超声波测速的原理

超声波测速的原理 , 1、如图1所示的是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度.图2中P、P是测速仪发出的超声波信号，n、n是P、P由汽车反射回来的信号.设测速仪121212 匀速扫描，P、P之间的时间间隔Δt=1.0s，超声波在空气中传播的速度是v=340m/s.若汽车是匀速行驶的，则根据图2求: 12 (1)汽车在接收到P、P两个信号之间的时间内前进的距离; 12 (2)汽车的速度. 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 1、见 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 【 试题 中考模拟试题doc幼小衔接 数学试题 下载云南高中历年会考数学试题下载N4真题下载党史题库下载 分析】 【解析】从题中的图2可以看出，发出超声波信号P到接收到反射信号n的时间为:t=12×s=0.4s，此时汽车离测速距离为x=1111vt=68m;同样可求得信号P到接收到反射信号n的时间为: t=9×s=0.3s，x=vt=51m，所以汽车接收到P、P两个信12222212号之间的时间内前进的距离为 Δx=x-x=17m 112 设汽车运行17m的时间为t，也就是汽车接收到P与P两个信号之间的时间间隔，图2可知为t=Δt-t+t=0.95s，所以汽车1212行驶速度v==17.9m/s. 超声波测速 超声波测速 适合作流动物质中含有较多杂质的流体的流速测量，超声多普勒法只是其中一种 ，还有频差法和时差法等等。 时差法测量沿流体流动的正反两个不同方向发射的超声播到达接收端的时差。需要突出解决的难题是这种情况下，由于声速参加运算(作为分母，公式不好写，我积分不够没法贴图)，而声速收温度的影响变化较大，所以不适合用在工业环境下等温度变化范围大的地方。 频差法是时差法的改进，可以把分母上的声速转换到分子上，然后在求差过程中约掉，这就可以避开声速随温度变化的影响，但测频由于存在正负1误差，对于精度高的地方，需要高速计数器。 还有就是回鸣法了，可以有效改进由于计数器正负1误差带来的测量误差。 以上这些东东都是关于流体的流速的超声测量方法。对于移动物体的速度测量多采用超声多谱勒法。 根据声学多普勒效应，当向移动物体发射频率为F的连续超声波时，被移动物体反射的超声波频率为f，f与F服从多普勒关系。如果超声发射方向和移动物体的夹角已知，就可以通过多普勒关系的v,f,F,c表达式得出物体移动速度v。 设超声波速度为V两次发出超声波的时间间隔为T第一次用时为T1第二次为T2则车速为V1=V×(T2-T1)/T(以上数据均可测出) 超声波测速仪测量车速，图B中P1、P2是测速仪发出的超声波信号，n1，n2... 如图所示，图A是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差测出被测物体的速度。图B中P1、P2是测速仪发出的超声波信号，N1、N2分别是P1、P2由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描， P1、P2 之间的时间间隔为1s ，超声波在空气中传播的速度是340m/s。若汽车是匀速行驶的，则根据图B可知，汽车在接收到N1、N2两 个信号的时间内前进的距离是()m，汽车的速度是()m/s.(写出过程，在线答题) 测速仪匀速扫描，p1、p2之间的时间间隔?t,1.0s，由图B可知p1、p2间有30小格，故每一格对应的时间间隔 t0, , s，p1、n1间有12小格，说明p1、n1之间的 时间隔t1,12 t0,12× s,0.4s. 同理，可求得p2、n2之间的时间间隔 =0.3s因此汽车接受到p1、p2信号时离测速仪的距离分别为:s1,υ• ，s2,υ• .汽车在此段时间内前进的距离为s,s1,s2,υ• ,υ• , (t1,t2), ×(0.4s,0.3s)=17m汽车接收到p1、p2两个信号的时刻应分别对应于图1(B)，p1 n1的中点和p2 n2的中点，其间有28.5小格，即汽车接收到p1、p2两个信号的时间间隔为t,28.5t0,28.5× s,0.95s，所以，汽车的速度为υ车, , ?17.9m/s. 某地用超声波测速仪测车的形式速度。 某次检测时，第一次发出至收到超声波信号用时0.4秒，第二次发出至收到超声波信号用时0.3秒，两次信号发出的时间间隔是1秒，则被测汽车速度是多大,(假设超声波的速度为340米/秒，且保持不变) 设第一次发射到接受所需的时间为t1 t1=0.4s 则汽车第一次接受到超声波时测速仪距离汽车的距离为s1 s1= ×340=68m 第二次发射到接受所需的时间为t2 t2=0.3s 汽车第二次接受到超声波时测速仪距离汽车的距离为s2 S2= ×340=51m 则两次汽车接受到超声波时相互之间的距离为 S1- S2=68m-51m=17m 两次汽车接受到超声波时的时间间隔为t t=1.0s-0.2s+0.15s=0.95s 所以汽车的速度为v V= =17.9m/s 超声波测速 适合作流动物质中含有较多杂质的流体的流速测量，超声多普勒法只是其中一种 ，还有频差法和时差法等等。 时差法测量沿流体流动的正反两个不同方向发射的超声播到达接收端的时差。需要突出解决的难题是这种情况下，由于声速参加运算(作为分母，公式不好写，我积分不够没法贴图)，而声速收温度的影响变化较大，所以不适合用在工业环境下等温度变化范围大的地方。 频差法是时差法的改进，可以把分母上的声速转换到分子上，然后在求差过程中约掉，这就可以避开声速随温度变化的影响，但测频由于存在正负1误差，对于精度高的地方，需要高速计数器。 还有就是回鸣法了，可以有效改进由于计数器正负1误差带来的测量误差。 以上这些都是关于流体的流速的超声测量方法。对于移动物体的速度测量多采用超声多谱勒法。 根据声学多普勒效应，当向移动物体发射频率为F的连续超声波时，被移动物体反射的超声波频率为f，f与F服从多普勒关系。如果超声发射方向和移动物体的夹角已知，就可以通过多普勒关系的v,f,F,c表达式得出物体移动速度v。 计时与测速问题分类赏析 一、以传统实验为原型的计时与测速 以打点计时器为原型是利用这些装置的等时性，不断推陈出新，旨在考查基础知识及基本原理的灵活应用。 1(【原型】打点记时器问题 例1 ,2004 上海,用打点计时器研究物体的自由落体运动得到如图1所示一段纸带～测得～ 。已知交流电频率为则打B点时的瞬时速度为________～如果实验测得的重力加速度的值比真实值偏小～可能的原因是________。 解析 由匀变速直线运动的规律，中间时刻的速度等于一段时间的平均速度，所以 ，不考虑自由落体运动物体所受空气阻力，则得 ，若考虑空气阻力，则，阻力做负功，可见加速度变小的原因可能是没有考虑空气阻力。 点评:本题较为传统，其难点是误差分析。例2、例3均属于本题迁移得到的。 2(【迁移一】单摆与振子测速 例2 如图2所示～有一块涂有碳黑的玻璃板质量为～在拉力的作用下在竖直向上做匀变速直线运动～一个装有指针的振动频率为的电动音叉～在玻璃板上画出如图所示的曲线～量得～～ ～则外力F的大小是多少, 解析 由电动音叉振动的等时性可以记录时间可知，、、所经历的时间均为，图中又读出了，，， 即连续相等时间间隔的位移差为。 由，所以。 对玻璃板，所以。 点评:本题中电动音叉的画痕充当了打点计时器的角色。 3(【迁移二】频闪照片问题 例3 有一摆长为的单摆～悬点正下方有一小钉～在摆球经过平衡位置时～摆线的上部将被小钉挡住～使摆长发生变化～现使摆球做小幅摆动～摆球从右边最高点至左边最高点运动过程的频闪照片如图3所示,悬点和小钉未被摄入,～为摆动中的最低点～由此可知小球与悬点的距离为, , A( B( C( D(无法确定 解析 由题意知，，则，故选C。 点评:本题利用频闪照片连续两次照相的等时性计时，利用频闪照片计时和测速，原理和方法与打点计时器是等效的。 二、以STS(科学、技术、社会)背景的计时与测速 超声波、激光传感器、光电脉冲均是新生事物，但这些问题都从生活中来，到实践中去面对新生事物要做到剥去高科技外衣，找到知识点内涵，真正做到抽丝剥茧，他问他的，你答你的的境界。 4(【创新一】超声波测速仪 例4 (2001年 高考 地理事物空间分布特征语文高考下定义高考日语答题卡模板高考688高频词汇高考文言文120个实词 上海)图4是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度。图5中、是测速仪发出的超声波 信号，、是、由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，、之间的时间间隔，超声波在空气中传播的速度是，若汽车是匀速行驶的，则根据图5可知，汽车在接收到、两个信号之间的时间内前进的距离是_________，汽车的速度是________ 。 解析 设、、、对应的时刻分别为、、、，的中间时刻(汽车与超声波第一次相遇的时刻)为，的中间时刻(汽车与超声波第二次相遇的时刻)为。从题目所给条件得，标尺上每小格表示的时间为。则有 超声波第一次的与汽车相遇的位移为。 超声波第二次的与汽车相遇的位移为。 汽车的位移为，汽车的运动时间为。 汽车的速度为，从标尺上读出数据代入得。 点评:解决本题的关键是搞清汽车与超声波两次相遇的时刻，找时间关系，从超声波的运动过程反映汽车的位移关系。 5(【创新二】光电脉冲测速 例5 ,2002年高考 上海,如图6所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置的示意图～,为光源～,为光电接收器～,、,均固定在车身上～,为小车的车轮～,为与,同轴相连的齿轮。车轮转动时～,发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号～被,接收并转换成电信号～由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内的脉冲数为n～累计脉冲数为,～则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量或数据是________,小车速度的表达式为v,_________,行程的表达式为s,_________。 解析 A点发出的光束经齿轮间隙变成脉冲光信号，因此脉冲数目与齿轮数p有关;由n和p可以确定出单位时间内齿轮的转数为，依次可以得出齿轮的角速度。要求齿轮边缘的线速度，即车速，还须测出C的半径R，这样小车的速度为。 由于累计圈数为，故行程为。 点评:本题贴近实际生活，实用性强。解决本题的关键在于抓住与小车速度相关的物理量(车轮转动时的转速n与车轮半径R)，对此进行分析，并利用运动学基本公式求解。 6(【创新三】激光传感器测速 例6 ,2005年高考 上海,一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动。在圆盘上沿半径开有一条宽度为2mm的均匀狭缝。将激光器与传感器上下对准～使二者间连线与转轴平行～分别置于圆盘的上下两侧～且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动～激光器连续向下发射激光束。在圆盘转动过程中～当狭缝经过激光器与传感器之间时～传感器接收到一个激光信号～并将其输入计算机～经处理后画出相应图线。图7为该装置示意图～图8为所接收的 -3光信号随时间变化的图线。横坐标表示时间～纵坐标表示接收到的激光信号强度～图中Δt,1(0×10s～Δt12-3,0(8×10s。 ?利用图8中的数据求1s时圆盘转动的角速度, ?说明激光器和传感器沿半径移动的方向, ?求图8中第三个激光信号的宽度Δt。 3 解析 ?由图象得转盘的转动周期，角速度。 ?激光器和探测器沿半径由远中心向边缘移动，(理由为:由于脉冲宽度逐渐变窄，表明光信号通过狭缝的时间逐渐变小即圆盘上对应探测器所在位置的线速度逐渐增加，因此，激光器向边缘移动)。 ?设狭缝宽度为，探测器接收到的第个时距转轴的距离为，第个脉冲宽度为激光器和探测器沿半径的运动速度为。 ? ? 由??两式得 ? 点评:激光器、传感器、计算机终端显示技术都属于高科技，但最终解决问题的关键是圆盘的圆周运动和激光器沿半径方向匀速运动的等时性处理问题。