8 yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của máy đo sâu hồi âm

Độ chính xác của máy đo sâu hồi âm phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Một số phụ thuộc vào cấu tạo của máy đo sâu hồi âm và một số khác, phụ thuộc vào vận tốc âm trong nước, là các yếu tố nằm ngoài tầm kiểm soát của các nhà sản xuất máy đo sâu hồi âm. Trong bài viết dưới đây, hãy cùng Đất Hợp tìm hiểu về 8 yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của máy đo sâu hồi âm.

Nguồn sai số của máy đo sâu hồi âm

Mặc dù các máy đo sâu hồi âm hiện đại có thể phức tạp và tinh vi hơn, nguyên lý hoạt động của chúng vẫn đơn giản – gửi tín hiệu Ping và lắng nghe tín hiệu phản hồi (echo). Thời gian tín hiệu phản hồi từ đáy lên thiết bị chính là thời gian di chuyển lên xuống, hay bằng 2 lần độ sâu. Xem thêm: Nguyên lý hoạt động của máy đo sâu hồi âm>>>

Nguồn của sai số có thể được chia ra 2 nhóm: Lặp lại, tỷ lệ và độ lệch.

– Sự lặp lại

Sự lặp lại giữa các lần ping của quá trình xác định giá trị độ sâu là một hạn chế cơ bản đối với độ chính xác của máy đo sâu hồi âm. Điều quan trọng là phải nhận ra rằng sự thay đổi thông thường trong phép đo thời gian hồi âm sẽ nhỏ hơn nhiều lần so với cả quảng thời gian của tín hiệu hồi âm

Vấn đề không phải là xác định thời điểm của tín hiệu phản xạ mà là xác định chính xác điểm trong cả tín hiệu hồi âm (threshold), hết lần này đến lần khác, thể hiện cho giá trị độ sâu đã được hiệu chuẩn. Do đó, khả năng lặp lại của phép đo độ sâu phụ thuộc vào khả năng lặp lại của chính tín hiệu phản hồi, của đầu dò, và cả khả năng lập lại của quá trình xác định độ sâu được tính toán trong máy đo sâu hồi âm.

– Tỷ lệ và độ lệch

Các lỗi về tỷ lệ và độ lệch xác định có thể hiệu chuẩn được là trọng tâm của vấn đề này. Máy đo sâu hồi âm thường được trang bị tính năng hiệu chỉnh tỷ lệ và độ lệch (dưới dạng hiệu chỉnh giá trị draft và vận tốc âm thanh) cho phép người dùng hiệu chỉnh thiết bị tương ứng với đầu dò đi kèm tại vùng nước tại khu vực thực hiện.

Người vận hành có thể thiết lập 2 giá trị này thông qua quy trình barcheck ở 2 độ sâu khác nhau (Draft ở độ sâu nhỏ và vận tốc âm ở độ sâu lớn) và lặp lại quy trình này nhiều lần để tinh chỉnh các giá trị này chính xác hơn. Ngoài ra, người vận hành có thể đo giá trị draft và vận tốc âm thanh trực tiếp và nhập vào máy đo sâu hồi âm.

Trong trường hợp này, chúng ta tin tưởng về việc máy đo sâu hồi âm được nhà sản xuất hiệu chỉnh (nhất là giá trị Draft) ở nhà máy. Chúng ta sẽ thảo luận về các khía cạnh kỹ thuật và độ chính xác của máy đo sâu hồi âm.

8 yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của máy đo sâu hồi âm

– Biên độ ảnh hưởng đến độ chính xác của máy đo sâu hồi âm

Việc xác định độ sâu luôn liên quan đến việc đo thời điểm chính xác mà biên độ của tín hiệu phản hồi vượt quá 1 ngưỡng nào đó (Threshold). Để tạo ra kết quả có thể lặp lại, biên độ phản hồi phải có thể lặp lại liên quan đến giá trị ngưỡng (Threshold).

Rõ ràng là biên độ phản hồi thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào công suất phát, độ sâu đáy, độ phản xạ của đáy, và độ khuếch đại tín hiệu thu của máy đo sâu hồi âm, và do đó, chuẩn hóa biên độ là yêu cầu cơ bản của việc xác định chính xác độ sâu bằng máy đo sâu hồi âm.

Theo truyền thống, chuấn hóa biên độ được thực hiện bằng cách kết hợp điều khiển độ khuếch đại tự động (Gain) và phụ thuộc đáng kể và sự quan sát của người vận hành máy đo sâu hồi âm và các thiết lập trên đó.

– Cấu tạo vật liệu đáy ảnh hưởng đến độ chính xác của máy đo sâu hồi âm

Các dạng đáy khác nhau không những có thể ảnh hưởng tới biên độ của tín hiệu phản hồi mà còn ảnh hưởng đến hình dạng. Một bề mặt phẳng, nhẵn sẽ phản xạ trực tiếp với tín hiệu phát và rất ít các tín hiệu phản hồi lệch sang hướng khác.

Mặt khác, một bề mặt gồ ghề sẽ phản xạ một lượng đáng kể tín hiệu phản hồi có xu hướng bị kéo dài xung và dịch chuyển đỉnh của biên độ xuống dưới. Nói chung, các hiệu ứng từ bề mặt đáy khó có thể được bù trừ trong việc thiết kế máy đo sâu hồi âm hơn là hiệu ứng gây ra từ biên độ tín hiệu đã đề cập trước.

Sơ đồ tương quan khớp mẫu được sử dụng trong máy đo sâu hồi âm cho cả việc chọn bề mặt đáy và chuẩn hóa biên độ rất hiệu quả trong việc giảm thiểu độ nhạy với sự thay đổi của bề mặt đáy.

– Tốc độ lấy mẫu và cắt xén tín hiệu nhiễu ảnh hưởng đến độ chính xác của máy đo sâu hồi âm

Khả năng lặp lại này là vấn đề đặc biệt đối với máy đo sâu hồi âm kỹ thuật số. Nó liên quan đến các lỗi tích tụ bất kể khi nào một tham số theo thời gian bị cắt bớt hoặc làm tròn đến khoảng lấy mẫu gần nhất hoặc được nội suy không đúng cách. Cuối cùng, nó đặt giới hạn ra cho độ phân giải có thể đạt được và do đó là khả năng lặp lại của phép đo độ trễ thời gian

Trong các thiết kế ban đầu, nó có xu hướng thể hiện dưới dạng giới hạn của bộ chuyển đổi A/D (tốc độ chuyển đổi). Trong các thiết kế hiện đại hơn, nó lại thể hiện dưới dạng các phép tính số lẻ cố định (Fix-Point Arithmetic) hoặc phần mềm không được tối ưu.

Giải pháp thực tế duy nhất để cắt bỏ và làm tròn các tín hiệu nhiễu là sử dụng các phép tính dấu chấm động (Floating Point Arithmetic) cho tất cả các phép tính toán dựa trên thời gian, và sử dụng phep nội suy đa thức liên tục khi làm việc với các dữ liệu lấy mẫu theo thời gian.

– Độ dài xung phát (Pulse Length) ảnh hưởng đến độ chính xác của máy đo sâu hồi âm

Nếu được triển khai đúng cách, các độ dài xung truyền khác nhau sẽ được khớp với các bộ lọc thu tín hiệu khác nhau, với các xung ngắn khớp với các bộ lọc bằng thông rộng và ngược lại. Độ trễ theo nhóm (Group Delay) của bộ lọc tương tự (Analog) hoặc kỹ thuật số (Digital) có liên quan nghịch đến băng thông và có thể khá đáng kể trong bộ lọc băng thông hẹp.

Đây chỉ là một cách khác để mô tả thực tế được biết rằng các tín hiệu dài hơn sẽ cho độ phân giải kém hơn so với các xung ngắn.

– Tần số ảnh hưởng đến độ chính xác của máy đo sâu hồi âm

Những người thường xuyên đi khảo sát sẽ cảm thấy rất quen thuộc với thực tế là khi sử dụng đầu dò tần số thấp (33khz) sẽ xuyên qua các lớp trầm tích mềm dễ dàng hơn so với sử dụng đầu dò tần số cao (200khz). Chúng ta cũng biết rằng đáy biển, sông hồ thườnng có đặc điểm là một hoặc nhiều lớp trầm tích mềm (đôi khi rất mềm, như bùn loãng, hoặc lỏng hơn thể rắn một chút) nằm trên các lớp vật liệu cứng hơn.

Tín hiệu phản hồi từ những vị trí giao nhau giữa các lớp vật chất này ( giữa môi trường nước và các lớp không phải là nước). Có thể tồn tại những chênh lệch trở kháng âm thanh lớn hơn giữa các lớp nằm dưới bề mặt đáy, giữa các lớp trầm tích mềm và cứng .

Máy đo sâu hồi âm sử dụng đầu dò tần số thấp thường xác định một lớp trầm tích cứng được chôn vùi bên dưới đáy “thực” , trong khi đó, khi sử dụng máy đo sâu hồi âm 2 tần số thường phát hiện ra bề mặt đáy nông hơn với kênh tần số cao và lớp sâu hơn trên kênh tần số thấp.

Nếu các giá trị độ sâu được số hóa nhất quán trong những điều kiện này, thì kết quả sẽ giúp chúng ta có được những thông tin hữu ích về cấu tạo bề mặt đáy. Nhưng thông thường là giá trị độ sâu sẽ nhảy qua lại giữa 2 kênh này , gây ra sự nhầm lần về độ sâu.

– Sai số các tham số chuyển đổi ảnh hưởng đến độ chính xác của máy đo sâu hồi âm

Với các máy đo sâu hồi âm hiện đại sử dụng thạch anh dao động với độ chính xác cao để kiểm soát thời gian, vì vậy về mặt lý thuyết, lỗi hiệu chuẩn trong tham số tốc độ âm thanh thực tế là bằng 0, và có thể bỏ qua một cách an toàn.

Trên thực tế, độ chính xác có thể đạt được về mặt lý thuyết có thể bị ảnh hưởng bởi các lỗi trong quá trình xử lý kỹ thuật số dựa trên các tham số theo thời gian (Timebase), chủ yếu là lỗi do sử dụng dấu chấm cố định trong số học (Fix-Point Arithmetic) hoặc do lỗi làm tròn số. Tuy nhiên đây là sự cố về phần mềm và có thể dễ dàng giải quyết bằng các thuật toán tối ưu hơn và xử dụng bộ xử lý hỗ trợ các phép tính dấu chấm động (Fix-Point Arithmetic)

Lưu ý rằng lỗi hiệu chuẩn với các tham số thang đo được đề cập ở đây là độ chính xác của phép hiệu chuẩn được áp dụng cho giá trị độ sâu bởi máy đo sâu hồi âm để bù cho giá trị tốc độ âm thanh do người dùng nhập vào, trong quá trình kiểm tra bằng barcheck hoặc sử dụng thiết bị đo vận tốc âm chuyên dụng. Trong thực tế , sai số của giá trị vận tốc âm ảnh hưởng hầu hết đến các sai số có thể xảy ra trong quá trình chuyển đổi độ sâu này.

– Lỗi offset ảnh hưởng đến độ chính xác của máy đo sâu hồi âm

Sai số ở tham số Draft (độ ngập đầu dò) là kết quả của tất cả độ trễ thời gian nhỏ được gộp vào đường dẫn tín hiệu trong máy đo sâu hồi âm.

Nếu máy đo sâu sử dụng băng thông rất rộng của đầu vào analog, các sai số phát sinh từ độ trễ tín hiệu này là không đáng kể (tỷ lệ nghich với băng thông chuyển đổi ADC). Nhưng không thể nói điều tương tự đối với các bộ lọc kỹ thuật số, độ trễ này rất đáng kể.

Độ trễ gộp của bộ lọc kỹ thuật số là có thể xác định và có thể được tính toán chính xác cho bất kỳ bộ lọc và bất kỳ tần số nào. Độ trễ gộp thông qua bộ lọc kỹ thuật số dải ngang hoặc dải thấp phụ thuộc vào tỉ lệ lấy mẫu, và tỉ lệ nghịch với băng thông, và là một phép tính rất đơn giản.

Kết luận:

• Sai số thang đo (Scale Error) do máy đo sâu hồi âm tạo ra về cơ bản là bằng 0. Độ chính xác của thang đo thường được kiểm soát bởi độ chính xác của giá trị tốc độ âm thanh do người vận hành nhập vào, từ một thiết bị đo tốc độ âm thanh hoặc trong quá trình barcheck.
• Sai số offset do máy đo sâu hồi âm về cơ bản là bằng không, là kết quả của các phép tính toán của các bộ lọc kỹ thuật số. Các nguồn lỗi chính thường là độ ổn định của phép đo độ ngập đầu dò (Draft) do người vận hành nhập vào (thay đổi theo phương tiện lắp đặt) và một phần nhỏ do độ trễ tín hiệu gộp của đầu dò và máy đo sâu hồi âm.
• Các sai số ảnh hưởng đến khả năng lặp lại do máy đo sâu hồi âm gây ra rất khó đo lường, vì trong điều kiện hoạt động bình thường, chúng bị chi phối bởi sự bất ổn trong môi trường truyền sóng âm, và dĩ nhiên là nằm ngoài tầm kiểm soát của máy đo độ sâu.

Hy vọng rằng, qua bài viết trên Đất Hợp đã giúp bạn đọc hiểu thêm về các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của máy đo sâu hồi âm. Ngoài ra, nếu còn bất kỳ thắc mắc nào, hãy liên hệ ngay đến HOTLINE 0903 825 125 để được tư vấn thêm chi tiết về độ chính xác của máy đo sâu hồi âm và những vấn đề liên quan.

>>> Xem thêm: Các thiết lập trên máy đo sâu hồi âm đa tia có ý nghĩa gì?