高速数据采集与任意传感器功能结合多普勒效应的应用
实验系统设计如下:
运动物体反射的超声波信号经模拟乘法器与原信号相乘,滤波得到差频信息后采样进行信号处理,进而得到可靠可用的信息,最终计算出移动物体的速率。
系统中应用多普勒效应测量移动物体速率,发射器与接受器全部静止,运动物体反射声波。由多普勒效应公式推导并简化得:
其中 为实验中的待测量即移动物体速率, 为多普勒频移。为声速, 为声波频率。
为了快速开发这套系统,应用RIGOL DM3064数字万用表进行可行性验证。
预期项目待测信息:
1.环境温度。因为声速和温度息息相关,所以这里要测得准确的温度信息计算出声速,即的大小。
2.经乘法器后的差频信息。即多普勒频移值 的大小。
3.光电门触发检测。为了把多普勒测速值与经典光电门测速值进行比对,需要在物体通过光电门测速的同时启动万用表,捕获此刻的测速信息。即用光电门作为测量的外部触发源。
系统的搭建与测量
系统框架如图:
图1. 多普勒测速系统
图2. 引入DM3064的多普勒测速实验系统
在实验室条件下,采用铂金电阻温度探头作为温度传感器。应用DM3064的任意传感器功能,结合铂金电阻温度探头的阻值温度对照表配置温度传感器功能:
进入任意传感器菜单,命名后选择类型为两线电阻(2WR),单位为 。之后添加参考值。
图3. 任意传感器设置
这种测量方式在获得温度信息后还需要计算得出声速,故改进为电阻->声速映射的传感器,只需要在DM3064上简单的更新参考值对应即可,方便、快捷。
2.差频信息测量
本系统测速的关键是得到准确的差频信息 ,而且为了绘制连续的速度曲线,需要对差频信息连续快速采集。
RIGOL DM3064数字万用表巡检软件Ultralogger提供2个测量功能选择,分别为多通道多测量任务巡检(Scan)和高速单通道大批量数据采集 (Data Log)。针对当前监测需求,采用后者。
首先建立一个任务工程,在工程建立的同时,系统会自动建立一个对应于该工程的数据库,用于存放用户定制的任务项目和测量数据。
图4. DataLog 设置
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