intTypePromotion=1
ADSENSE

Nghiên cứu chế tạo tiêu radar phản xạ góc dạng lưới kiểu gấp ứng dụng cho tàu đánh cá

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

50
lượt xem
1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu chế tạo và triển khai ứng dụng một loại tiêu radar mới phù hợp với tàu đánh cá của Việt Nam. Tác giả đã sử dụng phương pháp thực nghiệm tại hiện trường với cấu trúc, vật liệu làm tiêu và các radar khác nhau, đo tín hiệu trên oscilloscope kỹ thuật số để thu thập số liệu. Kết quả cho thấy tiêu radar phản xạ góc dạng lưới kiểu gấp có độ phản xạ mạnh, ít bị cản gió nên có thể phát hiện và tác nghiệp tránh va từ xa trong điều kiện sương mù, gió mạnh, tầm nhìn hạn chế. Tiêu làm hoàn toàn bằng thép không rỉ, có thể gấp lại khi bảo quản nên vừa có độ bền cao và không chiếm nhiều không gian trên tàu cá có kích thước nhỏ, chật hẹp của Việt Nam.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu chế tạo tiêu radar phản xạ góc dạng lưới kiểu gấp ứng dụng cho tàu đánh cá

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 2/2017<br /> <br /> THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC<br /> <br /> NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TIÊU RADAR PHẢN XẠ GÓC<br /> DẠNG LƯỚI KIỂU GẤP ỨNG DỤNG CHO TÀU ĐÁNH CÁ<br /> STUDYING AND MANUFACTURING REFLECTIVE RADAR TARGET<br /> WITH GRID STYLE FOLDABLE TYPE DEPLOYED FOR FISHING BOATS<br /> Trần Tiến Phức1<br /> Ngày nhận bài: 24/11/2016; Ngày phản biện thông qua: 29/3/2017; Ngày duyệt đăng: 15/6/2017<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Có nhiều tai nạn đâm va đã xảy ra trên biển Việt Nam giữa tàu cá với nhau, giữa tàu hàng với tàu cá<br /> gây thiệt hại lớn về tài sản và nguy hiểm cho con người mà một trong số các nguyên nhân là do các phương<br /> tiện chưa được trang bị radar hàng hải và tiêu radar phù hợp. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu chế<br /> tạo và triển khai ứng dụng một loại tiêu radar mới phù hợp với tàu đánh cá của Việt Nam. Tác giả đã sử dụng<br /> phương pháp thực nghiệm tại hiện trường với cấu trúc, vật liệu làm tiêu và các radar khác nhau, đo tín hiệu<br /> trên oscilloscope kỹ thuật số để thu thập số liệu. Kết quả cho thấy tiêu radar phản xạ góc dạng lưới kiểu gấp có<br /> độ phản xạ mạnh, ít bị cản gió nên có thể phát hiện và tác nghiệp tránh va từ xa trong điều kiện sương mù, gió<br /> mạnh, tầm nhìn hạn chế. Tiêu làm hoàn toàn bằng thép không rỉ, có thể gấp lại khi bảo quản nên vừa có độ bền<br /> cao và không chiếm nhiều không gian trên tàu cá có kích thước nhỏ, chật hẹp của Việt Nam. Sản phẩm đã được<br /> đăng ký sáng chế tại Cục Sở hữu Trí tuệ, tập huấn cho ngư dân sử dụng tại nhiều tỉnh, giới thiệu tại Hội nghị<br /> toàn quốc triển khai thực hiện Nghị định 67/2014, báo cáo tại Hội nghị Vật lý kỹ thuật và Ứng dụng toàn quốc<br /> lần thứ 4 và đang làm thủ tục chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp sản xuất theo quy mô công nghiệp.<br /> Từ khóa: radar hàng hải, tiêu radar phản xạ, tàu đánh cá<br /> ABSTRACT<br /> Many collisions have occurred on Vietnam Sea between fishing boats and between cargo ships and<br /> fishing boats which have caused great damage to property and danger to humans. One of the main reasons is<br /> that the fishing boats are not equipped with marine radar and suitable radar target. This paper presents the<br /> results of studying, manufacturing and deploying a new target of radar which is suitable for Vietnamese fishing<br /> boats. The author has used empirical methods in the sea with the structure and material of reflective target<br /> with various other radars, and measured the signal on digital oscilloscope to collect data. Results showed that<br /> the new reflective radar target with grid style, foldable type and had stronger reflectivity, high wind resistance<br /> which may detect remote targets, to avoid collisions in fog conditions, strong winds and limited vision. The<br /> targets of radar are entirely made with stainless steel and can be folded when stored. Therefore, they are very<br /> durable and do not occupy much space on small and narrow fishing boats in Vietnam. Our products have been<br /> registered patent at the Intellectual Property Department, training for fishermen to use in many provinces,<br /> presented at the National Conference for the implementation of the 67/2014 Decree, at The 4th National<br /> Conference on Applied and Engineering Physics and are in the process of transfer technology for business in<br /> order to manufacture at industrial scale.<br /> Keywords: marine radar, reflective radar target, fishing boats<br /> 1<br /> <br /> Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Nha Trang<br /> <br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 79<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 2/2017<br /> <br /> I. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Tiêu radar phản xạ góc hoạt động theo<br /> nguyên lý của quang hình học. Các mặt phản<br /> xạ sóng điện từ được ghép thành các tam diện<br /> thuận thì tia phản xạ sẽ quay về cùng phương<br /> nhưng ngược chiều. Tùy theo vị trí tương đối<br /> giữa nguồn phát tia tới và tam diện mà hiện<br /> tượng phản xạ có thể xảy ra một lần, hai lần<br /> (Hình 1a) hay ba lần (Hình 1b). Tầm xa có khả<br /> năng phát hiện mục tiêu trên biển với radar<br /> băng X được tính theo công thức (1).<br /> <br /> (1)<br /> Trong đó, h1 và h2 là độ cao lắp anten và<br /> độ cao mục tiêu trên mặt biển, R tính bằng hải<br /> lý (NM).<br /> Thị trường thế giới đã có nhiều loại tiêu<br /> radar phản xạ góc với kiểu dáng, kích thước<br /> và vật liệu khác nhau (Hình 1d, e, f, g). Từ các<br /> nghiên cứu cơ bản về tiêu radar phản xạ thụ<br /> động đã công bố [2], [3] cho thấy cấu trúc ba<br /> mặt phản xạ ghép thành tam diện thuận có tính<br /> ứng dụng cao.<br /> <br /> Hình 1. Nguyên lý và kiểu dáng tiêu radar phản xạ góc trên thị trường thế giới<br /> <br /> Trong số đó, loại tiêu có các mặt hình<br /> vuông cho độ phản xạ mạnh nhất, tiết diện<br /> hiệu dụng gấp hơn 2,4 lần so với loại mặt tròn<br /> (tiêu Hình 1e) và gấp hơn 9 lần loại tiêu mặt<br /> <br /> tam giác (tiêu Hình 1f). Tuy nhiên, đáp ứng góc<br /> nghiêng khi sử dụng của tiêu mặt hình vuông<br /> lại hẹp hơn, chỉ bằng một nửa của tiêu mặt tam<br /> giác (Bảng 1).<br /> <br /> Bảng 1. Tham số các loại tiêu phản xạ sóng radar hàng hải [2]<br /> <br /> 80 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 2/2017<br /> <br /> Nhằm đảm bảo an toàn hàng hải, nhiều<br /> <br /> tốc độ giữa các phương tiện tham gia giao<br /> <br /> nước đã quy định các tàu đi biển đều phải có<br /> <br /> thông hay sản xuất trên biển. Những thông tin<br /> <br /> radar hoặc tiêu radar để tác nghiệp tránh va.<br /> <br /> này giúp các phương tiện tránh bị va chạm với<br /> <br /> Hiện nay (2016), giá tiêu radar phản xạ góc<br /> <br /> nhau, có thể trợ giúp khi có sự cố. Tuy nhiên,<br /> <br /> trên thế giới [4] khoảng từ 33 đến 890 USD.<br /> <br /> giá thành hệ thống AIS, trình độ của người<br /> <br /> Ở Việt Nam, khai thác thủy sản xa bờ đang<br /> <br /> ngư dân Việt Nam để sử dụng và điều kiện môi<br /> <br /> được Nhà nước ưu tiên phát triển, số lượng<br /> <br /> trường trên tàu cá là những khó khăn rất lớn<br /> <br /> tàu thuyền ngày càng tăng. Ngư trường của<br /> <br /> nếu chọn phương án này.<br /> <br /> Việt Nam đan xen với các đường hảng hải nội<br /> <br /> Trước thực trạng đó, ứng dụng tiêu radar<br /> <br /> địa và quốc tế có mật độ tàu qua lại rất đông.<br /> <br /> phản xạ góc dạng lưới kiểu gấp là phương án<br /> <br /> Nhiều tai nạn đâm va giữa tàu hàng với tàu cá,<br /> <br /> có tính khả thi cao nhất để đảm bảo an toàn và<br /> <br /> giữa tàu cá với nhau hay ngư cụ bị mất gây<br /> <br /> hiệu quả cho tàu cá Việt Nam nói chung, mà<br /> <br /> thiệt hại lớn cả tài sản và tính mạng thuyền<br /> <br /> đặc biệt là nghề câu mực khơi và nghề lưới rê<br /> <br /> viên [5]. Ngư dân các tỉnh miền Trung có nghề<br /> <br /> tầng mặt. Đây là những nghề khai thác hoạt<br /> <br /> câu mực khơi. Mỗi tàu có 30 đến 50 thúng câu<br /> <br /> động dài ngày mỗi chuyến biển và số lao động<br /> <br /> hoạt động độc lập trong đêm trên biển. Đây là<br /> <br /> nhiều trên mỗi tàu.<br /> <br /> nghề câu truyền thống nhưng rất rủi ro. Thời<br /> tiết xấu hoặc thúng câu va chạm với các tàu<br /> <br /> II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> <br /> khác trong đêm dễ bị lật gây nguy hiểm đến<br /> <br /> 1. Tiêu radar phản xạ góc tấm liền ghép cố định<br /> <br /> cả tính mạng nhưng chưa có phương án nhận<br /> <br /> Tiêu radar có kiểu dáng như Hình 1f đã<br /> <br /> biết để cứu hộ hiệu quả [6].<br /> <br /> được chọn nghiên cứu thí nghiệm đầu tiên vì<br /> <br /> Về mặt khoa học hàng hải hiện đại, ta<br /> <br /> dễ chế tạo và triển khai sử dụng trong thực tế.<br /> <br /> có thể dùng hệ thống nhận dạng tự động<br /> <br /> Hình 2 mô tả cấu hình hệ thống thí nghiệm trên<br /> <br /> (Automatically Identification System - AIS) để<br /> <br /> biển với các tiêu radar có kích thước và vật liệu<br /> <br /> trao đổi thông tin với nhau về vị trí, hướng,<br /> <br /> khác nhau.<br /> <br /> Hình 2. Thử nghiệm tiêu radar tấm liền và so sánh với phao dẫn luồng của Cảng Nha Trang<br /> a) Tàu và radar thử nghiệm; b) Thả tiêu trên biển; c) Phương án chạy tàu để đo<br /> <br /> Bảng 2 cho thấy, khi có cùng kiểu dáng và<br /> kích thước nhưng các tấm kim loại là vật liệu<br /> khác nhau (nhôm, tôn, inox) không ảnh hưởng<br /> lên tầm xa phát hiện của radar. Tuy nhiên,<br /> trong môi trường biển, chỉ có vật liệu bằng inox<br /> <br /> mới đảm bảo ổn định hệ số phản xạ sóng radar<br /> lâu dài. Nếu muốn tăng tầm xa phát hiện tiêu<br /> thì cần tăng độ cao lắp đặt, tăng kích thước<br /> cạnh hay chọn radar có công suất phát sóng<br /> lớn hơn.<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 81<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 2/2017<br /> <br /> Bảng 2. Kích thước, trọng lượng và tầm xa phát hiện các tiêu radar có kiểu dáng như Hình 1f<br /> TT<br /> <br /> Mẫu<br /> <br /> Kích thước (cm)<br /> <br /> 1<br /> <br /> A<br /> <br /> 2<br /> 3<br /> <br /> Trọng lượng (Kg)<br /> <br /> Tầm xa phát hiện (hải lý)<br /> <br /> Nhôm<br /> <br /> Tôn mạ kẽm<br /> <br /> I nox<br /> <br /> 25,6<br /> <br /> 0,2<br /> <br /> 0,22<br /> <br /> 0,25<br /> <br /> 4,2<br /> <br /> B<br /> <br /> 34,4<br /> <br /> 0,36<br /> <br /> 0,39<br /> <br /> 0,44<br /> <br /> 4,9<br /> <br /> C<br /> <br /> 42,9<br /> <br /> 0,56<br /> <br /> 0.62<br /> <br /> 0,69<br /> <br /> 5,8<br /> <br /> Sau thí nghiệm này, tác giả đã xác lập<br /> được quy trình tính toán và triển khai hệ thống<br /> radar cùng với tiêu cho các tàu khai thác lưới<br /> rê có tham số đầu vào là yêu cầu tầm xa phát<br /> hiện trên biển, công suất xung của radar, góc<br /> khối chùm tia sóng điện từ tương ứng với tham<br /> số đầu ra là kích thước cạnh của tiêu, độ cao<br /> lắp đặt [1]. Kết quả nghiên cứu đã được tác<br /> giả triển khai ứng dụng cho ngư dân các tỉnh<br /> Trung bộ thông qua các lớp tập huấn do Trung<br /> tâm khuyến nông tổ chức từ trước năm 2013.<br /> Với chủ trương ưu tiên phát triển khai thác<br /> thủy sản xa bờ của Nhà nước, nhiều ngư dân<br /> đã tăng quy mô sản xuất bằng việc đóng tàu<br /> có kích thước lớn hơn, ngư cụ nhiều hơn, dài<br /> hơn. Từ đây, thuyền trưởng phải quản lý ngư cụ<br /> trong phạm vi rộng hơn và việc áp dụng các loại<br /> tiêu radar như trong Hình 1 không còn đáp ứng.<br /> - Tăng kích thước tiêu và lắp cao để phát<br /> hiện được từ xa đã làm tăng đối trọng và<br /> trọng lượng;<br /> - Ngư trường Việt Nam chịu ảnh hưởng rất<br /> lớn của gió mùa Đông Bắc và Tây Nam. Các<br /> mặt tam diện tấm liền gây cản gió làm nghiêng<br /> và hạ thấp cây tiêu trên biển;<br /> - Cấu trúc ghép cố định các tấm kim loại<br /> làm cho tiêu radar có thể tích chiếm chỗ lớn<br /> và không đổi cả lúc sử dụng lẫn lúc bảo quản<br /> trên tàu.<br /> <br /> Từ đó, phát sinh một nhu cầu rất lớn đối<br /> với tiêu radar có độ phản xạ sóng mạnh, chịu<br /> mặn, ít biến dạng, có thể gấp lại được để<br /> tránh suy giảm chất lượng, ít chiếm chỗ khi<br /> không sử dụng hoặc khi bảo quản và độ cản<br /> gió thấp dùng cho nghề cá xa bờ trở nên<br /> cấp thiết.<br /> 2. Tiêu radar phản xạ góc dạng lưới<br /> kiểu gấp<br /> Bảng 1 cho ta thấy, loại tiêu ba mặt chữ<br /> nhật ghép vuông góc có tiết diện hiệu dụng và<br /> hệ số phản xạ mạnh. Vì vây, tác giả đã chọn<br /> kiểu dáng tiêu này để nghiên cứu tiếp theo<br /> nhằm đáp ứng thực tiễn sản xuất của ngư<br /> dân hiện tại và tương lai. Mặc dù tham số góc<br /> nghiêng của tiêu ba mặt chữ nhật nhỏ hơn<br /> song ta có thể giải quyết được bằng việc chọn<br /> cấu trúc vật liệu dạng lưới để giảm trọng lượng<br /> và sức cản gió.<br /> Không gian trên các tàu đánh cá của ngư<br /> dân Việt Nam rất hạn chế, đặc biệt là nghề<br /> câu mực khơi. Mỗi tàu có 30 đến 50 thúng câu<br /> và 40 đến 55 thuyền viên hoạt động dài ngày<br /> trên biển. Ngư cụ, nhu yếu phẩm, sản phẩm<br /> sau thu hoạch phải thu gọn nhất có thể để có<br /> không gian sống cho con người. Các thúng<br /> câu có thể úp lại với nhau (Hình 3), các tiêu<br /> radar phải thiết kế gấp lại được dễ dàng mới<br /> có tính khả thi ứng dụng.<br /> <br /> Hình 3. Tàu câu mực khơi: a) Thúng câu khi bảo quản; b) Lúc triển khai; c) Tách khỏi tàu mẹ<br /> <br /> 82 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> Tiêu radar phản xạ góc dạng lưới, kiểu gấp<br /> (Hình 4) bao gồm:<br /> - Tấm nền a) dạng phẳng, hình vuông, đối<br /> xứng tâm, ở giữa có hai thanh giằng vuông góc<br /> với nhau tại tâm và vuông góc với bốn cạnh có<br /> khung viền;<br /> - Hai tấm một nửa b1 và b2, hình chữ nhật,<br /> lần lượt được bố trí ở phía trên và phía dưới<br /> của tấm nền và có cạnh dài được lắp với nhau<br /> hai bên thanh giằng thứ nhất bởi bốn bản lề<br /> hai chiều;<br /> - Bốn tấm một phần tư chia làm hai cặp C1,<br /> C2 và C3, C4, lần lượt được bố trí ở phía trên<br /> và phía dưới của tấm nền. Mỗi cặp có cạnh<br /> được lắp với nhau hai bên thanh giằng thứ hai<br /> bởi hai cơ cấu bản lề hai chiều;<br /> - Hai cơ cấu định vị lần lượt được bố trí ở<br /> chính giữa cạnh trên và cạnh dưới của hai tấm<br /> một nửa, mỗi cơ cấu định vị có kẹp để có thể<br /> <br /> Số 2/2017<br /> tháo được nhằm gấp hai tấm một phần tư và<br /> tấm một nửa nằm trong cùng một mặt phẳng<br /> với tấm nền. Mỗi tiêu sau khi gấp lại có độ dày<br /> khoảng 2cm;<br /> - Tất cả các tấm có mắt lưới bằng 0,5cm<br /> (nhỏ hơn ½ bước sóng λ của radar hàng hải<br /> dân sự băng X tần số 9,4 GHz, bước sóng<br /> 3,2cm) và đều làm bằng vật liệu inox 304 để<br /> chống ăn mòn trong môi trường biển.<br /> Cố định cánh sóng của radar hàng hải ở<br /> trên bờ biển Nha Trang với độ cao tương ứng<br /> như lắp trên tàu cá của ngư dân. Dùng một<br /> xuồng vỏ gỗ, kích thước nhỏ, mang tiêu radar<br /> thử nghiệm chạy theo đường phân giác của<br /> chùm tia trùng với điểm giữa đảo Hòn Dung.<br /> Việc chạy tàu chính xác nhờ sử dụng chức<br /> năng “màn hình xa lộ” trên máy định vị DGPS<br /> (FURUNO GP37).<br /> <br /> Hình 4. Thành phần cấu tạo của tiêu radar phản xạ góc dạng lưới kiểu gấp và mẫu thực tế<br /> <br /> Dùng máy oscilloscope TDS2014 để đo<br /> <br /> trên mặt nước biển thì khoảng cách có sóng<br /> <br /> biên độ điện áp của xung sóng phản xạ từ tiêu<br /> <br /> phản xạ là 1,6 hải lý. Nếu tiêu cao 4m thì tầm<br /> <br /> trở về. Điểm đo sau mạch tách sóng, trước<br /> <br /> xa có khả năng phát hiện trên biển là 10,36<br /> <br /> mạch khuếch đại thị tần, kết hợp với theo dõi<br /> <br /> hải lý. Như vậy, khi chạy tàu xa hơn 1,6 hải<br /> <br /> vết mục tiêu trên màn hình của radar hàng<br /> <br /> lý tín hiệu phản xạ về chỉ từ tiêu thí nghiệm<br /> <br /> hải. Thí nghiệm được tiến hành với cả loại tiêu<br /> <br /> mà thôi. Trong Hình 5a, tiêu phản xạ góc đặt<br /> <br /> tấm liền và tiêu tấm lưới kích thước cạnh khác<br /> <br /> cao 4 m trên thuyền gỗ, chạy theo trục (đường<br /> <br /> nhau trên các radar có công suất bức xạ xung<br /> <br /> phân giác) của cánh sóng. Trong Hình 5b,<br /> <br /> sóng điện từ 4 kW (mức công suất của radar<br /> <br /> anten đặt cao 7 m ở trên bờ. Hình 5c là tín hiệu<br /> <br /> mà các tàu cá đang dùng phổ biến).<br /> <br /> của tiêu trên màn hình tại thời điểm cách xa<br /> <br /> Hình 5 mô tả bố trí thí nghiệm đo biên độ<br /> <br /> 3,867 hải lý và tương ứng là biên độ sóng dội<br /> <br /> sóng phản xạ. Theo công thức (1) với độ cao<br /> <br /> trên màn hiện sóng của oscilloscope TDS2014<br /> <br /> lắp anten là 7 m và độ cao thuyền gỗ là 0,8 m<br /> <br /> (Hình 5d).<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 83<br /> <br />
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2