bài thảo luận thiết bị kỹ thuật hàng hải chuyên đề máy đo tốc độ trên tàu thủy

Tốc độ chuyên động của tàu trên biển được tính băng đơn vị hải lý/giờ knofs Thông thường khi nói đến tốc độ tàu,người ta hiểu rằng đó là tốc độ theo chiều dọc tàu.Khi có thể xác định đượ

THANH PHO HO CHI MINH VIEN HANG HAI

BAI THAO LUAN

Môn: Thiết bị kỹ thuật hàng hải

CHUYEN DE

MAY DO TOC DO TREN TAU THUY

Nhom thuc hién: Nhom 6

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1

L.1 Gidi thigu khai quat: na e 5

1.2 Phan loats ccccc cece cccccccscecccc cc ccecececcescesesescceesecesecaeeceaeeceeeeeesecseseeesseeees 5 CHUONG 2

MAY DO TOC BO THEO NGUYEN LY CAM ỨNG TỪ -c-ccscce+ 7

2.1 Cau tao chia may do toc d6 cam Ug ti? eee eee ccc cceceessestseeetesestseesteeeeees 7 QA.L Khai ni6m: 2 ccc ceccccccec cee cececcescsceseeccscseeeeeeauececeeeeeeeeeseeeees 7

2.1.2 Cầu tạO: + 2L t2 2 22 12212211111211111111121111111121111211 1111 xe 7

2.1.3 Sơ đồ khối tổng quát của máy đo tốc độ cảm ứng từ: - 8

2.2 Nguyên lý hoạt động của máy đo tốc độ cảm ứng điện từ: 8

2.3 Sai số của tốc độ kế cảm ứng điện từ: 5 5c S22 22x 9 2.3.1 Sai số cố định -©-++2xs2 x22 2 1221121112211111212211112.1.1 1 xe 9

2.3.2 Ảnh hưởng của tàu lắc: ¿2-2-5222 S22 v+ExvExSE2EEErrxerrrrrrrees 9 2.3.3 Sai số do dòng chảy rối loạn tạO Ta: 2-52 522c2xccxerxerrsrerrees 9 2.3.4 Sai số đo độ mặn của nước biỂN: . ScScs se St SE SE sErkrkreres 9

2.3.5 Sai số do thay đổi tính chat vật liệu gây ra : . - 10

CHƯƠNG 3

MAY DO TOC BO THEO NGUYÊN LÝ DOPPLER . -s5<ccss "1

3.2 Nguyén li hoat Ong: oo eee ceeee ce eeeeeeceeeeaee cae seeeeeeecaeeeeeseaeesaeeeeseeeeaaeees 12 3.2.1 Hiệu ứng DoppÌ€r: - - S- 5+5 + ST re 12

3.2.2 Nguyên lí hoạt động của máy đo tốc độ băng hiệu ứng Doppler : 12

3.3 Phân loại máy đo tốc độ theo hiệu ứng Doppler: - 5-5255: 13 3.3.1 Tốc độ kế Doppler một tỉa: - ¿2 ¿2+2 +22+E2SE+E2EE+E2EE+E+2x+xezxrxee 13 3.3.2 Tốc độ kế Doppler hai tia: +©2-22 52222 SE2SESEEESE2EE2ExE2xezxcxee 13 3.3.3 Tốc độ kế Doppler 4 ta: +2 52222 SE2EESE2EESE2EE23223232132122 2x62 14 3.4 Các sai số của tốc độ kẾ: ST ST E111 1 111 TS Errerryey 16

3.4.1 Sai số do tàu lắc ccccx tre 16 3.4.2 Sai số đo tần số phát thay đỒi - 255-5222 22122 cEsrxcreree l6

3.4.3 Sai số do tốc độ truyền âm của sóng âm trong nước biên: 16

3.4.4 Ảnh hưởng của độ sâu đáy biển: . - 5252252 S2+S22e+sszscsee l6

CHƯƠNG 4

4.1 Phương thức phát sóng liên tục (CW- Continuous Wave) 17

4.2 Phương thức phát sóng xung - - - - S- S+S + xxx kg 17 4.3 5o sánh hai phương thức phát sóng CW và sóng xung : 17

CHƯƠNG 5 CÁC QUY ĐỊNH LIÊN QUAN ĐÉN MÁY ĐO TÓC ĐỘ -. -e- 18

5.1 Việc trang bị thiết bị đo tốc độ trên biển phải tuân thủ các yêu cầu sau: 18

5.2 Kết cấu và lắp đặt của thiết bị: - 252 522222222221 2E2EE21211212112xceg 18 5.3 Khả năng làm việc trong các điều kiện môi trường khác nhau: 19

n6 ::‹.+1A 19 5.5 Nhãn mắc và nhận 5101 20

CHƯƠNG 6

Nw

THÀNH VIÊN NHÓM VÀ NỘI DUNG THẢO LUẬN

NGUYÊN TUYẾT NHUNG - NỘI DŨNG 1 VÕ THỊ TRƯỜNGNGHI - NỘI DUNG 2

CHUONG 1:

TONG QUAN VE MAY BO TOC DO TAU THUY

1.1 Giới thiệu khái quát:

Tốc độ kế trên tàu thủy (Speed log) được dùng đề đo tốc độ tàu chạy và đo

lộ trình(tích lũy hành trình) của tàu,là một thiết bị không thể thiếu khi tàu

hoạt động.Tốc độ tàu là một thông số quan trọng trong điều khiến tàu.Thông tin về tốc độ tàu không những giúp người điều khiển có khả năng xử lí các tỉnh huống, mà nó còn là tín hiệu đầu vào cho các thiết bị

hàng hải khác phục vụ công tác dẫn tàu

Tốc độ chuyên động của tàu trên biển được tính băng đơn vị hải lý/giờ (knofs)

Thông thường khi nói đến tốc độ tàu,người ta hiểu rằng đó là tốc độ theo chiều dọc tàu.Khi có thể xác định được tốc độ dịch chuyên theo chiều ngang hoặc tốc độ quay của mũi hay lái tàu thì các thông tin cần được thê hiện rõ ràng

1.2 Phân loại: Tốc độ kế tương dỗi( STH- Speed Through Wafer) : là tốc độ kế chỉ: đo được tốc độ của tau trong đối với mặt nước.Đề có thê xác định tốc độ tương đối của tàu,người ta sẽ dùng một số loại tốc độ kế sau:

Tốc độ ké thủy lực:dựa trên cơ sở đo áp lực tĩnh và động của dòng nước chảy

quanh tàu khi tàu chuyên động đề xác định tốc độ tàu Tốc độ kế kéo dây: là loại tốc độ kế đơn giản được sử dụng sớm nhất trên tàu,

dùng dây để kéo chân vịt, vòng quay của chân vịt qua dây kéo truyền về thiết bị

đo đề xác định tốc độ của tàu Tuy nhiên độ chính xác không cao, nhưng cầu tạo

đơn giản, ngày nay vẫn còn được sử dụng như là những thiết bị dự phòng

Tốc độ kế cảm ứng từ: Từ thế kỷ 60,người ta bắt đầu sử dụng loại tốc độ kế

điện từ dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ và sự hỗ trợ của công cụ điện tử đề

đo tốc độ và lộ trình.Loại tốc độ kế này có ưu điểm là phạm vi của tốc độ đo

lớn,có thể đo được tốc độ lùi của tàu độ chính xác khá tốt và sử dụng đơn

giản.Đến nay,tốc độ kế loại này vấn được sử dụng rộng rãi trên tảu

Toc dé ké tuyét doi (SOG- Speed Over Ground): là máy đo tốc độ của tàu so với đáy biên.Loại tốc độ kế này khi hoạt động trong phạm vi độ sâu truy theo nào đó có thê đo được tốc độ tương đối so với đáy biến Nhưng khi độ sâu vượt qua phạm vi độ sâu truy theo thì chuyên thành phương thức đo sâu truy theo tầng nước,tức là chỉ đo được tốc độ tương đôi với nước Từ những năm 70 của thê kỉ

trước,để đáp ứng nhu cầu quân sự và ngành vận tải biến hiện đại, kích cỡ tàu

ngày cảng lớn, giải quyết các khó khăn về điều động tàu, đặc biệt là cặp và rời cầu, qua các luồng hẹp Vì thế trên các tàu đã bắt đầu sử dụng tốc độ kế Doppler để đo tốc độ

e_ Tốc độ kế Doppler: người ta tiễn hành đo tần số của tín hiệu phát đi và tin hiệu thu được sau khi phản xạ từ đáy biển trở về.Sự chênh lệch giữa tần số

phát và thu tỉ lệ với tốc độ tàu, và do đó ta xác định được tốc độ tàu chạy

Ưu điểm của loại nay la có độ chính xác cao,đo được tốc độ tiễn tốc độ lùi tốc độ dịch chuyền ngang

e© Tốc độ kế tương quan thủy âm: đo tốc độ bằng cách xử lý thông tin sóng âm dựa trên nguyên lý kĩ thuật tương quan.Ưu điểm nỗi bật của nó là độ chính xác của tốc độ đo được không chịu ảnh hưởng của tốc độ sóng âm trong nước,vừa đo tốc độ vừa đo được độ sâu

CHƯƠNG 2

MAY DO TOC DO THEO NGUYEN LY CAM UNG TU

2.1 Cầu tạo của máy đo tốc độ cảm ứng từ: 2.1.1 Khải niệm:

-Tốc độ kế cảm ứng từ ( Electromagnetic Log) là thiết bị vận dụng nguyên lý cảm

ứng điện từ đề đo tốc độ tức thời của tàu tương đối với nước và phân tích tốc độ để xác

định quãng đường tàu chạy (lộ trình) 2.1.2 Câu tạo:

-Thiết bị tốc độ kế điện từ gồm có 3 bộ phận chính: khối cảm biến khối trung tâm và

khối hiển thị

+ Khối cảm biến của tốc độ kế là hình trụ, có tiết diện là dạng khí động học bằng

đồng thau I mặt ngoài có phủ lớp cách điện, nhô ra dưới đáy tàu Phía trong hình tru 1 có gắn một thanh xolenôit 2 xung quanh có quấn hai cuộc dây: cuộn chính œ và cuộn cân bằng œ¡ , dòng điện xoay chiều đi qua cuộn w Nhờ vậy mà xung quanh thanh

xolinôtt hình thành một điện từ trường mạnh Bên mặt ngoài hình trụ có gắn hai điện cực A và B người ta nối hai điện cực nảy với hai sợ dây đưa ra ngoài Bộ phận nhạy

cảm được thiết kế đễ dàng đưa ra khỏi đáy tau

2.1.3 Sơ đồ khối tổng quát của máy đo tốc độ cảm ứng từ:

v (nếu không có sai số).Lúc này suất điện động ra từ bộ phận nhạy cảm

E¡ = k¡.# Suất điện động này sau khi đưa qua bộ vi phân và bộ khếch đại sẽ

cho ra suất điện động 2z Suat điện động nảy dduojc đưa đến động cơ chỉ thi dé

đưa ra mặt chỉ báo tốc độ và đưa qua bộ phận phản hồi ta được Ês Lúc này đầu

vào của biến áp vi phân xuất hiện một xuất điện động tổng hợp ÂE = E¡ — E; Bộ chỉ thị vận tốc ngừng quay khi Â# = 0,

e Luc nay tốc độ báo trên máy không đồi,chính bằng tốc độ tàu chạy ( giả thiết đặt

ra không có dòng hải lưu)

© Để có được quãng đường.,từ động cơ chỉ thị vận tốc, tín hiệu vận tốc được đưa

vào bộ phận phân tích vận tốc cùng với thòi gian được lấy từ đọng cơ đồng hồ ( nguồn nuôi đồng hồ là bộ phận thạch anh và bộ khếch đại), do đó ta có bộ tích

phan là tích phân xác định, và quãng đường tàu chạy được trong thời gian t la:

S= i v.dt hay S=Lv.t

Từ đây tín hiệu được đưa ra bộ phận chỉ báo,cho ta biết được quãng đường mả tảu chạy

2.2 Nguyên lý hoạt động của máy đo tốc độ cảm ứng điện từ: Người ta đưa bộ phận nhạy cảm nhô ra khỏi đáy tàu tiếp xúc với nước ngoải mạn

tàu, khi đó nước là chất dẫn điện nên các điện cực A và B ở mặt ngoài của ống hình trụ

sẽ hình thành vòng dẫn điện 3 (đóng vai trò như dây dẫn).Nếu cuộn dây có điện thì theo định luật cảm ứng Farađây thì trong vòng dẫn điện 3 có suất điện động bằng E

*Nguyên lý đo tốc độ và góc dạt của tàu bằng cảm ứng điện từ :

® Dưới đáy tàu người ta đặt một bộ nhậy cảm có 2 cực chéo nhau, điện áp của 2 cực thứ 1 và 3 là U¡ điện áp ra của cặp cực thứ 2 và 4 là U›, ở giữa bộ phận nhạy

cảm có một nam châm xoay chiều e - Vì vậy, tốc độ kế cảm ứng có thê đo được góc dạt và tốc độ toàn phần v‹ của tàu

đối với nước

2.3 Sai số của tốc độ kế cảm ứng điện từ: 2.3.1 Sai số cỗ định: khi tàu không chạy,thì ở đầu ra cặp cực tồn tại giá trị Bp, gid tri

này thay đổi theo thời gian Có 2 phương pháp dé loai bé Ep:

e Phương pháp 1: Khi tau chua chạy thì mặt chỉ báo tốc độ sẽ cho ta một giá trỊ

nảo đó,ta chỉ cần chỉnh để kim chỉ về vị trí số 0 là được.Phương pháp nảy đơn giản và được sử dụng phố biến

e Phương pháp 2: Trong chế tạo,người ta tính được giá trị Ếạ,và loại trừ giá tri nay bằng cách đưa cuộn @@È vào thanh xolenoit 2, sau đó đưa vào cuộn dây này một điện áp xoay chiều ,kí hiệu là U,,điện áp phải được tính toán sao cho nó tạo ra

một suất điện động có độ lớn đúng bằng E; nhưng ngược dấu

2.3.2 Ảnh hưởng của tàu lắc: Tốc độ kế cảm ứng từ rất nhạy cảm „vì vậy kim chỉ tốc

độ lúc tàu lắc có tế đao động với biên độ 0,I- 1 hải lí.Nhu vậy ta không thê đọc được chỉ số một cách chính xác.Cách tốt nhất là ta đọc giá trị cực đại và giá trị cực tiêu,sau đó lay trung bình Có thể khử sai số bằng cách lắp thêm bộ phận lảm thay đổi từ trường đồng bộ với tàu lắc

2.3.3 Sai số do dòng cháy rỗi loạn tạo ra: khi tàu chuyền động tạo ra một lớp nước

chuyên động rối loạn dưới đáy tàu mà vận tốc của lớp nước này không thê xác định được.Độ dày của lớp nước phu thuộc vào từng vị trí của vỏ tàu và tốc độ chuyên động

của tàu.Do vậy vận tốc thực tế sẽ khác với vận tốc thực tế

2.3.4 Sai số do độ mặn của nước biển: Theo nguyên lý hoạt động của máy đo tốc độ cảm ứng thì nước biển đóng vai trò như 2 nửa vòng dây dẫn bao quanh thiết điện của

bộ phận nhạy cảm di qua hai điện cực Á và B.Nếu ta gọi R là điện trở của chất lỏng,ta

Trong ct (1),L và Š là không đỗi đối với bộ nhạy cảm, ø hoàn toàn phụ thuộc vào độ

mặn.Thực nghiệm cho thấy độ mặn cảng cao thì độ chính xác khi đo tốc độ càng cao và

ngược lại.Do vậy khi tàu hoạt động ở vùng nước ngọt thì tốc độ đo được kém chính xác

2.3.5 Sai s6 do thay doi tính chất vật liệu gây ra : Theo thời gian từ tính của nam

châm sẽ thay đổi, mặt khác sự xâm thực bề mặt ngoài của hai bản cực A và B nên hệ số cảm ứng thay đổi so với thiết kế ban đầu do đó chỉ thị vận tốc vả quãng đường sai số so

với thực tế

10

e fla tan số phát ban đầu

e tla thoi gian Khi sóng phát ra đập vào vật có định phản xạ trở lại máy thu có hàm sóng là:

ø = ,.sin2n f,(t+ At) ( Gia sit khéng cé tén hao)

Trong đó: e At=2D/C là khoảng thời gian sóng phát đi cho đến khi sóng phản xạ trở lại máy e _ thu ( đơn vị là giây)

e - D là khoảng cách giữa máy thu, phát và vật cố định e _C là vận tốc truyền sóng

Như vậy ta có pha dao động tại máy thu là:

2D =27ƒ.|T +——

Theo vật lý,đạo hàm pha dao động sóng tại một thời điểm bằng tần số góc của hàm sóng

tại thời điểm đó, nên ta có:

dg 2dD

1 f+ mm] @ =2nf, (*)

aD ‹ , Trong đó: ———v là vận tôc chuyên động của vật đặt máy thu sóng

Trường hợp 3:Hướng phát sóng hợp với phương chuyên động mét géc «tir céng thire ta có:

11

.COS @ = car

2/

->v=+d c.f 2ƒ.COS # 3.2 Nguyên lí hoạt động:

3.2.1 Hiéu tng Doppler:

Khi một máy phát đặt trên một nên cố định phát sóng vào một vật đang chuyên động

hoặc máy phát đặt trên một nền di động phát sóng vào một vật đang chuyên động, lúc

đó đo đạc tần số thu thì ta thu được tần số thu khác so với tần số phát một đại lượng là

Af =fi-fo (khác 0) Đây chính là hiệu ứng Doppler về sự thay đôi tần số sóng, được áp dụng trong các máy đo vận tốc

3.2.2 Nguyên lí hoạt động của máy do tốc độ bằng hiệu ứng Doppler : Ở dưới đáy tàu người ta đặt một màng dao động thu phát sóng siêu âm và phát chéo

về phía mũi hoặc phía lái hợp với mặt phẳng đường nước một góc ơœ có định, tần số phát

song siêu âm 1a fo, thu được tan sé phan xa tro vé day biển là f¡ Tốc độ của tàu được

tính theo công thức sau: Theo hiệu ứng Doppler ta có: giả sử màng phát và thu tiến đến điểm 0 với cùng vận tốc v.cosơ ta có :

fi =fo (1+ em a+ e" art oS &+ ) Jogi bỏ các số hạng vô cùng bé bậc cao ta được:

VEC 27 “cosa” LF cos a (12)

Nhìn vào công thức (12) ta thấy : e _C là vận tốc siêu âm trong môi trường nước biên là 1500m⁄s

e© góc ơ không đối

12