- •Лабораторная работа №2
- •Лабораторная работа №2
- •1. Эффект Допплера
- •1.1 Движущийся приемник звука
- •1.2 Движущийся источник звука
- •1.3 Движущийся отражатель ультразвука
- •1.4 Допплеровский сдвиг частоты. Допплеровский угол
- •1.5 Частота излучаемого сигнала
- •1.6 Непрерывноволновой допплер
- •1.7 Импульсноволновой допплер
- •1.8 Сигналы и их спектры
- •2. Доработка вопросов интерфейса, питания, управления и функционирования
- •3. Подключение микроконтроллера к компьютеру
- •3.1. Подключение при помощи lpt порта
- •3.2. Подключение при помощи com порта
- •3.3. Подключение при помощи usb порта
- •3.4. Использование микроконтроллера со встроенным аппаратным модулем usb.
- •3.5. Использование дополнительной микросхемы – преобразователя
- •3.6. Аппаратная реализация usb порта
- •Анализ и выводы
1.2 Движущийся источник звука
Рассмотрим теперь случай, когда приемник неподвижен и движется источник (рис. 2). Если источник движется по направлению к приемнику со скоростью vист, расстояния между соседними пиками волн уменьшаются, т.е. уменьшается в этом направлении длина волны λ в соответствии с выражением
λ = λ0(C – vист)/C
Рис. 2. Эффект Допплера при движении источника,
а — источник движется к приемнику со скоростью vист. б — колебания источника - частота f0. в — колебания в приемнике - частота f0+F
Используя известное соотношение λ = C/f, можно написать выражение для частоты колебаний на входе приемника, которая становится больше, чем частота источника:
λ = λ0С/(C – vист) = λ0 + F
На рис. 2.в показан вид колебания на входе приемника с частотой, большей, чем частота источника, на величину частотного сдвига
F = f0vист/(C – vист) |
(2) |
Если источник движется в противоположном направлении от приемника, тс частота на входе приемника уменьшается:
f = f0C/(C + vист) = f0 – F
где частота сдвига
F = f0vист/(C + vист) |
(3) |
1.3 Движущийся отражатель ультразвука
В медицинских ультразвуковых приборах источник и приемник сигналов объединены в датчике прибора, т.е. излучение и прием сигналов происходит в одном месте. При излучении ультразвука внутрь биологических структур ультразвук отражается и рассеивается на их неоднородностях. Эхо-сигналы, отражаемые в сторону датчика, принимаются находящимся в датчике ультразвуковым преобразователем, который является приемником эхо-сигналов. Если наблюдаемые биологические структуры неподвижны, эхо-сигналы от них не имеют частотного сдвига. В случае же движения биологических структур в эхо-сигналах появляется частотный сдвиг, изменяющий значение частоты эхо-сигнала по сравнению с частотой излучаемого ультразвукового сигнала.
На рис. 3 схематически изображены совмещенные источник и приемник ультразвука и отражатель, движущийся в сторону источника и приемника со скоростью v. Колебания, приходящие от источника на движущийся отражатель, имеют такой же вид, как и в первом рассмотренном нами случае "движущийся приемник звука". Частота колебаний на отражателе
fотр = f0(C + v)/C
Рис. 3. Эффект Допплера при движении отражателя,
а — источник и приемник совмещены и неподвижны, отражатель движется к ним со скоростью v. б — колебания источника с частотой f0. в — колебания, приходящее на отражатель, г — колебания в приемнике.
Отражая эти колебания в сторону приемника, отражатель выступает в роли источника, поэтому приходящие от него к приемнику колебания имеют частоту
f=fотрC/(C – v)
аналогично тому, как это было во втором случае "движущийся источник звука".
В результате частота эхо-сигналов на входе приемника определяется выражением
f = f0 |
C + v |
× |
C |
= f0 |
C + v |
(4) |
C |
C – v |
C – v |
Очевидно, если отражатель движется в сторону, противоположную от источника и приемника, выражение для частоты на входе приемника изменяется:
f = f0 |
C – v |
(5) |
C + v |