỹ thuật số[1] La bàn số sử dụng hai cảm biến từ trường nằm vng góc mặt phẳng nằm ngang để đo cường độ từ trường trái đất Tỉ số hai giá trị đo cho phép tính góc trục cảm biến với đường sức từ trái đất, hướng (số chỉ) la bàn từ Hướng la bàn xác định góc hợp trục Oy với hướng Bắc trái đất tính tốn cơng thức: Đ án tk iế th Trong đó: Cường độ từ trường đo cảm biến dọc theo trục Ox Hy: Cường độ từ trường đo cảm biến dọc theo trục Oy ế Hx: hệ ốn th g Trên thị trường có nhiều loại cảm biến từ Thơng thường cảm biến từ có gắn cảm biến dọc theo ba trục hệ tọa độ Decac đo với độ nhạy cao Cảm biến chế tạo hợp chất InSb (hợp chất In – Indium Sb – Antimony) [8] Hợp chất có tính chất sau: Khi cho dịng điện chạy qua hợp chất, khơng có từ trường điện tử chuyển động theo đường thẳng Khi đặt hợp chất từ trường, tác động từ trường, điện tử chuyển động đường chéo, quãng đường chuyển động dài làm cho điện trở vật liệu tăng lên Người ta sử dụng tượng để chế tạo cảm biến đo cường độ từ trường a) Khi khơng có từ trường b) Khi có từ trường Hình 1: Nguyên lý đo cảm biến từ 2.2 Từ trường trái đất độ lệch địa từ [9] Đ Từ trường trái đất sinh các vật chất lỏng quanh lõi trái đất tạo thành dòng điện Dòng điện chuyển dịch chậm với sắt nóng chảy tạo nên từ trường Ngoài nguồn gốc từ lõi trái đất, từ trường bề mặt trái đất cịn có nguồn gốc từ tầng điện ly từ từ Từ trường trái đất khu vực khác khác thay đổi theo thời gian án Tại vị trí khác trái đất, đường sức từ tổng hợp thường lệch so với hướng Bắc góc Góc gọi độ lệch địa từ iế th ế tk Độ lệch khảo sát nhiều tổ chức giới International Geomagnetic Reference Field (IGRF), World Magnetic Model công bố cho giai đoạn Theo IGRF, biểu đồ từ trường trái đất năm năm, từ 2015 đến 2020 sau: hệ g ốn th Hình 2: Độ lệch địa từ theo khu vực năm 2015 [9] Hình 3: Biến thiên độ lệch địa từ (độ/năm) từ năm 2015 đến 2020 [9] Đ án Độ lệch la bàn từ iế th 2.3 ế tk Việc định hướng la bàn dựa vào đường sức từ trái đất nơi đặt la bàn nên hướng của chúng bị ảnh hưởng yếu tố sau: hệ g ốn th - Độ lệch địa từ Đường sức từ Trái đất khu vực khác có hướng khác khơng hồn tồn qua địa cực - Sự biến thiên độ lệch địa từ theo thời gian - Từ trường thứ cấp nơi đặt la bàn (ví dụ kết cấu sắt thép tàu ) 10 Nd NL B’.λH δ D’.λH A’.λH n Đ C’.λH án ế tk iế th E’.λH hệ Hình 4: Phân bố từ trường thứ cấp th g ốn Trong yếu tố trên, yếu tố độ lệch biến thiên độ lệch địa từ nhiều tổ chức giới khảo sát cơng bố nên người dùng có số liệu để chủ động hiệu chỉnh la bàn Việc hiệu chỉnh la bàn từ dựa vào phương trình Passon [1]như sau: Trong đó: : Lực định hướng, lực nằm kinh tuyến từ hướng phía Bắc địa từ : Lực phát sinh thành phần sắt non tàu lực từ trái đất Lực có phương vng góc với kinh tuyến từ : Lực phát sinh thành phần sắt già sắt non tàu Lực có hướng dọc theo trục dọc tàu 11 : Lực phát sinh thành phần sắt già sắt non tàu gây Lực có hướng vng góc với trục dọc tàu : Lực phát sinh thành phần sắt non tàu, có hướng tác dụng hai lần hướng tàu : Lực phát sinh thành phần sắt non tàu, có hướng tác dụng vng góc với hướng lực : Hướng Bắc địa từ : Hướng Bắc la bàn, tổng hợp lực định hướng kim la bàn với lực gây độ lệch la bàn , , tác dụng vào , Đ Giá trị góc lệch độ lệch la bàn từ Trong thực nghiệm mình, tác giả sử dụng phương pháp truyền thống tiến hành khử độ lệch la bàn từ tàu biển để xác định hệ số phương trình độ lệch đưa hệ số vào biểu thức tính độ lệch la bàn từ kỹ thuật số để tính số hiệu chỉnh hướng tàu Biểu thức tính độ lệch [1]của la bàn sau: án ế tk iế th hệ g ốn th Trong đó: δ: Độ lệch la bàn A, B,C, D, E: Hệ số (xác định qua thực nghiệm) [1] HL: Hướng la bàn Như vậy, để la bàn hướng, từ cần phải xác định hướng bắc địa từ (hướng đường sức từ) cách xác, sau tiến hành hiệu chỉnh độ lệch địa từ, độ lệch từ trường thứ cấp 12 Chương 3: LA BÀN TỪ KỸ THUẬT SÔ 3.1 Thiết kế la bàn Sơ đồ khối la bàn Hình bao gồm cảm biến từ, vi xử lý phận hiển thị Khối cảm biến từ gồm hai cảm biến đặt vng góc với Tín hiệu cường độ từ trường đo từ hai cảm biến gửi tới vi xử lý Bộ vi xử lý tính tốn xác định hướng đường sức từ đo vị trí cảm biến Bộ vi xử lý tiến hành hiệu chỉnh độ lệch theo thuật toán liệu độ lệch liên quan gửi tín hiệu đến khối hiển thị Trường hợp có tích hợp thêm khối GPS, vị trí la bàn xác định liên tục, từ vi xử lý hiệu chỉnh tự động liên tục độ lệch địa từ thơng qua vị trí cung cấp GPS GPS Cảm biến từ Đ án Bộ chuyển đổi tín hiệu Thiết bị hàng hải ế tk iế th Bộ vi xử lý hệ Hiển thị th g ốn Hình 5: Sơ đồ khối la bàn từ kỹ thuật số Trường hợp cần kết nối tín hiệu la bàn từ với thiết bị hàng hải khác, cần thêm khối chuyển đổi tín hiệu Với tín hiệu số theo chuẩn NMEA, vi xử lý tự đảm nhận Tuy nhiên, số la bàn phản ảnh tàu sử dụng tín hiệu xung biến thiên theo thời gian, tín hiệu alanog cần có chuyển đổi tín hiệu 3.1.1 Lựa chọn linh kiện cảm biến Hiện thị trường có bán nhiều thiết bị cảm biến từ dùng cho la bàn kỹ thuật số Cảm biến HMC5883L hãng Honeywell sản xuất có bán nhiều nhất, giá thành hợp lý Nhiều cảm cảm biến có tên khác thực chất tích hợp cảm biến HMC5883L với cảm biến có chức khác Các đặc tính kỹ thuật cảm biến HMC5883L sau: 13 Kích thước 3.0 x 3.0 x 0.9 mm Tín hiệu 12 bit ADC Điện áp việc 2.16-3.6 V Dòng tiêu thụ 2-100μA Phạm vi đo ±8 gauss Độ phân giải miligauss Tốc độ xuất liệu 160 lần/giây 3.1.2 Lựa chọn vi xử lý Đ Bộ vi xử lý có nhiệm vụ giao tiếp, đọc số liệu từ cảm biến HMC5883L Tính tốn hướng la bàn, tiến hành hiệu chỉnh độ lệch theo thuật toán Bộ vi xử lý dùng đề tài vi xử lý STM32F103 Các thông số vi xử lý sau: án ế tk iế th hệ g ốn th 14 Vi xử lý STM52F103 có lực xử lý mạnh, thừa để tính tốn hướng la bàn Tuy nhiên, thực nghiệm cần sử dụng vi xử lý để thực thêm nhiều nhiệm vụ khác ghi liệu lên thẻ nhớ, truyền liệu máy tính, lọc nhiễu phục vụ việc phân tích liệu sau đợt thử nghiệm Sơ đồ kết nối vi xử lý với cảm biến Hình 1: Hình 6: Sơ đồ mạch la bàn số 3.1.3 Lựa chọn hình Đ Giá trị lớn hướng bàn 359.9 độ, việc báo không yêu cầu hình phức tạp Màn hình lựa chọn nghiên cứu hình LCD hai dong (2x16) Hình án ế tk iế th hệ g ốn th Hình 7: Hiển thị hướng la bàn Ngoài việc hiển thị số la bàn hình, la bàn cịn có chức truyền liệu sang máy tính phục vụ việc lưu giữ liệu nghiên cứu sau kết thúc đợt thực nghiệm 3.2 Kết thực nghiệm Các thực nghiệm với la bàn phân làm hai nhóm: 1) Thực nghiệm đánh giá tính la bàn; 2) Thực nghiệm kiểm tra độ xác la bàn 3.2.1 Thực nghiệm đánh giá tính la bàn Hiện tại, loại la bàn chưa đưa vào ứng dụng đại trà tàu biển chưa có quy định tiêu chuẩn loại la bàn Để đánh giá tính la bàn từ kỹ thuật số, ta tạm thời so sánh tính 15 với tính tương ứng quy định IMO với la bàn từ truyền thống la bàn quay Các quy định hành IMO la bàn quay Nghị A 424 (Resolution A 424(XI)) la bàn từ nghị A 382 (Resolution A 382(X)) a) Độ ổn định la bàn từ kỹ thuật số Độ ổn định giá trị đo phụ thuộc vào độ ổn định độ nhạy cảm biến Để xác định độ ổn định giá trị đo, tác giả thực thực nghiệm sau: Kết nối la bàn với máy tính để đọc liệu từ la bàn với tần suất lần/giây Giữ yên cảm biến la bàn 15 phút, kết thu 900 giá trị đo từ la bàn Kết Hình Đ án ế tk iế th hệ g ốn th Hình 8: Mức độ ổn định giá trị đo Từ số liệu đo thống kê giá trị trung bình đo 187.4 với độ lệch lớn 0.31° Số đo có độ lệch phạm vi ±0.2° chiếm 97% So sánh với tiêu chuẩn la bàn từ (Res A382(X)) [6] Về độ nhạy la bàn từ, mục 5.2 Res A382(X) quy định “Sai số la bàn ma sát phải không vượt ° nhiệt độ 20°C ± 3°C”.Trong H cường độ từ trường theo phương ngang nơi đặt la bàn Năm 2015, Hải Phòng, cường độ từ trường H = 40μT [9] (tương đương 400 miligauss), vậy, sai số phải nhỏ 0.075° Cảm biến từ sử dụng la bàn có độ phân giải miligauss, với cường độ từ trường Hải Phịng 400 miligauss tính độ nhạy la bàn 0.29° 16 Như vậy, độ nhạy la bàn từ kỹ thuật số so với thiêu chuẩn độ nhạy la bàn từ yêu cầu Nghị A 382(X) So sánh với tiêu chuẩn la bàn quay (Res A424(XI)) [7] Về mức độ ổn định hướng la bàn quay quy định mục 5.1.2 sau: “Độ lệch la bàn hướng la bàn hoạt động vĩ độ nhỏ 60° phải nhỏ so với số la bàn lấy trung bình 10 lần khoảng thời gian 20 phút độ lệch bình phương trung bình giá trị đo so với giá trị trung bình phải nhỏ (trong  vĩ độ điểm đặt la bàn)” Tại Hải Phịng có vĩ độ 20°51’, giá trị tương ứng 0.8° 0.27° Từ số liệu đo đạc (Hình 8), tính tốn độ lệch la bàn kỹ thuật số 0.31° 0.12 Giá trị hoàn toàn đáp ứng yêu cầu IMO la bàn điện Đ b) Tốc độ đáp ứng la bàn từ kỹ thuật số án ° la bàn có đường kính mặt báo nhỏ ế tk báo không vượt iế th Về tốc độ đáp ứng la bàn, mục 5.1 Res A382(X) quy định: “La bàn quay tốc độ 1,5°/giây, nhiệt độ la bàn 20°C ± 3°C, độ lệch mặt hệ 200 mm Đối với la bàn có mặt báo từ 200mm trở lên, độ lệch không ° ” Vậy Hải Phòng với cường độ từ trường H = 40 μT, độ lệch ốn th vượt g phải nhỏ 0.9° 1.35° tương ứng với la bàn có đường kính mặt báo nêu Với tốc độ xuất liệu cảm biến 160 lần/giây, la bàn quay với tốc độ 1,5°/giây độ lệch số la bàn 0.009° La bàn kỹ thuật số có tốc độ đáp ứng nhanh nhiều so với la bàn từ truyền thống 3.2.2 Thực nghiệm hiệu chỉnh độ lệch la bàn từ kỹ thuật số Độ lệch la bàn từ tác động từ trường thứ cấp sinh từ tàu giá trị biến thiên có quy luật, phụ thuộc vào hướng mũi tàu Việc xác định hệ số phương trình độ lệch la bàn từ giúp việc xác định độ lệch la bàn để tiến hành hiệu chỉnh tự động Các thực nghiệm tiến hành sau: 17 a) Mô tả thực nghiệm NW N N NE W Vạch đánh dấu hướng La bàn Vành xoay Mơ hình tàu E SW S SE Đ Hình 9: Sơ đồ thực thực nghiệm án Việc thực nghiệm hiệu chỉnh la bàn từ kỹ thuật số thực phòng thực hành La bàn từ khoa Hàng hải, trường Đại học Hàng hải Việt Nam Mơ hình tàu làm sắt đỡ vành trượt quay trục thẳng đứng Trên mơ hình tàu có lắp đặt trụ la bàn từ với đầy đủ kết cấu phục vụ việc khử hiệu chỉnh độ lệch cho la bàn từ tàu thật ế tk iế th hệ g ốn th Hình 10: Độ lệch la bàn theo hướng (TN 1) 18 Các hướng Bắc (N), Nam (S), Đơng (E), Tây (W) hướng phụ Đông Bắc (NE), Đông Nam (SE), Tây Nam (SW) Tây Bắc (NW) tính từ vị trí đặt la bàn tàu xác định la bàn chuẩn đánh dấu tường phòng thực hành (Error! Reference source not found.) La bàn từ kỹ thuật số kết nối với máy tính để hiển thị ghi lại hướng la bàn với tần suất giây/lần Bảng 1: Số la bàn hướng đo trước hiệu chỉnh (TN 1) Hướng N NE E Số la bàn [độ] 2.7 44.3 86.5 SE S SW W NW 133.8 181.1 225.5 269.5 316.4 Đ Khi tiến hành thực nghiệm, đặt la bàn từ kỹ thuật số vị trí la bàn từ mơ hình tàu sau đặt biểu xích la bàn lên Dây ngắm biểu xích la bàn đặt trùng với mặt phẳng trục dọc tàu để ngắm hướng mũi tàu tới vạch đánh dấu tường phòng thực hành Tiến hành xoay toàn hệ thống tới hướng chính, phụ nêu ghi lại số la bàn vị trí án th tk iế Thực nghiệm 1: ế Cho mũi tàu hướng Bắc (N), ghi nhận số la bàn vị trí Sau quay mơ hình tàu ngược chiều kim đồng hồ đến hướng Tây Bắc (NW), Tây (W) Kết quả, số la bàn hướng Bảng hệ ốn th g Từ giá trị Bảng 1, xác định hệ số biểu thức độ lệch la bàn sau: A=-0.03, B=-1.5, C=0.8, D=-0.1 E=1.95.Với hệ số tìm được, lập đồ thị độ lệch la bàn Hình Bảng 2: Số la bàn hướng đo sau hiệu chỉnh (TN 1) Hướng N NE E SE Số la bàn [độ] 45.1 90.1 136 S SW W NW 180.4 225.6 270.2 314.8 19 Hình 11: So sánh độ lệch số la bàn (TN 1) Đ Nhập hệ số tìm vào phần mềm hiệu chỉnh độ lệch la bàn từ sau tiến hành đo đạc lại hướng la bàn hướng chính, phụ nêu Kết thể Bảng án th iế khác độ lệch trước sau sử dụng phần mềm hiệu chỉnh Có thể thấy, trước tiến hành hiệu chỉnh, số la bàn có độ lệch hướng từ độ đến 3.5 độ Sau hiệu chỉnh, độ lệch số la bàn nằm phạm vi độ tất hướng ế tk Hình 10: So sánh độ lệch số la bàn (TN 1)thấy hệ g ốn th Thực nghiệm 2: Tiến hành tương tự thực nghiệm quay mơ hình tàu theo chiều chiều kim đồng hồ với mục đích so sánh, phát sai số hệ thống thực nghiệm Bắt đầu từ hướng Bắc (N), sau quay mơ hình qua hướng Đông Bắc (NE), Đông (E) Bảng 3: Số la bàn hướng đo trước hiệu chỉnh (TN 2) Hướng N NE E Số la bàn [độ] 44.7 87.2 SE S SW W NW 134.9 182.2 226.5 270.3 317.4 Kết thực nghiệm đạt Bảng Cũng tương tự kết thực nghiệm 1, độ lệch số la bàn có giá trị lớn hướng độ, 90 độ 180 độ với giá trị độ lệch lớn độ 20 Bảng 4: Số la bàn hướng đo sau hiệu chỉnh (TN 2) Hướng N NE E SE S Số la bàn [độ] 0.68 45.7 90.4 135.4 180 SW W NW 225.7 270.6 315.3 Đ án ế tk iế th hệ Hình 12: So sánh độ lệch số la bàn (TN 2) th g ốn Sau xác định độ lệch hướng chính, phụ, áp dụng cơng thức tính hệ số biểu thức độ lệch la bàn sau: A=0.78, B=-1.55, C=0.4, D=-0.28 E=1.93 Nhập hệ số biểu thức độ lệch la bàn vào phần mềm hiệu chỉnh, tiến hành quay mơ hình tới hướng chính, số la bàn hướng Bảng Có thể thấy, độ lệch la bàn hướng giảm nằm phạm vi nhỏ độ Đồ thị so sánh giá trị số la bàn trước sau hiệu chỉnh thực nghiệm nêu Hình 11: So sánh độ lệch số la bàn (TN 2) Thực nghiệm 3: Trong thực nghiệm 2, khơng có thay đổi từ trường thứ cấp tàu mơ hình sắt Để kiểm nghiệm hiệu làm việc la bàn điều kiện từ trường khác (ví dụ tàu khác hay việc thay đổi kết cấu, từ tính tàu này), thực nghiệm 3, số sắt non đưa vào thân tàu, gần với vị trí la bàn Các sắt làm thay đổi từ 21 tính tàu so với thực nghiệm trước dẫn đến độ lệch la bàn khác hướng chạy tàu khác Sau đưa sắt non vào vị trí, tiến hành xoay mơ hình tàu 360 độ đọc số la bàn hướng Kết sau: Bảng 5: Số la bàn hướng đo trước hiệu chỉnh (TN 3) Hướng N NE E Số la bàn [độ] 44.7 87.2 SE S SW W NW 134.9 182.2 226.5 270.3 317.4 Đ án ế tk iế th hệ g ốn th Hình 13: So sánh độ lệch số la bàn (TN 3) Sau xác định độ lệch hướng chính, phụ, áp dụng cơng thức tính hệ số biểu thức độ lệch la bàn sau: A=0.78, B=-1.55, C=0.40, D=-0.28 E=1.93 Nhập hệ số biểu thức độ lệch la bàn vào phần mềm hiệu chỉnh, tiến hành quay mơ hình tới hướng chính, số la bàn hướng Bảng Bảng 6: Số la bàn hướng đo sau hiệu chỉnh (TN 3) Hướng N Số la bàn [độ] -0.2 NE E SE S 45.18 89.7 135.4 180 SW W NW 225.5 270.5 315.1 Có thể thấy, độ lệch la bàn hướng đo giảm nằm phạm vi nhỏ độ Đồ thị so sánh giá trị số la bàn trước sau hiệu chỉnh thực nghiệm thể Hình 12 22 Đ án ế tk iế th hệ g ốn th 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kết thực nghiệm cho thấy la bàn từ kỹ thuật số đảm bảo độ xác để sử dụng tàu thuyền nhỏ Loại la bàn có nhiều ưu điểm sau: - Có thể đưa hệ số phương trình khử độ lệch vào la bàn để la bàn tự hiệu chỉnh độ lệch, đưa hướng - Có thể kết nối với GPS để tự hiệu chỉnh độ lệch địa từ tùy theo vị trí địa lý - Người dùng tự hiệu chỉnh thơng qua sách hướng dẫn, không cần phải thuê chuyên gia khử độ lệch la bàn định kỳ Đ - Dễ dàng kết nối với thiết bị hàng hải khác án Kiến nghị th ế tk iế Với ưu điểm la bàn từ kỹ thuật số, tác giả kiến nghị nhà trường đầu tư để tiếp tục nghiên cứu, triển khai áp dụng thử nghiệm số tàu thuyền nhằm đánh giá khả sản xuất đại trà loại la bàn hệ g ốn th 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đậu Văn Sơn - Giáo trình La bàn từ - 2014 [2] Nguyễn Công Vịnh, Nghiên cứu chế tạo la bàn từ kỹ thuật số sử dụng cảm biến từ, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, số 44 – 11/2015 [3] Nguyễn Công Vịnh, Thực nghiệm hiệu chỉnh độ lệch la bàn từ kỹ thuật số, Tạp chí Giao thơng vận tải, số 2016 [4] http://www.sbv.gov.vn/portal/faces/vi/pages/apph/tcnh/tcnh_chitiet;jsessi onid=vTj4XHJMrdvP12d2dF7T9p1cvLgRZx2QysJSV1Rhl9v9bBLN2vG D!22766815!420487760?dDocName=SBVWEBAPP01SBV075695&dID=77873&_afr Loop=13813642503719715&_afrWindowMode=0&_afrWindowId=null# %40%3FdID%3D77873%26_afrWindowId%3Dnull%26_afrLoop%3D13 Đ 813642503719715%26dDocName%3DSBVWEBAPP01SBV075695%26 án _afrWindowMode%3D0%26_adf.ctrl-state%3D128i8ocj47_37 tk iế th [5] https://en.wikipedia.org/wiki/Fibre_optic_gyroscope ế [6] Magnatic Compasses Carriage and Performace Standards, IMO 1977 [7] Performance Standards For Gyro-compasses, Resolution A.424 (XI), IMO, 1979 [8] http://bluelemonlabs.blogspot.com/2013/08/arduino-simple-compasswith-hmc5883l.html [9] http://www.geomag.bgs.ac.uk/education/earthmag.html#_Toc2075556, hệ g ốn th 25