毕业设计基于多普勒效应的速度测量仪
多普勒测速仪开题报告
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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。
基于多普勒的车辆测速仪
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0 引 言
速 度 是导 航 系 统 的重 要 工 作参 数 , 所 以设 法 提 高 测速 精度 显得 尤为 重要 。 目前 车辆测 速方 式有 多
种, 如接 触式 测量 有 机 械 式 、 光 电式 和 磁 电式ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ等 , 非
接 触式 有雷 达测 速 、 GP S定 位 测速 等 。车轮 周 长 受
关键词 : 多 普勒 ; 超声 波 ; 测速 仪
中 图分 类 号 : TP 3 6 8
文献标 识 码 : A
文章 编号 : 1 0 0 l 一2 2 5 7 ( 2 0 1 4 ) 0 2 —0 0 7 0 —0 3
Ab s t r a c t : Thi s a r t i c l e a i ms t o a p pl y t he e x pe r i —
1001225702007003abstractnceofmeasuringshipspeedtolandvehiclesusingtheeffectofdopplerandultrasonicsensorstodevelopaprototypeandverifythefeasibilityofthisdesignbymakinganexperimentusecarkeywordsspeedometer测速仪属于非接触测量有受环境影响小精度高等特点将舰船的多普勒应用经验拓展到陆地车辆测速技术中将给车辆测速提供一种新思路工作原理多普勒效应是指当机械波的发射源与接收点间沿两者连线方向存在相对速度时接收到的频率与发射频率并不相同存在频率偏移这一频率差称之为多普勒频移在车辆运动中由于车辆存在速度发射源和接收源会产生多普勒频移波发射模块回波信号接收模块通信模块和主控制器模块等系统结构如图1所示
超声多普勒效应测速实验的设计
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De in to fv lct a u e n x ei n sg ain o eo i me s r me te p rme t y
b s d o l a o i p l rEf c a e n u t s n c Do p e f t r e
D N iqag I N ij E G L— i ,LA G Y -i n
勒效应测速的原理; 三是利用实验室原有的仪器 , 设
计一 套 能完成 多普 勒效 应测 速实 验 的装 置 。一般 开 设基 于多普 勒效 应 的实 验 项 目, 要 重新 购 置 相 应 需 的实验设 备 , 包括 复杂 的机 械系 统及运 动控 制系统 , 费 用较 高 J 。本 实验 综合 利 用 现有 的声速 测 量 实
( 东石 油化 工 学院 理 学院 ,广 东 茂 名 550 ) 广 200
摘 要 :介 绍了设 计性实验——超声多普勒效应测 速。该实验要 求学生 理解超 声多普 勒效应测 速 的原理 ,利
用气 垫导轨实验仪器和声速测定实验仪器 , 设计 出一套超声 多普勒效应 测速 实验仪器 ,并 利用该仪 器测量 实
置于一种富有探索和创造性 的学 习环境 中, 积极主 动地思考 、 分析问题 , 使他们受到一种类似于专业科 研人 员搞 科研 的那 种 训 练 。学 生 在 做 这 类 实 验 时 , 需要 自己完成 阅读文献资料、 拟定实验方案 、 配置实 验设备 、 制作仪器部件或搭建电子线路、 测量实验数 据、 分析实验结果 、 完成实验报告等工作 , 这种注重 培养学生科研能力的做法 , 有利于学生 的开拓精神
物理 实验 是最 基 本 的实 验 训 练 , 理 实 验教 学 物
更新 , 将实验教学与现代科学技术的发展紧密结合 起来 , 使物理实验 内容不断地发展和进步。为此 , 物 理实验室设计 了一个设计性实 验: 超声 多普勒效 “
激光多普勒测速仪介绍(LDV)讲解
![激光多普勒测速仪介绍(LDV)讲解](https://img.taocdn.com/s3/m/2af127e051e79b8969022605.png)
激光多普勒测速仪
1 激光多普勒测速仪概念
激光多普勒测速仪(LDV: Laser Doppler Velocimetry,是应用多普勒效应,利用激光的高相干性和高能量测量流体或固体流速的一种
仪器,它具有线性特性与非接触测量的优点,并且精度高、动态响应快。
由于它大多数用在流动测量方面,国外习惯称它为激光多普勒风
速仪(Laser Doppler Anemometer,LDA,或激光测速仪或激光流速仪(Laser Velocimetry,LV的。
示踪粒子是利用运动微粒散射光的多普勒频移来获的速度信息的。
因此它实际上测的是微粒的运动速
度,同流体的速度并不完全一样。
幸运的是,大多数的自然微粒(空
气中的尘埃,自来水中的悬浮粒子)在流体中一般都能较好地跟随流动。
如果需要人工播种,微米量级的粒子可以同时兼顾到流动跟随性
和LDV测量的要求。
基于激光多普勒效应测速系统的设计
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Optoelectronics 光电子, 2015, 5, 13-18Published Online June 2015 in Hans. /journal/oe/10.12677/oe.2015.52003Design of Velocimetry System Base on Laser Doppler EffectSuiyan Tan, Chudong XuCollege of Electronic Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou GuangdongEmail: tansuiyan@Received: May 25th, 2015; accepted: Jun. 8th, 2015; published: Jun. 12th, 2015Copyright © 2015 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractA velocimetry system base on laser Doppler Effect is designed. The system works through buildingMichelson interferometer with discrete optical elements. The movable object of system is imple-mented by gear motor and doesn’t need to change the structure of experiment equipment; there-fore, the system is simple, convenient and low cost. Building the Michelson interferometer and measurement system by students themselves not only deepens students’ understanding of Dopp-ler Effect and its application, but also it is good for developing comprehensive and designed expe-riment, which can extend optic specialty undergraduate course experiment teaching content.Function of the velocimetry system is successfully achieved, and average error is 2.38%; errors are lower 5%.KeywordsLaser Doppler Effect, Velocimetry System, Michelson Interferometer, Frequency DifferenceMethod基于激光多普勒效应测速系统的设计谭穗妍,徐初东华南农业大学电子工程学院,广东广州Email: tansuiyan@收稿日期:2015年5月25日;录用日期:2015年6月8日;发布日期:2015年6月12日基于激光多普勒效应测速系统的设计摘 要利用分立光学元件在光学平台上搭建迈克尔逊干涉光路,本文设计并实现基于激光多普勒效应的测速系统。
激光多普勒测速仪介绍(LDV)
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激光多普勒测速仪1 激光多普勒测速仪概念激光多普勒测速仪(LDV: Laser Doppler Velocimetry),是应用多普勒效应,利用激光的高相干性和高能量测量流体或固体流速的一种仪器,它具有线性特性与非接触测量的优点,并且精度高、动态响应快。
由于它大多数用在流动测量方面,国外习惯称它为激光多普勒风速仪(Laser Doppler Anemometer,LDA),或激光测速仪或激光流速仪(Laser Velocimetry,LV)的。
示踪粒子是利用运动微粒散射光的多普勒频移来获的速度信息的。
因此它实际上测的是微粒的运动速度,同流体的速度并不完全一样。
幸运的是,大多数的自然微粒(空气中的尘埃,自来水中的悬浮粒子)在流体中一般都能较好地跟随流动。
如果需要人工播种,微米量级的粒子可以同时兼顾到流动跟随性和LDV测量的要求。
图1 德国elovis激光多普勒测速仪2 激光多普勒测速仪组成(1)激光器(2)入射光学单元(3)频移系统(4)接受光学单元(5)数据处理器3 激光多普勒测速仪基本原理仪器发射一定频率的超声波,由于多普勒效应的存在,当被测物体移动时(不管是靠近你还是远离你)反射回来波的频率发生变化,回收的频率是(声速±物体移动速度)/波长,由于和波长都可以事先测出来(声速会随温度变化有所变化,不过可以依靠数学修正),只要将回收的频率经过频率-电压转换后,与原始数据进行比较和计算后,就可以推断出被测物体的运动速度。
图2 激光多普勒测速仪基本原理图4 激光多普勒测速仪特点和应用1)激光多普勒测量仪应用多普勒频差效应的原理,结构紧凑、重量轻、容易安装操作、容易对光调校;2)激光多普勒测量仪可以在恒温,恒湿,防震的计量室内检定量块,量杆,刻尺和坐标测量机等。
3)激光多普勒测量仪既可以对几十米甚至上百米的大量程进行精密测量,也可以对手表零件等的微小运动进行精密测量;既可以对几何量如长度、角度、直线度、平行度、平面度、垂直度等进行测量,也可以用于特殊场合,诸如半导体光刻技术的微定位和计算机存储器上记录槽间距的测量等等。
毕业设计-超声波多普勒效应测速仪的设计
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毕业设计-超声波多普勒效应测速仪的设计嘉应学院物理与光信息科技学院超声波多普勒效应测速仪一、题目分析本设计为本次实验设计大赛基础题,其设计的原理基于多普勒效应。
题目的任务为:设计与多普勒效应相关的实验,观测其物理现象,基于实验测量数据分析被测对象的物理过程(物理量)。
要求:(1)突出实验的物理原理;(2)体现作品的物理创新思想;(3)进行不确定度分析;(4)操作简易、可用于实验教学;(5)性价比高。
从题目命题来看,目的非常明确,就是设计一个实验使之能观测多普勒效应并能测定相关物理量。
实现这个基本点的基础上,要求体现作品的物理创新思想与实用性。
再者,实验装置成本低,性能好。
创新的一个基本认识是:通过创造或引入新的技术、知识、观念或创意创造出新的产品、服务、组织、制度等新事物并将其应用于社会,以实现其价值的过程。
价值包括其经济价值、社会价值、学术价值和艺术价值等。
这里要求设计能够体现物理创新思想,即意味着设计需要另辟蹊径,走一条新路子。
至少要避开实验室已有的传统的实验设计方案。
实用性明确:操作简易,可用于实验教学。
这就要求设计人性化,易于交互,原理明确,测量准确。
性价比指标则要求控制成本,在实现同样的功能前提下其成本更加低廉。
为此首先必须正确理解多普勒效应。
多普勒效应描述的是波源或观察者,或者两者同时相对于介质有相对运动时,观察者接收到的波的频率与波源的振动频率不同,即发生了频移。
由此可知,这一实验设计的基本任务必须立足几点:(1)波源选择。
多普勒效应是一切波动过程的共同特征,它适用的对象是波。
机械波与电磁波(光波)均可作为本次实验设计的分析对象。
水波、声波、光等都可以作为波源。
波源选择不同,其对应的检测方法不同,难度也不一样。
(2)设置合适的接收装置,便于观测和定量分析。
1 学生实践与科技创新中心嘉应学院物理与光信息科技学院(3)测量对象。
利用多普勒效应可以测量物体的运动速度、液体的黏度[1]等。
工程测量技术专业毕业设计论文:基于多普勒雷达的车辆速度测量与分析
![工程测量技术专业毕业设计论文:基于多普勒雷达的车辆速度测量与分析](https://img.taocdn.com/s3/m/b946a8ea85254b35eefdc8d376eeaeaad1f316d5.png)
工程测量技术专业毕业设计论文:基于多普勒雷达的车辆速度测量与分析的车辆速度测量与分析摘要随着交通流量的不断增长,对车辆速度的准确测量变得尤为重要。
传统的车辆速度测量方法存在一定的局限性,无法满足现代交通管理的需求。
基于多普勒雷达的车辆速度测量方法具有精度高、抗干扰能力强等优点,受到了广泛关注。
本文旨在研究基于多普勒雷达的车辆速度测量方法,分析其准确性和可靠性,为交通管理提供有效手段。
研究背景车辆速度是交通管理中的重要参数,准确测量车辆速度对于交通监控、交通安全和效率提升具有重要意义。
传统的车辆速度测量方法主要包括轮速传感器、视频监测等,但这些方法在准确性、可靠性和抗干扰能力方面存在一定局限性。
多普勒雷达作为一种先进的测量技术,具有精度高、抗干扰能力强等优点,适用于各种复杂交通场景。
研究意义基于多普勒雷达的车辆速度测量方法具有重要的理论和实践意义,具体表现在:1. 提高车辆速度测量的精度和可靠性,减少误判和漏判;2. 适应各种复杂交通场景,包括高速道路、城市道路、交叉口等;3. 为交通管理部门提供有效手段,实现交通流量的精确调控和交通安全预防。
研究目的本研究旨在实现以下目标:1. 设计并构建基于多普勒雷达的车辆速度测量系统;2. 探索适合于车辆速度测量的多普勒雷达技术和信号处理方法;3. 分析测量系统的准确性和可靠性,为实际应用提供参考依据。
研究方法本研究采用以下方法:1. 文献回顾:梳理和评价国内外相关研究,明确研究问题和假设;2. 系统设计:根据研究目标,设计基于多普勒雷达的车辆速度测量系统;3. 实验验证:通过实验验证系统的可行性和有效性,收集和分析车辆速度数据。
实验流程与关键技术实验流程如下:1. 选择实验场地,布置多普勒雷达设备;2. 进行车辆速度测量实验,收集原始数据;3. 对原始数据进行预处理,提取目标车辆的速度信息;4. 分析测量结果,评估测量系统的准确性和可靠性。
关键技术包括:1. 多普勒雷达设备选型与优化;2. 信号处理方法设计,包括目标车辆的识别、速度信息的提取等;3. 数据传输与处理技术,包括数据格式转换、速度信息整合等。
毕业设计基于多普勒效应的速度测量仪
![毕业设计基于多普勒效应的速度测量仪](https://img.taocdn.com/s3/m/f136ef2e7375a417866f8f06.png)
基于多普勒效应的速度测量仪摘要流场中有各种物理量,比如压力,密度,速度,其中以速度测量最为复杂。
传统的测量方法,如热线热膜流速计、压电探头、机械流速仪、电磁流速计等是接触式的,必须把探头插入流场,对流场有较大干扰,影响测量的真实性和可靠性,并且对于一些特殊的流场如高温烟气、喷燃火焰、腐蚀性流体等也不便于进行接触式测量。
而激光多普勒测速技术(LDV,Laser Doppler Velocimetry)是一种非接触式测量方法。
它以光的多普勒效应为理论基础,利用流体中的散射粒子对入射激光进行散射,并通过光电探测器探测散射光的频率变化,这种频率变化通常称为频移,根据其中包含的速度信息(粒子散射光的频移与粒子速度呈线性关系)得到流体的运动速度。
其动态响应快、空间分辨率高、测量范围大,在测量精度以及实时性上都具有突出的优点。
本文分析比较了现有的激光多普勒测速技术。
针对已有激光多普勒测速仪适用面窄,信号处理能力有限,稳定性和测量精度较差等缺点,提出了一种基于数字信号处理技术的激光多普勒测速仪设计方案。
本文详细介绍了多普勒信号的处理方法,给出了多普勒信号采集卡的硬件实现方案。
第一章叙述了研究该课题的目的和意义。
通过对现有激光多普勒测速技术的分析比较,证明了研制数字信号处理式激光多普勒测速仪的可行性和必要性。
第二章分析了激光多普勒测速仪的工作原理,对差动LDV模型进行了简要介绍,推导出激光多普勒信号的数学模型。
在参考现有LDV光路系统的基础上对传统的差动式LDV模型进行了改造,给出了一种新的光路系统设计方案:一维差动偏振式光路系统。
第三章详细介绍了数字信号处理式激光多普勒测速仪的设计方案。
其中包括基于TMS320C6713的多普勒信号采集卡硬件电路(前向通道、数据存储部分、主机通信部分)和软件设计(外扩EEPROM的在线编程、数据采集卡boot程序、数据采集卡驱动程序)。
第四章给出了多普勒信号处理的具体方法。
主要是以FFT变换为基础的周期图法和峰值逼近法。
多普勒效应测速技术教案
![多普勒效应测速技术教案](https://img.taocdn.com/s3/m/d6d0344fba68a98271fe910ef12d2af90242a823.png)
多普勒效应测速技术教案一、教学目标1.了解多普勒效应的原理及测速技术的基本原理。
2.掌握多普勒效应测速技术的应用。
3.能够运用多普勒效应测速技术测速。
二、教学内容1.多普勒效应的原理多普勒效应是指当发射源与接收源相对运动时,波的频率产生变化的现象。
这种现象可以用来测定物体的速度。
2.多普勒效应的应用通过多普勒效应,我们可以测定移动物体的速度,如汽车、船只等。
还可以用来探测星球的运动方向和速度等。
3.多普勒效应测速技术的基本原理多普勒效应测速技术是利用多普勒效应进行测速的技术。
在测速时,先从测速仪器向移动物体发出一束波纹,当波纹反弹回来时,波频将发生变化。
通过计算发射波与反弹波之间的频率差,我们就能够得出移动物体的速度。
4.多普勒效应测速技术的应用多普勒效应测速技术可以应用于自动车辆测速、飞机导航、船只防撞等领域中。
三、教学方法1.讲授教师通过讲解多普勒效应的原理及测速技术的基本原理,帮助学生理解多普勒效应测速技术的原理及应用。
2.实验演示通过实验演示,帮助学生更加深入地理解多普勒效应测速技术的原理及应用。
3.探究式学习让学生通过自己的实践探究多普勒效应测速技术的应用,提高学生的综合运用能力。
四、教学准备1.实验器材1)多功能测速仪2)微型计算机3)仪器连接线2. 教学资料1)多普勒效应相关教材2)多普勒效应测速技术相关理论知识资料五、教学步骤1.了解多普勒效应的原理及测速技术的基本原理。
2.学生通过观察实验,进一步理解多普勒效应测速技术的基本原理。
3.点亮多功能测速仪,并连接计算机和仪器。
4.学生在计算机上输入测量数据,并进行测速实验。
5.教师引导学生通过实验结果,分析多普勒效应测速技术的应用。
6.教师对学生进行总结和总结评价,并对学生所提出的问题进行解答。
六、学习提示1.学习前,可以通过图书馆或网络等途径,了解多普勒效应的基本知识。
2.在学习过程中,应注意将理论知识和实验操作紧密结合,加强动手实践训练。
多普勒效应测量物体运动速度的实验设计
![多普勒效应测量物体运动速度的实验设计](https://img.taocdn.com/s3/m/4b869a686c85ec3a86c2c519.png)
图 ) 运动物体的 560曲线图 很显然"数据图 像 表 明 物 体 在 水 平 方 向 上 做 简 谐 振 动" 拟 合结果显示"速度最大值为 %+)141;F8"振动周期 D$($%%;8" 振幅 '$%+$(31;$ "结论 本文介绍的%多普勒效应测量运动物体的未知速度& 实验 系统将前沿科研成果与传统物理实验相结合"开拓了学生的视 野$ 本实验系统结构简单"仪器智能化程度较高"可由学生自
关键词多普勒效应$设计性实验$测速 中图分类号"3)0&'55文献标识码?
55大学物理实验是对学生进行科学实验训练的重要基础通
过实验使学生学会查阅资料掌握较深的实验原理学会操作
较复杂和现代化仪器设备培养学生提出问题分析问题解决
问题的能力以及独立实验的能力 尤其是在研究创新性实验
内容第一理解利用多普勒效应测速原理第二实验装置的搭
建第三数据测量和拟合
#多普勒效应的测速原理
在无吸收各向同性均匀介质中如果波源和接收者均相
对介质静止则接收到的频率等于波源的发射频率 如果两者
或其中一者 相对介 质 运 动 则 接 收 频 率 与 发 射 频 率 不 再 相
等这就是著名的多普勒效应现象 为简单起见设波源 ` 接
收者 B都在两者的连线上运动设波源发出的频率为 /% 波在 介质中的传播速度为 4 波源 ` 相对介质的速度为 [` 接收者 B相对介质的速度为 [% [` [% 当接收者与波源相向运动为 正远离为负
当波源静止于介质中接收者以速度 [% 向着波源运动根 据速度合成法则此时接收者感到波以 4 "[% 速度通过自己 则接收者 $ 秒中收到的波数即接收频率为
基于多普勒效应的声速测量实验构建-声学论文-物理论文
![基于多普勒效应的声速测量实验构建-声学论文-物理论文](https://img.taocdn.com/s3/m/58cda3c6ee06eff9aef807f9.png)
基于多普勒效应的声速测量实验构建-声学论文-物理论文——文章均为WORD文档,下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要:利用多普勒效应来测量声速是大学物理中的一个重要的实验。
本文介绍了设计性实验超声多普勒效应测量声速, 利用多普勒效应综合实验仪, 设计出一套超声多普勒效应测量声速的实验装置, 并利用该实验装置测量声速。
关键词:超声多普勒效应; 声速; 设计性实验;Abstract:Using the doppler effect to measure the sound velocity is an important experiment in college physics.It introduces the design of experiments ultrasonic doppler effect measuring sound velocity, using the doppler effect experiment instrument, design a set of ultrasonic doppler effect measurement of sound velocity experiment device, and by using the experimental device measuring the speed of sound.Keyword:ultrasonic doppler effect; the sound velocity; design experiment;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。
多普勒测速课程设计
![多普勒测速课程设计](https://img.taocdn.com/s3/m/07ec75ec68dc5022aaea998fcc22bcd126ff4223.png)
多普勒测速课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生理解多普勒效应的基本概念,掌握多普勒效应的公式推导和应用。
2. 学生掌握利用多普勒测速技术测定物体速度的方法,并能够运用相关公式进行计算。
3. 学生了解多普勒测速技术在现实生活中的应用,如气象、交通、医学等领域。
技能目标:1. 学生能够运用多普勒效应原理,进行简单的实验设计和操作,提高实验技能。
2. 学生通过多普勒测速实验,培养观察能力、数据分析能力和解决问题的能力。
3. 学生能够运用多普勒测速技术解决实际问题,提高创新能力。
情感态度价值观目标:1. 学生通过多普勒测速的学习,培养对物理学的兴趣和热爱,增强学习动力。
2. 学生在学习过程中,培养合作意识、团队精神,提高沟通与交流能力。
3. 学生了解多普勒测速技术在我国科技发展中的重要作用,增强国家自豪感,树立正确的价值观。
本课程针对高年级学生,结合物理学知识,以多普勒测速技术为主题,旨在提高学生的理论知识和实践技能。
课程注重培养学生的观察能力、分析能力和创新能力,将理论知识与实际应用紧密结合,激发学生的学习兴趣,提高学生的综合素质。
通过本课程的学习,使学生能够掌握多普勒测速技术,为未来进一步学习和应用打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分:1. 多普勒效应的基本概念与原理- 多普勒效应的定义与描述- 多普勒效应的数学表达式- 多普勒效应的产生原因2. 多普勒测速技术及其应用- 多普勒测速原理- 多普勒雷达和激光测速仪的原理与构造- 多普勒测速技术在气象、交通、医学等领域的应用案例3. 实验操作与数据分析- 多普勒测速实验设计- 实验设备的使用与操作方法- 实验数据的收集、处理与分析4. 解决实际问题的能力培养- 结合实际案例,运用多普勒测速技术解决具体问题- 探讨多普勒测速技术在现实生活中的创新应用- 培养学生的观察能力、分析能力和创新能力教学内容按照以下进度安排:第一课时:多普勒效应的基本概念与原理第二课时:多普勒测速技术及其应用第三课时:实验操作与数据分析第四课时:解决实际问题的能力培养本章节教学内容依据课程目标,结合教材章节,科学系统地组织与安排,旨在帮助学生掌握多普勒测速技术的基本原理和实际应用,提高学生的实践能力和创新能力。
多普勒效应测量变速度实验装置的设计论文
![多普勒效应测量变速度实验装置的设计论文](https://img.taocdn.com/s3/m/3722cafa453610661ed9f4d0.png)
多普勒效应测量变速度实验装置的设计论文摘要:本文介绍了设计性实验“多普勒效应研究变速度运动”, 该实验要求学生理解多普勒效应测量速度的原理,利用多普勒效应及声速综合测试仪、智能控制系统实验仪器,设计出一套多普勒效应测量变速度的实验装置,并利用该实验装置测量简谐运动物体的速度。
关键词:多普勒效应;设计性实验;大学物理;大学物理实验作为培养学生创新能力的重要环节,应当为学生提供足够的条件,使学生获得富有探索和创造性的学习环境,使其在实验过程中充分发挥自身的主观能动性,积极主动地思考、分析问题。
尤其是在研究性创新性实验教学中,学生需要自己完成阅读文献资料、拟定实验方案、配置实验设备、制作仪器部件或搭建电子线路、测量实验数据、分析实验结果、完成实验报告等工作,这种注重培养学生科研能力的做法,有利于学生的开拓精神和创新能力的培养。
[1,2]为此,大学物理设计性实验中,应用多普勒效应及声速综合测试仪(DH-DPL)以及智能运动控制系统设计出一套简易的多普勒效应测量变速运动实验装置,开展多普勒效应相关的设计性实验,以培养学生独立设计物理实验的能力。
本实验要求学生自主完成三部分内容:一是理解多普勒效应测量物体运动速度的原理,二是完成实验系统的设计,三是测量变速运动物体的运动速度及分析。
1 多普勒效应测量物体运动速度实验原理波源和观察者相对传播波的介质静止时,观察者接收到的频率和波源发出的频率是相同的.。
当波源或观察者或两者都相对于介质运动时,观察者接收到的频率与波源发出的频率就不相同了,这种现象叫做多普勒效应。
[3,4,5]设波传播的速度为,波源以源相对于介质向观察者运动(远离速度取负值) , 观察者以观相对于介质向波源运动(远离速度取负值) , 则接收频率为如果观察者与波源的运动方向不在两者连线上,只要将速度沿连线上分量代入(1)式即可。
2 实验系统的设计本实验装置由多普勒效应及声速综合测试仪、智能控制系统、运动导轨、超声换能器、小车等组成。
激光多普勒测速系统设计毕业设计[管理资料]
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1 绪论自上世纪60年代末,激光多普勒测速(Laser Dopper velocimeter,LDV)技术末出现以来,已经成为现代化生产必不可少的检测手段[1],伴随着近现代激光技术的不断发展,特别是因其所具有的非接触测量[2],高分辨率,动态响应快以及高测量精度等优点,使激光多普勒测速系统被应用于科研和工业领域。
目前,在科研领域,激光多普勒技术已广泛的应用到流体力学、空气动力学、燃烧学、生物学、航空、航天、机械和医学,工业生产等领域的速度测量和其他有关测量也有其成功运用的范例。
激光测速技术发展至今已有40年历史。
1842年奥地利科学家Doppler,Christian Johann首次发现,任何形式的波传播,由于波源,接收器,传播介质或散射体的运动,会使频率发生变化,即产生多普勒频移。
早在1905年爱因斯坦就证明了在光波中也存在多普勒效应。
和[3],激光多普勒测速技术获得飞速的发展。
起初的光学装置比较简单,光学性能和效率不高,调准不方便;信号处理方面大多采用频谱分析仪[4],这样就不能得到瞬时速度。
随着光学系统和信号处理器方面的发展,首先是集成光学单元的出现,使光路结构大为紧凑,调准也方便多了,因而有可能发展更加复杂和高效率的光学系统,光束扩展、空间滤波、偏振分离、光学频移等现代技术相继应用到激光测速仪中,并成为系列化产品不可缺少的一部分。
其发展大体可分为三个阶段:上世纪七十年代前后,是激光测速发展的初期。
这个时期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。
各种外差检测模式都在被采用和实验当中,频移技术虽然已经出现,但由于器件的效率不高和增加了光学系统的复杂性,难以得到推广。
从八十年代开始,激光多普勒测速应用得到迅速发展,有关流动研究的论文急剧增加,这一时期明显的标志是1982年首次在里斯本召开的“激光技术在流体力学中的应用国际讨论会”,该国际会议每两年召开一次。
激光多普勒效应实验仪的设计
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2第00112
年 卷
第
2 1
月 期
指挥技术学院学报 Jou rna l of In stitu te of Comm and and T echno logy
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
92
指 挥 技 术 学 院 学 报 2001 年
n 条线的距离ON 可写为 x = ON = nd + x 0- V t, 其中 x 0 是常数。这样, 经过N 点在OA 和 OB 之 间的光程长是 l= x (co s Η1+ co s Η2) , 因此得到的 多普勒频移为[2 ]
光波的光程差必须是波长的整数倍, 也就是 d (co s Η1+ co s Η2) = m Κ, 其中m 是衍射级。因此, 由 (2) 式得:
∃ Μ=
mV d
(3)
也就是说, 频移是等于对给定点每秒扫过的
线数与衍射级数的乘积。 而负的衍射级当然得到
的是符号相反的频移。
若把光栅做在圆盘上, 光栅线可以连续扫过 入射光, 衍射光连续移动, 如图 3 所示。
76
5
43
2
路放大, 由信号处理电路滤除噪声与干扰后, 驱动 音箱发声, 或者接入示波器观察信号波形。
可见, 信号源信号频率高, 光栅运动速度大, 多普勒频移量亦大, 听到的音调也高, 如外接示波 器, 则看到的波形就密。
超声多普勒测速仪设计报告
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超声多普勒测速仪设计报告引言超声多普勒测速仪是一种用于测量物体运动速度的仪器。
它基于超声波的特性,通过发送连续的超声波信号,并接收回波信号来计算物体的运动速度。
本设计报告将介绍超声多普勒测速仪的设计原理、硬件电路和软件算法,并讨论其应用领域和优势。
设计原理超声多普勒测速仪的设计原理基于多普勒效应。
多普勒效应是指当波源和接收器相对于运动介质或物体运动时,波的频率会发生变化。
在超声多普勒测速仪中,超声波在发送时与物体相互作用,产生反射回波。
通过检测回波的频率变化,可以计算出物体的运动速度。
硬件电路设计超声多普勒测速仪的硬件电路由以下组成部分构成:1. 超声发射器:负责产生频率可调的超声波信号,并将其发送至待测物体。
2. 超声接收器:负责接收物体反射回的超声波信号,并将其转换为电信号。
3. 微控制器:用于控制超声发射器和接收器的工作,并处理接收到的电信号。
4. 显示屏:用于显示测得的速度结果。
5. 电源模块:提供所需的电源电压和电流。
硬件电路的设计原则是保证超声波信号的发送和接收质量,以及稳定可靠的工作环境。
软件算法设计超声多普勒测速仪的软件算法主要包括以下步骤:1. 初始化设置:包括调节超声发射器的频率和接收器的增益,以适应不同类型的测量物体。
2. 发送超声波信号:通过控制超声发射器发送连续的超声波信号。
3. 接收回波信号:接收器接收到物体反射回的超声波信号,并将其转换为电信号。
4. 计算回波频率:通过分析接收到的回波信号的频率变化,计算出物体的运动速度。
5. 显示结果:将测得的速度结果显示在相关的显示屏上。
软件算法的设计目标是提高测量的精度和速度,并考虑到各种干扰因素,如噪声和信号衰减。
应用领域和优势超声多普勒测速仪在许多领域都有广泛的应用,包括但不限于以下几个方面:1. 汽车行业:用于测量车辆的速度和加速度,以帮助驾驶员控制车辆,提高行车安全性。
2. 医疗领域:用于测量血液流速,诊断心血管疾病和血管狭窄等病症。
超声多普勒测速实验报告
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一、实验目的1. 理解并验证超声多普勒测速原理。
2. 掌握超声多普勒测速仪的使用方法。
3. 通过实验测量物体的运动速度,并分析实验结果。
二、实验原理多普勒效应是指当声源和观察者之间存在相对运动时,观察者接收到的声波频率会发生变化。
在超声多普勒测速实验中,利用这一原理来测量物体的运动速度。
实验中,超声波发射器向被测物体发射一定频率的超声波,当超声波遇到物体时,部分超声波被反射回来。
由于物体在运动,反射回来的超声波频率会发生变化,这种变化称为多普勒频移。
通过测量多普勒频移,可以计算出物体的运动速度。
三、实验仪器与材料1. 超声多普勒测速仪2. 被测物体(如小车、转盘等)3. 超声波发射器4. 接收器5. 数据采集器6. 计算机7. 信号线四、实验步骤1. 将超声波发射器、接收器和数据采集器按照实验要求连接好。
2. 将被测物体放置在实验平台上,并确保其能够稳定运动。
3. 打开超声多普勒测速仪,设置好测量参数,如超声波频率、采样频率等。
4. 启动被测物体,使其开始运动。
5. 超声多普勒测速仪会自动采集发射和接收到的超声波信号,并计算出多普勒频移。
6. 将采集到的数据传输到计算机上,进行进一步分析。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示,被测物体的运动速度与多普勒频移之间存在线性关系。
2. 通过实验数据,可以计算出物体的运动速度,并与理论值进行比较。
3. 实验结果表明,超声多普勒测速原理在实际应用中具有较高的准确性和可靠性。
六、实验总结1. 超声多普勒测速实验验证了多普勒效应原理在实际测量中的应用。
2. 通过实验,掌握了超声多普勒测速仪的使用方法,并了解了其测量原理。
3. 实验结果表明,超声多普勒测速技术在测量物体运动速度方面具有较高的准确性和可靠性。
七、实验拓展1. 研究不同超声波频率对测速精度的影响。
2. 探讨超声多普勒测速技术在其他领域的应用,如医学、交通等。
八、注意事项1. 实验过程中,注意保持超声波发射器和接收器之间的距离稳定,避免影响测量结果。
多普勒效应测速实验仪的开发
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可见 f ′ > f 。当 u < 0 时 ,上式仍适用 ,但 f ′ <f。
1. 3 波源和观察者都运动
这时 u ≠ 0 。v ≠ 0 只要把式 ( 1) , ( 2) 结合起来 , 即 可得波源和观察者都运动时观察者接收到的频率 :
f ′= V + v ( ) λ - uT = V + v V 1 + v V
动反射体 ( 小车挡板) 的运动速度远小于介质声速的情 况下 , ( 4) 可以简化为 : 2 vt ( 5) fD = f
V
λ1- u
V V
=
2 实验系统
多普勒效应实验装置主要由机械部分、 前端传感 器 ,模拟放大电路 ,AΠ D 子系统和 PC 机子系统组成 ,如 图 1 所示 。系统各部分相互协作 ,完成信号的采集 、 放 大、 模数转换及数字信号处理 。
vt , u = vt ,由式 ( 3) 可得 : f ′= V + vt V - vt
图1 多普勒效应实验系统
2. 1 机械部分及前端传感器
实验仪的机械部分由导轨 、 轨道小车 、 启动区 、 停 止区四部分构成 ( 见图 2) 。为使小车获得稳定可调的 初速度 ,采用了同步带 反用的方法 , 齿形面在外 , 由 直流电动机牵引主动轮 ,可将小车以不同速度 “抛” 出。 小车车身底部加工为与同步带齿形相同的齿槽 , 与同 步带啮合 ,由于啮合面间的法线夹角小于摩擦角 ,故小 车可被稳妥加速 。在停止区 , 弹簧卡子使小车减速并 卡死 ,以防小车脱轨发生意外 。 前端传感器主要由两个超声换能器即发射换能器 [3 ] 和接收换能器组成 。安装时要特别注意保持发射器 和接收器的轴线以及小车反射面的法线相互平行 , 以 便获得较高的信噪比和较远的测试距离 。 2. 2 模拟放大电路及数据采集系统 [4 ] 接收换能器接收的信号先经 T 型反相放大网络 进行放大 ,然后再进行反相比例放大 。在后一级的反 相比例放大单元电路里 , 放大倍数可以通过可调电阻 进行调节 。由于接收换能器是压电器件 , 输出阻抗很 高 ,而 T 型反相放大网络有较高的输入电阻 ,较好的频
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基于多普勒效应的速度测量仪摘要流场中有各种物理量,比如压力,密度,速度,其中以速度测量最为复杂。
传统的测量方法,如热线热膜流速计、压电探头、机械流速仪、电磁流速计等是接触式的,必须把探头插入流场,对流场有较大干扰,影响测量的真实性和可靠性,并且对于一些特殊的流场如高温烟气、喷燃火焰、腐蚀性流体等也不便于进行接触式测量。
而激光多普勒测速技术(LDV,Laser Doppler Velocimetry)是一种非接触式测量方法。
它以光的多普勒效应为理论基础,利用流体中的散射粒子对入射激光进行散射,并通过光电探测器探测散射光的频率变化,这种频率变化通常称为频移,根据其中包含的速度信息(粒子散射光的频移与粒子速度呈线性关系)得到流体的运动速度。
其动态响应快、空间分辨率高、测量范围大,在测量精度以及实时性上都具有突出的优点。
本文分析比较了现有的激光多普勒测速技术。
针对已有激光多普勒测速仪适用面窄,信号处理能力有限,稳定性和测量精度较差等缺点,提出了一种基于数字信号处理技术的激光多普勒测速仪设计方案。
本文详细介绍了多普勒信号的处理方法,给出了多普勒信号采集卡的硬件实现方案。
第一章叙述了研究该课题的目的和意义。
通过对现有激光多普勒测速技术的分析比较,证明了研制数字信号处理式激光多普勒测速仪的可行性和必要性。
第二章分析了激光多普勒测速仪的工作原理,对差动LDV模型进行了简要介绍,推导出激光多普勒信号的数学模型。
在参考现有LDV光路系统的基础上对传统的差动式LDV模型进行了改造,给出了一种新的光路系统设计方案:一维差动偏振式光路系统。
第三章详细介绍了数字信号处理式激光多普勒测速仪的设计方案。
其中包括基于TMS320C6713的多普勒信号采集卡硬件电路(前向通道、数据存储部分、主机通信部分)和软件设计(外扩EEPROM的在线编程、数据采集卡boot程序、数据采集卡驱动程序)。
第四章给出了多普勒信号处理的具体方法。
主要是以FFT变换为基础的周期图法和峰值逼近法。
第五章对全文进行总结,给出了多普勒信号处理的改进措施。
关键词:多普勒效应,激光多普勒测速(LDV),数字信号处理,TMS320C6713,FFT,峰值逼近The Speed Measuring Instrument Based on Doppler EffectABSTRACTThere are various physical quantities in the flow field, such as pressure, density, velocity, of which the most complex velocity measurement.Traditional measurement methods, such as HWFA, piezoelectric sensor, mechanical flow meter, electromagnetic flow meter, is the contact, and must probe into the flow field, flow field have a greater interference of the true measurement And reliability, and for some special fields such as high temperature gas flow, burner flame, corrosive fluids are not convenient for contact measurement. The laser Doppler velocimetry (LDV, Laser Doppler Velocimetry) is a non-contact measurement method. It is the Doppler effect of light based on the theory, the use of scattering particles in the fluid in the scattering of incident laser and scattered light through the photoelectric detector of the frequency change, this frequency is often referred to as frequency shift, according to which contains Speed information (light scattering frequency shift and a linear relationship between particle velocity) are the fluid velocity. The fast dynamic response, high spatial resolution and wide measurement range, measurement accuracy and in real time, both have outstanding advantages.This article analyzes and compares existing variety of LDV technology. According to existing LDV’s deficiencies such as limited signals processing ability,poor adaptability and low precision,a new design scheme of the LDV based on digital signais processing is inctroduced in the artiele.The first chapter describes the study purpose and significance of the subject. By laser Doppler velocimetry of the existing analysis and comparison, show the development of digital signal processing laser Doppler velocimetry of the feasibility and necessity.Chapter II of the laser Doppler velocimetry of the working principle of differential LDV model is introduced to derive the mathematical model of laser Doppler signal. In reference to the existing LDV optical system based on the traditional differential LDV model was modified, given a new design of optical systems: one-dimensional differential polarization type optical system.Chapters III detail the digital signal processing laser Doppler velocimetry of the design. Including the TMS320C6713-based Doppler signal acquisition card hardware circuit (prior to the passage, data storage part of the host communication part) and software design (EEPROMforeign expansion of online programming, data acquisition card boot process, data acquisition card drivers.)Chapter IV gives the specific method of Doppler signal processing, mainly based on FFT, period gram-based method and the peak approximation.Chapter V summarizes the full text, given the Doppler signal processing improvement.Keywords: Doppler Effect, Laser Doppler velocimetry (LDV) ,digital signal processing, TMS320C6713,FFT,peak approximation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 本课题的研究意义 (1)1.2 现有LDV的原理和性能比较 (2)1.3 本文的主要内容 (4)2 激光多普勒测速仪测量原理 (5)2.1 LDV测速原理的实现 (5)2.1.1 光的多普勒效应 (5)2.1.2 差动式LDV (7)2.2 多普勒信号的条纹模型 (8)2.3 差动LDV技术的改进 (10)2.3.1 方向的鉴别 (10)2.3.2 消除基座信号 (11)2.4 多普勒信号的特点 (14)2.5 课题所采用的光路系统 (15)3 基于DSP芯片的激光多普勒测速仪设计 (18)3.1 整体硬件结构框图 (18)3.2 中央处理单元 (19)3.3 前向通道 (21)3.3.1 前向通道简介 (21)3.3.2 前置放大器 (22)3.3.3 低通滤波器 (24)3.3.4 AD转换器 (25)3.4 数据存储部分 (29)3.4.1 TMS320C6713EMIF简介 (29)3.4.2 FLASH接口 (31)3.4.3 SDRAM接口 (32)3.5 主机通信部分 (33)3.5.1 TMS320C6713HPI简介 (33)3.5.2 PCI总线简介 (35)3.5.3 PCI9052简介 (37)3.5.4 硬件连接 (39)3.6 FLASH在线编程 (41)3.6.1 FLASH的在线编程方案 (41)3.6.2 COFF文件转换工具 (42)3.6.3 FLASH在线编程的实现 (43)3.7 TMS320C6713的boot程序 (44)3.8 信号采集卡驱动程序 (46)3.8.1 VxD简介 (46)3.8.2 WinDiver简介 (48)3.8.3 PCI总线驱动程序 (49)4 多普勒信号的处理 (52)4.1 多普勒信号处理 (52)4.1.1 信号处理方法的选择 (52)4.1.2 周期图法及其改进措施 (52)4.1.3 周期图法的实现 (54)4.2 多普勒信号频率的逼近 (59)5 总结与展望 (61)致谢 (63)参考文献 (64)基于多普勒效应的速度测量仪 11 绪论1.1 本课题的研究意义流场测试是测量流场中每一点的物理量及其随时间的变化。