Nguyên lý hoạt động máy đo sâu hồi âm

Máy đo sâu hồi âm (Echo Sounder) là thiết bị quan trọng trong lĩnh vực khảo sát thủy văn, hàng hải và trắc địa. Nắm được nguyên lý hoạt động máy đo sâu hồi âm sẽ giúp bạn hiểu tại sao thiết bị này lại mang đến nhiều lợi ích, đặc biệt là trong công tác trắc địa. Trong bài viết này, Máy Trắc Địa Sao Việt sẽ cung cấp các thông tin chi tiết về thiết bị này, đặc biệt dành cho những người mới tìm hiểu

Nguyên lý hoạt động máy đo sâu hồi âm 

Máy đo sâu hồi âm hoạt động dựa trên nguyên lý phản xạ sóng âm (sonar). Cụ thể, thiết bị phát ra một xung sóng âm từ đầu dò (transducer) xuống đáy nước. Khi sóng âm chạm vào đáy hoặc vật thể dưới nước, nó phản xạ trở lại và được đầu dò thu nhận. 

Bằng cách đo thời gian từ lúc phát sóng đến khi nhận sóng phản xạ và biết tốc độ truyền âm trong nước, máy tính toán được độ sâu theo công thức:

Độ sâu = (Tốc độ âm trong nước × Thời gian phản xạ) / 2

Trong đó:

• Tốc độ âm thanh: Trong nước, tốc độ âm thanh trung bình là khoảng 1.500 m/s, nhưng có thể thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ, độ mặn và áp suất nước.
• Thời gian phản xạ: Là thời gian từ lúc sóng âm được phát ra đến khi sóng phản xạ trở lại đầu thu.
• Chia đôi: Vì sóng âm đi xuống và trở lại, khoảng cách thực tế chỉ bằng một nửa tổng quãng đường.

Công thức thể hiện nguyên lý hoạt động của máy đo sâu hồi âm

Để đảm bảo độ chính xác cao, việc hiệu chuẩn thiết bị định kỳ và thiết lập thông số tốc độ âm đúng với điều kiện thực tế là vô cùng cần thiết. Các thiết bị uy tín như máy đo sâu hồi âm cầm tay Hondex PS-7 hay máy đo sâu cầm tay Hondex PS-7FL sử dụng nguyên lý này, kết hợp công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến để đảm bảo độ chính xác cao.

Quy trình hoạt động của máy đo sâu hồi âm

Quy trình hoạt động của máy đo sâu hồi âm bao gồm 4 bước chính: phát sóng âm, phản xạ sóng, thu nhận và xử lý tín hiệu, và hiển thị kết quả. Dưới đây là giải thích chi tiết từng bước:

• Phát sóng âm: Máy đo sâu hồi âm sử dụng đầu dò để phát ra xung sóng âm tần số cao (thường từ 20 kHz đến 200 kHz, tùy thiết bị). Tần số cao giúp tăng độ chính xác, trong khi tần số thấp phù hợp cho độ sâu lớn.
• Phản xạ sóng: Khi sóng âm chạm vào đáy nước (hoặc vật cản như đá, xác tàu, hoặc sinh vật biển), một phần năng lượng sóng sẽ phản xạ trở lại đầu dò. 
• Thu nhận và xử lý tín hiệu: Đầu dò thu nhận sóng âm phản xạ và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Máy phân tích thời gian giữa phát và nhận sóng, loại bỏ nhiễu (như bọt khí, sóng nước), và tính toán độ sâu dựa trên tốc độ âm thanh đã được hiệu chuẩn.
• Hiển thị kết quả: Kết quả độ sâu được hiển thị trên màn hình của máy dưới dạng số liệu, biểu đồ hoặc bản đồ 3D. Một số thiết bị tích hợp với phần mềm GIS (như ArcGIS) để tạo bản đồ đáy nước chi tiết.

Quy trình hoạt động của máy đo sâu hồi âm với kết quả được tính toán và hiện thị trên màn hình

Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác

Tốc độ truyền âm không chính xác do nhiệt độ hoặc độ mặn thay đổi

• Nguyên nhân: Tốc độ âm trong nước bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, độ mặn và áp suất. Sự thay đổi này có thể dẫn đến sai số trong tính toán độ sâu nếu không được hiệu chỉnh kịp thời. 
• Cách khắc phục: Sử dụng các thiết bị đo đạc chất lượng, được hiệu chuẩn thường xuyên và đúng theo điều kiện thực tế. Mẹo: Sử dụng cảm biến đo tốc độ âm (SVP) như Valeport MiniSVP để hiệu chuẩn tốc độ âm theo thời gian thực.

Góc đặt đầu dò không vuông góc với mặt nước khiến sóng âm phản xạ lệch hướng

• Nguyên nhân: Nếu đầu dò không được lắp vuông góc với mặt nước, sóng âm sẽ phản xạ lệch hướng, dẫn đến sai số trong đo độ sâu. Việc đặt sai góc này thường xảy ra khi tàu nghiêng, đầu dò gắn không chặt hay chịu tác động của sóng lớn.
• Cách khắc phục: Sử dụng hệ thống định vị GNSS RTK Hi-Target V200 để xác định vị trí và góc nghiêng của tàu, đồng thời điều chỉnh đầu dò bằng giá đỡ điều chỉnh góc.

Địa hình đáy gồ ghề hoặc có vật cản, gây tín hiệu phản xạ yếu

• Nguyên nhân: Đáy nước gồ ghề (đá, rạn san hô) hoặc có vật cản (xác tàu, thực vật) làm sóng âm phân tán, gây tín hiệu phản xạ yếu hoặc sai lệch. Tình trạng này thường dễ gặp ở vùng nước cạn, cửa sông, bến cảng hoặc ao hồ bị bồi lắng.
• Khắc phục: Sử dụng máy đo sâu đa chùm (multibeam) để quét toàn bộ địa hình đáy, thay vì chỉ đo điểm như máy đơn chùm. Thiết bị này có khả năng tạo bản đồ 3D chi tiết, giảm thiểu sai số.

Hiểu được cách hoạt động của máy sẽ giúp bạn phòng tránh được những sai sót trong quá trình sử dụng

Sóng lớn hoặc tàu di chuyển không ổn định, ảnh hưởng đến độ chính xác đo

• Nguyên nhân: Sóng lớn hoặc tàu di chuyển với tốc độ nhanh, không ổn định sẽ làm đầu dò dao động. Sự rung lắc này ảnh hưởng đến hướng sóng âm và thời gian phản xạ → kết quả sai lệch
• Khắc phục: Cố găng duy trì tàu ổn định khi đo để có kết quả chính xác nhất. Đồng thời trang bị hệ thống ổn định chuyển động (MRU) như Applanix POS MV để bù sai số do dao động. Ngoài ra, tiến hành khảo sát trong điều kiện thời tiết ổn định.

Đầu dò bị bám bẩn hoặc không được hiệu chuẩn định kỳ

• Nguyên nhân: Đầu dò bị bám rong rêu, bùn đất hoặc không được hiệu chuẩn định kỳ sẽ làm giảm chất lượng sóng âm phát và thu, dẫn đến các sai số.
• Khắc phục: Vệ sinh đầu dò thường xuyên và hiệu chuẩn máy theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

Ứng dụng nguyên lý trong thực tế

Nguyên lý hoạt động của máy đo sâu hồi âm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, mang lại giá trị thiết thực cho khảo sát và quản lý tài nguyên nước:

• Hàng hải và điều hướng: Xác định độ sâu để đảm bảo an toàn cho tàu thuyền, tránh va chạm đá ngầm. 
• Khảo sát thủy văn: Lập bản đồ địa hình đáy sông, hồ, biển để hỗ trợ quy hoạch thủy lợi, xây dựng cảng, hoặc quản lý tài nguyên nước. 
• Tìm kiếm và cứu hộ: Phát hiện xác tàu, máy bay hoặc vật thể dưới nước.
• Nghiên cứu môi trường: Đánh giá địa hình đáy và sự thay đổi của hệ sinh thái thủy sinh, kết hợp với cảm biến đo chất lượng nước Hach HQ40d để giám sát ô nhiễm.
• Xây dựng công trình thủy: Hỗ trợ thiết kế cầu, đập, hoặc cáp ngầm dưới biển.

Máy đo sâu hồi âm hỗ trợ khảo sát thủy văn, lập bản đồ địa hình thủy văn,….

Máy đo sâu hồi âm là công cụ không thể thiếu trong khảo sát thủy văn và hàng hải, hoạt động dựa trên nguyên lý sóng âm đơn giản nhưng hiệu quả. Bằng cách hiểu rõ quy trình hoạt động và các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác, người dùng có thể tối ưu hóa hiệu suất thiết bị và đảm bảo kết quả đo đáng tin cậy.

Hãy liên hệ ngay với Máy Trắc Địa Sao Việt để được tư vấn về các thiết bị đo sâu hồi âm hiện đại và giải pháp khảo sát phù hợp. Chúng tôi cam kết cung cấp sản phẩm chính hãng, dịch vụ bảo trì tận tâm, và hỗ trợ kỹ thuật chuyên sâu.

CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI VÀ CÔNG NGHỆ TRẮC ĐỊA SAO VIỆT

• Địa chỉ: Số nhà B20 ngõ 252 Lương Thế Vinh, phường Trung Văn, quận Nam Từ Liêm, TP. Hà Nội
• Hotline: 0912 339 513
• Website: https://maytracdiasaoviet.vn/