超聲波多普勒效應(yīng)測速儀的設(shè)計-資料下載頁
2025-06-04 18:01本頁面
【正文】 ： （ 1） 調(diào)節(jié)好發(fā)射頭與接收頭的位置，使中心線始終保持在同一直線上 。 （ 2） 打開頻率計及超聲波發(fā)射器開關(guān)。 （ 3）保持小車靜止，按一次 一鍵測定按鈕。 （ 4）讀取 100ms 內(nèi)的脈沖數(shù)。 （ 5）計算信號源頻率。 模式 2 的操作過程： （ 1） 調(diào)節(jié)好發(fā)射頭與接收頭的位置，使中心線始終保持在同一直線上 。 （ 2）打開頻率計及超聲波發(fā)射器開關(guān)。 （ 3） 準(zhǔn)備好后，釋放砝碼，測試開始，儀器自動記錄小車通過時間 t 及 該時間內(nèi)接收到的脈沖個數(shù)。 （ 4） 重復(fù)步驟（ 3）， 測量 5 次 ，將實驗結(jié)果計入表 1 中。 （ 5） 計算不確定度，分析誤差來源。 注意事項 ： ? 小車速度不能太快，防止脫軌，損壞儀器。 ? 注意用電安全。本裝置測試系統(tǒng)采用自制直流穩(wěn)壓電源，發(fā)射裝置則選用電池供電。對于 發(fā)射裝置，需要檢查電池能量是否充沛。 ? 發(fā)射器與接收器務(wù)必要對準(zhǔn)，否則引入誤差會較大。 嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院 15 學(xué)生實踐與科技創(chuàng)新中心 ? 小車通過砝碼牽引，如果裝置沒有進(jìn)行平衡摩擦力處理，實際上為勻加速直線運(yùn)動，而數(shù)據(jù)處理時卻近似為勻速直線運(yùn)動。因而為保證測量的準(zhǔn)確性與瞬時性，光電門間的距離不宜設(shè)置得太遠(yuǎn)。 測試結(jié)果 表 2 兩光電門之間的距離 測量次數(shù) 1 2 3 4 5 長度 cm 平均距離 cm 表 3 超聲波聲源頻率 測量次數(shù) 1 2 3 4 5 6 頻率 Hz 38970 38970 38980 38980 39000 38990 平均值 Hz 表 4 聲源遠(yuǎn)離時測得數(shù)據(jù)與分析結(jié)果 時間 ms 302 296 305 298 306 311 308 脈沖數(shù) 11745 11520 11868 11590 11872 12106 11984 計算速度 m/s 平均速度 A 類不確定度 = B 類不確定度 = 合成不確定度 = 速度 =177。 表 5 根據(jù)距離－時間測量結(jié)果 （距離 ） 時間 ms 302 296 305 298 306 311 308 計算速度 m/s 平均速度 不確定度 = 速度 =177。 通過上述數(shù)據(jù)對比分析，可知該裝置的測量精度較高 。 嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院 16 學(xué)生實踐與科技創(chuàng)新中心 實物圖 整個實驗裝置簡單、輕便，完全能勝任實驗教學(xué)。 六、 結(jié)論 經(jīng) 實驗驗證 ， 本 多普勒超聲波效應(yīng)測速儀 能夠準(zhǔn)確的完成 超聲波頻率的 測量并 驗證了多普勒效應(yīng) 。 通過簡易計算 即可 可算出小車速度，實現(xiàn)了定量實驗。 由于實驗裝置 以 單片機(jī)為控制核心， 只需對程序作一定修改即可 很方便的改進(jìn)以滿足多種運(yùn)動狀態(tài)的物理量測量 ， 增強(qiáng)了其可操作性與擴(kuò)展性。 整套實驗設(shè)備簡易，輕巧， 設(shè)備制作成本低廉，性價比較高，值得在課堂教學(xué)和實驗教學(xué)中進(jìn)行推廣。 嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院 17 學(xué)生實踐與科技創(chuàng)新中心 參考文獻(xiàn) [1] 李光仲 ， 劉俊英 ， 閆 鵬 等， 基于數(shù)字存儲示波器的超聲多普勒效應(yīng)實驗系統(tǒng)的研究與應(yīng)用 [J]. 大學(xué)物理 . 2021, Vol. 28(12),P3335. [2] 郭天祥 . 新概念 51 單片機(jī) C 語言教程－入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M]. 北京：電子工業(yè)出版社， [3] 童詩白，華英成 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版） [M]. 北京：高等教育出版社， [4] 孫存英 ,俞嘉隆 ,喬衛(wèi)平 . 超聲波探測技術(shù)原理實驗 [J]. 大學(xué)物理實驗 . 2021， ： P13. [5] 李光仲 ,劉俊英 . 基于模擬乘法器的超聲多普勒黏度測量實驗系統(tǒng) [J]. 物理實驗 . 2021， ： P47
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