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激光测速与雷达测速

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  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. 这里面当然依靠汽车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中形成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,人就感到音调高;反之,耳膜每秒钟振动的次数少,人就感到音调低. 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“多谱勒效应”. 雷达测速计发出一个频率为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,它的反射波频率不会改变,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,这一切都是自动进行的.

  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. 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,其速度为300 000 km/s)测距,是通过对被测物体发射 激光光束,并接收该激光光束的反射波,记录该时间差,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,激光光束必须要瞄准垂直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,而导致执勤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自动测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拍超速车辆,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. 目前大部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、加拿大、英国、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,即移动物体对所接收的电磁波有频移的效应,雷达测速仪是根据接收到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,可惜的是取证力度不够. 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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