Máy Đo Sâu Echo Sounder Cho Tàu Biển -Marine Zone

PHẦN  1: MÁY ĐO SÂU HỒI ÂM (ECHO SOUNDER) LÀ GÌ? NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Máy đo sâu hồi âm (Echo Sounder hay Sounder) là một thiết bị điện tử hàng hải thiết yếu được sử dụng để đo độ sâu của mực nước dưới đáy tàu, đồng thời nhận diện địa hình đáy biển và hỗ trợ các hoạt động đánh bắt thủy sản. Công nghệ này không chỉ là việc đo đạc khoảng cách vật lý mà là sự kết hợp phức tạp của nguyên lý âm học, điện tử và xử lý tín hiệu số.

Nguyên lý vật lý và nền tảng thủy âm học: Máy hoạt động dựa trên nguyên lý phát và thu sóng âm (siêu âm). Quá trình này diễn ra như sau:

1. Phát tín hiệu: Bộ điều khiển trung tâm ra lệnh cho bộ phát tạo ra một xung điện ngắn gửi đến đầu dò (transducer). Đầu dò chứa các vật liệu gốm áp điện (piezoelectric ceramics) sẽ co giãn dưới tác động của điện trường (hiệu ứng áp điện nghịch), tạo ra dao động cơ học và phát vào nước dưới dạng sóng âm.

2. Phản xạ: Sóng âm lan truyền xuống đáy, khi gặp bề mặt có mật độ vật chất khác nước (bùn, cát, đá, cá), một phần năng lượng sẽ dội ngược lại.

3. Thu tín hiệu & Tính toán: Đầu dò lúc này đóng vai trò bộ thu, chuyển đổi rung động cơ học thành tín hiệu điện.

Công thức xác định độ sâu mực nước (S) được tính bằng: S=2V⋅t . Trong đó:

• S: Độ sâu mực nước (khoảng cách từ đầu dò đến đáy).

• V: Vận tốc âm thanh trong nước (trung bình khoảng 1.500 m/s).

• t: Tổng thời gian từ lúc phát đến lúc thu tín hiệu.

• Chia cho 2 vì tín hiệu phải đi hai lượt: từ tàu xuống đáy và dội ngược lên.

PHẦN 2: PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG ĐO SÂU TRÊN TÀU BIỂN

Dựa trên cấu trúc chùm tia và ứng dụng, thiết bị đo sâu được chia thành các nhóm chính:

2.1. Máy đo sâu Echo Sounder đơn tia (Single Beam Echo Sounder - SBES)

Đây là hệ thống truyền thống và phổ biến nhất trên các tàu thương mại, tàu cá và dự án khảo sát nhỏ.

• Đặc điểm: Sử dụng một chùm tia (hoặc 2 tần số) để xác định độ sâu tại một điểm trực tiếp bên dưới đầu dò.

• Ứng dụng: Khảo sát địa hình đáy quy mô nhỏ, hỗ trợ định vị dẫn đường cơ bản. Kết quả thu được là file text chứa tọa độ và độ sâu.

2.2. Máy đo sâu đa tia (Multibeam Echo Sounder - MBES)

MBES là đỉnh cao của công nghệ đo sâu hiện đại. Thay vì một tia, đầu dò MBES phát ra một dải gồm hàng trăm chùm tia (ví dụ 64 đến 256 tia) tạo thành hình quạt quét ngang hướng di chuyển của tàu.

• Đặc điểm: Chiều rộng dải quét có thể đạt tới 5.5 lần độ sâu mực nước, phủ kín toàn bộ diện tích đáy biển chỉ sau một lần chạy tàu.

• Thiết bị đi kèm bắt buộc: Để MBES hoạt động, bắt buộc phải đồng bộ với Cảm biến chuyển động (MRU - bù Roll, Pitch, Heave), Máy đo tốc độ âm thanh (SVP), La bàn vệ tinh/Gyro và GPS/RTK.

• Ứng dụng: Thành lập bản đồ địa hình đáy biển 3D, nghiên cứu thảm thực vật, thi công nạo vét luồng hàng hải, kiểm tra công trình ngầm.

2.3. Máy dò cá (Fish Finder) & Công nghệ CHIRP

Một biến thể chuyên dụng của máy đo sâu, tối ưu hóa để nhận diện mục tiêu lơ lửng. Máy dò cá phân tích cường độ phản xạ (backscatter strength) từ bong bóng khí của cá để hiển thị màu sắc đặc trưng.

• Công nghệ CHIRP (Compressed High-Intensity Radiated Pulse): Thay vì phát một tần số cố định, CHIRP phát ra một dải tần số biến đổi liên tục (vd: 130kHz - 210kHz). Điều này đưa năng lượng vào nước lớn gấp 10-50 lần, giúp phân biệt rõ các mục tiêu sát nhau và tách cá ra khỏi cấu trúc đáy.

PHẦN 3: BÀI TOÁN TẦN SỐ VÀ GÓC MỞ CHÙM TIA (BEAMWIDTH)

Trong 20 năm làm nghề, tôi luôn nhấn mạnh với các chủ tàu rằng: Việc chọn sai tần số sẽ khiến máy đo sâu trở nên vô dụng. Tần số sóng âm quyết định khả năng xuyên sâu và độ chi tiết của hình ảnh.

3.1. Sự khác biệt giữa Tần số thấp và Tần số cao

• Tần số thấp (28kHz, 33kHz, 50kHz): Bước sóng dài, ít bị suy hao năng lượng. Phù hợp để đo ở vùng nước cực sâu (hàng nghìn mét). Tần số thấp dễ dàng xuyên qua các lớp trầm tích mềm (bùn loãng) để xác định lớp nền cứng bên dưới. Đổi lại, độ phân giải thấp và góc mở chùm tia thường lớn (khoảng 40 độ).

• Tần số cao (200kHz, 455kHz, 800kHz): Bước sóng ngắn, góc mở chùm tia hẹp (dưới 20 độ) giúp tập trung năng lượng tốt. Cung cấp độ phân giải cực cao, hình ảnh sắc nét, phân biệt rõ từng con cá hoặc cấu trúc nhỏ. Nhược điểm là năng lượng bị hấp thụ nhanh, giới hạn tầm đo độ sâu (thường dưới 200m - 300m).

Khuyến nghị thực tế: Đối với các tàu cá và tàu vận tải thông thường, máy đo sâu 2 tần số (Dual Frequency 50/200kHz) là sự lựa chọn hoàn hảo nhất. Nó cho phép hiển thị song song: 200kHz để xem chi tiết đáy/cá ở vùng nước nông, và 50kHz để quét đáy ở vùng biển sâu.

3.2. Góc mở chùm tia (Beamwidth)

Góc chùm tia càng hẹp thì độ phân giải dữ liệu càng lớn.

• Chùm tia rộng: Quét được diện tích lớn, tìm cá nhanh, nhưng ở vùng nước sâu sẽ dễ bị gộp các cấu trúc đáy lại với nhau, khó phân biệt chi tiết.

• Chùm tia hẹp: Tập trung năng lượng như một đèn pin rọi thẳng, nhìn sâu hơn, chi tiết hơn, phân biệt rõ mục tiêu.

PHẦN 4: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC & SAI SỐ (GPS ACCURACY & SOUNDER ERRORS)

Dù máy móc có đắt tiền đến đâu, sai số vẫn xảy ra nếu bạn không hiểu bản chất môi trường. Có 3 nhóm yếu tố cốt lõi:

4.1. Sự thay đổi của Vận tốc âm thanh (Sound Velocity)

Vận tốc âm thanh trong nước (V) không phải là hằng số 1500m/s mà dao động từ 1400 m/s đến 1550 m/s tùy thuộc vào 3 yếu tố:

• Nhiệt độ (Tác động Rất Cao): Khi nhiệt độ tăng, phân tử nước dao động mạnh làm tăng vận tốc âm thanh.

• Độ mặn (Tác động Trung Bình): Hàm lượng muối tăng làm tăng mật độ nước, âm thanh truyền nhanh hơn.

• Áp suất/Độ sâu (Tác động Thấp): Áp suất nén phân tử nước, làm tăng nhẹ vận tốc âm.Giải pháp: Các hệ thống đo sâu chuyên nghiệp bắt buộc phải thả thiết bị đo vận tốc âm (SVP/CTD) trực tiếp xuống các tầng nước để lấy profile vận tốc và nhập vào máy tính cải chính.

4.2. Cấu tạo vật liệu đáy (Bottom Material)

• Đáy cứng (Đá, Cát nén): Trở kháng âm thanh cao, sóng dội lại mạnh mẽ, hiển thị rõ nét (thường là màu đỏ đậm trên màn hình).

• Đáy mềm (Bùn loãng, Thảm thực vật): Hấp thụ và tán xạ năng lượng âm thanh. Tín hiệu dội lại bị kéo dài, biên độ giảm. Máy tần số 200kHz có thể bị dội lại ngay tại bề mặt bùn, trong khi máy 50kHz xuyên qua bùn đập vào đá nền, gây ra hiện tượng hiển thị 2 độ sâu khác nhau.

4.3. Các sai số Hệ thống và Chuyển động tàu

• Chuyển động tàu (Roll, Pitch, Heave): Tàu lắc ngang, lắc dọc, và nhấp nhô do sóng sẽ làm chùm tia bị lệch khỏi phương thẳng đứng. Cần có thiết bị Motion Sensor (MRU) để bù đắp sai số này.

• Lỗi Offset (Độ ngập đầu dò - Draft): Khoảng cách từ mặt đầu dò đến mặt nước (mớn nước) phải được cộng chính xác vào kết quả đo. Mớn nước thay đổi theo tải trọng và lượng nhiên liệu.

• Nhiễu bọt khí (Aeration): Sóng âm không truyền qua bọt khí. Khi tàu chạy nhanh hoặc lùi, chân vịt tạo bọt khí quét qua đầu dò sẽ làm mất tín hiệu hoàn toàn.

• Độ dài xung (Pulse Length) & Tốc độ lấy mẫu: Xung càng ngắn thì độ phân giải dọc càng cao, giúp tách biệt 2 mục tiêu nằm sát nhau.

PHẦN 5: TIÊU CHUẨN IMO BẮT BUỘC ĐỐI VỚI MÁY ĐO SÂU ECHO SOUNDER HÀNG HẢI

Theo Công ước SOLAS và Nghị quyết A.224(VII) của Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO), hệ thống Echo Sounder trên tàu biển tham gia tuyến quốc tế bắt buộc phải thỏa mãn các thông số sinh tử sau:

1. Dải đo sâu (Range of Depths): Phải đo được khoảng trống dưới đầu dò từ 2 mét đến ít nhất 400 mét.

2. Thang đo (Range Scales): Cung cấp tối thiểu 2 thang đo: Thang nông (bao phủ 1/10 dải độ sâu, ví dụ 20m) và thang sâu (toàn bộ dải độ sâu).

3. Tỷ lệ hiển thị (Scale of display): Tối thiểu 2.5 mm cho mỗi mét độ sâu (thang nông) và 0.25 mm cho mỗi mét (thang sâu).

4. Tốc độ phát xung (Pulse Repetition Rate): Không được chậm hơn 12 xung/phút (đối với thang sâu) và 36 xung/phút (thang nông).

5. Dung sai độ chính xác (Accuracy): ±1m  (trên thang nông) và ±5m  (trên thang sâu), hoặc ±5% độ sâu hiển thị, lấy giá trị nào lớn hơn.

6. Khả năng chịu lắc (Roll and Pitch): Thiết bị phải hoạt động chuẩn xác khi tàu lắc ngang ±10∘ và lắc dọc $\pm 5^{\circ }$.

7. Hệ thống Báo động (Alarms): Bắt buộc có báo động bằng âm thanh và hình ảnh (có chức năng tắt âm - mute) khi mực nước dưới mức cài đặt an toàn, hoặc khi nguồn điện bị suy giảm.

8. Lưu trữ dữ liệu: Phải lưu trữ đồ họa lịch sử độ sâu tối thiểu 15 phút trên màn hình, và 12 tiếng nếu ghi bằng các phương tiện khác.

PHẦN 6: KỸ THUẬT LẮP ĐẶT & HIỆU CHUẨN ĐẦU DÒ (TRANSDUCER) CHUẨN XÁC

Việc đầu tư hệ thống nhiều tiền sẽ vứt đi nếu bạn lắp đặt sai. Dưới đây là quy chuẩn lắp đặt đúc kết từ các dự án:

6.1. Vị trí lắp đặt Đầu dò (Transducer)

• Vị trí vàng: Trên tàu vỏ sắt/composite, đầu dò phải lắp ở vị trí khoảng 1/3 chiều dài tàu tính từ mũi về phía lái. Đây là vùng dòng chảy ổn định nhất, ít bị nhiễu bọt khí từ sóng mũi và cách xa bọt khí do chân vịt phía lái tạo ra.

• Tránh vùng nhiễu: Tuyệt đối không lắp sau các gờ lồi, hốc xả nước, ống hút nước làm mát động cơ.

• Độ phẳng: Bề mặt phát của đầu dò phải nằm ngang song song với mặt nước (vuông góc với trục dây dọi). Góc lệch giữa trục đầu dò và trục thân tàu không vượt quá $\pm 1^{\circ }$ .

6.2. Đo đạc các thông số lệch tâm (Offset Measurements)

• Trong hệ thống đa tia (MBES), tất cả thiết bị phải quy về một gốc tọa độ (trọng tâm tàu).

• Antenna GPS phải lắp ngay trên trục thẳng đứng của đầu dò. Nếu lệch, phải dùng thước đo chính xác XYZ (sai số không quá ±1cm) và nhập vào phần mềm (Hypack, QINSY).

• Sensor cảm biến sóng (MRU) phải đặt càng gần trọng tâm tàu càng tốt.

• Nhập mớn nước (Draft): Độ ngập sâu của đầu dò tính từ mặt nước phải được đo chính xác đến cm và cập nhật liên tục hàng ngày trước khi đo đạc.

PHẦN 7: BẢO DƯỠNG & QUY TẮC SỬ DỤNG SƠN CHỐNG HÀ CHO ĐẦU DÒ

Đầu dò ngâm dưới biển là mục tiêu béo bở cho hà, hàu và rong rêu bám vào (Biofouling). Lớp vỏ canxi của sinh vật sẽ cản trở hoàn toàn sóng âm 88. Tuy nhiên, sai lầm chết người của các ụ tàu là dùng chổi sắt đánh gỉ và quét sơn đáy tàu thông thường lên mặt đầu dò.

Quy tắc Vệ sinh (Cleaning):

• NÊN: Dùng bàn chải nhựa mềm, miếng gỗ/nhựa và nước ngọt pha chất tẩy rửa nhẹ để cọ rửa. Chà nhám nhẹ (giấy nhám grit 240) nếu cần thiết, độ nhám bề mặt không vượt quá 35 micron.

• KHÔNG BAO GIỜ: Dùng máy xịt rửa áp lực cao (high-pressure water), bắn cát (sandblasting), dụng cụ kim loại, hay dung môi mạnh (solvents). Lớp vỏ polyurethane của đầu dò cực kỳ nhạy cảm, nếu bị xước, nước biển ngấm vào gốm áp điện sẽ làm hỏng thiết bị vĩnh viễn.

Quy tắc Sơn chống hà (Anti-fouling Paint):

• Tuyệt đối cấm: Các loại sơn đáy tàu truyền thống chứa kim loại (Kẽm, Đồng) hoặc gốc Ketone. Các chất này làm suy yếu nhựa và cản trở sóng âm truyền qua.

• Sơn được phê duyệt (Approved Paints): Chỉ sử dụng sơn chống hà gốc nước chuyên dụng. Các hãng như Kongsberg, Garmin khuyến nghị các dòng sau:

• MDR-720: Sơn gốc nước, an toàn cho đầu dò Nylon/Đồng.

• JOTUN: Dòng SeaMate M (Sơn lót Safeguard Universal ES), SeaQuantum Ultra S, SeaForce 200 AV.

• International Marine Coatings: Dòng Intersleek 1100SR, Intersmooth 7465Si SPC.

• Lưu ý: Phun sơn màng mỏng (airless spray), không dùng cọ/chổi lăn (roller) vì sẽ tạo bọt khí và độ dày không đều. Lớp sơn chống hà luôn làm giảm một phần nhỏ hiệu suất âm học, nên phải giữ lớp sơn mỏng nhất có thể.

PHẦN 8: CÁC THƯƠNG HIỆU MÁY ĐO SÂU TÀU BIỂN ECHO SOUNDER UY TÍN TẠI VIỆT NAM

Tùy vào nhu cầu từ thuyền thúng đến tàu viễn dương, thị trường Việt Nam (tập trung tại Hải Phòng, Đà Nẵng, TP.HCM) phân chia thành các nhóm sau:

1. FURUNO (Nhật Bản): Ông vua hàng hải. Độ bền nồi đồng cối đá, đáp ứng khắt khe chuẩn IMO. Các mã quen thuộc: FE-800 (cho tàu hàng thương mại), FCV-588 / FCV-628 (Máy dò cá công nghệ RezBoost, phân biệt chất đáy bùn/cát/sỏi, lọc nhiễu xuất sắc).

2. KODEN (Nhật Bản): Nổi tiếng với công nghệ xử lý tín hiệu số (DSP). Dòng CVS-126 (màn hình 5.7", 600W, 50/200kHz) là lựa chọn quốc dân cho tàu cá và tàu ven bờ vì giá thành hợp lý, hình ảnh rõ nét và có giao diện tiếng Việt.

3. SIMRAD / KONGSBERG (Na Uy): Chuyên gia của các dòng đo sâu đa tia khảo sát chuyên dụng (EM 710, Cruise) và công nghệ CHIRP siêu phân giải.

4. GARMIN (Mỹ): Dẫn đầu phân khúc du thuyền, cano và tàu nhỏ. Tích hợp định vị hải đồ rất mạnh mẽ (Dòng Striker Vivid, Echomap).

5. NINGLU (Trung Quốc): Chiếm lĩnh thị trường khảo sát trắc địa sông hồ nhờ giá rẻ và tích hợp chặt chẽ với công nghệ RTK. Các dòng SDE-28, D390, DS2008 rất phổ biến trong các dự án nạo vét.

6. NSR (Trung Quốc): Chuyên dành cho tàu biển chạy được 2 dải tần 50 và 200kHz. Sử dụng công nghệ SDR với model NED3010

PHẦN 9: XU HƯỚNG TƯƠNG LAI CỦA CÔNG NGHỆ THỦY ĐẠC

Ngành đo sâu đang chuyển mình với 3 công nghệ đột phá:

1. Thiết bị Tự hành Không người lái (USV): Các con thuyền mini gắn máy đo sâu đa tia và GPS RTK (như Apache của CHCNAV, eSurvey) tự động chạy theo tuyến khảo sát thiết kế sẵn. Chúng dễ dàng đi vào vùng nước cực nông, khu vực nguy hiểm, tiết kiệm thời gian và nhân lực.

2. Trí tuệ nhân tạo (AI) trong phân loại đáy biển: AI và Machine Learning đang được áp dụng để phân tích cường độ hồi âm (Waveform analysis), từ đó tự động phân loại đáy là đá, cát hay bùn theo thời gian thực mà không cần lấy mẫu cơ học.

3. Đo đạc kết hợp RTK/PPP: Tích hợp bộ thu GNSS 2 tần số (GPS RTK) trực tiếp vào hệ thống đo sâu giúp lấy tọa độ (X,Y) và cao độ (Z) mức Centimet theo thời gian thực, loại bỏ hoàn toàn việc phải cắm mia đo thủy triều truyền thống, khắc phục được sai số do sóng gió.

PHẦN 10. LƯU Ý KHI CHỌN MÁY ĐO SÂU

1. Xác định rõ loại tàu và sự tuân thủ Tiêu chuẩn IMO (SOLAS), cần có giấy Đăng Kiểm

• Đối với tàu vận tải viễn dương, tàu hàng quốc tế: Máy đo sâu bắt buộc phải đạt các tiêu chuẩn an toàn sinh mạng trên biển của Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) 1. Thiết bị phải đo được dải độ sâu từ 2 mét đến ít nhất 400 mét. Bắt buộc phải có tối thiểu 2 thang đo (nông và sâu), tốc độ phát xung không chậm hơn 12 xung/phút ở thang sâu, chịu được góc lắc ngang ±10∘ và lắc dọc $\pm 5^{\circ }$, đồng thời có báo động bằng âm thanh/hình ảnh khi mực nước xuống thấp.

• Đối với tàu khảo sát, công trình ngầm: Không dùng máy đơn tia thông thường mà nên nâng cấp lên máy đo sâu đa tia (Multibeam Echo Sounder - MBES). Dòng máy này phát ra hàng trăm chùm tia quét rộng đáy biển, giúp thành lập bản đồ 3D sắc nét để nạo vét, thi công cảng mà không bỏ sót chướng ngại vật.

2. Lựa chọn tần số phát (Frequency) phù hợp với môi trườngTần số là yếu tố quyết định khả năng đâm xuyên và độ sắc nét. Đừng bao giờ chọn sai tần số so với độ sâu vùng biển bạn hoạt động:

• Tần số thấp (33kHz, 50kHz): Có bước sóng dài, ít bị hấp thụ nên đâm xuyên rất sâu (hàng nghìn mét) và có thể nhìn xuyên qua các lớp bùn loãng để thấy đáy cứng. Đổi lại, độ phân giải thấp và chùm tia thường rộng.

• Tần số cao (200kHz, 455kHz, 800kHz): Chùm tia hẹp, độ phân giải cực cao, cho hình ảnh cực kỳ sắc nét ở vùng nước nông nhưng năng lượng bị tiêu hao nhanh, không đo được ở vùng nước sâu.

• Khuyên dùng: Giải pháp tối ưu nhất cho hầu hết tàu biển là máy đo sâu hai tần số (Dual Frequency 50/200kHz) để vừa quan sát chi tiết đáy ở nước nông, vừa dò được đáy ở vùng biển sâu. Nếu tài chính cho phép, hãy chọn công nghệ CHIRP. Thay vì phát 1 tần số cố định, CHIRP quét một dải tần số liên tục (vd: 130kHz - 210kHz), đưa năng lượng vào nước lớn gấp 10-50 lần, giúp tách bạch các mục tiêu cực kỳ sắc nét (tách rõ cá sát đáy).

3. Lưu ý đến Góc mở chùm tia (Beamwidth) và Công suất thực (RMS Power)

• Góc mở chùm tia: Góc hẹp tập trung năng lượng như đèn pin, nhìn sâu hơn và hiển thị chi tiết dưới đáy tốt hơn. Góc rộng giúp quét vùng diện tích lớn để tìm cá nhanh hơn, nhưng ở nước sâu dễ bị gộp các chi tiết địa hình lại thành một khối mờ.

• Công suất thực (RMS Power): Công suất quyết định tỷ lệ tín hiệu/nhiễu (signal-to-noise ratio). Máy càng mạnh, tín hiệu dội về càng tách bạch khỏi nhiễu môi trường. Ví dụ: máy 600W đo tốt ở 240m - 360m, trong khi máy 1kW có thể chạm tới 550m - 760m. Lưu ý chỉ nhìn vào thông số RMS Watts, bỏ qua các thông số quảng cáo Peak-to-Peak.

4. Màn hình hiển thị (Resolution) và Hệ thống cảnh báo (Alarms)

• Màn hình lớn (từ 8-10 inch trở lên) là cần thiết, nhưng số lượng Pixel (điểm ảnh) mới là yếu tố quyết định. Càng nhiều pixel dọc, máy càng chia nhỏ độ sâu chi tiết, giúp bạn phân biệt rõ cá nằm cách đáy biển chỉ vài centimet.

• Máy phải tích hợp hệ thống báo động nhạy bén, nhất là báo động nước cạn (Shallow Alarm) tính từ mặt nước xuống để cảnh báo bãi cạn, đá ngầm, và báo động nước sâu (Deep Alarm) để tìm hố sâu.

5. Cổng giao tiếp và Khả năng tích hợp hệ thống

Máy đo sâu trên tàu biển hiện đại không hoạt động độc lập. Hãy chắc chắn thiết bị bạn mua hỗ trợ chuẩn giao tiếp NMEA 0183 hoặc NMEA 2000.

Tín hiệu độ sâu (DPT) phải xuất ra chuẩn xác để đồng bộ với Máy ghi dữ liệu hành trình (VDR/S-VDR), màn hình lặp (Repeater), hệ thống báo động buồng lái (BNWAS) và bản đồ điện tử (ECDIS).

6. Chọn mặt gửi vàng: Thương hiệu và Vật tư lắp đặt

• Với tàu chở hàng thương mại quốc tế, Furuno hoặc JRC là những lựa chọn hàng đầu vì độ bền "nồi đồng cối đá" và tuân thủ chặt chẽ quy định IMO. Nếu là tàu cá, Koden hay Furuno cực kỳ phù hợp nhờ công nghệ lọc nhiễu tốt. Nếu lắp cho tàu khảo sát và du thuyền, Simrad, Garmin có lợi thế lớn về màn hình đa năng và sonar CHIRP.

• Vật tư phụ: Khi mua phải chú ý hộp bảo vệ đầu dò (Tank) để hàn cố định vào thân tàu. Nếu là tàu đang hoạt động, cần lưu ý việc sơn chống hà cho mặt đầu dò chỉ được dùng loại sơn gốc nước chuyên dụng (như MDR-720 hoặc Jotun SeaMate), tuyệt đối không dùng sơn đáy tàu chứa kim loại hay dung môi sẽ làm hỏng mặt cao su của thiết bị.

PHẦN 11: NHỮNG CÂU HỎI THƯỜNG GẶP ( FQAs)

Câu hỏi 1: Tại sao máy đo sâu của tôi thỉnh thoảng lại bị mất tín hiệu, chập chờn hoặc báo sai độ sâu khi tàu chạy với tốc độ cao?

Trả lời: Hiện tượng này chủ yếu do nhiễu bọt khí (Aeration) hoặc sự xâm thực (Cavitation) xung quanh đầu dò (transducer) tạo ra khi tàu di chuyển nhanh. Sóng âm không thể truyền qua lớp bọt khí này, khiến toàn bộ năng lượng âm thanh bị phản xạ ngược lại ngay tại bề mặt đầu dò, dẫn đến việc máy không nhận được tín hiệu dội từ đáy biển. Để khắc phục, vị trí lắp đặt đầu dò là yếu tố quyết định. Đối với tàu vỏ sắt/composite, vị trí tối ưu thường nằm ở khoảng 1/3 chiều dài tàu tính từ mũi về phía lái, nơi có dòng chảy ổn định nhất. Tuyệt đối tránh lắp đầu dò phía sau các hốc xả nước, gờ lồi hoặc ống hút nước làm mát động cơ để tránh vùng bọt khí.

Câu hỏi 2: Đầu dò máy đo sâu ngâm dưới nước bị hà bám rất nhiều. Tôi có thể làm sạch bằng máy xịt áp lực cao và quét sơn đáy tàu (sơn chống hà vỏ tàu) lên được không?

Trả lời: Tuyệt đối không. Đây là một sai lầm rất phổ biến dẫn đến hư hỏng vĩnh viễn thiết bị.

• Về vệ sinh: Không được dùng máy xịt nước áp lực cao, bắn cát, hay dụng cụ kim loại sắc nhọn để cọ rửa mặt đầu dò, vì sẽ làm nứt xước lớp nhựa polyurethane bảo vệ, khiến nước biển ngấm vào các phần tử gốm áp điện bên trong. Chỉ dùng bàn chải nhựa mềm, miếng gỗ và nước ngọt có pha chất tẩy rửa nhẹ.

• Về sơn chống hà: Không bao giờ dùng sơn đáy tàu thông thường vì chúng thường chứa dung môi gốc Ketone (làm mủn, hỏng nhựa đầu dò) hoặc chứa các kim loại như kẽm, đồng (tạo màng chắn cản trở hoàn toàn sóng âm truyền qua). Bạn bắt buộc phải dùng sơn chống hà chuyên dụng gốc nước (water-based), ví dụ như MDR-720, hoặc các dòng được hãng phê duyệt như Jotun (SeaMate M, SeaQuantum) và International Marine Coatings. Ngoài ra, nhà sản xuất khuyến nghị sử dụng súng phun sơn (airless spray) tạo màng mỏng thay vì dùng cọ hay con lăn để tránh tạo bọt khí.

Câu hỏi 3: Sự khác biệt giữa tần số 50kHz và 200kHz là gì? Tàu của tôi nên sử dụng tần số nào?

Trả lời: Tần số quyết định khả năng đâm xuyên và độ phân giải của hình ảnh.

• Tần số 50kHz (hoặc thấp hơn như 28kHz, 33kHz): Có bước sóng dài, ít bị tiêu hao năng lượng nên có thể đâm xuyên xuống vùng nước rất sâu (hàng nghìn mét) hoặc nhìn xuyên qua lớp bùn loãng để phát hiện đáy cứng . Tuy nhiên, góc mở chùm tia rộng (khoảng 40∘) nên độ phân giải thấp, không hiển thị rõ chi tiết nhỏ.

• Tần số 200kHz: Có bước sóng ngắn, góc mở chùm tia hẹp (thường dưới 20∘), tập trung năng lượng tốt giúp cho hình ảnh cực kỳ sắc nét và chi tiết, đặc biệt nhạy với việc dò cá sát đáy. Nhược điểm là năng lượng bị hấp thụ nhanh, chỉ đo hiệu quả ở vùng nước nông (dưới 200m). Khuyên dùng: Giải pháp tối ưu nhất cho hầu hết tàu cá và tàu vận tải thương mại là đầu tư máy đo sâu 2 tần số (Dual Frequency 50/200kHz), cho phép kết hợp ưu điểm của cả hai để vừa soi rõ đáy nước nông, vừa đo được vùng nước sâu.

Câu hỏi 4: Vận tốc âm thanh trong nước ảnh hưởng như thế nào đến độ chính xác của máy đo sâu?

Trả lời: Máy đo sâu tính toán độ sâu dựa trên thời gian sóng âm đi xuống đáy và phản xạ trở lại, nhân với vận tốc âm thanh trong nước($S=\frac{V\cdot t}{2}$). Nhiều người lầm tưởng vận tốc âm thanh trong nước là hằng số 1500 m/s nhưng thực tế nó dao động liên tục từ 1400 m/s đến 1550 m/s tùy thuộc vào 3 biến số: nhiệt độ, độ mặn và áp suất (độ sâu). Trong đó, nhiệt độ có mức độ tác động cao nhất.Nếu không hiệu chỉnh vận tốc âm thanh thực tế, dữ liệu đo sâu sẽ bị sai số hệ thống rất lớn. Để khắc phục trong các dự án khảo sát, chuyên gia bắt buộc phải sử dụng thiết bị đo vận tốc âm (SVP - Sound Velocity Profiler) thả trực tiếp xuống cột nước, hoặc sử dụng tấm phản xạ chuẩn (phương pháp Bar check) để lấy thông số thực tế nhập vào phần mềm cải chính.

Câu hỏi 5: Theo tiêu chuẩn an toàn hàng hải quốc tế (IMO/SOLAS), một hệ thống Echo Sounder trên tàu biển vận tải phải thỏa mãn các thông số quan trọng nào?

Trả lời: Theo Nghị quyết A.224(VII) của IMO, thiết bị phải đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe sau để đảm bảo an toàn hành hải:

• Dải đo sâu: Phải đo được khoảng trống dưới đầu dò từ $2\text{ m}$ đến ít nhất $400\text{ m}$.

• Thang đo: Có ít nhất 2 thang đo: thang nông (khoảng $20\text{ m}$ hoặc 1/10 dải đo dải đo) và thang sâu.

• Dung sai độ chính xác: Cho phép sai số ±1 m ở thang nông và ±5 m ở thang sâu, hoặc sai số ±5% của độ sâu hiển thị (lấy giá trị lớn hơn).

• Tốc độ phát xung: Tối thiểu 12 xung/phút ở thang đo sâu.

• Sức chịu đựng ngoại cảnh: Phải tiếp tục hoạt động chính xác khi tàu lắc ngang ±10∘ và lắc dọc ±5∘.

• Cảnh báo an toàn: Bắt buộc có hệ thống báo động bằng cả âm thanh và hình ảnh (có chức năng tắt âm) khi mực nước xuống thấp hơn ngưỡng an toàn đã cài đặt.

Câu hỏi 6: Khi nào tôi nên nâng cấp từ máy đo sâu đơn tia (Single beam) lên máy đo sâu đa tia (Multibeam)?

Trả lời:

• Máy đo sâu đơn tia (SBES): Chỉ phát một chùm tia thẳng xuống dưới, cho kết quả là một điểm độ sâu tại mạn tàu. Phù hợp cho việc dẫn đường thông thường, đo đạc quy mô nhỏ hoặc trên tàu cá.

• Máy đo sâu đa tia (MBES): Phát ra một dải hình quạt gồm hàng trăm chùm tia cùng lúc (ví dụ 256 tia), quét một dải rộng gấp 5.5 lần độ sâu dưới đáy. MBES thu thập dữ liệu độ phân giải cực cao, tạo lập bản đồ địa hình 3D phủ kín 100% đáy biển. Khi nào nên nâng cấp: Khi bạn tham gia vào các dự án khảo sát thủy đạc chuyên nghiệp, thi công nạo vét luồng hàng hải, kiểm tra công trình ngầm, cầu cảng, hoặc lập bản đồ địa hình đáy biển tỷ lệ lớn. Hệ thống MBES dù chi phí cao và yêu cầu kết hợp phức tạp với cảm biến chuyển động (MRU), La bàn con quay và GPS RTK, nhưng giúp tiết kiệm khổng lồ thời gian chạy tàu, đồng thời tuyệt đối không bỏ sót bất kỳ chướng ngại vật hay bãi đá ngầm nào.

TỔNG KẾT

Một hệ thống Máy đo sâu hồi âm (Echo Sounder) chỉ phát huy tối đa 100% giá trị khi được "Lắp đặt đúng kỹ thuật - Cấu hình đúng môi trường - Vận hành đúng tần số - Bảo dưỡng đúng quy chuẩn".