1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

nghiên cứu về công nghệ kỹ thuật quét ảnh đáy nước 3 chiều 3d

65 0 0
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Nghiên cứu về kỹ thuật, công nghệ quét ảnh đáy nước 3 chiều (3D)
Tác giả Hoàng Văn Hiểu
Người hướng dẫn TS. Nguyễn Quốc Khương
Trường học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Chuyên ngành Kỹ thuật Viễn thông
Thể loại Luận văn Thạc sĩ
Năm xuất bản 2023
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 65
Dung lượng 1,99 MB

Nội dung

Bằng cách sử dụng sử dụng các kiến thức đã học về mạch điện tử để cải thiện hệ thống SONAR chủ động, thực nghiệm trên phòng thí nghiệm và các hồ nước sâu tại Hà Nội, biển Nha Trang, hồ H

Trang 1

ĐT.QT12.BM.01 Ban hành lần: 02 Ngày ban hành: 28/04/2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Nghiên cứu về kỹ thuật, công nghệ quét

ảnh đáy nước 3 chiều (3D)

HOÀNG VĂN HIỂU Ngành: Kỹ thuật Viễn thông

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Khương Viện: Điện tử - Viễn thông, Điện – Điện tử

HÀ NỘI, 10/2023

Trang 2

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nghiên cứu về kỹ thuật, công nghệ quét

ảnh đáy nước 3 chiều (3D)

HOÀNG VĂN HIỂU

Hieu.hv212581M@sis.hust.edu.vn

Ngành: Kỹ thuật viễn thông

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Khương

Trường/Viện/Khoa: Trường Điện – Điện tử

HÀ NỘI, 10/2023

Chữ ký của GVHD

Trang 3

ĐT.QT12.BM.01 Ban hành lần: 02 Ngày ban hành: 28/04/2023

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn : Hoàng Văn Hiểu Đề tài luận văn: Nghiên cứu về công nghệ, kỹ thuật quét ảnh đáy nước 3

- Thêm kết luận các chương 2,3,4 - Chỉnh sửa tên chương 4

- Chỉnh sửa phần Tài liệu tham khảo - Phân tích thêm các kết quả thực nghiệm để làm rõ đóng góp của

tác giả

Ngày tháng năm

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu và tìm hiểu của tôi và kế thừa một phần trong khuôn khổ đề tài Mã số: ĐTĐL.CN-29/18 – Bộ Khoa Học Công Nghệ:

“Phát triển hệ định vị SONAR chủ động sử dụng vật liệu gốm và thiết bị thủy âm” Các thiết kế, bảng biểu, hình ảnh và nội dung trong luận văn được sử dụng

có trích dẫn dưới sự đồng ý của chủ nhiệm đề tài là PGS.TS Nguyễn Văn Đức Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và tham khảo có dẫn chứng cụ thể Những đánh giá, nhận xét của cá nhân được đưa ra từ những nghiên cứu lý thuyết và thực hành, trong đó có mô phỏng bằng phần mềm Matlab và thực nghiệm đo đạc thực tế

Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

NGƯỜI THỰC HIỆN

HOÀNG VĂN HIỂU

Trang 5

ĐT.QT12.BM.01 Ban hành lần: 02 Ngày ban hành: 28/04/2023

ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

Nguyên cứu về kỹ thuật, công nghệ quét ảnh đáy nước 3 chiều (3D)

Giáo viên hướng dẫn

Ký và ghi rõ họ tên

Trang 6

Lời cảm ơn

Thời gian học tập và rèn luyện tại Đại học Bách Khoa Hà Nội thật sự là một khoảng thời gian quý báu và nhiều bổ ích đối với em Sau khi kết thúc 5 năm học kỹ sư tại Đại học Bách Khoa Hà Nội, nhận thấy kiến thức của mình còn hạn chế nên em đã đăng kí học tiếp lên Thạc sĩ Trong quá trình học tập, em rất biết ơn các thầy cô trong phòng thí nghiệm WICOM Lab, đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Quốc Khương đã tạo mọi điều kiện tốt nhất, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, phân tích những sai sót để em hoàn thành tốt luận văn này Em cũng xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Đức, người đã cho em rất nhiều lời khuyên chuyên môn và hỗ trợ cả về kinh phí giúp em hoàn thành được luận văn này Em cũng xin cảm ơn KS Nguyễn Quang Minh, KS Nguyễn Hữu Phúc, KS Nguyễn Văn Huy đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị, nghiên cứu sinh, các em sinh viên tại WICOM Lab đã nhiệt tình hỗ trợ và giúp đỡ em hoàn thành luận văn này Em xin chân thành cảm ơn!

Tóm tắt nội dung luận văn

Việc ứng dụng công nghệ SONAR ngày càng phát triển trong nhiều lĩnh vực dân dụng, khoa học và quân sự như các ngành khai thác thủy- hải sản, khai thác dầu khí, khảo sát, vẽ bản đồ địa hình các bề mặt đáy cá vùng hồ thủy điện, đập nước, các hệ thống phòng thủ như phát hiện tàu ngầm, phát hiện định vị người nhái, điều khiển và định hướng cho ngư lôi Luận văn này đưa ra những lý thuyết tổng quan về các hệ thống SONAR chủ động, các thành phần cơ bản của hệ thống SONAR chủ động Luận văn đưa ra các vấn đề cần thực hiện là xây dựng hệ thống SONAR chủ động với độ ổn định và chính xác cao, phân tích các kỹ thuật, công nghệ quét ảnh 3 chiều, sử dụng kỹ thuật, công nghệ thích hợp nhất để vẽ hình ảnh 3 chiều của bề mặt đáy nước từ các tín hiệu thu về từ hệ thống SONAR chủ động Bằng cách sử dụng sử dụng các kiến thức đã học về mạch điện tử để cải thiện hệ thống SONAR chủ động, thực nghiệm trên phòng thí nghiệm và các hồ nước sâu tại Hà Nội, biển Nha Trang, hồ Hòa Bình để lấy tín hiệu SONAR thu được để xử lý Sau đó, sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng các hình ảnh 2 chiều và 3 chiều, tham khảo các kỹ thuật, công nghệ quét ảnh 3 chiều qua các bài báo chuyên ngành và các chuyên gia

Các kết quả của luận văn phù hợp với các vấn đề đặt ra về xây dựng hệ thống SONAR chủ động có độ nhạy cao, hoạt động ổn định, hiển thị hình ảnh trực quan và có độ ứng dụng cao trong cuộc sống

HỌC VIÊN

Ký và ghi rõ họ tên

Trang 7

ĐT.QT12.BM.01 Ban hành lần: 02 Ngày ban hành: 28/04/2023

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT VỀ SÓNG ÂM VÀ SONAR 1

Lý thuyết sóng âm 1

Tính chất và đặc trưng của kênh thông tin thủy âm 2

Sự suy hao của sóng âm trong thông tin thủy âm 3

Suy hao trải hình học 3

Khái niệm mạch khuếch đại 8

Sơ đồ cơ bản của mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ 9

Mạch khuếch đại thuật toán 10

Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại 13

Mạch lọc tương tự 13

Các bộ lọc số 19

Thiết kế hệ thống SONAR chủ động 21

Mục tiêu và phương pháp thiết kế hệ thống 21

Sơ đồ khối của hệ thống 22

Kết luận 23

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO HỆ THỐNG SONAR CHỦ ĐỘNG 24

Thiết kế khối tín hiệu phát 24

Sơ đồ khối phát 24

Thiết kế hệ thống mạch điện cho khối phát 25

Thiết kế khối xử lý tín hiệu bên thu 28

Trang 8

Sơ đồ khối thu 28

Thiết kế mạch điện cho khối thu 29

Kết nối các khối thành hệ thống SONAR chủ động hoàn chỉnh 36

Hướng phát triển của đồ án trong tương lai 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 49

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ 50

Trang 9

ĐT.QT12.BM.01 Ban hành lần: 02 Ngày ban hành: 28/04/2023

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

A ADC Analog-to-Digital Converter

D DAC Digital-to-Analog Converter

F FIR Finite – duration Impluse Response system

I IIR Infinite – duration Impluse Response system

O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

P

R RADAR Radio Detection and Ranging

S

SONAR Sound Navigation And Ranging

W WICOM Wireless Comunication

Trang 10

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hình vẽ sự phụ thuộc tốc độ âm thanh vào nhiệt độ và độ sâu tại S =

36ppt 2

Hình 1.2 Suy hao trải hình cầu trong vùng nước sâu 3

Hình 1.3 Suy hao trải hình trụ 3

Hình 1.4 Mô hình SONAR chủ động 5

Hình 1.5 Nguyên lý SONAR thụ động 6

Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch khuếch đại 8

Hình 2.2 Sơ đồ mạch BJT mắc theo kiểu Emiter chung 9

Hình 2.3 Sơ đồ mạch BJT mắc theo kiểu Base chung 9

Hình 2.4 Sơ đồ mạch BJT mắc theo kiểu Base chung 10

Hình 2.5 Các tầng ghép nối trong mạch khuếch đại thuật toán 11

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại đảo 12

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại không đảo 12

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại lặp 13

Hình 2.20 Sơ đồ cấu trúc của bộ lọc FIR 20

Hình 2.21 Sơ đồ cấu trúc của bộ lọc IIR 21

Hình 2.22 Sơ đồ các khối trong hệ thống SONAR chủ động 22

Hình 3.1 Giản đồ thời gian xung tín hiệu phát và xung định vị xung gốc [10] 24

Hình 3.2 Sơ đồ khối bên phát 25

Hình 3.3 Tín hiệu xung radar có tần số 200kHz 25

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại công suất phát 26

Hình 3.5 Layout 3D khối phát trên phần mềm Altium 27

Hình 3.6 Hình ảnh mạch thực tế chế tạo 27

Hình 3.7 Tín hiệu xung radar ở tần số 165kHz được khuếch đại và ghép tải 28

Trang 11

ĐT.QT12.BM.01 Ban hành lần: 02 Ngày ban hành: 28/04/2023

Hình 3.8 Tín hiệu xung radar ở tần số 200kHz được khuếch đại và ghép tải 28

Hình 3.9 Sơ đồ khối bên thu [10] 29

Hình 3.10 : Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại thu 30

Hình 3.11 Tín hiệu thu trong miền thời gian 30

Hình 3.12 Tín hiệu thu trong miền tần số 31

Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý mạch nhân tần 32

Hình 3.14 Tín hiệu nhân trong miền thời gian 33

Hình 3.15 Tín hiệu nhân trong miền tần số 33

Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý mạch cộng 33

Hình 3.17 Tín hiệu cộng điện áp trong miền thời gian 34

Hình 3.18 Tín hiệu cộng điện áp trong miền tần số 34

Hình 3.19 Layout 3D khối thu trên phần mềm Altium 35

Hình 3.20 Layout 3D mạch phát và mạch thu trên 1 bo mạch 36

Hình 4.5 Một đoạn tín hiệu thu được tại hồ Đồng Đò 41

Hình 4.6 Một chu kì tín hiệu thu được 41

Hình 4.7 Hình ảnh 2D một mặt quét 42

Hình 4.8 Hình ảnh bề mặt đáy hồ Đồng Đò 42

Hình 4.9 Hình ảnh 3 chiều bề mặt đáy hồ Đồng Đò đo lần 2 43

Hình 4.10 Hình ảnh 3 chiều bề mặt đáy hồ Đồng đò đo lần 3 43

Hình 4.11 Tín hiệu thu được tại vịnh Hạ Long 44

Hình 4.12 Một chu kì tín hiệu thu được tại Vịnh Hạ Long 44

Hình 4.13 Hình ảnh 2D mặt đáy tại 1 điểm ở Vịnh Hạ Long 45

Hình 4.14 Hình ảnh 3D đáy nước tại Vịnh Hạ Long 45

Trang 12

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3-1 Bảng tần số các kênh sau điều chế 32

Trang 13

ĐT.QT12.BM.01 Ban hành lần: 02 Ngày ban hành: 28/04/2023

MỞ ĐẦULý do chọn đề tài

Ngày nay công nghệ định vị và xác định vị trí được ứng dụng rất nhiều trong các ngành và lĩnh vực khác nhau, trong đó ứng dụng đặc biệt được sử dụng trong quân sự và tìm kiếm cứu nạn Như chúng ta thấy ở trên mặt đất và trên không người ta dùng công nghệ Radar sử dụng sóng vô tuyến để dò tìm và xác định vị trị của một vật thể nào đó Còn ở dưới nước do sóng vô tuyến bị suy hao rất lớn và không truyền được đi xa nên phải dùng công nghệ SONAR (sử dụng sóng siêu âm) để phát hiện vật cản ở dưới nước Ứng dụng của công nghệ Sonar rất rộng, các ứng dụng liên quan đến các lĩnh vực quân sự như phát hiện tàu ngầm hay trong lĩnh vực tìm kiếm cứu nạn trên biển là một trong những ứng dụng rất quan trọng

Do những ứng dụng quan trọng của công nghệ SONAR, nên ở trên thế giới đã có nhiều công trình, dự án nghiên cứu về công nghệ này và đã có nhiều sản phẩm như: các robot thám hiểm lòng đại dương, các hệ thống quét bề mặt đại dương, các hệ thống phát hiện cá, hay đặc biệt là các hệ thống phòng thủ ở dưới nước ứng dụng trong quân đội Nhưng ở Việt Nam các đề tài nghiên cứu về lĩnh vực này còn hạn chế Tuy nhiên đây là một hướng nghiên cứu rất tiềm năng và khả năng ứng dụng rất cao trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Mục tiêu của đề tài

Đề tài này đưa ra thiết kế hệ thống hệ thống SONAR chủ động và ứng dụng công nghệ, kỹ thuật quét ảnh đáy nước ba chiều (3D) cho hệ thống SONAR chủ động giúp hiển thị trực quan hình ảnh đáy nước

Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của Đề tài được thể hiện trong những mục sau:

- Nghiên cứu các phương pháp điều chế tương tự và phương pháp điều chế số để lựa chọn phương pháp điều chế phù hợp cho hệ sonar chủ động

- Mô phỏng hệ thống, tối ưu các tham số điều chế và chu kỳ tín hiêu phát

- Thiết kế chế tạo bộ phát tín hiệu sử dụng cho hệ SONAR chủ động

- Thiết kế chế tạo bộ thu và xử lý tín hiệu sử dụng cho hệ SONAR chủ động

Trang 14

- Ứng dụng công nghệ, kỹ thuật quét ảnh đáy nước ba chiều cho hệ thống SONAR chủ động làm hiển thị hình ảnh trực quan bề mặt đáy nước

Nội dung nghiên cứu được trình bày trong luận văn và được chi làm các chương:

Chương 1: Lý thuyết về sóng âm và SONAR Chương 2: Cơ sở lý thuyết và thiết kế hệ thống SONAR chủ động Chương 3: Chế tạo hệ thống SONAR chủ động

Chương 4: Ứng dụng công nghệ, kỹ thuật quét ảnh đáy nước 3 chiều (3D) cho hệ thống SONAR chủ động

Kết luận

Phương pháp nghiên cứu (lý thuyết, mô phỏng, thực nghiệm …)

Nghiên cứu phân tích lý thuyết, sau đó lựa chọn và thiết kế tối ưu phương pháp điều chế và giải điều chế tín hiệu cho hệ SONAR chủ động thông qua các phương pháp mô phỏng số kết hợp với thực nghiệm Thực nghiệm hệ thống SONAR chủ động tại các môi trường nước khác nhau, từ đó đưa ra đánh giá và cải thiện hệ thống

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Những tính mới, tính thời sự, ý nghĩa khoa học và sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu đã được xác định chi tiết trong các nội dung nghiên cứu kể trên Đề tài đang được đề xuất là mới Kết quả của đề tài giúp đưa ra những giải pháp và tiêu chí để đánh giá cũng như nâng cao hiệu quả trong hệ thống SONAR, giúp hiển thị hình ảnh trực quan bề mặt đáy nước, nâng cao chất lượng của hệ thống SONAR chủ động

Trang 15

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT VỀ SÓNG ÂM VÀ SONAR Lý thuyết sóng âm

Âm hay sóng âm là những sóng cơ lan truyền trong các môi trường rắn, lỏng, khí (không truyền được trong môi trường chân không) Sóng âm truyền trong môi trường chất khí, chất lỏng là sóng dọc, trong môi trường chất rắn thường là sóng ngang

Tính chất truyền sóng được thể hiện trong 2 yếu tố: x Trong mỗi môi trường đồng tính thì sóng âm truyền đi với tốc độ không đổi x Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính chất của của môi trường (bản chất, tính

đàn hồi, mật độ, nhiệt độ,…) Nói chung tốc độ âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng, trong chất lỏng lớn hơn trong chất khí: ݒ௥ኽ௡ ൐ ݒ௟ው௡௚ ൐ ݒ௞௛À Vận truyền âm trong không khí khoảng 342 m/s, đối với nước là 1500m/s và thép là 5000 m/s [1]

Dựa theo tần số, sóng âm được chia ra làm 3 loại: x Hạ âm là những âm có tần số nhỏ hơn 16Hz, tai người không nghe được x Âm nghe được có tần số từ 16Hz đến 20kHz và gây ra cảm giác âm ở tai người x Siêu âm là âm có tần số lơn hơn 20kHz, tai người không nghe được

So với hai loại còn lại, sóng siêu âm có những đặc tính đặc biệt để được sử dụng trong hệ thống SONAR định vị, đó là tính định hướng Do tính chất của chùm tia siêu âm là ít bị khúc xạ khi đi qua mặt phân cách các môi trường, kích thước nhỏ và ít bị phân kỳ

Hệ số hấp thụ siêu âm ở trong không khí lớn hơn ở trong nước khoảng 1.000 lần [2] Tuy nhiên, bên cạnh đó môi trường nước lại có những trở ngại ảnh hưởng đến truyền sóng:

x Tạp âm và nhiễu: tạp âm nền được tạo ra từ nhiều nguồn do tự nhiên (độ sâu, thành phần nước,…) và nhân tạo (tàu thuyền, động vật,…) Phần này được nói kỹ hơn trong mục dưới

x Băng thông bị giới hạn: Trong môi trường nước, âm thanh có tần số càng cao càng bị suy hao Nhưng tần số thấp của âm thanh lại bị can nhiễu bởi môi trường Do đó độ rộng băng tần của âm thanh phụ thuộc vào tạp âm, nhiễu, suy hao

x Tốc độ truyền nhỏ: Vận tốc truyền lan trung bình của sóng điện từ trong môi trường là ͵ ൈ ͳͲ଼m/s Trong khi đó sóng âm thanh truyền dưới nước có vận tốc trung bình 1500m/s là rất nhỏ so với sóng điện từ

x Truyền đa đường: Sóng âm thanh lan truyền trong môi trường nước bị phản xạ lại do tiếp xúc với mặt đáy, vật thể, hay do mặt phân cách giữa nước và

Trang 16

không khí Mỗi đường phản xạ có trễ riêng về mặt thời gian, điều đó gây ra hiện tượng nhiễu đa đường bởi sự chồng lấn âm thanh

Tính chất và đặc trưng của kênh thông tin thủy âm

Truyền sóng âm là phương pháp phổ biến khi nghiên cứu hệ thống thông tin không dây dưới nước Do đó nhân tố quan trọng ảnh hưởng tới tốc đo dữ liệu, chất lượng tín hiệu thu được đó là tốc độ âm thanh

Thông thường tốc độ âm thanh dưới nước được lấy xấp xỉ là 1500m/s Tuy nhiên khi nghiên cứu, tốc độ âm thanh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, độ mặn, độ sâu tại mỗi vị trí Tốc độ âm thanh trong nước biển được tính toán theo phương trình Mackenzine với sai số xấp xỉ 0.070m/s

x ܶ là nhiệt độ tính theo °C (0 ൊ30Ԩ)

x ܵ là độ mặn theo phần nghìn (ppt) (25 ൊ40 ppt) x ܦ là độ sâu theo m (Ͳ ൊ ͺͲͲͲ݉)

Hình 1.1 Hình vẽ sự phụ thuộc tốc độ âm thanh vào nhiệt độ và độ sâu tại S = 36ppt

Trang 17

Từ Hình 1.1 ta thấy tốc độ âm thanh tăng theo nhiệt độ và độ sâu Trong đó nhiệt độ có ảnh hưởng rõ rệt

Sự suy hao của sóng âm trong thông tin thủy âm

Suy hao trải hình học

Những yếu tố về môi trường như độ sâu, khoảng cách truyền có nhiều ảnh hưởng tới suy hao tín hiệu Để có thể đánh giá ảnh hưởng của suy hao một cách chính xác nhất, người ta chia suy hao thành các loại khác nhau Có hai hình thức suy hao truyền là suy hao do phân bố hình cầu và hình trụ

Suy hao trải hình học làm giảm cướng đột tín hiệu rất nhiều do hiệu ứng hội tụ và phân kì gây ra bởi sự truyền của những sóng âm thanh trong môi trường nước Nó là một kết quả của hiện tượng khúc xạ, phản xạ và các hiện tượng khác

- Suy hao hình cầu xảy ra tại vùng nước sâu

Hình 1.2 Suy hao trải hình cầu trong vùng nước sâu

Công thức suy hao tại vùng nước sâu:

Trang 18

Công thức suy hao tại vùng nước nông:

TL = 20logR (dB) với R<R0 PT 1.3

TL = 10logR+10log(R0) (dB) với R>R0

Trong đó : R là khoảng cách từ máy phát tới máy thu R0 là khoảng cách chuyển tiếp từ suy hao hình cầu trụ sang suy hao hình cầu Trong kênh nước nông, năng lượng âm thanh trải qua cả 2 mô hình suy hao trải hình học: suy hao trải hình cầu và suy hao trải hình trụ

Suy hao do hấp thụ

Sự suy giảm do hấp thụ xảy ra do sự biến đổi của năng lượng âm thanh trong nước biển thành nhiệt Quá trình này phụ thuộc vào tần số, tần số cao hơn thì năng lượng bị hấp thụ nhiều hơn [3]:

- Sự hấp thụ gây ra bới chuyển động hạt: Với những tần số trên 100kHz, sự chuyển động của hạt tạo bởi âm thanh chuyển đổi một phần năng lượng dao động thành nhiệt thông qua sự cản do nước qua từng khoảng cách truyền xác định Tỷ lệ thất thoát suy giảm theo hệ số mũ Suy giảm 1dB/km có nghĩa là năng lượng truyền sẽ giảm đi 21% trên mỗi km truyền đi Hệ số suy giảm tăng theo bình phương tần số, tại những tần số lớn (thường hơn 1Mhz), người ta thường lấy theo đơn vị dB/m vì khi đó âm thanh suy giảm rất nhanh và phụ thuộc cả vào nhiệt độ nước biển, áp suất hoặc độ sâu

- Sự hấp thụ hóa học: Một số phân tử trong nước có nhiều trạng thái ổn định, và chúng chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác phụ thuộc vào áp suất Những sự thay đổi này có thể chuyển đổi năng lượng kết hợp vs áp suất âm thanh dao động tạo thành nhiệt Thay đổi với tốc độ càng nhanh (tần số cao) thì càng có ít ảnh hưởng vì những thay đổi phân tử là quá chậm, cho nên sự hấp thụ này chỉ ảnh hưởng ở những tần số thấp Nguyên nhân của sự hấp thụ hóa học chủ yếu do độ mặn của nước biển và sự tồn tại muối MgSO4

Định nghĩa SONAR

SONAR (viết tắt từ tiếng Anh: Sound Navigation and Ranging) là một kỹ thuật sử

dụng sự lan truyền âm thanh (thường là dưới nước) để tìm đường di chuyển, liên lạc hoặc phát hiện các đối tượng khác ở trên mặt, trong lòng nước hoặc dưới đáy nước, như là cá, tàu bè, vật thể trôi nổi hoặc chìm trong bùn cát đáy [4]

SONAR được chia làm 2 loại: - SONAR chủ động: hệ thống tự phát đi xung sóng âm, sau khi lan truyền trong

môi trường nước gặp vật cản sẽ cho xung phản xạ tại đầu thu của hệ thống, bằng cách phân tích tín hiệu phản xạ có thể đưa ra các kết luận về đối tượng cần khảo sát

- SONAR thụ động: hệ thống chỉ nghe âm thanh do nguồn khác phát ra như tàu bè, vật thể trong nước Tín hiệu sau khi thu được cũng được phân tích để đưa ra kết quả từ nguồn phát

Trang 19

SONAR chủ động

Hệ thống SONAR chủ động tự phát xung âm thanh và thu âm vọng lại từ môi

trường thể hiện Hình 1.4 Với phương thức thu nhận đó, người ta đã sử dụng các kỹ

thuật về mảng cảm biến phát hay thu và thuật toán xử lý tín hiệu để đưa ra kết quả như khoảng cách, vị trí vật thể, hình ảnh 2D của vật thể.v.v

Trang 20

SONAR thụ động

Hệ thống chỉ lắng nghe, tiếp nhận âm thanh từ môi trường thì gọi là SONAR thụ động Mô hình SONAR thụ động thể hiện Hình 1.5 được xử dụng để xác định nguồn phát âm thanh

Hình 1.5 Nguyên lý SONAR thụ động

SONAR thụ động bao gồm các kỹ thuật phân tích liên quan đến âm thanh phát ra từ xa nhằm tới xác định vị trí và bản chất nguồn phát Nó thường được sử dụng trong quân sự để dò tìm tàu ngầm, nhưng một số ít được dùng trong khoa học như nghiên cứu biển, đánh cá, phát hiện rung chấn hay phun trào đáy biển

Ứng dụng hệ thống SONAR

Ứng dụng trong lĩnh vực dân sự

- Dò tìm cá: Dò tìm cá sử dụng SONAR công suất đủ nhỏ, quét vào khu vực dò tìm Những con cá đủ lớn có thể cho ra phản xạ nhận thấy được Đàn cá lớn có thể hiện ra thành đám vật thể có nhiễu do sự bơi lội và làm xáo động nước, dẫn đến xáo động sự lan truyền và phản xạ sóng âm Ngày nay các phần mềm nhận dạng được ứng dụng để đánh giá sự có mặt và độ lớn của đàn cá trong chùm ảnh quét được.Ngoài ra, những công ty như eSONAR, Raymarine UK, Marport Canada, Wesmar, Furuno, Krupp, and Simrad, đã chế ra nhiều SONAR và dụng cụ âm thanh phục vụ nghề cá biển sâu Những thiết bị này được gắn vào lưới, thu nhận thông tin và đổi thành dạng số, truyền về máy điều hành trên tàu

- Đo sâu hồi âm: Đo sâu hồi âm (Echo sounding) là một loại SONAR nhỏ gọn dùng cho xác định độ sâu nước, bằng cách phát xung siêu âm vào nước và thu nhận tín hiệu phản xạ từ đáy nước, từ đó xác định ra độ sâu Chúng còn có tên là máy đo sải nước Thông thường các đầu phát-thu được gắn cạnh tàu thuyền sao cho khi gặp sóng nước thì không lộ ra, phát sóng từ gần mặt nước Tín hiệu từ đầu thu được theo dõi liên tục, hiện trên màn hình trượt hoặc in băng ghi giấy nhiệt, ở dạng một đường ghi có mã hóa cường độ tín hiệu theo thang độ xám Băng ghi như vậy hiện ra hình ảnh mặt cắt hồi âm dọc hành trình Trong trường hợp thuận lợi có thể hiện ra được những ranh

Trang 21

giới hay dị vật trong lớp bùn đáy.Các máy đo sâu hồi âm cỡ nhỏ phục vụ dò tìm luồng lạch cho các loại tàu thuyền Các máy đo sâu hồi âm kỹ thuật thì phục vụ đo độ sâu và xác định trạng thái đáy nước như bùn, cát, đá, hay thực vật đáy che phủ [4]

Ứng dụng trong lĩnh vực quân sự

Từ thế chiến thứ 2 các bên tham chiến đã bắt đầu đưa tàu ngầm vào chiến đấu Từ đó các hệ thống phòng thủ và phát hiện tàu ngầm cũng ra đời từ đó các hệ thống này thường sử dụng công nghệ SONAR chủ động để tìm và phát hiện tàu ngầm Ngày nay các hệ thống phòng thủ và phát hiện dưới nước được phát triển nhanh và hiện đại hơn Các hệ thống SONAR chủ động và SONAR thụ động được sử dụng cho các hệ thống phòng thủ như các hệ thống phát hiện người nhái, hệ thống phát hiện tàu ngầm

Ứng dụng khoa học

- SONAR quét sườn: SONAR quét sườn (Side Scan SONAR), còn gọi là SONAR ảnh sườn (Side imaging SONAR), hay SONAR phân loại đáy (Bottom classification SONAR), là đo quét sườn, sử dụng ít nhất hai kênh phát-thu siêu âm đặt bên sườn đầu đo dạng con cá (Towfish) kéo theo tàu ở gần sát đáy Đầu đo có cánh định hướng để nó nằm ngang Kết quả phản xạ siêu âm sườn được ghi lên giấy ghi nhiệt, cho ra hai hình ảnh hồi âm sườn nhìn từ sát đáy của hành trình đo SONAR quét sườn được coi là một phương pháp địa lý, sử dụng trong nghiên cứu địa chất biển, và là thành phần không thể thiếu của tàu nghiên cứu biển

- Lập bản đồ địa hình vùng nước: Trong việc lập Bản đồ địa hình trên vùng biển hoặc vùng nước nói chung, SONAR phục vụ đo độ sâu (Bathymetry) và xác định trạng thái đáy nước, như là đá cứng, dị vật, cát, bùn hay thảm thực vật Độ sâu được tính chuyển sang độ cao đáy, còn thông tin trạng thái đáy thì được ghi chú hoặc đánh dấu bằng các ký hiệu thích hợp, để biểu diễn trên bản đồ hoặc hải đồ.Phục vụ cho công việc trên là các máy đo hồi âm kỹ thuật Máy sử dụng đa tia đa tần Một số máy có cách thức hoạt động gần như dạng SONAR quét sườn, nhưng có góc quét hẹp hơn để định vị các đối tượng chính xác hơn.Những máy này làm việc ở hai tần số: tần số thấp 24 hoặc 33 kHz, và tần số cao cỡ 200 kHz Xung được phát đồng thời, và sự khác nhau về tần số đủ lớn để mạch xử lý tín hiệu tách được chúng với nhau Tần số 200 kHz dùng cho nghiên cứu chi tiết, phân giải cao đến độ sâu 100 m Tần số thấp dùng cho độ sâu lớn hơn, trong nghiên cứu biển sâu và đại dương, nhằm tránh sự hấp thụ của nước đối với dao động tần cao trên khoảng cách lớn.Khi có nhu cầu nghiên cứu chi tiết đáy biển, đặc biệt là vùng có địa hình đáy phức tạp, thì các SONAR quét sườn được sử dụng [4]

Kết luận

Chương này đã giới thiệu sơ lược về lý thuyết sóng âm, những đặc trưng của sóng âm trong môi trường nước và ứng dụng của sóng siêu âm trong các lĩnh vực khác nhau Qua đó, khái quát về các đặc điểm của SONAR, phân loại cũng như ứng dụng của nó vào thực tiễn Rất nhiều các tác nhân trong môi trường nước ảnh hưởng tới hệ thống SONAR gây suy hao, vì vậy việc tìm và đưa ra các biện pháp tốt nhất để hạn chế ảnh hưởng và cải thiện chất lượng tín hiệu để hệ thống hoạt động với hiệu suất tốt nhất là cần thiết

Trang 22

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SONAR CHỦ

ĐỘNG Cơ sở lý thuyết

Khái niệm mạch khuếch đại

Khuếch đại tín hiệu là chức năng quan trọng nhất của các mạch tương tự Nó được thực hiện trực tiếp hoặc gián tiếp trong các phần tử chức năng của hệ thống Thông thường trong một hệ thống tương tự, người ta phân biệt các tầng gia công tín hiệu và các tầng khuếch đại công suất hoặc điện áp [5] Bản chất khuếch đại tín hiệu là quá trình điều khiển sự biến đổi của năng lượng, tín hiệu xoay chiều tại đầu vào sẽ điều khiển điện áp và dòng điện một chiều của nguồn cấp, cho đầu ra tín hiệu có điện áp

và dòng điện bằng hệ số lần đầu vào

Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại như một mạng 4 cực Hình 2.1 Trong đó, nguồn

cấp năng lượng cho mạch là Vcc, En là nguồn cấp tín hiệu vào, Rn là điện trở trong của nguồn tín hiệu, Rt là nơi tải nhận tín hiệu ra

Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch khuếch đại

Hai bộ thông số quan trọng của mạch là điện áp, dòng điện ở đầu vào (Uv, Iv) và đầu ra (Ur, Ir) Dựa theo mối quan hệ hai thông số trên, người ta thành 3 loại mạch khuếch đại phổ biến:

- Mạch khuếch đại điện áp: Mạch có vai trò khuếch đại thành phần điện áp của tín hiệu đưa vào [6]

Trang 23

Sơ đồ cơ bản của mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ

Mô hình transistor gồm 3 chân Emiter (E), Base (B) và Collector (C), mắc theo dạng mạng 4 cực thì có một chân đầu vào, một chân đầu ra, một chân nối đất ta được 3 cách mắc: Emiter chung, Base chung, Collector chung

Mạch BJT mắc kiểu E chung

Mắc cực E nối đất, tín hiệu đưa vào cực B và đưa ra tại cực C, ta được sơ đồ mạch BJT mắc theo kiểu E chung Hình 2.2 [5]

Hình 2.2 Sơ đồ mạch BJT mắc theo kiểu Emiter chung

Khi thiết kế mạch Emiter chung, điện áp UCE được định thiên khoảng 60%-70% giá trị nguồn VCC Mạch được phân cực bằng phương pháp phân áp bằng hai điện trở RB1, RB2, định thiên mở cực B cho transistor làm việc

Nguyên lý hoạt động của mạch bắt đầu từ cực B, điện áp xoay chiều vào thay đổi khiến dòng IBE thay đổi, dòng ICE cũngthay đổi theo phương trình ICE =β IBE, dẫn tới điện áp rơi trên tải tại chân C thay đổi Đặc điểm mắc kiểu E chung là tín hiệu đầu ra ngược pha so với tín hiệu đầu vào Phần lớn, các bộ phận khuếch đại tín hiệu nhỏ trong mạch điện tử sử dụng mạch BJT mắc kiểu E chung

Transistor mắc kiểu B chung

Khi mắc cực B nối đất, tín hiệu đưa vào cực E và đưa ra tại cực C, ta được sơ đồ

mạch BJT mắc theo kiểu E chung Hình 2.3 [5]

Hình 2.3 Sơ đồ mạch BJT mắc theo kiểu Base chung

Trang 24

Mạch mắc theo kiểu B chung chỉ khuếch đại điện áp mà không khuếch đại cường độ dòng điện của tín hiệu Mạch mắc theo kiểu B chung đáp ứng phù hợp trong các mạch cao tần

Transistor mắc kiểu C chung

Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C nối xuống đất hoặc nguồn (do tín hiệu xoay chiều coi đất hay nguồn một chiều đều được coi như đất), tín hiệu đưa vào cực B và

ra tại cực E Mạch có sơ đồ như Hình 2.4 [5]

Hình 2.4 Sơ đồ mạch BJT mắc theo kiểu Base chung

Tín hiệu xoay chiều vào cực B có biên độ thay đổi theo thời gian, khiến dòng IBE thay đổi, dòng ICE thay đổi theo dòng IBE, ICE =βIBE Đặc điểm mạch mắc C chung là tín hiệu đầu ra không bị đảo pha so với tín hiệu đầu vào

Mạch mắc theo kiểu C chung chỉ khuếch cường độ dòng điện mà không khuếch đại điện áp của tín hiệu do điện áp UBE luôn ổn định, do đó điện áp trên chân E sẽ thay đổi theo điện áp trên chân B, cường độ dòng điện được khuếch đại theo hệ số β Mạch mắc theo kiểu C chung được ghép nhiều trong các bộ khuếch đại đệm Khi phải chia tín hiệu thành nhiều nhánh cần ghép thêm bộ đệm khuếch đại cường độ dòng điện đủ lớn để thực hiện phân dòng Một số mạch C chung phân cực theo phương pháp định dòng IB có trở kháng vào lớn, trở kháng ra nhỏ, được dùng như các bộ đệm có tác dụng phối hợp trở kháng giữa nguồn tín hiệu và tải

Mạch khuếch đại thuật toán

Một bộ khuếch đại thuật toán được tạo nên từ nhiều bộ transistor ghép nối với nhau theo các tầng Hình 2.5 Mặc dù các thiết kế có thể khác nhau giữa các sản phẩm và các nhà chế tạo nhưng tất cả các mạch khuếch đại thuật toán đều có chung những cấu trúc bên trong bao gồm 3 tầng [5]:

Trang 25

Hình 2.5 Các tầng ghép nối trong mạch khuếch đại thuật toán

- Khuếch đại vi sai: Tầng khuếch đại đầu vào tạo ra độ khuếch đại tạp âm thấp, tổng trở vào cao, thường có đầu ra vi sai

- Khuếch đại điện áp: Tầng khuếch đại điện áp tạo ra hệ số khuếch đại điện áp lớn, độ suy giảm tần số đơn cực, thường có ngõ ra đơn

- Khuếch đại đầu ra: Tầng khuếch đại đầu ra tạo ra khả năng tải dòng lớn, tổng trở đầu ra thấp, có giới hạn dòng và bảo vệ ngắn mạch [7]

Các tham số cơ bản của mạch khuếch đại thuật toán

Một mạch khuếch đại thuật toán có rất nhiều các tham số, trong đó có bốn tham số cơ bản nhất là hệ số khuếch đại, đặc tính biên độ - tần số, hệ số khuếch đại điện áp đồng pha và hệ số nén đồng pha

- Ko là hệ số khuếch đại khi không tải, được xác định theo biểu thức sau [5]:

0

00

r

pn

r

rpn

nn

U

khi UU

Uk

U

khi UU

­°° ®

- Hệ số khuếch đại điện áp đồng pha: Nếu ta đặt vào cửa thuận và cửa đảo của bộ khuếch đại thuật toán các điện áp bằng nhau Un = Up = Ucm thì theo phương trình trên, ta có Ur = 0 Tuy nhiên thực tế không như vậy, hệ số tỷ lệ tương ứng được gọi là hệ số khuếch đại đồng pha Kcm được xác định theo biểu thức [5]:

rcm

cm

UK

U

'

Trang 26

- Hệ số nén đồng pha: Để đánh giá khả năng làm việc của bộ khuếch đại thực tế so với bộ khuếch đại lý tưởng, người ta dùng hệ số nén đồng pha CMRR có phương trình:

0

cm

KCMRR

K

PT 2.5

Vì Ko > 0, Kcm có thể âm hoặc dương nên CMRR cũng có thể âm hoặc dương Độ lớn của CMRR thường nằm trong khoảng 103 đến 105

Các sơ đồ cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán

Mô hình tổng quát của bộ khuếch đại thuật toán có hai nút chính là nút đảo (N) và nút không đảo (P) Dựa theo cách mắc đầu vào tại hai nút trên người ra phân ra hai loại sơ đồ mạch khuếch đại thuật toán:

- Mạch khuếch đại đảo có đầu vào tín hiệu được nối với nút N, còn nút P nối

xuống đất Hình 2.6 [5]

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại đảo

Hệ số khuếch đại điện áp được tính theo hai điện trở Rin, Rf dựa vào phương trình dòng điện tại nút N [5]:

0

vrN

RK

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại không đảo

Hệ số khuếch đại điện áp được tính theo hai điện trở R1, R2 dựa vào phương trình dòng điện tại nút N:

Trang 27

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại lặp

Một ưu điểm quan trọng của mạch lặp được sử dụng làm bộ đệm là trở kháng vào của mạch khuếch đại rất lớn, bằng điện trở vào của IC Rin→∞, còn trở kháng ra tiến tới vô cùng Rout→0

Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại

Đáp ứng tần số được định nghĩa là một dải tần số mà khi tần số tín hiệu vào nằm trong khoảng tần số này thì mức độ khuếch đại của mạch sẽ là tốt nhất [8]

Một mạch khuếch đại chỉ đáp ứng được ở một dải tần nhất định, nếu tần số tín hiệu vào cao hơn hoặc thấp hơn dải tần trên thì độ lợi của biên độ tín hiệu ra sẽ bị giảm so

với tần số trung tâm Dải tần số mà độ lợi tín hiệu không bị giảm quá 3dB được gọi

là băng thông của bộ khuếch đại Dải tần số hoạt động của một mạch khuếch đại được giới hạn bởi:

x fH: Tần số cắt trên x fL: Tần số cắt dưới x B: Băng thông của mạch B = fH - fL

Tín hiệu vào nằm ngoài dải tần số trên thì tín hiệu ra sẽ giảm 3dB so với độ lợi cực

đại

Mạch lọc tương tự

Khái niệm mạch lọc tương tự

Nhằm mục đích loại bỏ các thành phần tần số không mong muốn hoặc tăng cường thành phần tần số tín hiệu ta sử dụng mạch lọc tần số Tuy nhiên trên thực tế, không có mạch lọc nào có thể loại bỏ các thành phần tần số không mong muốn hay lọc lấy tần số tín hiệu một cách hoàn toàn Đồ thị biên độ - tần số của mỗi bộ lọc được giới hạn bởi 3 thông số dải thông, dải chắn, dải chuyển tiếp Đặc trưng của bộ lọc là tần

số cắt fc, phân cách thành phần các dải Mạch lọc tín hiệu được phân loại theo chức năng và cấu tạo mạch:

Trang 28

Về chức năng, mạch lọc có bốn loại: - Mạch lọc thông cao

- Mạch lọc thông thấp - Mạch lọc thông dải - Mạch lọc chắn dải Về cấu tạo, mạch lọc được chia làm hai loại:

- Mạch lọc thụ động - Mạch lọc tích cực Mạch lọc thụ động đơn giản, dễ thiết kế, tuy nhiên lại có nhược điểm là hệ số phẩm chất thấp và làm suy giảm năng lượng tín hiệu khi đi qua mạch mà không có khả năng khuếch đại

Các phần tử tích cực như transistor, khuếch đại thuật toán sẽ khắc phục được nhược điểm trên của mạch lọc thụ động nhưng khiến hệ thống trở nên cồng kềnh Mạch lọc

tích cực được áp dụng để lọc các thành phần tần số thấp (nhỏ hơn 100KHz) do ở tần

số thấp, mạch lọc tích cực có điện cảm quá lớn, làm cho kết cấu của nó nặng nề và tốn kém Bên cạnh đó, vấn đề về đáp ứng tần số của các thành phần tích cực cũng ảnh hưởng đến mạch lọc và khiến cho mạch lọc tích cực chỉ hoạt động tốt ở tần số thấp

Một số mạch lọc thụ động tương tự

- Mạch lọc thông thấp Mạch lọc thông thấp là mạch lọc cho phép các tín hiệu có tần số nhỏ hơn tần số cắt fc đi qua, những tín hiệu có tần số lớn hơn sẽ bị suy hao năng lượng và tại đầu ra biên độ sẽ nhỏ hơn Khi tần số đưa vào mạch càng lớn, biên độ tín hiệu tại đầu ra sẽ

càng tiến về không Đáp ứng tần số - biên độ mạch lọc thông thấp thể hiện Hình 2.9

Một số mạch lọc thông thấp đơn giản như mạch RC, mạch RL

Hình 2.9 Đáp ứng tần số - biên độ bộ lọc thông thấp

Mạch lọc RC bao gồm một điện trở đặt trong chuỗi tín hiệu đầu vào và tụ điện đặt song song với tín hiệu đầu vào Hình 2.10 Tín hiệu tần số cao sẽ đi qua tụ điện, vì tụ điện cung cấp cho chúng đường dẫn có điện trở rất thấp, chúng sẽ dẫn đường đi qua tụ điện

Trang 29

Hình 2.10 Mạch lọc thông thấp RC

Tần số cắt của mạch lọc RC được xác định [5]:

12

c

f

RC

Mạch lọc RL bao gồm một cuộn cảm đặt trong chuỗi tín hiệu đầu vào và điện trở đặt

song song với tín hiệu đầu vào Hình 2.11 không giống như các tụ điện, cuộn cảm

cung cấp điện trở rất cao đối với tín hiệu tần số cao và cung cấp điện trở thấp đối với tín hiệu tần số thấp Cách thức hoạt động dựa trên nguyên tắc điện kháng cảm ứng Cuộn cảm cung cấp các giá trị trở kháng khác nhau cho các tín hiệu có tần số khác nhau, giống như các tụ điện

L

- Mạch lọc thông cao RC Mạch lọc thông cao là loại mạch lọc cho phép các tín hiệu có tần số cao hơn tần số cắt fc đi qua, những tín hiệu có tần số nhỏ hơn bị suy hao biên độ nhỏ hơn các tần số nằm trong dải cho phép và tiến về không Đáp ứng tần số - biên độ mạch lọc thông thấp thể hiện Error! Reference source not found

Trang 30

Hình 2.12 Đáp ứng tần số - biên độ bộ lọc thông cao

Một mạch lọc thông cao RC Hình 2.13, RL Hình 2.14 đơn giản cũng được cấu tạo từ một điện trở và một tụ điện hay cuộn cảm Các tín hiệu có tần số thấp sẽ bị ngăn cản hoặc ngắn mạch với đất trong khi các tín hiệu có tần số cao sẽ được đẩy ra tải

Hình 2.13 Mạch lọc thông cao RC

Hình 2.14 Mạch lọc thông cao RL

Về cơ bản, nguyên lý hoạt động của mạch trên cũng giống như mạch lọc thông thấp là sử dụng tính chất thay đổi điện kháng của tụ điện hay cuộn cảm khi tần số thay đổi và chỉ cần sắp xếp các linh kiện ngược nhau để tạo ra hai loại mạch lọc Tuy nhiên trên thực tế, do thành phần cuộn cảm có kích thước lớn, cồng kềnh nên chúng ít khi được sử dụng

- Mạch lọc thông dải RC Mạch lọc thông dải là loại mạch lọc cho phép các tín hiệu có tần số nằm trong dải lựa chọn đi qua và hấp thụ năng lượng của các tín hiệu có tần số nằm ngoài dải lựa

Trang 31

chọn Khác với các bộ lọc thông cao, thông thấp, bộ lọc thông dải có hai thành phần

tần số cắt là tần số cắt trên fCT và tần số cắt dưới fCD Bộ lọc thông dải có thể được tạo nên từ hai bộ lọc thông cao và bộ lọc thông thấp mắc nối tiếp với nhau Khi đó tần số cắt trên bằng tần số cắt bộ lọc thông thấp, tần số cắt dưới bằng tần số cắt bộ lọc thông cao Đáp ứng tần số - biên độ mạch lọc thông dải thể hiện Hình 2.15

Hình 2.15 Đáp ứng tần số - biên độ bộ lọc thông dải

Khi bộ lọc thông dải được ghép từ mạch lọc thông thấp và thông cao RC thể hiện ở Hình 2.16 Mạch được đặc trưng bởi các thông số sau:

Hình 2.16 Mạch lọc thông dải RC

Tần số cắt trên [5]:

1 1

12

Trang 32

CTCDTT

Hình 2.17 Đáp ứng tần số - biên độ bộ lọc chặn dải

Mạch lọc chặn dải ghép từ mạch lọc thông thấp và thông cao RC thể hiện Hình 2.18

Hình 2.18 Mạch lọc chặn dải RC

Ngày đăng: 21/09/2024, 10:48

Nguồn tham khảo

Tài liệu tham khảo Loại Chi tiết
[3] A. Sehgal, "Analysis &amp; Simulation of the Deep Sea Aucoustic Channel for Sensor Networks, Lulu.com, US," 2013 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Analysis & Simulation of the Deep Sea Aucoustic Channel for Sensor Networks, Lulu.com, US
[6] ThS.Nguyễn Văn Dũng, "Đồ án tốt nghiệp đại học “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo khoảng cách sử dụng sonar nhiều tần số trong môi trường nước (Bên thu)”," 2017 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Đồ án tốt nghiệp đại học “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo khoảng cách sử dụng sonar nhiều tần số trong môi trường nước (Bên thu)”
[8] N. Phúc, "Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại ghép RC," 2009 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Khảo sát đáp ứng tần số mạch khuếch đại ghép RC
[9] N. Trung, "Xử lý tín hiệu và lọc số," 2006 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Xử lý tín hiệu và lọc số
[10] PGS.TS Nguyễn Văn Đức, "“Phát triển hệ định vị SONAR chủ động sử dụng vật liệu gốm và thiết bị thủy âm”.," 2021 Sách, tạp chí
Tiêu đề: “Phát triển hệ định vị SONAR chủ động sử dụng vật liệu gốm và thiết bị thủy âm”
[11] KS.Nguyễn Quang Minh, "Đồ án tốt nghiệp " Thiết kế hệ thống SONAR 2D 8 kênh"," 2021 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Đồ án tốt nghiệp
[13] ThS. Nguyễn Văn Dũng, Luận án Thạc sĩ "Nghiên cứu và thiết kế hệ thống SONAR chủ động", 2021 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống SONAR chủ động
[14] TS. Nguyễn Quốc Khương, Bản mô tả bằng sáng chế :"Phuong phap quet anh khong gian ba chieu," 2021 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Phuong phap quet anh khong gian ba chieu
[17] "Clemens deutsch, yedun gao Development of a Sonar for Underwater Sensor Platforms and Surface Vehicles, master thesis in naval architecture," 2017 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Clemens deutsch, yedun gao Development of a Sonar for Underwater Sensor Platforms and Surface Vehicles, master thesis in naval architecture
[2] [Online].Available:http://www4.hcmut.edu.vn/~huynhqlinh/project/CoNhietDC/chuong7.htm. [Accessed 12 12 2020] Link
[12] [Online]. Available: https://vi.wikipedia.org/wiki/Sonar Link
[16] [Online].Available:https://www.huongnghiepviet.com/codientu/ki_thuat_cdt/dien_tu/vi_mach_so/chuong_3/02_ffl_02.html Link
[7] [Online]. Available: vi.wikipedia.org/wiki/Khuếch_đại_thuật_toán. [Accessed 6 12 2020] Khác
[15] [Online]. Available: vi.wikipedia.org/wiki/Khuếch_đại_thuật_toán Khác
[19] PGS.TS Nguyễn Văn Đức, Bộ sách kỹ thuật thông tin số tâp 1+2+3 Khác
[20] "Robert Boylestad (1992) , Electronic Devices and Circuit Theory, Prentice Hall, US&#34 Khác

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN