Nguyên lý hoạt động máy đo sâu hồi âm – Cách thiết bị xác định độ sâu đáy nước chính xác

Máy đo sâu hồi âm là thiết bị chuyên dùng để đo chiều sâu của nước, được ứng dụng phổ biến trong khảo sát thủy văn, thi công công trình đường thủy, cảng biển, hồ chứa và các vùng địa hình ngập nước. Để sử dụng thiết bị hiệu quả, việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động máy đo sâu hồi âm là điều vô cùng cần thiết và công cụ hỗ trợ trong công tác đo sâu như thiết bị thủy văn. Việt Thanh Group sẽ hướng dẫn bạn về nguyên lý hoạt động máy đo sâu hồi âm.

Nguyên lý hoạt động máy đo sâu hồi âm là gì?

Máy đo sâu hồi âm hoạt động dựa trên nguyên lý truyền và phản xạ sóng âm trong môi trường nước. Thiết bị sẽ phát ra một xung sóng âm từ đầu dò (cảm biến), thường được gắn dưới đáy tàu, xuồng hoặc phao nổi chuyên dụng. Khi sóng âm lan truyền trong nước và chạm đến bề mặt đáy nước hoặc các vật thể dưới đáy, chúng sẽ bị phản xạ trở lại theo phương ngược lại. Máy sẽ thu nhận sóng phản hồi và sử dụng bộ xử lý tín hiệu tích hợp để đo thời gian từ khi phát xung đến khi nhận lại sóng.

Từ thời gian đó, thiết bị sẽ tính toán khoảng cách từ đầu dò đến đáy theo công thức:

Độ sâu = (Tốc độ truyền âm trong nước × Thời gian sóng đi và về) / 2

Trong đó, tốc độ truyền âm trong nước không phải là một hằng số cố định mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường như: nhiệt độ, độ mặn và áp suất của nước. Thông thường, tốc độ này dao động trong khoảng 1.400 – 1.540 m/s, nhưng trong những môi trường nước đặc thù như vùng nước lạnh, nước lợ hoặc có độ sâu lớn, con số này có thể thay đổi đáng kể. Vì vậy, 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.

Nhờ ứng dụng nguyên lý này, máy đo sâu hồi âm có thể xác định nhanh chóng và chính xác độ sâu đáy nước trong nhiều môi trường khác nhau, phục vụ hiệu quả cho các công tác như khảo sát thủy văn, xây dựng cảng biển, thi công công trình ngầm dưới nước, hay lập bản đồ địa hình đáy hồ và đáy biển.

Trong đó, tốc độ truyền âm có thể thay đổi tùy thuộc vào độ mặn, nhiệt độ và áp suất nước. Việc hiệu chuẩn chính xác và chọn tốc độ phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo kết quả đo. Một thiết bị nổi bật ứng dụng nguyên lý này hiệu quả là máy đo sâu Hi-Target HD Max II – với khả năng đo sâu chính xác, hoạt động ổn định ngay cả trong điều kiện nước phức tạp, phù hợp cho khảo sát thủy văn, thi công ven biển và đo đạc địa hình đáy.

>>>Xem thêm: Lựa chọn tần số máy đo sâu : Hướng dẫn chi tiết để đảm bảo hiệu quả khảo sát

Quy trình hoạt động cụ thể của máy đo sâu hồi âm

Phát sóng âm

Quá trình bắt đầu khi đầu dò (transducer) của thiết bị phát ra một xung sóng âm tần số cao hướng thẳng xuống môi trường nước. Đây là loại sóng cơ học có khả năng lan truyền nhanh và xa trong nước, giúp khảo sát được độ sâu một cách hiệu quả. Đầu dò thường được gắn ở đáy tàu hoặc trên phao khảo sát để đảm bảo tiếp xúc ổn định với mặt nước.

Phản xạ sóng

Khi xung sóng âm truyền xuống và gặp phải đáy sông, đáy hồ hoặc vật cản dưới nước, nó sẽ phản xạ lại theo nguyên lý truyền sóng. Tùy theo đặc điểm của vật thể gặp phải (bùn, đá, kim loại…), sóng phản xạ có thể mạnh hoặc yếu. Sóng phản xạ này sẽ quay trở lại vị trí của đầu dò.

Thu nhận và xử lý tín hiệu

Đầu dò tiếp tục thu nhận sóng phản hồi từ đáy và gửi tín hiệu về bộ xử lý trung tâm của máy đo sâu. Thiết bị sẽ tính toán thời gian từ lúc phát sóng đến khi nhận lại sóng phản xạ, từ đó sử dụng công thức đã định để xác định khoảng cách từ đầu dò đến đáy – chính là độ sâu thực tế của nước tại điểm đo.

Hiển thị kết quả

Sau khi xử lý xong tín hiệu, kết quả đo sẽ được hiển thị trực tiếp trên màn hình LCD của máy hoặc truyền về phần mềm điều khiển (trên máy tính bảng/laptop). Người dùng có thể quan sát dữ liệu dưới dạng số liệu hoặc bản đồ mô phỏng độ sâu đáy nước, tùy theo loại máy sử dụng.

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

Tốc độ truyền sóng âm trong nước không cố định mà phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, độ mặn và áp suất. Khi nhiệt độ nước tăng, sóng âm truyền nhanh hơn; ngược lại, trong môi trường nước lạnh hoặc có độ mặn cao, tốc độ truyền âm sẽ chậm lại. Nếu thiết bị không được hiệu chuẩn đúng theo điều kiện thực tế hoặc sử dụng sai tốc độ mặc định, kết quả đo độ sâu sẽ bị sai lệch đáng kể, đặc biệt là trong các khu vực nước biển, vùng cửa sông hoặc nơi có dòng chảy pha trộn nước ngọt – nước mặn.

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

Khi đầu dò (transducer) không được đặt vuông góc với mặt nước mà bị nghiêng lệch, sóng âm phát ra sẽ không đi thẳng xuống đáy mà bị lệch hướng. Điều này khiến cho sóng âm không phản xạ theo phương thẳng đứng mà bị dội sang các hướng khác, gây ra kết quả đo không chính xác hoặc tín hiệu phản xạ yếu. Việc đặt sai góc này thường xảy ra khi tàu nghiêng, đầu dò gắn lỏng lẻo hoặc chịu tác động của sóng lớn.

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

Trong các khu vực đáy nước có địa hình phức tạp như nhiều bùn, đá, san hô hoặc vật cản như cọc gỗ, lưới đánh cá… tín hiệu phản xạ sẽ bị phân tán, yếu hoặc hỗn loạn. Khi sóng âm va vào nhiều bề mặt không đồng đều, phản xạ về đầu dò sẽ kém rõ ràng hoặc bị chồng lấp, khiến thiết bị gặp khó khăn trong việc xác định chính xác độ sâu thực tế. Trường hợp này dễ gặp ở vùng nước cạn, bến cảng, cửa sông hoặc ao hồ bị bồi lắng.

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

Khi tàu hoặc phao khảo sát di chuyển với tốc độ nhanh, không ổn định hoặc bị ảnh hưởng bởi sóng lớn, đầu dò sẽ thay đổi vị trí liên tục. Sự rung lắc và dao động này khiến sóng âm phát ra không nhất quán, dẫn đến thời gian phản xạ bị sai lệch. Kết quả đo vì thế cũng biến động và thiếu chính xác, đặc biệt trong các khu vực có thời tiết xấu hoặc thủy triều mạnh. Việc duy trì tàu ổn định khi đo là điều kiện quan trọng để có số liệu tin cậy.

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

Sau thời gian sử dụng, đầu dò có thể bị bám rêu, bùn, cặn bẩn hoặc vi sinh vật dưới nước. Lớp bẩn này làm giảm khả năng phát và thu sóng của đầu dò, gây suy hao tín hiệu, dẫn đến sai số trong phép đo. Ngoài ra, nếu máy không được hiệu chuẩn định kỳ hoặc không kiểm tra tình trạng thiết bị trước khi sử dụng, các lỗi kỹ thuật nhỏ có thể tích tụ và ảnh hưởng lớn đến độ chính xác đo sâu. Bảo trì thường xuyên và vệ sinh đầu dò là việc không thể bỏ qua.

>>>Xem thêm: Đo sâu địa hình đáy biển: Giải pháp khảo sát thủy văn chính xác với máy đo sâu

Ứng dụng nguyên lý trong thực tế

Nhờ áp dụng nguyên lý phản xạ sóng âm, máy đo sâu hồi âm có thể:

• Đo độ sâu đáy sông, hồ, biển để lập bản đồ thủy văn
• Hỗ trợ thi công các công trình thủy lợi, cảng biển
• Giám sát mực nước và kiểm tra tình trạng đáy trong bảo trì, nạo vét
• Kết hợp thiết bị định vị GNSS để vẽ bản đồ địa hình đáy

Độ chính xác của máy đo sâu hồi âm không chỉ phụ thuộc vào chất lượng thiết bị mà còn chịu tác động lớn từ điều kiện môi trường và cách sử dụng. Để đảm bảo kết quả đo tin cậy, người vận hành cần nắm rõ các yếu tố ảnh hưởng, thường xuyên hiệu chuẩn máy, vệ sinh đầu dò và lựa chọn thông số phù hợp với từng khu vực khảo sát. 

Việt Thanh Group tự hào cung cấp dịch vụ cho thuê máy đo đạc, đặc biệt trong lĩnh vực khảo sát thủy văn. Với đội ngũ kỹ thuật viên giàu kinh nghiệm và công nghệ máy móc hiện đại, chúng tôi mang đến những thiết bị đo sâu chất lượng cao, đảm bảo đáp ứng tốt mọi yêu cầu khảo sát trong môi trường nước, từ sông, hồ, biển cho đến các khu vực có địa hình đáy phức tạp.