Nguyên lý cơ bản của tốc độ kế điện từ

Tốc độ kế điện từ (Electronicmagnetic Log) là thiết bị vận dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để đo tốc độ tức thời của tàu tương đối với nước và tích phân tốc độ để xác định quãng đường tàu chạy. một thiết bị tốc độ kế điện từ gồm có: một bộ cảm biến, bộ khuếch đại và thiết bị chỉ báo.

Thiết bị cảm biến là một bộ phận nhạy cảm, áp dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để chuyển tốc độ cơ học của tàu thành tín hiệu điện tỷ lệ thuận với tốc độ của tàu. Trong các loại tốc độ kế điện từ hiện nay sử dụng 2 loại thiết bị cảm biến gồm loại phẳng và loại hình trụ. Bộ cảm biến phẳng lắp cố định vào vỏ đáy tàu, loại hình trụ có thể đưa thò ra đáy tàu khi hoạt động hoặc có thể thu vào khi dừng hoạt động nhờ một thiết bị nâng hạ.

Bộ cảm biến (Sensor) loại phẳng và loại hình trụ đều cùng nguyên lý hoạt động. Nguyên lý cấu tạo của một loại cảm biến phẳng gồm một lỏi sắt từ chữ E  đặt nằm, trụ giữa quấn cuộn dây, đầu phía dưới của sắt từ gắn chất cách điện, trên đó đặt 2 cực điện a,b có dây dẫn về thiết bị trung tâm để đo sức điện động cảm ứng. Giữa hai cực điện và xung quanh đều chèn chất cách điện. Khi cho dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây của lỏi sắt từ thì sinh ra từ trường xoay chiều và hình thành các đường sức từ chạy từ giữa qua môi trường nước dưới đáy tàu về đến hai trụ hai bên, hình thành đường sức từ khép kín. Theo định luật cảm ứng điện từ Faraday, khi tàu chạy tới thì giữa nước và tàu có sự chuyển động tương đối, dòng chảy của nước biển giữa hai cực điện ab có thể coi như có rất nhiều vật dẫn điệnchuyển động song song trong từ trường cắt các đường sức từ và cảm ứng sức điện động Ei giữa hai cực a và b. Vì dòng nước và và đường súc từ vuông góc nên có thể viết,

                                      Ei = B˜.L.V.10-8 (Volt)

Trong đó, B˜ : cường độ cảm ứng từ xoay chiều (Gs)

                 L : khoảng cách giữa hai cực điện a,b (cm)

                 V : tốc độ dòng chảy (cm/s)

Ei và B˜ đều là giá trị tức thời, nếu biểu thị bằng biên độ có thể viết,

                                      EiM = BM.L.V.10-8 (Volt)

Trong biểu thức này BM và L là hằng số phụ thuộc vào kết cấu của thiết bị cảm biến, còn lại EiM và tốc độ V tỷ lệ thuận với nhau. Vì vậy, chỉ cần đo điện áp trên 2 cực của thiết bị cảm biến thì có thể xác định tốc độ V.

Điện áp tín hiệu lấy ra từ bộ cảm biến thường chỉ được vài mili vôn. Mặt khác, trong thực tế, vì bộ cảm biến còn chịu ảnh hưởng của nhiễu từ trường tạp từ bên ngoài nên trong thành phần điện áp đầu ra có nhiễu tín hiệu tạp làm cho độ chính xác của tốc độ đo được không cao.Tín hiệu nhiễu có 2 loại:

            * Loại thứ nhất: tín hiệu nhiễu 900, lệch pha 900 so với dòng điện kích từ, nguyên nhân là do tính chất của nước biển làm phát sinh “hiệu ứng từ trường thứ cấp” và “hiệu ứng máy biến thế” của bản than bộ cảm biến. Khi tín hiệu này vượt quá một giới hạn nào đó sẽ khiến bộ khuếch đại của máy bị bảo hòa không thể làm việc mộ cách bình thường. Để khắc phục nhược điểm này,trong mạch khuếch đại có thiết kế mạch khống chế và khử nhiễu 900.

            *  Loại thứ hai: tín hiệu nhiễu 00, cùng pha với dòng điện kích từ,phát sinh là do cường độ cảm ứng từ của bộ cảm biến phân bố không đều và không đối xứng , khi tàu không còn tốc độ (tốc độ bằng 0) trong nước yên tĩnh, trên bộ cảm biến vẫn còn một điện áp nhỏ xuất hiện làm cho đồng hồ chỉ tốc độ chỉ không đúng số 0., gây ra sai số điểm 0. Khi lắp ráp một bộ cảm biến phải áp dụng các biện pháp hiệu quả để triệt tiêu sai số điểm 0 này. Các biện pháp đó là:

a) lớp bọc dây điện nối với bộ cảm biến và vỏ ngoài của bộ cảm biến phải tiếp đất tốt

b) giảm điện áp kích từ

c) dây cáp dẫn điện phải được cách điện tốt.