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激光測速與雷達測速

多譜勒效應和雷達測速 

你一定有這樣的經驗,當你站在馬路旁邊,即使沒有去注視路麵上車輛的行駛的情況,單憑耳朵的聽覺判斷,你能感到一輛汽車正在駛過來,或者離你而去. 這裏麵當然依靠汽車行駛的聲音是漸強還是漸弱,但細細想想,主要還是根據汽車行駛的車輪聲或喇叭聲調的變化. 原來,車輛駛近時,聲音要變尖,也就是說,音調要高些;開過以後,遠離的時候,聲音會越來越低.

  為什麽會這樣呢?原來,聲音的形成,首先是由於發聲體的振動,然後在它周圍的空氣中形成了一會疏一會密的聲波,傳到耳朵裏,使耳膜隨著它同樣地振動起來,人們就聽到了聲音. 耳膜每秒鍾振動的次數多,人就感到音調高;反之,耳膜每秒鍾振動的次數少,人就感到音調低. 照這樣說,聲源發出什麽聲,我們聽到的就是什麽調. 問題的關鍵在於汽車在怎樣的運動. 汽車勻速駛來,輪胎與地麵摩擦產生的聲波傳來時“疏”、“密”、“疏”、“密”是按一定規律,一定距離排列的,可當汽車向你開來時,它把空氣中聲波的“疏”和“密”壓得更緊了,“疏”、“密”的距離更近了,人們聽到的音調也就高了. 反之,當汽車離你遠去時,它把空氣中的疏密拉開了,聽到的聲音頻率就小了,音調也就低了. 汽車的速度越大,音調的變化也越大. 在科學上,我們把這種聽到音調與發聲體音調不同的現象,稱為“多譜勒效應”. 有趣的是,雷達測速計也正是根據多譜勒效應的原理研製出來的.

  我們知道,小汽車可以開得很快,可是為了保證安全,在某些路段上,交通警察要對車速進行限製. 那麽,在汽車快速行進時,交通警察是怎樣知道它們行駛的速度呢?最常用的測速儀器叫雷達測速計,它的外形很像一支大型信號槍,它也有槍筒,手柄、板機等部件,在槍的後麵有一排數碼管. 把槍口對準行駛的車輛,一扣板機,一束微波就射向行駛中的車輛. 微波是波長很短的無線電波,微波的方向性很好,速度等於光速. 微波遇到車輛立即被反射回來,再被雷達測速計接收. 這樣一來一回,不過幾十萬分之一秒的時間,數碼管上就會顯示出所測車輛的車速.

  它所依據的原理依然是“多譜勒效應”. 雷達測速計發出一個頻率為1000 MHz的脈衝微波,如果微波射在靜止不動的車輛上,被反射回來,它的反射波頻率不會改變,仍然是1000 MHz. 反之,如果車輛在行駛,而且速度大,那麽,根據多譜勒效應,反射波頻率與發射波的頻率就不相同. 通過對這種微波頻率微細變化的精確測定,求出頻率的差異,通過電腦就可以換算出汽車的速度了. 當然,這一切都是自動進行的.

雷達測速計的測速範圍大約在每小時24 km到199 km之間,測速範圍比較大,精確度也相當高,車速在每小時100 km/h,誤差不會超過1 km/h.

    測速雷達朝向公路,可以測量車速,如果指向天空,就可以測雲層的高度,測雲層的速度. 當然,要測幾十千米外,甚至上百千米外的飛機,也是這個原理,隻不過要向它掃描的空間連續發射微波束,這些微波束遇到飛機再反射回來,已經極其微弱了,要想把它接收到,分辨清並計算出來,就很困難了,這就需要一個龐大的靈敏的雷達.   雷達測速與激光測速的比較

 

  目前,國際上所采用的流行的“流動電子警察”或“可搬移電子警察”主要由:激光測速儀、雷達測速儀與攝像機或照相機的組合而成. 

 

  一、激光測速儀

         激光測速儀是采用激光測距的原理. 激光(即電磁波,其速度為300 000 km/s)測距,是通過對被測物體發射 激光光束,並接收該激光光束的反射波,記錄該時間差,來確定被測物體與測試點的距離. 激光測速是對被測物體進行兩次有特定時間間隔的激光測距,取得在該時段內被測物體的移動距離,從而得到該被測物體的移動速度.   因此,激光測速具有以下幾個特點:  1. 由於該激光光束基本為射線,估測速距離相對於雷達測速有效距離遠,可測1km外; 2. 測速精度高,誤差小於1 km;  3. 鑒於激光測速的原理,激光光束必須要瞄準垂直與激光光束的平麵反射點,又由於被測車輛距離太遠、且處於移動狀態,或者車體平麵不大,而導致執勤警員的工作強度很大、很易疲勞. 目前美國激光技術公司已經生產出帶連續自動測速功能的激光測速儀,專門用於解決這一問題. 東莞市交警支隊東城大隊使用這種改進後的測速儀抓拍超速車輛,已經取得了明顯的成效.   4. 鑒於激光測速的原理,激光測速器不可能具備在運動中使用,隻能在靜止狀態下應用;所以一般交警都把儀器放在巡邏車上,停車靜止使用.   5. 目前大部分國家所采用的激光測速儀使用的是一類安全激光,對人眼睛安全.  6. 激光測速儀的取證能力遠遠大於雷達測速儀,因而受到世界各地廣泛的認可和推廣,例如美國、加拿大、英國、德國、澳大利亞、瑞典、瑞士、荷蘭、中國廣東、中國台灣、中國香港、中國澳門等等.   7. 激光測距儀的耗電量比較低,兩節五號電池可以連續使用20小時.

  二、雷達測速儀

         雷達測速的原理是應用多譜勒效應,即移動物體對所接收的電磁波有頻移的效應,雷達測速儀是根據接收到的反射波頻移量的計算而得出被測物體的運動速度. 因此,具有以下特點:  1. 雷達波束較激光光束(射線)的照射麵大,因此雷達測速易於捕捉目標,無須精確瞄準.   2. 雷達測速設備可安裝在巡邏車上,在運動中的實現檢測車速,是“流動電子警察”非常重要的組成部分,可惜的是取證力度不夠.   3. 雷達固定測速誤差為±1 km/h,運動時測誤差為±2 km/h.



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