Xem mẫu
- Nghiên cứu khoa học công nghệ
XÂY DỰNG GIÁ THỬ XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU THAM SỐ
CHO CÁC SENSOR TỪ GIẢO CỦA THỦY LÔI УДМ
Đặng Anh Tuấn*, Đặng Ngọc Sơn, Nguyễn Văn Thành
Tóm tắt: Bài báo trình bày về việc thiết kế, xây dựng hệ giá thử để xác định các
tham số đặc trưng của sensor âm thanh hoạt động theo nguyên lý từ giảo của thủy
lôi УДМ, từ đó làm cơ sở cho việc đánh giá chất lượng khi tiến hành bảo quản, bảo
dưỡng, sửa chữa khôi phục chúng tại nhà máy. Các tham số đặc trưng của đầu thu
định hướng đã được đo đạc trên giá thử này bao gồm: phổ tín hiệu điện áp phản
ứng đầu ra, tần số cộng hưởng và đường cong độ nhạy tại tần số cộng hưởng theo
các mức áp suất âm thanh.
Từ khóa: Hệ giá thử; Thủy lôi УДМ; Sensor thủy âm; Sensor từ giảo.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Thủy lôi УДМ được Liên Xô (Cũ) thiết kế, sản xuất và chuyển giao cho Hải quân Việt
Nam vào khoảng năm 1978 theo nguyên lý thu tín hiệu siêu âm để xác định mục tiêu bằng
các sensor từ giảo. Hiện nay, việc duy tu, bảo dưỡng thủy lôi УДМ vẫn được các nhà máy
của Quân chủng hải quân thực hiện theo các quy trình, tài liệu kỹ thuật kèm theo khi Liên
Xô chuyển giảo [1]. Riêng đối với các Sensor từ giảo [2- 4] của thủy lôi do thời gian đã
lâu nên đã hỏng và xuống cấp trên rất nhiều các phao thu. Việc sửa chữa, khôi phục và
thiết kế chế tạo mới các thiết bị này đang hết sức khó khăn do chưa có những nghiên cứu
sâu về nguyên lý, cấu trúc, hệ thống các tham số tiêu chuẩn, cũng như chưa có các hệ
thống thiết bị kiểm tra đánh giá chuyên dụng. Việc kiểm tra hoạt động của chúng được
thực hiện theo phương pháp dùng nhân công thổi còi tạo phổ nên chỉ kiểm tra được mức
độ còn hoạt động của chúng. Cấu trúc phao thu âm của thủy lôi УДМ bao gồm 2 sensor từ
giảo, sensor định hướng ПБ và sensor vô hướng ПЗ. Việc thiết kế, xây dựng hệ giá thử xác
định các chỉ tiêu tham số cho các Sensor từ giảo trong phao thu âm của thủy lôi УДМ,
song song với đó là cần xây dựng một quy trình kiểm tra sửa chữa phao thu âm là hết sức
cần thiết.
II. THIẾT KẾ GIÁ THỬ ĐO ĐẠC XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CHO
CÁC SENSOR TỪ GIẢO CỦA THỦY LÔI УДМ
Như chúng ta đã biết, cảm biến (sensor) là thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo
không có tính chất điện- ký hiệu là m và cho ở đầu ra một đại lượng mang bản chất điện có
thể đo được (như điện áp, dòng điện, trở kháng ...) ký hiệu là s chứa đựng thông tin cho
phép xác định giá trị của m.
Hình 1. Chức năng của cảm biến.
Đại lượng s là hàm cửa đại lượng cần đo m được biểu diễn bởi biểu thức:
s= F(m) (1)
Trong đó: s là đại lượng đầu ra hay phản ứng của cảm biến;
m là đại lượng đầu vào hay kích thích.
Đối với tín hiệu kích thích là áp suất âm thanh, là tín hiệu phức tạp bao gồm nhiều
thành phần tần số tác động liên tục trong dải tần. do vậy tín hiệu kích thích đầu vào của
từng thành phần phổ áp suất âm thanh tác động đầu vào các sensor sẽ cho ra tương ứng
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 65, 02 - 2020 205
- Thông tin khoa học công nghệ
thành phần phổ tín hiệu điện phản ứng đầu ra. Thủy lôi УДМ thu nhận tín hiệu trong một
dải tần số nên việc phân tích tính toán cần được xác định trên toàn dải bởi tham số đặc
trưng là toàn bộ diện tích phổ của âm thanh tác động đầu vào và diện tích phổ đáp ứng đầu
ra của các sensor.
Hình 2. Diện tích phổ của tín hiệu âm thanh kích thích đầu vào.
Trên cơ sở đó, chúng ta xây dựng đồ khối hệ giá thử xác định các tham số đặc trưng,
tích hợp tiêu chuẩn để kiểm tra chất lượng các đầu thu (ПБ, ПЗ) trong phao thu âm của
thủy lôi УД được trình bày trong hình vẽ 3.
Hình 3. Sơ đồ khối giá thử xác định độ nhạy cho đầu thu định hướng.
Việc tạo tín hiệu phổ âm thanh giả mục tiêu kích thích đầu vào sẽ được máy tính tạo ra
từ file mẫu âm thanh tạp chuẩn trắng (White noise) qua mạch khuếch đại và đưa ra loa.
Mức biên độ và diện tích phổ tác động được điều khiển bởi phần mềm. Với các tác động
đầu vào, hệ giá thử sẽ thu nhận tín hiệu đáp ứng đầu ra của phao thu âm bao gồm tín hiệu
của sensor có hướng ПБ và sensor vô hướng ПЗ , phân tích phổ và vẽ đồ thị biên độ phổ
của các sensor, tính toán các tham số đặc trưng cho các phao thu âm được đo.
Trên cơ sở đó, hệ giá thử được thiết kế như trên hình vẽ 4. Các thành phần của hệ thống
giá thử được tích hợp trên một valy Pelican.
Hình 4. Hệ thống giá thử đo đạc kiểm tra đánh giá đầu thu từ giảo của thủy lôi УДМ.
206 Đ. A. Tuấn, Đ. N. Sơn, N. V. Thành, “Xây dựng giá thử xác định … của thủy lôi УДМ.”
- Nghiên cứu khoa học công nghệ
Phổ áp suất âm thanh tạo giả mục tiêu từ còi hoặc loa tạo phổ sẽ được thu nhận mẫu
bằng hệ thống phân tích phổ tín hiệu đa kênh Pulse cùng với phần mềm phân tích tín hiệu
PULSE LabShop của hãng Bruel & Kjaer. Dải tần: 025,6 Khz. Cấu trúc phổ tín hiệu tạo
giả mục tiêu từ hệ thống còi hoặc loa tạo phổ cơ bản có dạng như trên hình 5. Dữ liệu này
được lưu trữ trên file với cấu trúc 200 line. Modul phần mềm tính phổ áp suất âm thanh
trung bình tác động đầu vào sẽ phân tích, lấy trung bình để đưa ra các mẫu tạo giả mục
tiêu tác động đầu vào như trên hình 6.
Hình 5. Phổ tín hiệu từ còi hoặc loa âm thanh giả mục tiêu.
Hình 6. Xác định phổ áp suất âm tạo giả mục tiêu tác động đầu vào.
Các mẫu phổ áp suất âm tạo giả mục tiêu tác động đầu vào sẽ được thu nhận và lưu trữ
phục vụ tính toán với nhiều mức tác động đầu vào khác nhau. Bảng 1 là bảng thống kê một
số mức âm của tín hiệu âm thanh kích thích đầu vào.
Bảng 1. Bảng thống kê mức âm thiết lập của phần mềm tương ứng mức áp suất âm
tại tần số trung tâm 23,4 Khz và diện tích phổ của chúng.
STT Mức âm loa Mức áp suất âm tại tần số 23,4 Khz (db) Diện tích phổ (db.Hz)
1 Mức nền 33,435 2966
2 5 48,671 4656
3 6 51,245 4831
4 7 53,619 4976
5 8 55,489 5097
6 9 56,681 5168
7 10 57,727 5235
8 15 59,424 5350
9 20 59,682 5356
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 65, 02 - 2020 207
- Thông tin khoa học công nghệ
Phản ứng điện đầu ra của các sensor từ giảo của phao thu âm sau khi được khuếch đại,
chuyển đổi tương tự-số, mạch DSP phân tích phổ tín hiệu sẽ được đưa vào máy tính (PC)
trong hệ giá thử.
Phần mềm trên máy tính tiến hành thu nhận dữ liệu, phân tích và thực hiện các thuật toán
lọc nhiễu, tích lỹ và tiến hành vẽ phổ tín hiệu đầu ra của hai sensor từ giảo. Giao diện phần
mềm của hệ giá thử đánh giá độ nhạy đầu thu âm của thủy lôi УДМ cơ bản như trên hình 7.
Hình 7. Phần mềm của hệ giá thử đánh giá độ nhạy đầu thu âm của thủy lôi УДМ.
Đường đồ thị màu xanh là phổ tín hiệu đầu ra của sensor thu định hướng ПБ, đường đồ
thị màu đỏ là phổ tín hiệu đầu ra của sensor thu vô hướng ПЗ. Tiến hành tính toán diện
tích phổ trong dải tần (20,325,6) Khz và hiệu diện tích phổ của chúng.
Để kiểm chứng kết quả của giá thử và lấy cơ sở đánh giá phân loại cho các phao thu
âm, nhóm đề tài xây dựng hệ giá phụ kết hợp một phần chức năng của hệ giá thử cùng các
thiết bị của thủy lôi УДМ được lắp ráp đầy đủ tạo thành hệ giá phụ như trên hình 8. Trong
hệ giá này, toàn bộ phần tạo giả áp suất âm của mục tiêu trong hệ giá thử của nhóm đề tài
được giữ nguyên chức năng. Phần phao thu âm cần đo sẽ được cắm chuyển sang phần giá
phụ là các thiết bị của thủy lôi УДМ đầy đủ và tương đương như thủy lôi tập và thủy lôi
УДМ khi triển khai thử nghiệm và chiến đấu.
Hình 8. Hệ giá phụ xác định ngưỡng nổ cho các phao thu âm.
208 Đ. A. Tuấn, Đ. N. Sơn, N. V. Thành, “Xây dựng giá thử xác định … của thủy lôi УДМ.”
- Nghiên cứu khoa học công nghệ
Với hệ giá phụ, áp suất âm tín hiệu tác động đầu vào được định lượng chính xác bởi
việc mức âm tới loa bởi phần mềm và khoảng cách từ loa giả tới phao thu âm là một
khoảng cách cố định.
Tiến hành tăng dần mức tín hiệu tác động đầu vào, quan sát máy định lần của hệ giá
phụ, chúng ta sẽ xác định được điểm ngưỡng tín hiệu gây nổ được thủy lôi chính xác ở
mức âm thanh nào. Với cùng một hệ giá phụ, khi ghép nối với các phao thu âm khác nhau
sẽ cho các mức ngưỡng nổ khác nhau.
Thống kê này kết hợp với việc đo đạc phân tích hiệu diện tích phổ của hai sensor từ
giảo trong phao thu âm là cơ sở để chúng ta có những nhận định, đề xuất việc phân loại độ
nhạy cho các phao thu âm khác nhau của thủy lôi УДМ.
Tiến hành đo đạc thống kê trên 100 phao thu âm cấp 2 tại nhà máy, dữ liệu thống kê
cho thấy với các phao thu có ngưỡng nổ ở mức âm thấp (những phao nhạy nổ hơn) sẽ
tương ứng có mức độ hiệu diện tích phổ lớn hơn những phao thu âm có mức ngưỡng nổ
cao. Thực tế cho thấy nếu chỉ xét riêng tại các tần số trung tâm thì điều này không
đúng, có nhiều đỉnh cộng hưởng của tín hiệu tại tần số trung tâm (23,326,6) Khz cao
nhưng hiệu diện tích phổ thấp thì mức ngưỡng nổ của những phao này cũng cao (có
nghĩa độ nhạy của chúng sẽ thấp). Đỉnh cộng hưởng của phổ tín hiệu đầu ra cũng không
hẳn tăng dần theo mức áp suất tín hiệu tác động đầu vào, cấu trúc phao thu âm như một
bầu cộng hưởng, đỉnh cộng hưởng khi đến ngưỡng bão hòa, cấu phúc phổ sẽ sinh ra các
đỉnh cộng hưởng khác lân cận và tăng dần diện tích phổ lên. Như vậy việc xác định lấy
tham số hiệu diện tích phổ của hai sensor trong phao thu âm để xác định phân chia mức
độ nhạy của từng phao là hoàn toàn phù hợp. Thống kê kết quả đo đạc thử nghiệm cho
thấy rằng, để phân loại mức nhạy của các phao thu âm, để đưa bài toán vào thực tiễn
cũng có thể chỉ cần xem xét hiệu diện tích phổ tại một ngưỡng mức âm với diện tích
phổ của nó.
Nhóm đề tài cũng đã tiến hành sửa chữa các sensor định hướng ПБ và vô hướng ПЗ từ
các sensor hỏng hóc cấp 5, tiến hành thử nghiệm sản phẩm trên thủy lôi УДМ thả tập trên
biển và tại xưởng của nhà máy X28/QCHQ cho thấy các sensor được sửa chữa lại hoạt
động tốt, từ đó bước đầu xây dựng quy trình sửa chữa cho các sensor từ giảo của phao thu
âm của thủy lôi УДМ.
III. KẾT LUẬN
Như vậy, có thể thấy rằng, hệ thống giá thử do nhóm đề tài thiết kế xây dựng và
đề xuất xem xem phân loại mức nhạy của các phao thu âm của thủy lôi УДМ dựa
trên độ lớn của hiệu diện tích phổ của các sensor trong dải tần làm việc (23,326,6)
Khz của thủy lôi hoàn toàn có thể là một phương pháp để đo đạc kiểm tra các
sensor từ giảo trong phao thu âm của thủy lôi УДМ cũng để phân loại mức nhạy cho
các phao thu âm khác nhau của thủy lôi УДМ. Từ đó xác định được tình trạng của
các phao và có thể tiến hành sửa chữa các phao thu âm theo quy trình sửa chữa của
nhóm đề tài xây dựng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. “Thuyết minh kỹ thuật và hướng dẫn khai thác sử dụng thủy lôi đáy tổng hợp УДМ” -
Nhà máy X28- QCHQ.
[2]. Phan Quốc Phô, "Giáo trình cảm biến", NXB Khoa học và kỹ thuật (2006).
[3]. J. Fraden, "Handbook Of Modern Sensors", United States of America (2010).
[4]. В.В.Богородского, "Подводные электроакустические преобразователи", (1983).
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 65, 02 - 2020 209
- Thông tin khoa học công nghệ
ABSTRACT
DESIGN AND FABRICATION OF THE MEASUREMENT SYSTEM
TO DETERMINE THE PARAMETERS OF THE MAGNETOSTRICTIVE SENSOR
IN THE УДМ NAVAL MINE
In this paper, the measurement system to determine the specific parameters of
the acoustic sensor working on the magnetostrictive principle in the naval mine
УДМ has been designed and fabricated. Thus, the parameters standards of the
magnetostrictive receivers have been established to support for maintaining and
repairing the naval mine УДМ in the factory. The specific parameters of the
receiver have been measured on this measurement system include: the
frequency spectra of the output voltages, resonant frequency and sensitivity at the
resonant frequency vary with the sound intensity levels.
Keywords: Measurement system; Naval mine; Acoustic sensor; Magnetostrictive sensor.
Nhận bài ngày 15 tháng 12 năm 2019
Hoàn thiện ngày 31 tháng 12 năm 2019
Chấp nhận đăng ngày 17 tháng 02 năm 2020
§Þa chØ: Viện Vật lý kỹ thuật, Viện Khoa học và Công Nghệ Quân sự.
*Email: tuansensor@gmail.com.
210 Đ. A. Tuấn, Đ. N. Sơn, N. V. Thành, “Xây dựng giá thử xác định … của thủy lôi УДМ.”
nguon tai.lieu . vn
