多普勒效应速度测量演示仪

摘要

多普勒效应速度测量演示仪，属嵌入式计算机测量领域。超声波产生器产生40KHZ频率和相位一定的超声波；经弹簧振子反射，超声波接收器接收信号；经放大整形电路将信号放大并转变为方波信号；超声波产生电路和整形电路分别与D触发器相连进行信号差频；D触发器与嵌入式计算机相连进行数据分析及处理，计算得到弹簧振子的速率；嵌入式计算机分别与D/A转换模块相连经示波器输出弹簧振子速率变化曲线，与温度传感器相连进行温度补偿，与速率显示模块连接输出弹簧振子瞬时速率与声响演示模块相连以频率可变的声音方式输出频率变化的声响代表振子速度变化。本发明操作性强，演示直观，开发成本低，兼顾多普勒效应模拟、速度测量及显示、波形演示及声响演示。

主权项

多普勒效应速度测量演示仪，其特征在于，其包括有：超声波产生模块，该模块产生超声波，其产生的控制信号是来自于单片机MSP430G2553的一定频率的方波信号；弹簧振子，通过弹簧振子上下振动模拟多普勒效应中相对运动的变化，当振子运动速度为零即与超声波产生波源相对运动为零的最高点与最低点时，反射的超声波频率最低，当振子运动速度最快即与超声波产生波源相对运动最快的中心位置时，反射的超声波频率最高；超声波接收模块，该模块是将运动的弹簧振子反射回来的超声波转换为电信号，由于多普勒效应，该信号的频率随弹簧振子的速度变化而变化；信号放大与整形模块，该模块负责将接收的超声波信号放大，并且整形为频率相同的方波信号，以便后续差频处理；差频模块，该模块两个信号输入端分别是产生超声波的控制信号和接收超声波的放大整形信号，该模块输出的就是上述两个信号的频率差，方波形式，频率与弹簧振子速度成正比；嵌入式计算机模块，该模块功能是声波控制、频率测量、速率数字显示及声响输出，是整个演示仪的核心数字处理器；D/A转换模块，该模块作用是将嵌入式计算机中数字信号转换为模拟电信号输出给示波器，通过波形变化展示弹簧振子速率变化曲线；温度补偿模块，该模块通过温度传感器将实时温度传给嵌入式计算机进行温度补偿，提高测量精确度；速率显示模块与声响演示模块，分别从视觉及听觉上展示弹簧振子运动速度的快慢，显示模块输出为弹簧振子瞬时速率，声响模块输出的声音大小随弹簧振子速度增加而变大、速度减少而变小；各模块间，超声波产生模块产生频率一定的超声波，经弹簧振子往复运动并反射给超声波接收模块，将声波信号转化为电信号传送给信号放大与整形模块，通过信号放大并整形为频率相同的方波信号再传给差频模块，差频模块将产生超声波的控制信号和接收超声波的放大整形信号差频后输送给嵌入式计算机模块，通过单片机芯片内部功能进行频率测量，输出给速率显示模块显示弹簧振子瞬时速率，输出给声响演示模块演示弹簧振子速率变化，输出给D/A转换模块通过示波器展示弹簧振子速率变化曲线，并与温度补偿模块连接提高测量精确度。