实验8 多普勒效应综合实验
对于机械波、声波、光波和电磁波而言，当波源和观察者（或接收器）之间发生相对运动，或者波源、观察者不动而传播介质运动时，或者波源、观察者、传播介质都在运动时, 观察者接收到的波的频率和发出的波的频率不相同的现象，称为多普勒效应。
多普勒效应在核物理、天文学、工程技术、交通管理、医疗诊断等方面有十分广泛的应用。如用于卫星测速、光谱仪、多普勒雷达，多普勒彩色超声诊断仪等。
【实验目的】
1. 了解声波的多普勒效应现象,掌握智能多普勒效应实验仪的应用。
2. 测量超声接收器运动速度与接收频率的关系,验证多普勒效应。
3. 观察物体不同类型的变速运动的规律。
4. 掌握用时差法测量空气中声波的传播速度。
5.
超声换能器特性测量。
【实验仪器】
智能多普勒效应实验仪由A 718FB 型实验仪、测试架组成。
A 718F
B 实验仪由信号发生器和功率放大器、接收放大器、微处理器，液晶显示器等组成。测试架由步进电机，电机控制模块，超声收、发射换能器，光电门、小车等组成(如图2-8-1所示)。
【实验原理】
1．声波的多普勒效应：
设声源在原点，声源振动频率为f ，接收点运动和声波传播都在x 方向。对于三维情况，处理稍复杂一点，其结果相似。声源、接收器和传播介质不动时，在x 方向传播的声
波的数学表达式为：
??
?
?
?-
=x u t p p ωω cos 0 （2-8-1） （1）声源运动速度为S V ，介质和接收点不动：
设声速为u ，在时刻t ,声源移动的距离为：
)u x t (V S -
因而声源实际的距离为： )(0u x t V x x S --= 所以
00()/(1) ()/(1)S
S S S V x x V t u
x V t M =--
=-- （2-8-2）
其中u /V M S S =为声源运动的马赫数，声源向接收点运动时S V （或S M ）为正，反之为负，将式（2-8-2）代入式（2-8-1） ：
???
?
????? ??--=u x t M p p S 001cos ω
可见接收器接收到的频率变为原来的
S
M 11
-, 即 ：
S
S M 1f
f -=
（2-8-3）
（2）声源、介质不动，接收器运动速度为r V ，同理可得接收器接收到的频率：
f u
V f M f r
r r )1()1(+
=+= （2-8-4） 其中u
V M r
r =为接收器运动的马赫数，接收点向着声源运动时r V （或r M ）为正，反之为负。
（3）介质不动，声源运动速度为S V ，接收器运动速度为r V ，可得接收器接收到的频率：
f M M f S
r
rs -+=
11 （2-8-5）
（4）介质运动，设介质运动速度为m V , 得：
X = X 0-V m t
根据式（2-8-1）可得：
()?
??
?
??-
+=00 1cos x u t M p p m ω
ω （2-8-6） 其中u V M m m =为介质运动的马赫数。介质向着接收点运动时m V （或m M ）为正，反之m V （或m M ）为负。可见若声源和接收器不动，则接收器接收到的频率：
f m =(1+M m )f （2-8-7）
还可看出，若声源和介质一起运动，则频率不变。
为了简单起见，本实验只研究（1）（2）两种情况，验证多普勒效应。另外，若已知
V r 、f ，并测出f r ，则可算出声速u ，可将用多普勒频移测得的声速值与用时差法测得的
声速作比较。若将仪器的超声换能器用作速度传感器，就可用多普勒效应来研究物体的运动状态。
2．时差法测量声速的原理：（驻波法、相位法在此忽略）
连续波经脉冲调制后由发射换能器发射至被测介质中，声波在介质中传播，经过
t 时间后，到达距离L 处的接收换能器。由运动定律可知，声波在介质中传播的速度可
由以下公式求出：V=L/t 。
通过测量发射、接收换能器端面之间距离L 和时间t ，就可以计算出声波在当前介质中的传播速度。
声速理论值：
)s /m t 61.045.331u ( )s /m ( 16
.273t
145.331u 00?+≈+
=或 (2-8-8) 其中t 为室温，单位为C ?
【实验内容与步骤】
一．实验内容：
1． 熟悉仪器性能，掌握仪器使用方法。
2． 超声换能器频率特性测量，找寻换能器探头的谐振频率。
3． 接收器与介质不动，测量声源的运动速度与接收器接收频率的关系，验证多普勒效应。 4． 发射器与介质不动，测量接收器的运动速度与其接收频率的关系，验证多普勒效应。
5．用步进电机控制超声接收换能器的运动速度，通过测频求出空气中的声速。
6．将超声换能器作为速度传感器，用于研究匀速直线运动，匀加（减）速直线运动，简谐运动等。
7．单探头测量物体距离。
8．在直射式和反射式两种情况下，用时差法测量空气中的声速。
9．*若另配示波器，可用“驻波法”和“相位法”测量声速(仪器有收、发波形输岀口)，可参阅相关资料进行。
二．实验步骤：
1．参数设定：
(1)把A
FB型智能多普勒效应实验仪、测试架用专用连接线连接起来。先打开718
FB工作电源,液晶屏显示主菜单：
718
A
仪器预热15分钟后，进行实验；
（2）先按触一下液晶屏主菜单“1.多普勒效应实验”选项，液晶屏显示子菜单：
其中显示的(环境)温度、(采集)点数、(采集)间隔值是仪器出厂时的预置值，可修改(除环境温度须重新设置外，其它参数保持不变，按原预置运行)。
（3）环境温度值设置：若要把“25.00C”修改到环境温度“XX.X0C”，操作步骤如下：
按触菜单下部的“参数设定”及子菜单的“环境温度”，在设置窗口输入“XX.X”。
设置完毕按“Enter”键存入修改结果并退出设置状态。（注意：必须待参数输入完毕才能退出设置窗口；如果参数输入有误，则保持上一次设置数据）。
2. 超声换能器频率特性实验
(1) 用手移装有接收探头的小车至测试架中间位置，按触主菜单的“4. 频率与超声换能器特性实验(自动)”，进入超声换能器频率特性实验，先把“发射强度”旋钮顺时针调到较大，“接收强度”旋钮顺时针调到中间位。检查调节使接收、发射头圆盘座上刻线与底座角度指示尺的“0”对准，按触菜单下部的“执行”，声源频率（发射频率）开始逐渐由小增大，接收强度随之增大，信号源输出频率达到接收探头的谐振频率附近（参见探头上的标志），在液晶屏上可观察到接收强度极大值，此后声源频率继续增大，接收强度减小，仪器会记录不同频率下的接收强度，同时绘岀曲线，最后确定接收强度极大值对应频率为中心频率(接收探头的谐振频率)，此后各项实验都自动默认为声源频率，以确保接收探头灵敏度最高。按触菜单下部的“退岀”，回到上层菜单。
（2）按触主菜单的“3. 频率与超声换能器特性实验(手动)”，进入超声换能器频率特性实验，声源频率（发射频率）由手点触屏显“Exit”二边的“?”或“?”，以50Hz步进方式增、减，并给岀不同发射频率对应的接收强度值，绘岀曲线，以便观察分析超声换能器频率特性，找寻接收强度极大值对应的频率为中心频率(接收探头的谐振频率)并人工记录，仪器不保存此数据。
3. 观察并验证多普勒效应
按下测试架右侧电源按钮，指示灯亮。按触一下主菜单 “1. 多普勒效应实验”选项，再按子菜单的“1.通过光电门平均速度”，按触“执行”键，小车从导轨的一端，按照预置
速度匀速运动到另一端，A 718FB 屏幕上显示出一次实验结果：V=0.XX m/s f=XXX Hz ?f=XXX Hz 各显示值分别是小车过中间光电门的平均速度“V ”，接收到的声波频率“f ”以及多普勒频移“?f ”数据(“?f ”数据前有“－”号表示是接收传感器远离发射传感器的运动)。
按触菜单下部的“速度/距离”，可改变预置速度，手点触屏显“Exit ”二边的“?”或“?”，以“0.01”m/s 步进方式增、减，按“Enter ”键存入修改结果并退出设置（参数允许设置范围：0.04～0.43m/s ）。改变速度设置值，在不同速度条件下重复进行多次测量。“频率设定”一般不需重置，因换能器频率特性实验已确定接收强度极大值对应频率为中心频率。做一次“过光电门的平均速度”实验，按触“数据保存”记录一组数据，内容包括：“平均速度V ”和“多普勒频移?f ”。最多可以保存48组实验数据。要查看这些数据，只要重复按“数据查看”键，可显示各组实验数据。如此至少做10次不同速度下的测量，记录到表格2-8-1中，做完后，按“退出”键，仪器回到上层菜单。 4.观察变速运动的规律：
智能多普勒效应实验仪可控制小车作多种方式运动，以观察变速运动的规律。
按触子菜单的“2.动态运动测量”，再按触菜单下部的“运动方式”，可选择不同变速运动。
（1）观察小车“匀速运动”：按触菜单下部的“运动方式”及子菜单的
“匀速运动”，按“执行”键，小车将回到起点，开始作匀速运动，到终点停止。
据采集点数及采集间隔记录下小车接收声波频率值，并在液晶屏上画出?f-T 曲线如图所示。
每做完一次匀速运动实验，自动记录一组“?f ” 值。要查看这些数据，只要重复按“数
据查看”键，可翻页显示实验数据。按“退出”键，回到上层菜单。
（2）观察小车“往复匀速”：按触菜单下部的“运动方式”及子菜单的“往复匀速”，按“执行”键，小车将回到起点，开始作匀速运动，到终点停止；然后反向作匀速运动，往复进行，直到按触“停止”。据采集点数及采集间隔记录下小车接收声波频率值，并在液晶屏上画出?f-T曲线如图所示(下部是反向运动曲线)。
每作一次单程匀速运动实验，自动记录一组“?f”值(反向匀速运动时，清除原记录，记录新数据)。要查看单程匀速运动实验，小车将到终点停止前按触“停止”，此单程记录保存。
（3）观察小车“匀加速”：小车在二限位光电门之间任意位置，按触菜单下部的“运动方式”及子菜单的“匀加速”，按“执行”键小车先回到起点，从右向左逐渐匀加速运动，直到达左端限位光电门后换向，从左向右逐渐反向匀加速运动，如此往复匀加速运动，
液晶屏上画出?f-T曲线如图所示(下部是反向运动曲线)。
每作一次单程匀加速运动实验，自动记录一组“?f”值(反向匀加速运动时，清除原记录，记录新数据)。要查看单程匀加速运动实验，小车将到终点停止前按触“停止”，此单程记录保存。
(4) 观察小车“匀减速”：方法同上。
(5)观察小车“变速1”：方法同上。
(6)观察小车“变速2”：方法同上。
(7)观察小车“简谐运动”：方法同上。
5. 单探头测量物体距离：
（1）智能多普勒效应实验仪可以用单探头测量能反射声波的物体至探头距离。
（2）拔下测试架左端发射探头，替換成收发一体超声波换能器，按触子菜单的“3.单探头测量物体距离”，调节“发射强度”为最大，“接收强度”为适中。
（3）取下小车上的接收探头，换为反射板（注意反射板平面正对发射探头），手工移小车
至30cm外(30cm内为测量盲区)，可见液晶屏上显示反射板至发射探头距离，手工移动小车，距离数会随之变动。
6．用时差法测声速：
a. 自动(电机移距)
（1）在主菜单中选取“2.声速测量”，再按子菜单的“2.时差法测量声速”，再按触菜单下部的“速度/距离”，可设定不同移动距离。小车的起始位置必须在左右限位光电门内，才能正常控制小车运动。
（2）按“执行/<==”(或“停止/==>”)选择小车移动方向，小车开始作匀速运动，移动所选距离停止，液晶屏会显示出时间值(us)，记录该时间值，可计算岀时差。可重复按“执行/<==”(或“停止/==>”)，观察变化规律。
（说明：接收、发射换能器距离在20cm~70cm之间，测量结果较为准确。太近会相互干扰，太远则接收信号渐渐变弱，其第一个反射脉冲慢慢消失，计时器可能记录到第二个反射脉冲，这时候就会产生27us的误差（一个脉冲间隔时间）。因此，若从t1到t2跨过一个不稳定区（跃变区），则t2-t1会多出27us，这时实际时差应该是：?t=t2-t1-27us，假设实验过程中收发换能器距离变化为：30mm～350mm，那么大约会出现三段跃变区，需扣除若干倍27us才是实际时差）。
（3）如果在小车向右移动一个设置行程时，时间显示值跳动不稳定，不能正确读数，那么可以放弃这组读数，往右继续移动小车，直到再出现稳定读数时，再记录，但必须记住对应的位置读数。越过不稳定区的时差值，应该包含27us的整数倍的误差，然后在数据处理时予以剔除。
（4）如此至少做10组数据，记录到表格2-8-3中，由于此时位移量已经不再是等间距，不能使用逐差法处理数据，只能把相邻实验数据相减，用对应的时差值计算声速，然后求算术平均值。
b. 手动(手工移距)
（1）在主菜单中选取“2.声速测量”，再按子菜单的“2.时差法测量声速”。待电机复位完毕，关闭测试架电源。手工移动小车的起始位置远离发射头。
（2）手工旋转步进电机转轴旋钮，顺时针(或反时针)选择小车移动方向，按照测试架上
标尺刻度，移动“自动”时所选距离停止，液晶屏会显示出时间值(us)，记录该时间值，继续移动同样距离，重复进行 (说明等同“自动”) 。
（3）如此至少做10组数据，记录到表格2-8-4中，计算岀时差、声速。
7．反射法测声速（时差法）：（选做内容）
先转动接收、发射换能器各九十度，两换能器平行且都垂直面对反射板(附件)，反射
板要远离两换能器，调整两换能器之间的距离、两换能器和反射板之间的夹角θ以及垂直距离L ，如图2-8-2所示，使数字示波器（双踪，由脉冲波触发）接收到稳定波形；利用数字示波器观察波形，通过调节示波器使接收波形的某一个波头b n 的波峰位于示波器屏幕某一刻度（x 坐标），然后向前或向后水平调节反射板的位置，使移动?L ，记下此时示波器中先前那个波头b n 在时间轴上移动的时间?t ，如图2-8-3所示，从而得出声速值u ,
θ
sin 2t L
t x u ??=??=
。用数字示波器测量时间同样适用于直射式测量，而且可以使测量范围增大。将实验中得到多个声速值与理论值公式（2-8-8）相比较。
【数据记录与处理】
1.把不同速度下多普勒效应实验数据记录到表2-8-1与表2-8-2中；
2.根据公式（2-8-8）计算实验环境条件下声速的理论值；
3.根据公式（2-8-4）计算实验环境条件下接收器接收频率的理论值；
4.与理论值比较，计算多普勒效应实验的相对误差，验证多普勒效应方程。
表2-8-1 多普勒效应实验数据记录 实验环境温度： C ?
表2-8-2 多普勒效应实验数据记录 实验环境温度： C ?
5.从液晶屏上观察各种不同规律运动的t ~f 实验曲线。调出并记录存储的实验数据，根
据实验环境下声速的理论值和发射信号频率，把各采样点记录的频率数值换算成小车的运动速度，从而了解和研究各种变速运动的规律。（表格请同学们自行设计）
6.将“时差法测量声速”，测量到的各对应时差值记录到表2-8-3与2-8-4中。
（1） 计算时差法测量声速的实验平均值：
∑===
1
i i )s /m ( __________u n 1
u （2）计算实验环境温度下声速在空气中的传播速度的理论值：
)s /m ( __________ t 61.045.331u 0=+≈
（3）把实验结果与理论值比较，计算相对误差：
%__________%100u u u E 0
=?-=
（4）如果误差太大，请对误差产生的原因进行分析。
【思考题】
1.马赫是什么单位？它是怎么定义的？
2.请举例说明多普勒效应在生活中的应用。
3.为什么在声速测定实验中，必须用逐差法处理数据，如果不用，会出现什么结果？
1．结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 一、本课题的研究背景及意义 随着我国经济建设的高速发展，人民生活的不断提高，道路上各式各样的车辆数目也在大幅上升，也使得交通违章不断增加，给道路交通和人民的生活带来了极大的威胁。由于汽车工业的不断进步,行驶在道路上的车辆速度越来越快,交通事故发生的频率也不断增加。众所周知，交通事故的发生大部分是由驾驶员的超速驾驶造成的。为提高汽车运行的安全性，减少交通事故的发生以及快速检测车辆行驶中的速度，所以有了测速仪的问世。 随着科技的进步，由雷达传感器制作的测速仪已经广泛应用于车辆测速的行业中，实现对车辆速度准确，快速的测量。该测速仪结构简单，可靠性高，操作方便，可广泛应用于摩托车、汽车等机动车辆的速度测量中。测速仪的发展动向是把测速仪的准确性，稳定性和可靠性作为重要的质量指标。 二、本课题国内外研究现状 我国测速仪的应用和研究起源于八十年代，伴随着我国经济发展，由最初的简单雷达测速仪发展到现在的超声波，激光等多种测速仪，同时在误差补偿，超速报警，便捷等多个方面的研究和发展取得了长足的进步，由以前的单一，简单，笨重的测速仪演变为如今的多样，复杂，小巧，为我国的交通做出了巨大贡献，同时涌现了广州科能，西安光伟等一大批骨干测速仪制造企业，基本上形成了中国测速仪目前的发展格局。 雷达测速仪是根据接收到反射波频移量的计算而得出物体的运动速度，雷达测速易于捕捉目标，无须精确瞄准，可以采用手持的方式，在车辆的运动中进行测速。在中国的雷达测速仪发展中，雷达测速仪越来越向着高精度，高智能，高便捷的方向快速发展。 面对风起云涌的国内外市场及日新月异的中国经济，我国测速仪的发展和应用依然存在着非常严峻的问题。在2010年的国家测速仪调查报告中，我们可以看到我国的测速仪采用国外进口的测速仪占很大的比例，其中居多来自美国，日本。主要是因为我国的测速仪在质量，测量误差，报警设计方面离国外的测速仪还有一定的差距，但在近年的研究中，我国的测速仪发展还是取得了好大的进步。
多普勒效应综合实验 摘要： 关键词： 当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如：原子，分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽，称为多普勒增宽，在天体物理和受控热核聚变实验装置中，光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹，卫星，车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况，血液的流速等。电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器，研究物体的运动状态。 【实验目的】 1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f－V关系直线的斜率求声速。 2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究： ①自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。 ②简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。 ③匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。 ④其它变速直线运动。 【实验原理】 1、超声的多普勒效应 根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为： f = f0（u+V1cosα1）/（u–V2cosα2）（1） 式中f0为声源发射频率，u为声速，V1为接收器运动速率，α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V2为声源运动速率，α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。 若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为： f = f0（1+V/u）（2） 当接收器向着声源运动时，V取正，反之取负。 若f0保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f —V关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为k=f0/u，由此可计算出声速u=f0/k 。 由（2）式可解出： V = u（f/f0 – 1）（3）若已知声速u及声源频率f0 ，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率f采样计数，由微处理器按（3）式计算出接收器运动速度，由显示屏显示V－t关系图，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律进行研究。 2、超声的红外调制与接收 早期产品中，接收器接收的超声信号由导线接入实验仪进行处理。由于超声接收器安装在运动体上，导线的存在对运动状态有一定影响，导线的折断也给使用带来麻烦。新仪器对接收到的超声信号
ZKY-DPL-2 多普勒效应综合实验仪实验指导说明书
多普勒效应综合实验 当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如：原子，分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽，称为多普勒增宽，在天体物理和受控热核聚变实验装置中，光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹，卫星，车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况，血液的流速等。电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器，研究物体的运动状态。 【实验目的】 1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f－V关系直线的斜率求声速。 2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究： ①自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。 ②简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。 ③匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。 ④其它变速直线运动。 【实验原理】 1、超声的多普勒效应 根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为： f = f0（u+V1cosα1）/（u–V2cosα2）（1） 式中f0为声源发射频率，u为声速，V1为接收器运动速率，α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V2为声源运动速率，α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。 若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为： f = f0（1+V/u）（2） 当接收器向着声源运动时，V取正，反之取负。 若f0保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f —V关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为k=f0/u，由此可计算出声速u=f0/k 。 由（2）式可解出： V = u（f/f0– 1）（3）若已知声速u及声源频率f0 ，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率f采样计数，由微处理器按（3）式计算出接收器运动速度，由显示屏显示V－t关系图，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律进行研究。 2、超声的红外调制与接收 早期产品中，接收器接收的超声信号由导线接入实验仪进行处理。由于超声接收器安装在运动体上，导线的存在对运动状态有一定影响，导线的折断也给使用带来麻烦。新仪器对接收到的超声信号采用了无线的红外调制-发射-接收方式。即用超声接收器信号对红外波进行调制后发射，固定在运动导轨一端的红外接收端接收红外信号后，再将超声信号解调出来。由于红外发射/接收的过程中信号的传输是光速，远远大于声速，它引起的多谱勒效应可忽略不计。采用此技术将实验中运动部分的导线去掉，使得测量更准确，操作更方便。信号的调制-发射-接收-解调，在信号的无线传输过程中是一种常用的技术。
.\ 研究生专业实验报告 实验项目名称： LDV激光多普勒测速实验 学号： 20141002042 姓名：张薇 指导教师：唐经文 动力工程学院
.\ LDV激光多普勒测速实验 一、实验目的 应用激光测量流体的流速，是六十年代迅速发展起来的一种新的测速方法。它和过去应用的传统的测速仪器，如皮托管、旋浆式流速仪、热线式风速仪等相比，有如下几个主要优点：无接触测量，不干扰流场；测速范围广（4秒 米 10 104 5- ?-）；空间分辨率高；动态响应快。特别是对高速流体、恶性（如：酸性、碱性、高温等）流体、狭窄流场、湍流、紊流边界层等的测量方面，显示出传统方法无法比拟的优点。 本实验要求在熟悉激光测速光学系统和信号处理基本原理的基础上，应用实验室的频移型二维激光测速仪测量一个具有分离、再附、旋涡和高湍流度的复杂流场，了解这种流场中平均速度、速度直方图、湍流度和雷诺应力等湍流参数在主流区、回流区、剪切层和边界层等区域的不同特征，以及激光测速在测量复杂湍流流动方面的功能和优点有着重要的实验意义。 二、实验设备 图1：激光多普勒测速仪 图2：实验模型结构尺寸
图3：实验系统图 三、实验原理和方法 激光多普勒测速仪，英文缩写是流体流速测量的光学方法之一，是利用光学多普勒效应。即当激光照射运动着的流体时，激光被跟随流体运动的粒子所散射，散射光的频率将发生变化，它和入射激光的频率之差称为多普勒频差或多普勒拍频。这个频差正比于流速，所以测出多普勒频差，就测得了流体的速度。 实际接收到的多普勒信号，是包含有各种各样噪声的信号。例如光电倍增管带来的信号散粒噪声，暗电流散粒噪声，背景光噪声，热噪声，以及其他测量仪器带来的噪声等。同时，多普勒信号还是一个调制信号，由于各种原因，使多普勒频带加宽。例如，振幅调制，散射粒子受布朗运动影响，散射粒子通过探测体积所需要的渡越时间，多粒子进入探测体积初位相的不同，激光束的角扩散及速度梯度等原因，都会引起多普勒频带的加宽。为了尽量减小噪声和带宽，以及从具有一定的噪声和带宽的信号中，取出反映流速的“有用”信号，必须选择合适的信号处理装置，对多普勒信号进行处理。 一种信号处理装置，是利用高分辨率的法布里-珀罗干涉仪，直接跟踪光学信号。此种干涉仪调整比较简单，在大散射角工作时空间分辨率较高，但在测低速 厘米。另一种信号处理装置是频谱分析时受到限制，一般能测的下限速度为25秒 仪，它实际上是通过调谐窄带滤波器，把信号用示波器器显示出来，其中心频率在频谱范围内缓慢地扫描。由于使用滤波器，在任一瞬间时只能观察到全部信号的很少一部分，浪费了有用的信息和时间。进来信号处理装置都采用能跟踪可变频率的振荡器，称为自动跟踪可变频率跟踪器，简称频率跟踪器。 四、实验内容 在熟悉激光测速光学系统和信号处理基本原理的基础上，应用频移型二维激光测速仪测量复杂流场的速度。
多普勒效应综合实验 【引言】 当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如：原子，分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽，称为多普勒增宽，在天体物理和受控热核聚变实验装置中，光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹，卫星，车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况，血液的流速等。电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器，研究物体的运动状态。 【实验目的】 1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f -V 关系直线的斜率求声速。 2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V -t 关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究： （1）自由落体运动，并由V -t 关系直线的斜率求重力加速度。 （2）简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。 （3）匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。 （4）其它变速直线运动。 【实验原理】 1、超声的多普勒效应 图1 超声的多普勒效应示意图 源 根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f 为： 22110cos -cos ααV u V u f f +?= （1） 式中f 0为声源发射频率，u 为声速，V 1为接收器运动速率，α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V 2为声源运动速率，α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角（如图1）。 若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向（α=0）以速度V 运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为： ??? ??+?=u V f f 10 （2） 当接收器向着声源运动时，V 取正，反之取负。 若f 0保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f -V 关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为 k =f 0/u ，由此可计算出声速 u =f 0/k 。 由（2）式可解出： ???? ???=1-0f f u V （3） 若已知声速u 及声源频率f 0 ，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率f 采样计数，由微处理器按（3）式计算出接收器运动速度，由显示屏显示V -t 关系图，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律进行研究。
南京理工大学 课程考核论文 课程名称：图像传感与测量 论文题目：激光多普勒测速技术 姓名：陈静 学号： 314101002268 成绩： 任课教师评语： 签名： 年月日
激光多普勒测速技术 一、引言 激光多普勒测速技术即LDV(Laser Doppler Velocimetry)是伴随着激光器的诞生而产生的一种新的测量技术，它是利用激光的多普勒效应来对流体或固体速度进行测量的一种技术，广泛应用于军事、航空航天、机械、能源、冶金、水利、钢铁、计量、医学、环保等领域[1]。 激光测速技术的发展大体上可分为三个阶段。 第一个阶段是1964至1972年，这是激光测速发展的初期。在此期间，大多数的光学装置都比较简单，用各种元件拼搭而成，光学性能和效率不高，使用调准也不方便[2]。 第二个阶段是1973至1980年，在此期间，激光测速在光学系统和信号处理器方面有了很大的发展。光束扩展，空间滤波，偏振分离，频率分离，光学频移等近代光学技术相继应用到激光测速仪中。 第三个阶段是1981年至今。在此期间，应用研究得到快速发展[3]。 在发表的论文中，有关流动研究的论文急剧增加。多维系统，光纤传输技术以及数字信号处理和微机数据处理技术等的出现把激光多普勒技术推向更高水平，使用调整更加方便。此外，半导体激光器的应用是其小型化成为可能，推动激光多普勒测速走出实验室，迈向工业和现场应用。 二、主要内容 激光的多普勒效应是激光多普勒测速技术的重要理论基础，当光源和运动物体发生相对运动时，从运动物体散射回来的光会产生多普勒频移，这个频移量的
大小与运动物体的速度，入射光和速度方向的夹角都有关系。 由于其有许多潜在的独特功能，激光多普勒技术吸引了大量的实验流体力学和其他学科的研究工作者去研究和解决这些问题，使激光测速技术得到飞速发展，成为流动测量实验的有力工具[4]。 1.激光多普勒测速原理 激光测速的原理大致是这样：激光束射向流动着的粒子，粒子发出的散射光的频率改变了，通过光电装置测出频率的变化，就测得了粒子的速度，也就是流动的速度 [5]。 设一束散射光与另一束参考光的频率分别为12,s s f f ，它们到达光探测器阴极 表面的电场强度分别为： 1210112022cos(2) cos(2)s s E E f t E E f t π?π?=+=+ 式中，0102,E E 分别为两束光在光阴极表面处的振幅，12,??分别为两束光的初始相位。两束光在光阴极表面混频，其合成的电场强度为： 1212011022cos(2)cos(2)s s E E E E f t E f t π?π?=+=+++ 光强度与光的电场强度的平方成正比： 1222212010201021(t)()()cos[2()]2 s s I k E E k E E kE E f f t π?=+=++-+ 式中为k 常数，?为两束光初始相位差，12???=-。其中第一项为直流分量，可用电容器隔去，第二项为交流分量，其中12s s f f -是得到的多普勒频移。 多普勒频移与物体运动速度V 的关系为： 12[cos(,)cos(,)]s s i s V f f K K υυλ -=- 式中：i K 是激光的传播矢量，s K 为散射光传播矢量，υ是物理运动速度方
多普勒效应综合实验 【摘要】：多普勒效应是一基本的物理现象，当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器，研究物体的运动状态。 【关键词】：超声波多普勒效应匀加速简谐振动 【实验目的】 1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f－V关系直线的斜率求声速。 2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究： ①匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。 ②自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。 ③简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。 ④其它变速直线运动。 【实验原理】 1、超声的多普勒效应 根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为： f = f 0（u+V 1 cosα 1 ）/（u–V 2 cosα 2 ）（1） 式中f 0为声源发射频率，u为声速，V 1 为接收器运动速率，α 1 为声源与接收器连线与接 收器运动方向之间的夹角，V 2为声源运动速率，α 2 为声源与接收器连线与声源运动方向之 间的夹角。 若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为： f = f （1+V/u）（2）当接收器向着声源运动时，V取正，反之取负。 若f 保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f —V关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应 为 k=f 0/u ，由此可计算出声速 u=f /k 。 由（2）式可解出： V = u（f/f – 1）（3） 若已知声速u及声源频率f ，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率f 采样计数，由微处理器按（3）式计算出接收器运动速度，由显示屏显示V－t关系图，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律进行研究。 2、超声的红外调制与接收 早期产品中，接收器接收的超声信号由导线接入实验仪进行处理。由于超声接收器安装
多普勒效应实验报告 学院化学与生物工程学院班级化学1701 学号姓名 一、实验目的与实验仪器 实验目的 1、了解多普勒效应原理，并研究相对运动的速度与接收到的频率之间的关系。 2、利用多普勒效应，研究做变速运动的物体其运动速度随时间的变化关系，以及机械 能转化的规律。 实验仪器 ZKY-DPL-3多普勒效应综合实验仪、电子天平、钩码等。 二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 1、声波的多普勒效应 当声源相对介质静止不动时，声波的频率f0，波长λ0以及波速U0表示为 f0=U0/λ0 则观测频率f、观测波长λ和观测波速U的关系 f=U/λ 当接收器以一定的速率向声源移动时U=U0+V0，则 f=（U0+V0）/λ０ 联立，得f=（U0+V0）/λ０=（f0λ0）/λ0=（1+V/U0）f0 当声源以一定的速率向接收器移动时V =U0-V0，则 f’=U’/λ’=U0/( U0-V0)/T= U0/( U0-V0) f 当声源与接收器运动如图时 f=（U0+V1COSθ１）/( U0-V2 COSθ２) 2、马赫锥 ａ＝arcsin（U０／V０）＝arcsin（１／M） U０为波速，V为飞行器速率，ａ为马赫角，M为Ｖ／Ｕ０马赫数
3、天文学中的多普勒效应 观察两波面的时间 ｔ＝（λｃ／（C+Vｃ））／（１／（１－Ｖ２ｃ／Ｃ２ｃ）１／２） ＝（１－Ｖ２ｃ／Ｃ２ｃ）１／２／（（１＋Ｖｃ／Ｃｃ）ｆｃ） 三、实验步骤 （要求与提示：限400字以内） １、超声波的多普勒效应 （１）、组装仪器 （２）、打开实验控制箱，调至室温，记录共振频率ｆ０ （３）、选择多普勒效应验证实验 （４）、修改测试总数 （５）、为仪器充电，确定失锁指示灯处于灯灭状态 （６）、选定滑车速率，开始测试 （７）、选择存入或者重测 （８）、重新选择速度，重复（６）、（７） （９）、记录实验数据 ２、用多普勒效应研究恒力下物体的运动规律 （１）、测量钩码质量和滑车质量 （２）、连接仪器 （３）、选中变速运动测量 （４）、修改测量总次数 （５）、选中开始测试，立即松开钩码 （６）、记录测量数据 （７）、改变砝码质量，重复（１）到（６） 四、数据处理 （要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片） 表4.12-1 多普勒效应的验证与声速的测量 t c = 24 ℃f0 = 40001 Hz 次数i 1 2 3 4 5 v/(m/s) 0.41 0.59 0.75 0.87 0.98 Fi/Hz 40049 40070 40089 40103 40116
浏览次数：110次悬赏分：0|解决时间：2011-8-24 19:30|提问者：匿名 最佳答案 从开过来的机车所听到的声波间的距离被压缩了，就好像一个人正在关手风琴。这个动作的结果产生一个明显的较高的音调。当火车离去时，声波传播开来，就出现了较低的声音--这种现象被称为“多普勒”效应。 检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普勒效应。从测速仪里射出一束射线，射到汽车上再返回测速仪。测速仪里面的微型信息处理机把返回的波长与原波长进行比较。返回波长越紧密，前进的汽车速度也越快--那就证明驾驶员超速驾驶的可能性也越大。 多普勒测速仪仪器介绍 TSI的LDV/PDPA系统 LDV/PDPA的主要装置和原理 激光多普勒测速仪是测量通过激光探头的示踪粒子的多普勒信号，再根据速度与多普勒频率的关系得到速度。由于是激光测量，对于流场没有干扰，测速范围宽，而且由于多普勒频率与速度是线性关系，和该点的温度，压力没有关系，是目前世界上速度测量精度最高的仪器。 LDV/PDPA测速工作原理可以用干涉条纹来说明。当聚焦透镜把两束入射光以?角会聚后，由干激光束良好的相干性，在会聚点上形成明暗相间的干涉条纹，条纹间隔正比干光波波长，而反比干半交角的正弦值。当流体中的粒子从条纹区的方向经过时，会依次散射出光强随时间变化的一列散射光波，称为多普勒信号。这列光波强度变化的频率称为多普勒频移。经过条纹区粒子的速度愈高，多普勒频移就愈高。将垂直于条纹方向上的粒子速度，除以条纹间隔，考虑到流体的折射率就能得到多普勒频移与流体速度之间线性关系。LDV/PDPA系统就是利用速度与多谱勒频移的线性关系来确定速度的。各个方向上的多普勒频率的相位差和粒子的直径成正比，利用监测到的相位差可以来确定粒径。 LDV/PDPA系统从功能上分为：光路部分、信号处理部分。光路部分：采用He-Ni激光器或Ar离子激光器，是因为它们能够提供高功率的514.5nm,488nm,476.5nm三种波长的激光。带有频移装置的分光器将激光分成等强度的两束，经过单模保偏光纤和光纤耦合器，将激光送到激光发射探头，调整激光在光腰部分聚焦在同一点，以保证最小的测量体积,这一点就是测量体即光学探头。接受探头将接受到的多普勒信号送到光电倍增管转化为电信号以及处理并发大，再至多普勒信号分析仪分析处理后至计算机记录，配套系统软件可以进行数据处理工作。在流场中存在适当示踪粒子的倩况下，可同时测出流动的三个方向速度及粒子直径。 TSI公司在国际上第一个生产商业化的LDV/PDPA系统，现在的TSI公司的LDV/PDPA系统已经拥有4项专利设计，并且在流场、湍流、传质、传热、流型、燃烧研究上有广泛的使
多普勒效应综合实验 （附数据处理图） (注：由于上传后文库中数据图看不清楚，须下载后才能看清楚) 当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如：原子，分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽，称为多普勒增宽，在天体物理和受控热核聚变实验装置中，光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹，卫星，车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况，血液的流速等。电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器，研究物体的运动状态。 【实验目的】 1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f－V关系直线的斜率求声速。 2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究： ①匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。 ②自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。 ③简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。 ④其它变速直线运动。 【实验原理】 1、超声的多普勒效应 根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为： f = f0（u+V1cosα1）/（u–V2cosα2）（1） 式中f0为声源发射频率，u为声速，V1为接收器运动速率，α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V2为声源运动速率，α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。 若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为： f = f0（1+V/u）（2） 当接收器向着声源运动时，V取正，反之取负。 若f0保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f —V关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为k=f0/u，由此可计算出声速u=f0/k 。 由（2）式可解出： V = u（f/f0– 1）（3）若已知声速u及声源频率f0 ，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率f 采样计数，由微处理器按（3）式计算出接收器运动速度，由显示屏显示V－t关系图，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律进行研究。 2、超声的红外调制与接收 早期产品中，接收器接收的超声信号由导线接入实验仪进行处理。由于超声接收器安装在运动体上，导线的存在对运动状态有一定影响，导线的折断也给使用带来麻烦。新仪器对接收到的超声信号采用了无线的红外调制-发射-接收方式。即用超声接收器信号对红外波进行调制后发射，固定在运动导轨一端的红外接收端接收红外信号后，再将超声信号解调出来。由于红外发射/接收的过程中信号的传输是光速，远远大于声速，它引起的多谱勒效应可忽
DH-DPL系列多普勒效应及声速综合实验 实验报告 一：实验目的 多普勒效应是一种与波动紧密相关的物理现象.利用多普勒效应可以测量运动物体的速度，但目前许多高校使用的多普勒效应实验仪集成化和智能化程度太高,实验时需要学生动手操作的环节太少;信号的转换、传输和处理过程不透明,不利于学生在实验过程中细致观察各种物理现象,分析测量误差的来源等,难以满足深入培养学生自主动手能力和观察分析能力的需要.本实验以商用超声多普勒实验系统(杭州大华DH -DPL1)的导轨模块作为开发平台,以模拟乘法器作为测量系统的核心单元;实验过程中学生需自行搭建信号拾取和处理电路,并利用示波器观察各个环节的信号波形,有助于培养学生得动手能力，并加深对多普勒效应及对模拟电子实验的理解。 二：实验原理 根据声波的多普勒效应公式,当声源与接收器之间有相对运动时,接收器收到的信号频率f为： f = f0 (u + v1 cosα1 ) / (u - v2 cosα2 ) (1) 式中f0为声源发射频率, u为声速, v1 为接收器运动速率, v2 为声源运动速率,α1 是声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角,α2 是声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角. 在实验过程中,声源保持不动,接收换能器在导轨上沿声源与接收换能器连线方向上运动,则从式(1)可以得到接收换能器上得到的信号频率为： f = f0 (1 + v/u) (2) 式中v为接收换能器的运动速度,当向着声源运动时, v取正,反之取负.利用式(2)可以得到接收换能器的运动速度为：
v = u(f - f0 ) /f0 = uΔf/f0 ………..(3) 式中Δf = f - f0为多普勒频移. 在本研究中,采用的信号处理电路如图1所示, 其中模拟乘法器采用了AD633,其信号的输入输出 关系为： W =(x1 - x2 ) (y1 - y2 )/10+ z (4) 若输入到AD633的信号为x1 = E1 cos(2πf0 t +φ1 ) , y1 = E2 cos(2πft +φ2 ) , x2、y2 以及z均接地,则AD633的输出为： W =E1 E2{cos[2π(f + f0 ) t +φ2 +φ1 ] /20+cos[2π(f - f0 ) t +φ2 -φ1 ]} (5) 其中包含了两路信号的和频分量与差频分量. 利用低通滤波器可以提取出其中的差频分量,即多普勒频移,从而计算出接收换能器的运动速度. 在实际测量过程中,由于接收换能器与声源(发射换能器)的距离在不断变化过程中,因此接收换能器输出信号的幅度不是恒定值. 为了保证乘法器的输出信号幅度稳定,本研究中采用OA1组成的限幅放大电路,使输入到乘法器的信号幅度保持恒定值,以便于观察.因为本实验中只关心输出信号的频率,因此对接收换能器输出信号幅度的处理不会影响到实验结果.利用OA2构建的有源低通滤波器,可以有效提取出多普勒频移信号.
我国河流湖泊众多，水网密布，而要测量水流的流速，记录水文数据资料，就需要用到测速仪。雷达测速仪就是众多测速仪中的一种，雷达测流运用的原理是多普勒效应。多普勒效应是为纪念奥地利物理学家克里斯琴约翰.多普勒而命名的。在声学领域中,当声源与接收体(即探头和反射体)之间有相对运动时,回声的频率将有所变化,此种频率的变化称之为频移,即多普勒效应。如下图所示,当雷达流速仪与水体以相对速度V发生对运动时，雷达流速仪所收到的电磁波频率与雷达自身所发出的电磁波频率有所不同, 此频率差称为多普勒频移。通过解析频移与V的关系，得到流体表面流速。 雷达测速仪被广泛应用在河道、灌渠、防汛等水文测量；江河、水资源监测；环保排污、地下水道管网监测；城市防洪、山区暴雨性洪水监测；地质灾害预警监测等诸多领域。 今天我们主要来看看雷达测速仪的特点，主要有如下几个特点： 1、非接触、安全低损、少维护、不受泥沙影响； 2、能胜任洪水期高流速条件下的测量； 3、具有防反接、防雷保护功能； 4、系统功耗低，一般太阳能供电即可满足测流需要； 5、多种接口方式，既有数字接口又具有模拟接口，方便接入系统； 6、无线传输功能（可选），可将数据无线传输到3.5km以外；
7、测速范围宽，测量距离远达40m； 8、多种触发模式：周期、触发、查询、自动； 9、安装特别简单，土建量很少； 10、全防水设计，适合野外使用。 非接触雷达测流方式测速时设备不受污水腐蚀，不受泥沙影响，少受水毁影响，土建简单，便于维护，保障人员安全，特殊的天线设计使得功耗超低，大大降低了供电需求。不仅可用于平时流速监测，而且特别适合承担急难险重观测任务。 航征科技是目前国内具有自主知识产权的雷达方案提供商, 拥有多项专利和软件著作权。航征面向水文、水利、环境保护、城市排水管网等行业用户, 提供雷达流速流量在线监测解决方案。航征分别在上海、无锡建立了运营和研发测试中心,拥有完整的技术研发体系和阵容强大的科研队伍，与清华大学、国防科技大学、上海交通大学等知名院校达成长期战略合作,有多位业内专家作为公司的技术后盾，立志成为全球优秀的智能传感解决方案提供商。
四川理工学院实验报告 成绩 学号：11101030233 班级：网络工程一班 实验班编号： 姓名：赵鸿平 实验名称： 多普勒效应综合实验 实验目的： 1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f－V关 系直线的斜率求声速。 2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，或 调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究： ①匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。 ②自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。 ③简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较 实验仪器： 多普勒效应综合实验仪由实验仪 实验原理： 1、超声的多普勒效应 根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为： f = f0（u+V1cosα1）/（u–V2cosα2）（1） 式中f0为声源发射频率，u为声速，V1为接收器运动速率，α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V2为声源运动速率，α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。
若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为： f = f0（1+V/u）（2） 当接收器向着声源运动时，V取正，反之取负。 若f0保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f —V关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为k=f0/u，由此可计算出声速u=f0/k 。 由（2）式可解出： V = u（f/f0– 1）（3）若已知声速u及声源频率f0 ，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率f采样计数，由微处理器按（3）式计算出接收器运动速度，由显示屏显示V－t关系图，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律进行研究。 数据记录：（要求在实验前画出实验表格） 实验步骤 1. 自由落体运动验证牛顿第二定律：
DSP 实验课大作业设计 一 实验目的 在DSP 上实现线性调频信号的脉冲压缩、动目标显示（MTI ）和动目标检测(MTD)，并将结果与MATLAB 上的结果进行误差仿真。 二 实验内容 2.1 MATLAB 仿真 设定带宽、脉宽、采样率、脉冲重复频率，用MATLAB 产生16个脉冲的LFM ，每个脉冲有4个目标（静止，低速，高速），依次做 2.1.1 脉压 2.1.2 相邻2脉冲做MTI ，产生15个脉冲 2.1.3 16个脉冲到齐后，做MTD ，输出16个多普勒通道 2.2 DSP 实现 将MATLAB 产生的信号，在visual dsp 中做脉压，MTI 、MTD ，并将结果与MATLAB 作比较。 三 实验原理 3.1 脉冲压缩原理及线性调频信号 雷达中的显著矛盾是：雷达作用距离和距离分辨率之间的矛盾以及距离分辨率和速度分辨率之间的矛盾。雷达的距离分辨率取决于信号带宽。在普通脉冲雷达中，雷达信号的时宽带宽积为一常量（约为1），因此不能兼顾距离分辨率和速度分辨力两项指标。脉冲压缩（PC ）采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，因而能较好地解决作用距离和分辨能力之间的矛盾。 一个理想的脉冲压缩系统，应该是一个匹配滤波系统。它要求发射信号具有非线性的相位谱，并使其包络接近矩形；要求压缩网络的频率特性（包括幅频特性和相频特性）与发射脉冲信号频谱（包括幅度谱和相位谱）实现完全的匹配。 脉冲压缩按信号的调制规律（调频或调相）分类，可分为以下四种： （1）线性调频脉冲压缩 （2）非线性调频脉冲压缩 （3）相位编码脉冲压缩 （4）时间频率编码脉冲压缩 本实验采用的是线性调频脉冲压缩。 线性调频信号是指频率随时间的变化而线性改变的信号。线性调频可以同时保留连续信号和脉冲的特性，并且可以获得较大的压缩比，有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率，所以将线性调频信号作为雷达系统中一种常用的脉冲压缩信号。 接收机输入端的回波信号是经过调制的宽脉冲，所以在接收机中应该设置一个与发射信号频率匹配的滤波器，使回波信号变成窄脉冲，同时实现了宽脉冲的能量和窄脉冲的分辨能力。解决了雷达发射能量及分辨率之间的矛盾。 匹配滤波器是指输出信噪比最大准则下的最佳线性滤波器。根据匹配理论， 匹配滤波器的传输特性： 0)()(*t j e KS H ωωω-=
激光多普勒测速 1.引言 激光多普勒测速技术是伴随着激光器的诞生而产生的一种新的测量技术，它是利用 激光的多普勒效应来对流体或固体速度进行测量的一种技术，广泛应用于军事，航空，航天，机械，能源，冶金，水利，钢铁，计量，医学，环保等领域[1-2]。 激光多普勒测速仪是利用激光多普勒效应来测量流体或固体运动速度的一种仪器，通常由五个部分组成：激光器，入射光学单元，接收或收集光学单元，多普勒信号处理器和数据处理系统或数据处理器，主要优点在于非接触测量，线性特性，较高的空间分辨率和快速动态响应，采用近代光-电子学和微处理机技术的LDV系统，可以比较容易地实现二维，三维等流动的测量，并获得各种复杂流动结构的定量信息。由于上述潜在的独特功能，激光多普勒技术吸引了大量的实验流体力学和其他学科的研究工作者去研究和解决这些问题，使激光测速技术得到飞速发展，成为流动测量实验的有力工具。 激光测速技术的发展大体上可分为三个阶段[1-3]。 第一个阶段是1964 – 1972 年，这是激光测速发展的初期。在此期间，大多数的光学装置都比较简单，用各种元件拼搭而成，光学性能和效率不高，使用调准也不方便； 第二个阶段是1973 – 1980 年，在此期间，激光测速在光学系统和信号处理器方面有了很大的发展。光束扩展，空间滤波，偏振分离，频率分离，光学频移等近代光学技术相继应用到激光测速仪中。 从1980年到现在，激光测速进入了第三个阶段。在此期间，应用研究得到快速发展。在发表的论文中，有关流动研究的论文急剧增加。多维系统，光纤传输技术以及数字信号处理和微机数据处理技术等的出现把激光多普勒技术推向更高水平，使用调整更加方便。此外，半导体激光器的应用是其小型化成为可能，推动激光多普勒测速走出实验室，迈向工业和现场应用。 激光的多普勒效应是激光多普勒测速技术的重要理论基础，当光源和运动物体发生相对运动时，从运动物体散射回来的光会产生多普勒频移，这个频移量的大小与运动物体的速度，入射光和速度方向的夹角都有关系[1]。下文中将详细介绍。 2.激光多普勒测速原理 在激光多普勒测速仪中，依靠运动微粒散射光与照射光之间光波的频差（或称频移）来获得速度信息。这里存在着光波从（静止）光源（运动）微粒（静止）光检测器三者之间的传播关系。
任务书 雷达进行PD测速主要是利用了目标回波中携带的多普勒信息，在频域实现目标和杂波的分离，它可以把位于特定距离上、具有特定多普勒频移的目标回波检测出来，而把其他的杂波和干扰滤除。因此要求雷达必须具备很强的抑制杂波的能力，能在较强的杂波背景中分辨出运动目标的回波。 如今，不管是在军用还是民用上，雷达都在发挥着它很早重要的作用，与早期雷达采用距离微分方法测速相比，基于脉冲多普勒理论的雷达测速技术具有实时性好、精度高等优点。特别是现代相控阵技术在雷达领域的应用，实现了波束的无惯性扫描和工作方式的快速切换，更便于应用脉冲多普勒技术进行雷达测速。 本篇课程设计目的在于介绍脉冲多普勒雷达测速的原理，并对这种技术进行介绍和仿真。
摘要 脉冲多普勒(PD)雷达以其卓越的杂波抑制性能受到世人瞩目。现代飞行器性能的改进和导航手段的加强，使其能在低空和超低空飞行，因此防御低空入侵己成重要问题，由此要求机载雷达，包括预警机雷达和机载火控雷达具有下视能力，即要求能在强的地杂波背景中发现微弱的目标信号，所以现代的预警机雷达和机载火控雷达皆采用PD体制。脉冲多普勒雷达包含了连续波雷达和脉冲雷达两方面的优点，它具有较高的速度分辨能力，从而可以更有效地解决抑制极强的地杂波干扰问题;此外，脉冲多普勒雷达能够同时敏感地测定距离和速度信息;能够利用多普勒处理技术实现高分辨率的合成孔径图像;而且亦具有良好的抗消极干扰能力和抗积极干扰能力。 本文介绍了脉冲多普勒雷达测速的原理，信号处理。并用matlab简单的仿真了雷达系统对信号的处理. 关键词：脉冲多普勒雷达恒虚警脉冲压缩线性调频 Abstact Pulse Doppler (PD) radar is famous for it`s outsdanding clutter suppression.Modern aircraft`s function and GPS has been strengthen.now.it makes the aircraft can fly lower and lower.So.nowadays,Defensing.Low altitude invasion has been an important problem.so we require airborne radar. Early warning radar and airborne fire control radar have the ability to look down.That is to say.The radar is be required the ability to find Weak target signal in the strong Groung clutter.So .The modern airborne early warning radar and airborne fire control radar use the PD system.Pulse Doppler (PD) radar concludes two adervantages of Continuous wave radar and impulse radar.It has a higher velocity resolution.thus it can effectively.soveing the problem of strong ground clutter.what`s more.Pulse Dppler (PD) radar can Sensitive text the Distance and speed on the same time.Itcan use Doppler processing technology to realise Synthetic aperture images with high resolution. This article sinply introduced principle of pulse Doppler radar and signal