超聲波多普勒效應測速儀的設計-文庫吧
2024-12-29 19:04 本頁面
【正文】 “節(jié)能減排”和“節(jié)約水資源”的主流相違背。而如果選擇光為對象，我們的理解是其投入的成本明顯增加，難度也加大。通過分析完成實驗設計的功能框圖，如圖1所示。圖1a 超聲多普勒實驗系統(tǒng)框圖圖1b 實驗系統(tǒng)示意圖圖1 超聲波多普勒效應測速原理圖實驗原理根據(jù)多普勒效應，以介質(zhì)為參考系，并假設波源和觀察者之間的運動在兩者的連線上，則有下面規(guī)律：式中，v0__聲速；vs__波源相對于介質(zhì)的速度；vb__觀察者相對于介質(zhì)的速度。當觀察者與波源相向運動時，取正；當二者相背運動時，取負。根據(jù)原理，直接確定測量的物理量：頻率。實驗裝置靜止時測量信號源的頻率f0；當聲源運動時測得的頻率f 。當波源與觀察者都相對與介質(zhì)靜止時，測得的頻率即為波源的振動頻率。其次采用物理學中所用“由靜及動”思想以及變量控制法，將波源和觀察者設定為其中一個運動，而另一個處于靜止，以控制測量的誤差因素，提高測量的準確度與精度。在此，采用發(fā)射裝置動，測量裝置靜止的方法進行測量。于是有，……（2）又已知聲速與溫度的關系式為：……(3) ，可由測出實驗時的環(huán)境溫度以對測試數(shù)據(jù)進行修正。本設計只需測量兩種工作狀態(tài)下的頻率即可完成測量任務。操作簡單，數(shù)據(jù)測量快捷、準確。方案的組成超聲波多普勒實驗設計方案主要由超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、信號調(diào)理模塊、單片機控制系統(tǒng)和顯示輸出模塊等構成?？紤]到操作的便捷性，引入測量啟動控制。具體系統(tǒng)框圖如圖2所示。圖2超聲多普勒實驗系統(tǒng)框圖利用超聲波設計多普勒效應實驗裝置，根據(jù)實驗原理將測量對象設定為超聲波的頻率。通過頻率的測量來觀測其頻移現(xiàn)象，同時定量計算出待測物體的運動速度。在以往的多普勒實驗中，也有采用超聲波作為波源，但其測量儀器則相對昂貴，如基于數(shù)字存儲示波器的超聲多普勒效應實驗系統(tǒng)，需要采用數(shù)字示波器、信號源、控制源等。屬常規(guī)實驗測量手段與方法。隨著技術的進步和學習內(nèi)容的更新，微機原理和接口技術等課程進入課堂，可以對傳統(tǒng)實驗進行創(chuàng)新。本設計完全基于大學所學電子技術與單片機等內(nèi)容展開。相較之下，該設計可實現(xiàn)測控系統(tǒng)小巧精悍的特點，且價格低廉。需要一個信號發(fā)生器并提供足夠能力驅(qū)動超聲發(fā)射器電路即可。根據(jù)模擬電路與數(shù)字電路所學，實現(xiàn)方案比較豐富，不存在理論與技術上的難度，簡單列表如下。方案一：對稱式/非對稱式多諧振蕩器；方案二：由施密特觸發(fā)器構成多諧振蕩器；方案三：利用晶振構成振蕩電路；方案四：利用555定時器構成多諧振蕩器。如圖3所示為一種由晶振構成的多諧振蕩器發(fā)射電路。圖3 超聲波發(fā)射電路方案一考慮到555定時器的應用極其廣泛，購買元器件也非常方便。同時為增強電路可調(diào)性，經(jīng)過論證選擇用555定時器作為超聲發(fā)射的核心器件。為增強發(fā)射信號的強度，采用推挽輸出。具體設計見硬件電路部分。主要完成信號的放大和整型，以完成其與單片機的對接。調(diào)理后的信號處理方案有多種選擇。一是將單片機的定時器T1/T0分別作為定時器與外部脈沖計數(shù)輸入，通過軟件的方法完成頻率的測量與分析；另一種采用分頻器與計數(shù)器相結合的方法實現(xiàn)頻率計數(shù)，計數(shù)結果交由單片機處理。兩者
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