Nguyên lý đo tốc độ bằng hiệu ứng Doppler - Quản lý hàng hải | Trường Đại học Giao thông Vận Tải

lOMoAR cPSD| 15962736
I.Nguyên lý đo tốc độ bằng hiệu ứng Doppler1. Nguyên lý họat động:
Họat động của máy đo tốc độ thủy âm dựa trên hiệu ứng Doppler về sự thay đổi
tần số.Sóng khi máy thu hoặc máy phát đặt trên đối tượng chuyển động.Điều đó
cho phép ta xây dựng lý thuyết về tốc độ kế thủy âm.
Gỉa sử ở đáy tàu có một màng dao động A họat động như một máy phát và máy
thu sóng siêu âm.Lúc đầu màng này phát một chùm sóng siêu âm xuống đáy
biển với tần số fo về phía mũi tàu hợp với phương chuyển động một góc ∞ gặp
đáy biển tại D sóng phản về độ dịch chuyển tần số khi máy thu và phát tiến lại
gần nhau thì tần số thu được:fr = fo(c+vr)/(c-vs) Vr:vận tốc máy thu
Vs:vận tốc máy phát .Ở đây tốc độ máy phát và thu như nhau và bằng V.cos∞
Do đó:fr = fo(1+v/ccos∞)/(1-v/ccos∞)
Khai triển chuỗi taylo và bỏ vô cùng bé bậc cao ta có: fr = fo
Từ công thức này ta thấy nếu xác định được độ lệch giữa tần số sóng thu và phát
sẽ xác định được vận tốc chuyển động của máy thu(phát)Trên đây ta xét một tia
về phía mũi bây giờ ta xét hai tia một tia về phái mũi một tia về phía lái fa =fo fr – fa= V=
Nhìn vào công thức trên ta thấy nếu xác định được tần số fr , fa sẽ xác định được
tốc độ tàu và có độ chính xác hơn phương pháp phát một tia
Trên thực tế không phải hai tia mà có thể ở đằng mũi đặt 4 tia , ở đằng lái đặt 2
tia.Với sơ đồ này không chỉ cho phép ta xác định tốc độ của tàu trên đường tàu
chạy mà còn cho phép ta xác định tốc độ theo chiều ngang ở mũi và đằng lái khi
điều động tàu trong tình huống phức tạp
2.Độ chính xác của tốc độ kế:
Ảnh hưởng của tàu lắc:Khi tàu lắc thì không thể xác định góc ∞ một cách chính
xác.Để khắc phục thiếu sót đó có hai cách :thứ nhất có thể dừng con quay để cân
bằng màng dao động phát một cách trực tiếp , thứ hai là có thể nhờ máy cảm
biến góc chuyển động của tàu để điều chỉnh gián tiếp nghĩa là đưa số hiệu chính
do tàu lắc , vào kết quả đo được .Rõ ràng là chọn cách này hay cách kháclà tùy
thuộc vào độ chính xác đòi hỏi phải có. lOMoAR cPSD| 15962736
Khi =1º thì số Ngòai ra độ chính xác của máy đo sâu còn phụ thuộc vào độ sâu
nó chỉ cho độ chính xác cao nếu độsâu không lớn lắm .Vì vậy độ chính xác đầy
đủ khi đo đạt hiện nay chỉ có thể đạt được ở độ sâu không lớn hơn 300m.
Cũng còn có nhiều nguyên nhân khác gây nên sai số nhưng nếu ta tính đến tất cả
những sai số đó thìđộ chính xác đo đạc trong độ sâu nói trên vẫn còn cao.Ví dụ
độ chính xác của máy đo tốc độ MQR về đo khỏang cách tàu đi qua là khỏang
0,2% về tốc độ-gần 2% còn góc đạt gần 0,2%
II.Nguyên lý đo tốc độ bằng điện từ trường 1.Nguyên lý họat động:
Tốc độ kế điện tử dựa trên nguyên lý của định luật Faraday-maxwell.Hình vẽ
minh họa nguyên lý của tốc độ kế này , dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh ra
từ trường .4 đọan dây dẫn (ab , bc, cd, da) được đặt trong mặt phẳng quanh cuộn
dây.Nếu các dây dẫn không chuyển động một cách tương đối so với cuộn dây thì
chúng không cắt các đường sức từ và không có điện áp nào được cảm ứng lên
chúng.Gỉa sử các dây dẫn trong mặt phẳng chuyển động theo mũi tên với vận
tốc là v(Gỉa thiết là khỏang cách giữa các đọan dây và cuộn từ đủ lớn vì vậy
khung dây có thể di chuyển với vận tốc này mà không cần phải di chuyển cuộn
dây , cũng vậy cường độ của từ trường là như nhau trong vùng của 4 dây dẫn và
đường sức từ vuông góc với chúng).Do chuyển động của dây dẫn nên trong
đọan ab và cd dây xuất hiên một suất điện độngE = B.l.VVới B là cảm ứng từ , l
là độ dài của đọan ab và cd
Ứng dụng vào họat động của tốc độ kế này dựa trên sơ đồ sau đây:bộ phận nhạy
cảm của tốc độ kế là một hình trụ đáy elip bằng đồng thau , nhô ra dưới đáy
tàu.Phía trong của hình trụ 1 có gắn một thanh xolenoit 3 xung quanh có quấn
hai quận dây:cuộn chính và cuôn cân bằng.Dòng điện xoay chiều đi qua cuôn
:nhờ vậy mà xung quanh thanh xolenoit hình thành một điện từ trường mạnh .Vì
rằng bộ phận nhạy cảm tiếp xúc với nước ngòai mạn tàu là chất dẫn điện nên
giữa các cực điện 2 ở mặt ngòai của ống hình trụ sẽ hình thành vòng dẫn địên
4.Nếu như cuộn dây có điện thì theo định luật cảm ứng Faraday trì trong vòng
dẫn điện có sức điện độngBây giờ ta giả thiết rằng xoleit cũng chuyển động với
tàu chuyển động với tốc độ Vc:Lúc đó trong vòng sẽ sinh ra sức điện động phụ thêm:B.L.V
Trong đó L:chiều dài của vòngNhư vậy trong trường hợp chung thì sức điện
động trong vòng được xác định bởi biểu thức:Thành phần không phụ thuộc vào
Vc và có thể xem như nhiễu lọan số không.Thường thì được bù trừ bằng cách
dựa vào cuộn một điện áp xoay chiều và phải tương ứng.Nếu như việc bù trừ
được thực hiện thì từ biểu thức ta thấy phương trình của tốc độ kế sẽ có dạng: Vc=K. lOMoAR cPSD| 15962736
Hãy khảo sát một sơ đồ đơn giản mà không phải làm giảm mất mọi tính năng
của tốc độ kế.Hãy giả thuyết rằng cấu trúc này không phải có một cặp cực mà có
hai cặp cực 1;3 và 2;4 cũng giả thuyết rằng tàu có độ đạt là .Với điều kiện có
thành phần của Vc không chỉ có Vy mà còn có thành phần nằm ngang Vx
Vì vậy điện áp U1U2 trên các cực tương ứng sẽ là kết quả tác dụng tổng hợp của
tốc độ Vy và Vx có thể biểu thị bởi những biểu thức sau đây:
Nếu như lấy bình phương lên sau đó cộng lại thì ta được môđun của Vc đối với
tốc độ tàu , còn tỉ lệ giữa chúng sẽ xác định độ đạt gió dưới Ki.Kết quả sau khi biến đổi ta sẽ có:
Như vậy tốc độ kế cảm ứng có thể đo được tốc độ tòan phần Vc của tàu đối với
nước cũng như góc đạt
Sai số của tốc độ kế
Ảnh hưởng của tàu lắc:Tốc độ kế cảm ứng có độ nhạy rất cao ,vì vậy kim chỉ tốc
độ lúc tàu lắc có thể dao động với biên độ từ 0,1 đến một hải lý.Như vậy ta
không thể đọc được trị số tốc độ một cách chính xác.Có thể khử sai số bằng cách
lắp thêm bộ phận làm thay từ trường đồng bộ với tàu lắc