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你知道雷达测速仪是如何测速的吗?讲述雷达测速仪原理!

你知道雷达测速仪是如何测速的吗?讲述雷达测速仪原理!

 

 

在日常生活中,我们可能发现,当飞驰的火车向我们靠近时,汽笛声会越来越尖锐刺耳;当火车远离时,汽笛声会越来越低沉。19世纪时,奥地利科学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时,留意了这一现象。经过认真思考,他首先提出了这一理论:声波频率在声源移向观察者时变高,在声源远离观察者时变低,“这种由于声源运动而引起音调变化的现象,在物理学上被称为多普勒效应。”这种现象该如何解释呢?

多普勒效应 雷达测速

原来我们耳朵听到的“音调”是由声音的频率(每秒钟声源振动的次数)决定的,频率高的音调就尖锐,频率低的音调就低沉。当波源和观察者相对静止时,1秒内通过观察者耳朵的波峰的数目(频率)是一定的,观察者听到的频率等于波源振动的频率。也就是说,听到的是“原声”。当波源向观察者快速运动(或观察者向波源快速运动)时,1秒内通过观察者耳朵的波峰数目就会增加,这时观察者听到的声音频率增加,频率高的声波音调就尖锐一些;反之,当波源和观察者互相远离时,观察者听到的频率变小,频率小的声波音调就低沉。其实,这时波源发出的声音频率始终如一,但在运动中观察者耳朵接收到的频率却发生了变化,这就是“多普勒效应”的简单原理。多普勒效应适用于所有类型的波,包括光波、电磁波甚至机械波。

雷达原理大型雷达

有趣的是,雷达测速仪也正是根据多普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仪,它的外形很像一支大型信号枪,它也有枪筒,手柄、扳机等部件,在枪的后面有一排数码管。把枪口对准行驶的车辆,一扣扳机,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,再被雷达测速仪接收。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“多普勒效应”。雷达测速仪发出一个特定频率的脉冲微波,如果微波射在静止不动的车辆上,被反射回来,它的反射波频率不会改变。反之,如果车辆在行驶,而且速度很快,那么,根据多普勒效应,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,这一切都是自动进行的。

公路上的雷达测速仪测速范围大约在每小时24公里到199公里之间,测速范围比较大,精确度也相当高,车速在每小时100公里时,误差不会超过1公里/小时。

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,要测几十公里外,甚至上百公里外的飞机,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,要想把它接收到,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。

除了用微波雷达测速仪之外,还有一种激光测速仪,因为激光的频率更高,波长更短,准确性更强,测量也更精密。当然,接收反射波的难度也更大一些。但是,其工作原理仍然是多普勒效应。