亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        多普勒效應(yīng)測速新探

        2015-07-02 00:31:44張夢琪
        大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 2015年5期
        關(guān)鍵詞:測速儀波源接收者

        張夢琪,楊 名

        (安徽大學(xué),安徽合肥 230601)

        多普勒效應(yīng)測速新探

        張夢琪,楊 名

        (安徽大學(xué),安徽合肥 230601)

        從大學(xué)物理教材出發(fā),以多普勒測速為例,論述了在多普勒效應(yīng)中測速儀與被測物體相對位置的不同對結(jié)果的影響。

        多普勒效應(yīng);多普勒測速;汽車測速

        目前,已經(jīng)有很多關(guān)于多普勒效應(yīng)測速的研究,其應(yīng)用與發(fā)展也相當(dāng)廣泛。波源的改進(jìn)方面從聲波測速發(fā)展到利用光波的多普勒效應(yīng)測速,再到利用激光多普勒效應(yīng)測速甚至兩維激光測速,亦或是關(guān)于減小測速誤差的研究等都已有很多報(bào)道。例如,張少平等[1]討論了適用于小型潛器的二維多普勒測速儀的主要系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)和精度補(bǔ)償方法。孫渝生[2]研究了將激光應(yīng)用于多普勒效應(yīng),從而利用激光測量流體速度、固體運(yùn)動(dòng)速度等。之后,孫渝生等[3]又研制了兩維激光多普勒測速儀,利用偏振光測量兩維速度場,采用旋轉(zhuǎn)光柵分束產(chǎn)生頻移來辨別流向,使測量最佳化。唐春曉等[4]以雙光束激光多普勒測速為基礎(chǔ),介紹了同時(shí)多點(diǎn)激光多普勒測速儀(LDV)的系統(tǒng)構(gòu)成和原理和計(jì)算公式。以上工作都是針對多普勒測速裝置的基本原理進(jìn)行討論,而在實(shí)際的多普勒測速過程中會(huì)有多方面的因素影響測量的準(zhǔn)確性,包括原理性的誤差和儀器誤差。吳衛(wèi)玲等[5]從儀器的角度分析了多普勒雷達(dá)測速的誤差來源和大小,并得出了測速精度。但是對于多普勒測速過程的原理性誤差的分析鮮見報(bào)道,不辭本文擬針對多普勒效應(yīng)測速的原理性誤差進(jìn)行分析,主要考慮最基本的多普勒效應(yīng)測速過程中波源與觀察者相對位置的變化對測量結(jié)果的影響。在普通物理教材[6]中給出了多普勒效應(yīng)的一般公式,但教材中只簡單討論了波源和觀察者在同一直線上的情況,應(yīng)用于實(shí)際時(shí)會(huì)有很多不便之處,比如測量車速時(shí)并不可能把測速儀、攝像頭等儀器放在道路中央,使其在汽車的行進(jìn)方向上,另外,教材只對多普勒測速進(jìn)行了理論的分析,而未給出具體的推導(dǎo)或者計(jì)算,故而本文基于文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[7]進(jìn)行以下實(shí)際運(yùn)用中的討論,以彌補(bǔ)其他研究中原理性誤差的分析和普通物理教材中應(yīng)用性的不足。

        1 多普勒效應(yīng)

        波源和觀察者相對介質(zhì)靜止時(shí),觀察者接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率是相同的。如果波源或觀察者或兩者都相對于介質(zhì)運(yùn)動(dòng),那么觀察者接收到的頻率與波源發(fā)出的頻率就不相同了,這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。

        1.1 波源不動(dòng),觀察者相對介質(zhì)以速度運(yùn)動(dòng)(見圖1)

        圖1 觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)的多普勒效應(yīng)

        波源產(chǎn)生的波以速度向傳播者(圖中“耳”)傳播,時(shí)間內(nèi)傳播距離為u d t,觀察者接收到的完整波數(shù)即為分布在距離中u d t的波數(shù)。現(xiàn)在觀察者以υ0迎著波的傳播方向運(yùn)動(dòng),d t時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離為υ0d t,因而分布在距離υ0d t中的波也應(yīng)該被觀察者接收到??偟膩碚f,觀察者可以接收到在(υ0+u)d t距離內(nèi)的波,所以觀察者接收到的頻率(完整波數(shù))為:

        同上述分析,當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí),觀察者接收到的頻率為:

        1.2 觀察者不動(dòng),波源相對介質(zhì)以速度運(yùn)動(dòng)(如圖2a)

        當(dāng)波源S1運(yùn)動(dòng)時(shí),介質(zhì)中的波長發(fā)生變化,如圖2a所示,沿波源運(yùn)動(dòng)的方向,波長變短了;背離波源運(yùn)動(dòng)的方向,波長變長了。

        圖2 a 波源運(yùn)動(dòng)時(shí)的多普勒效應(yīng)

        圖2 b 波源運(yùn)動(dòng)的前方波長變短

        假設(shè)波源S1以速度υs向著觀察者運(yùn)動(dòng),當(dāng)波源從S1發(fā)出的某一振動(dòng)狀態(tài)經(jīng)過一個(gè)周期T的時(shí)間傳到位置A時(shí)波源已經(jīng)運(yùn)動(dòng)到了S2(S1S2=υsT),此時(shí)發(fā)出與之前振動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相位差為2π的下一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài),S2與A之間的距離即為此時(shí)介質(zhì)中的波長λb,設(shè)波源靜止時(shí)的波長為λ =uT,則由圖2b可得出:

        即可求得現(xiàn)在波的頻率為:

        因?yàn)橛^察者是靜止的,所以觀察者接收到的頻率即為現(xiàn)在波的頻率:

        同上述分析,當(dāng)波源遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí),觀察者接收到的頻率為:

        2 汽車測速

        2.1 多普勒測速的原理

        儀器發(fā)射一定頻率的超聲波,由于多普勒效應(yīng)的存在,當(dāng)被測物體移動(dòng)時(shí)反射回來波的頻率發(fā)生變化,只要將回收的頻率與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和計(jì)算后,就可以推斷出被測物體的運(yùn)動(dòng)速度。

        應(yīng)用到實(shí)際中,測速儀一般固定不動(dòng),故考慮汽車在向測速儀運(yùn)動(dòng),并且在極短的時(shí)間內(nèi)是均速行駛的。下面來討論測速儀和汽車相對位置不同時(shí)的不同情況。

        2.2 測速儀在汽車行進(jìn)方向上

        我們假設(shè)汽車A向著測速儀O以速度υ0移動(dòng),測速儀發(fā)出頻率為v的超聲波。

        此時(shí)的情況是:測速儀O是波源,汽車A是接收者;波源靜止,接收者向波源以速度υ0運(yùn)動(dòng),如圖3a。

        圖3 a 測速儀在汽車行進(jìn)方向上發(fā)射超聲波

        圖3 b 測速儀在汽車行進(jìn)方向上接收超聲波

        可以參照1.1,利用公式②,故汽車接收到的頻率為:

        反射之后,汽車變?yōu)椴ㄔ?測速儀變?yōu)橛^察者,情況變?yōu)椴ㄔ聪蛴^察者以速度υ0運(yùn)動(dòng),波源頻率由變?yōu)関′,觀察者靜止,如圖3b。

        可以參照1.2,利用公式⑥,則測速儀接收到的頻率為:

        聯(lián)立②、⑧可計(jì)算出汽車的速度:

        其中,測速儀發(fā)射波的頻率v,波速u,測速儀最后接收到的頻率v″均可由儀器測出,帶入數(shù)據(jù)即可求出車速υ0,但是這種情況是不實(shí)際的。

        2.3 測速儀在汽車的前進(jìn)方向上但高度不同

        這種情況的討論是基于現(xiàn)在交通上最常見的測速儀和攝像頭位置放置,即從馬路一側(cè)的支柱延伸出一根橫向支柱于馬路中央上方,安置測速儀和攝像頭,如圖4a所示。

        圖4 a 測速儀在汽車前進(jìn)方向上空

        圖4 b 測速儀在汽車前進(jìn)方向的上空發(fā)射超聲波

        設(shè)汽車速度為υ0,波源O發(fā)射頻率為v的波,如圖4b所示。

        當(dāng)汽車在A處時(shí),測速儀O是波源,汽車是接收者;波源靜止,接收者向波源以速度υ0cosα運(yùn)動(dòng),可參照1.1,利用公式②,求得汽車接收到的頻率為:

        反射之后,汽車是波源,測速儀是接收者,波源向接收者以速度υ0cosα運(yùn)動(dòng),可以參照1.2,利用公式⑥,求得測速儀接收到的頻率為:

        同理,經(jīng)過較短的時(shí)間d t(我們假設(shè)汽車在這段極短的時(shí)間d t內(nèi)以υ0勻速運(yùn)動(dòng))汽車運(yùn)動(dòng)到B處,測速儀O是波源,汽車是接收者;波源靜止,接收者向波源以速度υ0cosβ運(yùn)動(dòng),可參照1. 1,利用公式②,求得汽車接收到的頻率為:

        反射之后,汽車是波源,測速儀是接收者,波源向接收者以υ0cosβ速度運(yùn)動(dòng),可以參照1.2,利用公式⑥,求得測速儀接收到的頻率為:

        因?yàn)槠噺腁到B的運(yùn)動(dòng)可視為勻速運(yùn)動(dòng),故有下式:

        聯(lián)立?、?、?可得:

        ?式中v、u已知,v2、v4、t、h可通過儀器測得,帶入數(shù)據(jù)通過計(jì)算軟件即可得出車速υ0。

        2.4 測速儀不在汽車的前進(jìn)方向上

        測速儀不在汽車的前進(jìn)方向上且高度相同的情況與2.3中討論類似,下面我們討論測速儀不在汽車的前進(jìn)方向上且高度不同的情況。此情況的討論是基于測速儀和攝像頭安置在馬路一側(cè)的支柱上的情況,如圖5a所示。

        圖5 a 測速儀在道路一側(cè)上方

        圖5 b 測速儀在道路一側(cè)上方發(fā)射超聲波

        如圖5b,只需將汽車速度分解兩次,表示出汽車沿汽車A與測速儀O連線AO方向上的速度:

        再帶入2.3中公式⑩~?即可。

        4 結(jié) 論

        在實(shí)際應(yīng)用中,測速儀可能在汽車的行進(jìn)方向上,但此時(shí)測速儀不可能與汽車在同一高度,即測速儀放置在道路的中央上空,或者測速儀不在汽車行進(jìn)方向上,此時(shí)它與汽車在同一高度或者不同高度均可,即測速儀放置于道路側(cè)邊或側(cè)邊上空,在這些情況下,交警均可利用多普勒效應(yīng)方便的檢測車輛是否超速行駛并拍照取證。

        [1] 張少平,唐楚華,第七○七研究所九江分部,等.多普勒測速聲吶在小型潛器中應(yīng)用的分析[J].聲學(xué)與電子工程,2006(1):35-38.

        [2] 孫渝生.激光多普勒測速及其應(yīng)用[J].物理,1987 (5).

        [3] 孫渝生,唐開元,張自棟,等.兩維激光多普勒測速儀[J].計(jì)量學(xué)報(bào),1985(2).

        [4] 唐春曉,李恩邦,李志平,等.同時(shí)多點(diǎn)激光多普勒測速系統(tǒng)[J].光電子·激光,2007,18(7): 824-827.

        [5] 吳衛(wèi)玲,宋喜報(bào).海軍航空工程學(xué)院青島分院火控教研室.多普勒測速雷達(dá)測速誤差分析[J].計(jì)量與測試技術(shù),2000:31-32.

        [6] 馬文蔚等.物理學(xué)下冊[D].5版.高等教育出版社:馬文蔚,2006:70-75.

        [7] 劉林.用多普勒測速儀監(jiān)測車速[J].物理教師, 2012(11):57-57.

        [8] 周珺,陳宗廣,郭鵬.不同頻率的聲波對測速的影響[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2014,2(10):35-36.

        Revisiting the Doppler-effects Based Velocity M easurement

        ZHANG Meng-qi,YANG Ming
        (Anhui University,Anhui Hefei230601)

        Starting from the Doppler effects,this paper discussed basic principles of the Doppler-effect based velocity measurement and the special attention is paid to the effect of the relative position between the detector and the object on themeasurement results.

        Doppler effects;Doppler-effects based velocity measurement;vehicle velocity measurement

        O 4-34

        A

        10.14139/j.cnki.cn22-1228.2015.005.024

        1007-2934(2015)05-0082-04

        2015-06-02

        國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(11274010);安徽省高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目(2014tszy004);安徽大學(xué)本科教育質(zhì)量提升計(jì)劃項(xiàng)目(xjtszy1401);安徽大學(xué)大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(kyxl2013083)

        猜你喜歡
        測速儀波源接收者
        雙波源同向交替入射下大鼠的電磁暴露仿真
        檢測機(jī)動(dòng)車?yán)走_(dá)測速儀中的常見問題及解決辦法
        單粒子未知態(tài)的分級(jí)量子通信
        低阻抗沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波源
        電測與儀表(2015年4期)2015-04-12 00:43:12
        基于多普勒的車輛測速儀
        根據(jù)干涉花樣計(jì)算相干波源距離的方法
        物理教師(2014年3期)2014-01-08 07:08:44
        淺談信息接收者反饋不當(dāng)現(xiàn)象及對策
        多用戶MIMO系統(tǒng)基于消息塊預(yù)編碼的可信通信技術(shù)
        火車勻速進(jìn)站時(shí)鳴笛音調(diào)不變化嗎?
        物理教師(2010年5期)2010-07-24 08:23:30
        雙管齊下 威力強(qiáng)大
        亚洲a∨无码男人的天堂| 成人国产精品高清在线观看| 亚洲 高清 成人 动漫| 一本一道波多野结衣一区| 大地资源网更新免费播放视频| 亚洲av有码在线天堂| 成人xx免费无码| 人妻熟女妇av北条麻记三级| 免费人妻精品一区二区三区 | 一区二区三区日本视频| 久久精品国产色蜜蜜麻豆国语版| a黄片在线视频免费播放| 亚洲成a∨人片在线观看无码| 激情综合色综合啪啪开心| 蜜桃av抽搐高潮一区二区| 亚洲va中文字幕无码毛片| 精品久久久中文字幕人妻| 麻豆高清免费国产一区| 精品第一页| 亚洲中文字幕不卡一区二区三区 | 青青草骚视频在线观看 | 亚洲av无码久久寂寞少妇| 日本高清中文字幕一区二区三区| 午夜人妻中文字幕福利| 91国产自拍视频在线| 久久九九精品国产不卡一区| 极品粉嫩小仙女高潮喷水网站 | 午夜无遮挡男女啪啪免费软件| 亚洲精品无码av人在线播放| 把女邻居弄到潮喷的性经历| 国产肉体xxxx裸体784大胆| 国产精品久久久久久无码| 国产精品亚洲A∨天堂不卡| 国产日韩亚洲中文字幕| 国产精品自拍盗摄自拍 | 精品国产福利片在线观看| 日本人妻系列一区二区| 国产av一区二区日夜精品剧情| 日韩三级一区二区三区| 性色av免费网站| 欧美三级免费网站|