ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова»

Факультет дизайна и компьютерных технологий

Кафедра компьютерных технологий

Лабораторная работа №2

Дисциплина: Технические средства защиты информации

Тема: Ультразвуковые датчики Допплеровского типа

Выполнили: студенты гр. 21-08

Диомидов А.В.

Кузнецов А.В.

Сабанов А.В.

Проверил: доцент

Михайлов А.Л.

Чебоксары – 2012

Лабораторная работа №2

Тема: Ультразвуковые датчики Допплеровского типа.

Цель работы: изучить ультразвуковые датчики Допплеровского типа.

Задание на лабораторную работу:

1. Изучить основы и принципы действия ультразвуковых датчиков Допплеровского типа.

2. Познакомиться с различными типами этих устройств, привести их характеристики, схемы конструкции, и схемы электрического подключения.

3. Доработать вопросы интерфейсов питания, управления, особенностей функционирования.

4. Рассмотреть возможность подключения этих устройств в компьютерную сеть.

5. Анализ и выводы.

1. Эффект Допплера

Основой допплеровских методов является эффект Допплера, который состоит в том, что частота колебаний звуковых волн, излучаемых источником (передатчиком) звука, и частота этих же звуковых волн, принимаемых некоторым приемником звука, отличаются если приемник и передатчик движутся друг относительно друга (сближаются или удаляются). Тот же эффект наблюдается, если в приемник поступают сигналы источника звука после отражения движущимся отражателем. Этот последний случай имеет место при отражении ультразвуковых сигналов от движущихся биологических структур.

Поясним эффект Допплера на примерах, в которых для простоты будем считать, что источник звука излучает колебания одного тона (одной частоты).

1.1 Движущийся приемник звука

Источник звука неподвижен, приемник движется со скоростью vnp по отношению к источнику (рис. 1.а). Если бы приемник был неподвижен относительно источника, на него приходили бы колебания с частотой f₀, равной частоте излучения (рис. 1.б). На рис. 1а эти колебания условно изображены в виде дуг окружности увеличивающегося радиуса. Эти дуги обозначают положения пиков волн в пространстве в фиксированный момент времени. Расстояния между соседними дугами равны длине звуковой волны λ₀. Пики волн движутся по направлению к приемнику со скоростью звука С.

Рис. 1. Эффект Допплера при движении приемника,

a — приемник 1 движется к источнику со скоростью v_np, приемник 2 движется от источника со скоростью v_пр. б — колебания, излучаемые источником с частотой f₀. в — колебания в приемнике 1— частота f₀+F. г — колебания в приемнике 2 — частота f₀–F.

При движении приемника по направлению к источнику со скоростью v_пр (приемник 1 на рис. 1.а) взаимная скорость сближения пиков волн и приемника увеличивается по сравнению со скоростью звука и становится равной С + v_пр. Очевидно, что и частота колебаний на входе приемника увеличивается пропорционально росту скорости и становится равной: f = f₀(C + v_np)/C=f₀ + F

На рис. 1.в показан вид колебания с этой частотой, большей частоты источника на величину дополнительного сдвига частоты

F = f0vnp/C

(1)

При движении приемника по направлению от источника со скоростью (–v_np) (приемник 2 на рис. 1.а) скорость пиков волн относительно приемника уменьшается по сравнению со скоростью звука и становится равной С–v_np. Частота колебаний на входе приемника в этом случае равна

f = f₀(C – v_np)/C = f₀ – F

На рис. 1.г показан вид колебания с этой частотой, которая отличается от частоты источника на величину того же частотного сдвига, но с отрицательным знаком.