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激光测速与雷达测速

多谱勒效应和雷达测速 

你一定有这样的经验,当你站在马路旁边,即使没有去注视路面上车辆的行驶的情况,单凭耳朵的听觉判断,你能感到一辆汽车正在驶过来,或者离你而去. 这里面当然依?#31185;?#36710;行驶的声音是渐强还是渐弱,但细细想想,主要还是根据汽车行驶的车轮声或喇叭声调的变化. 原来,车辆驶近时,声音要变尖,也就是说,音调要高些;开过以后,远离的时候,声音会越来越低.

  为什么会这样呢?原来,声音的形成,首先是由于发声体的振动,然后在它周围的空气?#34892;?#25104;了一会疏一会密的声波,传到耳朵里,使耳膜随着它同样地振动起来,人们就听到了声音. 耳膜每秒钟振动的次数多,?#21496;?#24863;到音调高;反之,耳膜每秒钟振动的次数少,?#21496;?#24863;到音调低. 照这样说,声源发出什么声,我们听到的就是什么调. 问题的关键在于汽车在怎样的运动. 汽车匀速驶来,轮胎与地面摩擦产生的声波传来时“疏”、“密”、“疏”、“密”是按一定规律,一定距离排列的,可当汽车向你开来时,它把空气中声波的“疏”和“密”压得更紧了,“疏”、“密”的距离更近了,人们听到的音调也就高了. 反之,当汽车离你远去时,它把空气中的疏密拉开了,听到的声音频率就小了,音调也就低了. 汽车的速度越大,音调的变化也越大. 在科学上,我们把这种听到音调与发声体音调不同的现象,称为“多谱勒效应”. 有趣的是,雷达测速计也正是根据多谱勒效应的原理研制出来的.

  我们知道,小汽车可以开得很快,可是为了保证安全,在某些路段上,交通警察要对车速进行限制. 那么,在汽车快速行进时,交通警察是怎样知道它们行驶的速度呢?最常用的测速仪器叫雷达测速计,它的外形很像一支大型信号枪,它也有枪筒,手柄、板机等部件,在枪的后面有一排数码管. 把枪口对准行驶的车辆,一扣板机,一束微波就射向行驶中的车辆. 微波是波长很短的无线电波,微波的方向性很好,速度等于光速. 微波遇到车辆立即被反射回来,再被雷达测速计?#37038;? 这样一来一回,不过几十万分之一秒的时间,数码管上就会显示出所测车辆的车速.

  它所依据的原理依然是“多谱勒效应”. 雷达测速?#21697;?#20986;一个频率为1000 MHz的脉冲微波,如果微波射在静止不动的车辆上,被反射回来,它的反射波频?#20160;?#20250;改变,仍然是1000 MHz. 反之,如果车辆在行驶,而且速度大,那么,根据多谱勒效应,反射波频率与发射波的频率就不相同. 通过对这种微波频率微细变化的精确测定,求出频率的差异,通过电脑就可以换算出汽车的速度了. 当然,这一切都是?#36828;?#36827;行的.

雷达测速计的测速范围大约在每小时24 km到199 km之间,测速范围比较大,精确度也相当高,车速在每小时100 km/h,误差不会超过1 km/h.

    测速雷达朝向公路,可以测量车速,如果指向天空,就可以测云层的高度,测云层的速度. 当然,要测几十千米外,甚至上百千米外的飞机,也是这个原理,只不过要向它扫描的空间连续发射微波束,这些微波束遇到飞机再反射回来,已经极其微弱了,要想把它?#37038;?#21040;,分辨清并计算出来,就很困难了,这就需要一个庞大的灵敏的雷达.   雷达测速与激光测速的比较

 

  目前,国际上所采用的流行的“流动电子警察”或“可搬移电子警察”主要由:激光测速仪、雷达测速仪与摄像机或照相机的组合而成. 

 

  一、激光测速仪

         激光测速仪是采用激光测距的原理. 激光(即电磁波,其速?#20219;?00 000 km/s)测距,是通过对被测物体发射 激光光束,并?#37038;?#35813;激光光束的反射波,记?#20960;?#26102;间差,来确定被测物体与测试点的距离. 激光测速是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距,取得在该时段内被测物体的移动距离,从而得到该被测物体的移动速度.   因此,激光测速具有以下几个特点:  1. 由于该激光光束基本为射线,估测速距离相对于雷达测速有效距离远,可测1km外; 2. 测速精度高,误差小于1 km;  3. 鉴于激光测速的原理,激光光束必须要瞄?#21363;?#30452;与激光光束的平面反射点,又由于被测车辆距离太远、且处于移动状态,或者车体平面不大,而导?#36718;?#21220;警员的工作强度很大、很易疲劳. 目前美国激光技术公司已经生产出带连续?#36828;?#27979;速功能的激光测速仪,专门用于解决这一问题. 东莞市交警支队东城大队使用这种改进后的测速仪抓?#26576;?#36895;车辆,已经取得了明显的成效.   4. 鉴于激光测速的原理,激光测速器不可能具备在运动中使用,只能在静止状态下应用;所以一般交警都把仪器放在巡逻车上,停车静止使用.   5. 目?#25353;?#37096;分国家所采用的激光测速仪使用的是一类安全激光,对人眼睛安全.  6. 激光测速仪的取证能力远远大于雷达测速仪,因而受到世界各地广泛的认可和推广,例如美国、加?#20040;蟆?#33521;国、德国、澳大利亚、瑞典、瑞士、荷兰、中国广东、中国台湾、中国香港、中国澳门等等.   7. 激光测距仪的耗电量比较低,两节五号电池可以连续使用20小时.

  二、雷达测速仪

         雷达测速的原理是应用多谱勒效应,即移动物体?#36816;邮?#30340;电磁波有频移的效应,雷达测速仪是根据?#37038;?#21040;的反射波频移量的计算而得出被测物体的运动速度. 因此,具有以下特点:  1. 雷达波束较激光光束(射线)的照射面大,因此雷达测速易于捕捉目标,无须精确瞄准.   2. 雷达测速设备可安装在巡逻车上,在运动中的实现检测车速,是“流动电子警察”非常重要的组成部分,?#19978;?#30340;是取证力度?#36824;?   3. 雷达固定测速误差为±1 km/h,运动时测误差为±2 km/h.



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