Thiết bị đo độ sâu đáy biển

Giống như trong không khí, trong nước biển sóng âm truyền lan từ nguồn phát âm về mọi phía. Tốc độ tuyền lan của sóng âm trong nước là cố định 1.505 m/s (chỉ trừ những trường hợp đặc biệt chịu ảnh hưởng bởi sự biến đổi có tính chất vật lý của nước thì tốc độ này mới thay đổi).

Các máy đo sâu thông thường có thể đo được độ sâu tới 1.500m, độ sâu nhỏ nhất có thể đo được là từ 0,5 đến 1m. Tốc độ sóng âm trong nước biển với độ mặn 3,4% và nhiệt độ nước biển 16^OC gần như không đổi là 1.505 m/s. Thông thường các máy đo sâu được thiết kế với tốc độ lan truyền sóng âm là 1.500m/s.

Khi nhiệt độ, độ mặn và áp suất của nước tăng lên thì tốc độ sóng âm trong đó cũng tăng lên theo. Khi tàu chạy từ vùng nước mặn sang vùng nước ngọt thì độ sâu thực tế trong nước ngọt nhỏ hơn chừng 3% so với độ sâu chỉ báo trên máy.

Cấu tạo máy đo sâu gồm 3 khối chính là khối nguồn, khối điều khiển và chỉ báo và khối thu phát.

+ Khối nguồn: có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn điện của tàu thành các dạng điện áp phù hợp để cung cấp cho sự hoạt động của máy đo sâu. Khối này thường được lắp đặt trên buồng lái, trong phòng thiết bị điện.

+ Khối điều khiển và chỉ báo: có nhiệm vụ điều khiển sự hoạt động thống nhất toàn bộ máy đo sâu và hiển thị độ sâu đo được.  

Việc chỉ báo độ sâu có thể được thực hiện bằng những cách sau:

- Chỉ báo bằng số: giá trị độ sâu được hiển thị bằng số tương ứng với đơn vị độ sâu đã chọn.

- Chỉ báo bằng đèn (phương pháp chỉ thị): tín hiệu phản xạ trở về thu được sẽ làm sáng đèn trên mặt chỉ báo và ta có độ sâu đo được tương ứng với vị trí đèn sáng của thang đo.

- Phương pháp điện tử: tín hiệu phản xạ trở về thu được sẽ làm xuất hiện vệt sáng ngang trên màn hình và chỉ số trên thang đo tương ứng với vị trí vệt sáng là độ sâu đo được.

Khối này được lắp đặt trên buồng lái, trong phòng hải đồ.

+ Khối thu phát: có nhiệm vụ tạo xung siêu âm phát vuông góc với đáy tàu về phía đáy biển và thu tín hiệu phản xạ trở về, biến nó thành tín hiệu điện để chuyển tới khối điều khiển và chỉ báo. Khối này thường gồm bộ tạo xung điện áp cao, màng dao động thu, phát và bộ khuếch đại. Khối này thường được đặt trong một khoang nhỏ dưới đáy tàu, nằm ở trước mặt phẳng sườn giữa, cạnh ki tàu. Người ta thường khoét một lỗ nhỏ ở đáy tàu, đặt màng dao động vào trong đó với cơ cấu bảo vệ bên ngoài và được định vị chắc chắn với vỏ đáy tàu. 

Máy đo sâu được đặc trưng bởi những thông số khai thác và kỹ thuật nhất định. Đó là những thông số xung, khoảng đo sâu, tần số phát xung, phương hướng tính của màng dao động, khả năng đo độ sâu, độ chính xác đo đạc. ý nghĩa và đặc điểm cấu tạo của máy đo sâu hồi âm phụ thuộc vào các thông số kỹ thuật và khai thác.

Phần lớn các máy đo sâu hồi âm hoạt động ở chế độ xung. Người ta phân biệt xung theo dạng đường viền của nó, theo tần số trong xung, theo độ kéo dài xung và tần số lặp lại của xung. Thường người ta hay áp dụng loại xung vuông và xung nhọn răng cưa. Xung vuông là xung của dao động không tắt. Đường viền của chúng có dạng góc vuông và có chứa 30 - 40 dao động. Xung nhọn răng cưa đường viền của nó có dạng răng nhọn, chứa dao động tắt dần.

Thông thường, môi trường hoạt động sóng siêu âm của máy đo sâu được coi là môi trường đồng nhất như là đồng nhất về nhiệt độ, độ mặn. Trong trường hợp bất thường có dòng hải lưu nóng, hoặc lạnh chảy ngầm trong lòng đại dương sẽ tạo thành hai môi trường không đồng nhất, do đó khi sóng siêu âm đập vào mặt ngăn cách giữa hai môi trường này, một phần xuyên qua mặt ngăn cách đi vào môi trường thứ hai, một phần khác sẽ phản xạ trở về màng thu sóng siêu âm và tạo trên băng giấy ghi độ sâu một hình ảnh.

Việc hiển thị kết quả đo sâu có thể thực hiện bằng 3 cách:

+ Hiển thị độ sâu bằng bút ghi di động: khi máy đo sâu hoạt động, bút ghi di động sẽ ghi lại các kết quả trên giấy dưới dạng biểu đồ. Khoảng thời gian phát, thu sóng siêu âm đúng bằng khoảng thời gian kim chạy trên băng giấy được một đoạn nào đó chính là độ sâu.

+ Hiển thị độ sâu bằng đèn hình: khi máy đo sâu hoạt động, các tia sáng sẽ quét tạo thành xung răng cưa đi từ mép trên màn ảnh xuống phía dưới màn ảnh. Sóng siêu âm phát ra xuyên thẳng xuống đáy biển, gặp đáy biển phản xạ trở về màng thu đưa qua khuếch đại điện áp và tạo ra vết sáng. Đường kính của vết sáng chính là độ sâu.

Một số điều cần chú ý khi vận hành máy đo sâu:

+ Khi máy đo sâu hoạt động ở độ nhạy cao trên đáy biển cạn lại có nhiều đá thì sóng âm phản xạ từ đáy biển về tàu có thể lại bị đáy tàu phản hồi vào đáy biển một lần nữa. Sự phản hồi như vậy có thể lặp đi lặp lại vài lần. Kết quả là trên thiết bị chỉ báo tự ghi xuất hiện 2 hoặc 3 tín hiệu chỉ độ sâu. Khi đó ta chỉ cần chú ý đến kết quả đầu tiên, còn các tín hiệu sau là tín hiệu giả

+ Khi tàu chạy không tải:

Khi tàu chạy không tải thì sự chênh lệch mớn nước giữa mũi và lái là rất lớn. Hơn nữa khi có sóng to gió lớn, mũi tàu va đập rất mạnh vào sóng biển làm cho có nhiều bọt khí trộn lẫn vào nước biển và bọt khí chạy qua đáy tàu. Các bọt khí này sẽ làm giảm hiệu quả phát sóng siêu âm của bộ tạo giao động, tán xạ sóng âm bị yếu đi. Do đó, việc đo sâu khi tàu chạy không tải là rất khó khăn.

+ Khi tàu bị nghiêng:

Khi tàu bị nghiêng thì máy thu phát sóng âm cũng bị nghiêng theo. Khi đó, sóng âm phát ra không còn được vuông góc với đáy biển nên sóng âm phản xạ trở lại cũng không còn chính xác nữa. Khi tàu bị nghiêng đến một giới hạn nào đó thì giá trị đo sâu không còn chính xác nữa.

+ Lúc sóng to gió lớn: Trong điều kiện sóng to gió lớn, tàu bị lắc về nhiều phía và máy thu phát sóng âm cũng trong tình trạng bị chao đảo và kết quả đo cũng không còn chính xác nữa.

+ Lúc tàu chạy lùi: Khi tàu chạy lùi, bọt khí do chân vịt quay tạo nên cũng bị trộn lẫn vào nước biển và cản trở việc truyền lan sóng âm và cũng làm cho kết quả đo không chính xác.

T.My