Ứng dụng hiệu Ứng doppler Đo vận tốc xe

Vân tốc của âm: Tốc độ năng lượng được truyền giữa hai điểm trong môi trường bởi sự chuyển động của sóng được gọi là vận tốc của sóng.. 12 Vận tốc âm trong các môi trường khác nhau rường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

HGMUIIE

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP NGÀNH LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

ỨNG DỤNG HIỆU ỨNG DOPPLER

ĐO VẬN TÓC XE

GVHD: TẠ CÔNG ĐỨC SVTH: NGUYÊN HỮU NAM

1270 SKLOO1;

TP H6 Chi Minh, thang 02/2003

oes ir BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 3

vn TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Cy Ly) 3D? 2+ KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TƯ

| ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG HIỆU UNG DOPPLER DO VAN TOC XE

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG DAI HOC SU PHAM KỸ THUẬT

Khoa Điện - Điện tử

3 Giáo viên hướng dẫn: Thầy TA CONG DUC

3 Ngày giao nhiệm vụ:

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 21/2/2003

Ngày 21 tháng 02 năm 2003

Tạ Công Đức

SVTH: NGUYỄN HỮU NAM

Giáo viên hướng dẫn

SVTH: NGUYEN HUU NAM

MSSV;: 99221591

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Giáo viên phản biện

SVTH: NGUYEN HUU NAM

MSSV: 99221591 _

GVHD:THẦY TA CONG BUC |

[pd ÁN TỐT NGHIỆP

bê Tài : UNG DUNG HIỆU ỨN

LOICAM TA

Em xin chân thành cắm ơn Bản Giám Hiệu và các thấy cô Trường Đại Học Sư Phạm

Kỹ Thuật đã chỉ dẫn em trong những tháng nám học tập tại trường

Hồng quá bình thực hiện đổ án tốt nghiệp em xin chân thành cảm ơn thấyTẠ CONG DUC da lin tỉnh hướng dân em hoàn thanh đồ án này,

Xin cản dn giá đình, bạn bè ong và ngoài lớp đã đóng viền giúp đổ em hoàn thành

đồ ấn tái nghiệp

tuy nhiên, do khá năng còn hạn chế và thời gian có hạn, chắc chấn trong tập đồ án

không trành khôi sai sót, mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quý thây cô và

các bạn để để án hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cẩm on

Người thực hiện

NGUYỄN HỮU NAM

SVTH: NGUYỄN HỮU NAM

MSSV: 99221591 _

lạ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:THAY TA CONG BUC |

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Song song với sự phát triển không ngừng của xã hội, lĩnh vực giao thông cũng ngày càng được hoàn thiên hơn Hệ thống đường xá, cầu cống ngày càng được nâng cao, cải thiện, phương trên giao thông ngày càng tầng về số lượng và chất lượng Kéo theo đó lượng tú nạn giao thong ngày càng tầng là điều không tránh khỏi Để hạn chế vấn để này, nhà nước đã qui định vận tốc chuẩn cho các phương tiện giao thông khi vận hành trên những tuyển đường nhất định, ĐỂ thực hiện được điều đó, ngoài tỉnh thần tự giác, ý thiết trách nhiệm của mỗi người dân cấn phải có sự kiểm soát vá hướng dẫn của lực lượng cảnh sát mao thông Một rong những công cụ đắc lực giúp cho lực lượng cảnh sát giao

thông hoàn thành tết nhiệm vụ của mình là may do van We xe

May đo vận tốc xe được thiết kế và chế tạo dựa trên nền tầng cơ sở là hiệu ứng

vain Woe ella xe cô qua lại tại một vị trí mà không cần phải di chuy ến cùng xe

Hiện nay, dụng cụ này đang được sử dụng phổ biến ở một số nước, rất thuận tiện

trong lĩnh vực giao thông đường bộ Còn ở Việt Nam ta, dụng cụ này cũng đang được sử

dụng ở một số tuyến đường Có lẽ trong tương lai nó sẽ được sử dụng rộng rãi và phổ

biến hơn

Do thời gian hạn hẹp cùng với thiết bị, linh kiện (biến tứ thu phat) bi hạn chế khó có khả năng hoàn thiện một máy đo vận tốc xe hoàn chỉnh, luận văn tốt nghiệp này chỉ giới hạn

trong phạm vi đo vận tốc xe đang lưu thông trên đường với vận tốc từ 35 Km đến 220 Km

Do thời gian và kiến thức còn hạn hẹp nên đồ án không tránh khỏi những sai sót , mong, các thầy cô và bạn bè thông cảm và chỉ bảo thêm

kế NGUYỄN HỮU NAM

M

PHAN A: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương I: Giới thiệu sóng siêu âm

Ấ Nự hát thụ sông siêu âm rong môi trường tuyỄn sóng

6 Su phan xa song

IV Phach

Hiện trứng

Cung nành theo biểu thức toán học

Chương HH: Biển tử siêu âm

Chương II: Hiệu ứng DOPPLER

Máy thu chuyển động nguồn đứng yên

“Trường hợp máy thu D đứng yên

Trường hợp máy thu D đi chuyển ra xa nguồn phá:

II Nguồn chuyển động máy thu đứng yên

Trường hợp nguồn di chuyển lại gần D

Trường hợp nguồn S di chuyển ra xa máy thu

III Nguồn và máy thu cùng chuyển động

IV Hiệu ứng DOPPLER ở vận tốc nhỏ

bổ ẤN TỐT NGHIỆP

UNG DOPPLER DO

Chương IV: Những vấn đề chung của bộ khuếch đại thuật toái

1 Khái niệm

IL Dac tính điện của OP-AMP

Hệ số khuếch đại hiệu k0

Chương VI Các linh kiện sử dụng

1 Bộ cảm biến siêu âm

II Op-amp BIFET TL082

Các đặc tính

Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ châ:

Yêu cầu về nguồn

ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG HIỆU ỨNG DOPPLER ĐO VẬN TỐC XE

Sơ đồ mạch bên trong và sơ đổ chân

Chương trình con nhập 612 vào cập thanh ghi R1,R2

Chương trình DIV16-8 thực hiện phép chia 16 bit cho số 8bii

Chương trình con vận tốc

Chương trình BIN 2BCD

Chương trình con hiển thị

Chương trinh con SAVED

Chương trình con quét phim

Chương trình con Delay 3ms(50ms

TH.Chương trình

PHẦN C: PHẦN PHỤ L

Khúc sóng âm là sống đần hồi lan truyền trong môi trường đàn hồi Điều đó có nghĩa là các

vật đàn hồi điển có thế lan truyền được sóng ấm thánh Tùy theo dãi tần người ta phân

chia sóng đần hồi thành các vũng sau:

Vũng hạ Âm: có tân xế £ từ THừ ‡ 30HZ

Vũng âm tần: có tần sẽ £ từ 30H2 + 20KZ

Vũng siêu âm: có tần số £ từ 30Kz + LOOKz

Vũng cực siêu âm: có tần số £ > LOOKz

Vậy sông siêu âm là những sóng âm thanh có tần số cao hon tan số ma tai người có thể nghệ được, nằm trone khoảng tấn số từ 20Khz đến 100Khz

UW BAN CHAT CUA SONG SIEU AM:

Về phương điện vật lý sóng âm và sóng siêu âm không có gì khác nhau vẻ bản chất, chúng chỉ khác nhau về phương diện sinh lý thích hợp hay khóng thích hợp với sự đáp ứng,

ủa tai người, nghe được hay không mà thôi Vì có tấn số cao, bước sóng ngắn nên

Nó là kết quả của sự chuyển động, dao động của một vật thể đàn hổi Dao động này

truyền đi trong môi trường vật chất ( chất lỏng, rắn hoặc không khí .) nhưng không truyền

Có thể nói các tính chất của sóng âm điểu có thể áp dụng được cho sóng siêu âm

Để đặc trưng cho các di chuyển của các phần tử rung động người ta thường dùng các

tham số sau:

Sạ : biên độ dao động tối đa

T: chu kỳ giữa hai lần di chuyển của phần tử trong cùng một vị trí

£: tân số hay số lần lặp lại trong một chu kỳ

%: bước sóng

v: vận tốc âm: Là vận tốc truyền đạt của âm từ phần tử này sang phần tử khác, phụ

thuộc vào A, f va tong trở âm

III,CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA SÓNG ÂM:

1 Các định luật quang học có thể được áp dụng vào âm học:

Có hai hiện tượng truyền đạt liên quan đến sóng siêu âm cũng như sóng ánh sáng và

sóng vô tuyến đó là sự phản xạ và khúc xạ Các hiện tượng này xảy ra ở biên giới giữa hai

a, : góc tới được đo so với đường tham khảo

a, : góc phản xạ được đo so với đường tham kháo Chỉ ở góc a, = 907 thì các sóng tới sẽ bị phản hồi vể chính nó

+ Sự khúc xạ : Sóng đi từ vật liệu này đến vật liệu khác Nếu các mật độ khác nhau thì vận tốc truyền cũng khác nhau và sóng cũng thay đối hướng đi

Chỉ số khúc xạ:

Ta có: n= V/V,

V¡: vận tốc truyền đạt trong môi trường ban dau

V2: van téc truyén đạt trong môi trường đích

Để thuận tiện, chỉ số khúc xạ của ánh sáng được đo so với vận tốc truyền đạt trong

chân không

Ví dụ : Giá trị của n với chân không là : 1

Không khí là : 1.003 Nước tỉnh khiếtlà :1.33

“Tỉnh thể thạch anh là :1.46

Các chỉ số này là cho ánh sáng đi từ chân không vào vật liệu được liệt kê ở trên

Nhưng đối với hầu hết các ứng dụng siêu âm thì tham số quan trọng là chỉ số khúc xạ

tương đối (RIR :Relative Index Refraction ) Giả sử hai vật liệu có mật độ khác nhau, để phương trình n = V/V; đúng thì có thể viết được phương trình sau:

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: : ~~ GVHD: THAY TA CONG DUC

| ĐỀ TÀI :Ứ Ứ

2 Vân tốc của âm:

Tốc độ năng lượng được truyền giữa hai điểm trong môi trường bởi sự chuyển động của sóng được gọi là vận tốc của sóng Khi sóng âm đi qua không khí,thế năng liên quan đến sự nén hay dãn một cách tuần hoàn các phân tử thể tích của không khí Tính chất xác

định phạm vi thay đổi thể tích của một phần tử môi trường khí áp suất (lực trên một đơn vị

diện tích) đặt lên nó tăng hay giám là modun khối B

12 Vận tốc âm trong các môi trường khác nhau rường

kết giữa chúng yếu mỗi hạt phải có sự di chuyển tương đối lớn trước khi tác động đến các

phần tử bên cạnh nên vận tốc sóng lan truyền thấp, đối với môi trường chất lỏng đặc biệt chất rắn các phân tử ở gần hơn nên sự liên kết giữa chúng mạnh hơn mỗi hạt chỉ cần di chuyển một khoảm cách ngắn để tác động vào phân tử bên cạnh nên vận tốc lan truyền

cao hơn

SVTH: NGUYỄN HỮU NAM

3, Sư truyền sóng âi

Chúng ta xét sự dịch chuyển và biến thiên áp suất gắn liền với một sóng âm truyền qua không khí Xét một lớp mỏng không khí có độ dày Ax nằm ở vị trí x phần tử không khí này dao động qua lại thành một chuyển động điều hoà đơn giản quanh vị trí cân bằng của

nó Do đó chúng ta có thể biểu diển độ dịch chuyển S của phần tử không khí bằng một

Khi sóng dị chuyển, áp suất không khí tại một vị trí x bất kỳ sẽ tăng hoặc giảm theo

thời pian, su thay doi này được biểu diễn bởi phương trình :

(= ẤN TỐT NGHIỆP a Cay se

Do độ tha) thay đổi ấp suất và a swt dich chuyển lệch pha nhau 90°, nên độ biến thiên của

áp suất bằng không khi độ dịch chuyển cực đại Thông thường, người ta đo độ biến thiên

của áp suất bằng thực nghiệm dễ hơn là đo độ dịch chuyển

Xét phần tử không khí có tiết diện A và độ dày Ax với tâm của phân tử bị dịch

chuyển ra khỏi vị trí cân bằng của nó một khoảng S

> MPa = BA Soy

`

=0 p0) Sm, VỚI k= @/V

4 Cường độ âm và mức cường đô âm:

Net một lớp mỏng không khí có độ dày dx, tiết điện A và khối lượng dm, dao động

ti hic khi sóng âm có phương trình: S = S„ cos(kx-ot) đí qua nó Động năng dK của lớp

"Tốc độ trung bình mà động năng được chuyển đi:

= = 12, p.Av.@?S%q, sin*(kx— ad)

Nếu chúng ta thừa nhận rằng năng lượng cơ học của sóng âm được bảo toàn thì tốc

độ truyền năng lượng phát ra từ một nguồn điểm (công suất P do nguồn phát ra) phải bằng tốc độ mà năng lượng đi qua diện tích 4xrˆ của mặt cầu có bán kính r, có tâm là nguồn Vì cường độ là tốc độ truyễn năng lượng trên một đơn vị diện tích, nên:

§ Su bap thu sony mn ôi trường truyền súng

Đồng quá trình làn truyền sóng ong môi trường, cứ7ng độ sóng suy giãm dân do sự hấp thụ của môi trồng và do sự tần xạ của sóng, Sự suy øiãm náng lượng này phụ thuộc vàu các yêu tô như nh Không đồng nhất nhiệt, hệ số ma sát, tính dẫn của môi trường và

x AA

Eừ thực nghiệm cho thầy,

hệ số hấp thụ tầng theo tần số

âm ưong môi trưởng độc lập với tần số f còn

„ đối với chất lỏng và chất khí hệ số hấp thụ tăng theo bình rắn hệ số hấp thụ tăng theo ham bật nhất của tần số, năng ling bi hip thụ sẽ biến thành nhiệt năng Trong môi trường đặc biệt khi kích thước các phần tử cầu tạo nên môi trường bằng hoặc lớn hơn bước sóng siéu âm thì sự hấp thụ tăng

nhanh chồng và biên độ cũng suy giãm nhanh chóng

phường tấn số, đổi với c

a= apf? đối vơi chất lỏng , chất khí

q=gạf đối với chất rắn

6 Sự phần xạ sóng :

Mặt phẳng âm là bể mặt có độ nhấp nhô nhỏ hơn 10 lần bước sóng, khi truyền sóng,

vuông góc đến giới hạn phân cách của hai môi trường thì một phần năng lượng được truyền qua môi trường hai còn một phần năng lượng phản xạ lại môi trường thứ nhất, tỉ lệ truyền qua và phần xạ phụ thuộc vào độ kháng âm của hai môi trường

phat ra dng thoi tai một thời điểm thì tai người chỉ nhận thấy một âm có tần số f + Af/2,

lì rung bình của hai tần số kết hợp Đặc biệt chúng ta sẽ nhận thấy một sự thay đổi rất rõ

về cường độ âm Nó tăng lên và giãm đi theo một nhiẾ# độ phách chậm rãi và dao động

với tần số là hiệu của hai tần số kết hợp Af

2 Chứng minh theo biểu thức toán học

Giã sử ta có hai sóng lan truyền theo thời gian, tại một điểm là:

hương trình trên sẽ được xem nhu mét ham cos véi tan số là œ và biên độ là 3

33„eoso`t=một giá trị biến thiên với tần số góc w’

Trong mỗi chu kỳ của hàm cos sẽ xảy ra hai lần tân số cực đại, do coso't có tần số

góc là ` nên tần số góc œ phách tại đó xãy ra là:

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP a GVHD: THAY TA CONG BU

IEN TU SONG SIÊU ÂM

mad

I Vai trò và phân loại biến tử:

1.Vai trò của biến tử:

Biến tử sóng siêu âm là thiết bị trực tiếp biến đổi năng lượng điện có tần số siêu âm

thành dao động cơ học và ngược lại biến năng lượng cơ học thành năng lượng điện có cùng,

Mat dao động điện có tấn số siêu âm khi được sử lý vá khuếch đại đến mức cần thiết

được đưa đến biến tử: phát sông biến tử: này sẽ biến đổi đao đóng điện thành dao động cơ làn tuyển trong mỗi trường nhằm thực hiện một chức náng náo đó tuỳ theo yêu cầu của người sứ dụng

Kich thie biến tứ càng lớn thì sự bức xạ và tính định hướng sóng càng cao, nhưng,

nâng lượng sóng bị suy giãm do xuất hiện các bước sóng phụ Những vùng mà tia sóng

xiêu âm song song với phương truyễn sóng người ta gọi là trưởng gần Rnó tí lệ thuận với đường kinh biến tử và tỉ lệ nghịch với bước sóng, ta có cóng thức nh trường gần như sau:

Những vùng mà tia sóng phân ky hợp với phương truyền sóng một góc Ø gọi

là trường xa Góc Ø được tính theo công thức :

À

sin@ = 122 —

D

ÍSVTH: NGUYÊN HỮU NAM

i MSSV: 99221591

4 Biến tử thu song:

“Thiết bị nhân các đạo đồng cơ học từ mới trường bên ngoài tác động lên bể mặt của

nó và biến dao động cơ học thành dao động điện có tân số wong ứng gọi là biến tử thu sóng Các biển tử thu vông thường có độ nhạy rất cao để có thể thu được những tn hiệu có

biến độ nhà , do tín hiệu có biên độ rất nhỏ nên ở máy thủ ngưới ta thường đưa tín hiệu này qua mạch khuếch đại đệm trước khi đưa vào mạch sử lý tín hiệu

Vật liệu áp thiên nhiên :

Đặc trưng cho loại này là thạch anh,uỳ theo chiều cắt của khối thạch anh mà ta có

dao động dọc hay dao động ngang Khi chúng ta cắt khối thạch anh thành những tấm mồng

theo hướng song song với trục ox tấm mỏng sẽ cho dao động dọc , khi cắt tấm bản mỏng

theo hướng song song với trục oy tấm bản mỏng sẽ cho dao động ngang,dao động ngang

không lan truyền trong chất lỏng và chất khí nên ít được sử dụng Loại biến tử thạch anh

có đặc điểm tính ổn định cơ học cao không hoà tan trong nước và dung dịch axít , nóng

chảy ở nhiệt độ 1420°C và mất tính áp điện ở 574°C Nhưng nó có độ nhạy kém, điện áp làm việc cao , nên nó thường được sử dụng làm biến tử phát sóng trong phòng thí nghiệm, ngoài ra chúng ta còn có loại biến tử áp điện tự nhiên Xegneto có tính cơ học kém hơn

thạch anh, nhưng độ nhạy cao gấp 100 lần thạch anh điện áp làm việc thấp nên thường được dùng làm biến tử thu sóng

SVTH: NGUYEN HUU NAM

| MSSV: 99221591

Vật liệu áp điện nhân tạo

Là loại biến tử được con người tổng hợp nên từ các hợp chất hoá học Một số vật liệu áp điện nhân tạo như gốm áp điện Batio; là tổng hợp của phẩn ứng hoá học 71%

BaCOs và 29% TiO; ở nhiệt độ 1300°C, và Pb(Zr Ti O;) là tổng hợp từ phản ứng trùng

hợp của các thành phần Oxit PbO,ZiO; ,TiO; Các vật liệu này sao khi được trùng hợp, tỉnh thể được ép theo hình dạng cần thiết và được nung định hình trong nhiệt độ 1320°C đến

1340°C sau đó được tạo điện cực bằng cách mạ bạc trên hai bể mặt của vật liệu, lúc này

vật liệu vẫn chưa có tính ấp điện mà chúng ta phải tiến hành phân cực bằng cách đặt chỉ tiểt trong môi trường dầu 120°C sau đó đái vào hai bản cức một đồng điện một chiều có điện ấp tÝ 1 dén dkyvinm bé day trong nhiều giờ lúc này vất liệu đã có tính dẫn điện và nên 1l kích thích nó bằng một điện trường biến thiên theo phương đã phân cực trước thì biên tử sẽ bức xạ sông cơ học ra môi tường , đối với biến tử áp điện nhân tạo chúng có đặc điểm là có thể phần cực theo mọi phương nến có thể chế t4ø theo những yêu cầu công nghệ khác nhậu với hình dạng kích thước khác nhau, loại gm áp điện Pb (Zr T¡ O) thường

hế tạo biến tử vì nó có độ nhạy vá tính ổn định cơ học cao

được đùng trong công nại

mì được kết nối như hình vẽ bao gồm mót biến tứ lầm bằng vật liệu áp điện có chiều đài ly kết nối với một điện kế rất nhạy

điện k#

= Khi ta nén vật liệu áp điện bằng một lực F lam cho chiéu dai vat liéu thay đổi một lượng l¡= lạ - AI Thì kim điện kế lệch đi, điều này chứng tỏ trên bể mặt tích điện của biến

tử xuất hiện một điện tích Q hay nói cách khác là trong mạch xuất hiên một dòng điện, khi dùng một lực kéo dãn biến tử một đoạn l; = lọ + AI thì kim điện kế lệch theo chiều

ngược lại, chứng tỏ dòng điện trong mạch đổi chiều *

Điện tích do biến tử sinh ra tỉ lệ thuận với lực tác dụng lên bể mặt biến tử được tính theo công thức

eK?

Với TŸ lực tác dụng lên biến tử

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP:

ĐỂ

Khi tà phân cực cho hat bể mặt vật liệu áp điện mót dién dp mét chiéu nó sẽ làm

thay đối khoảng cách giữa chúng tuỳ theo chiều của điện áp mã khoảng cách của hai bể

mat bien ui thay đổi tăng khoảng cách hay giẩm khoảng cách giữa hai bể mặt biến tử một lượng là AM = Ì¿ -lý hay AI = l; —lạ như hình vẽ Nếu báy gid ta dat lén bể mặt của biến tử

một tín hiệu thay đối theo thời gian thì bể dày của biến tử sẽ thay đối theo sự thay đổi của

tìn hiệu được tính theo công thức:

II Biến tử từ gido :

1 Hiệu ứng từ giảo thuận :

Mạch điện được kết nối như hình vẽ gồm khung từ có thể thay đổi kích thước được một cuộn dây dẫn quấn quanh khung từ và được nối với một điện kế

Khi ta tác dụng lên bể mặt khung từ một lưc nén Ẩ sau cho bể dày khung từ biến đổi

lị= lạ-AI ta nhận thấy kim điện kế lệch đi như vậy trên hai đầu cuộn dây xuất hiện một sức

điện động cầm ứng, nếu ta đổi chiều tác dụng của lực làm cho bể dây khung từ thay đổi

h= Ip + AI ta nhận thấy kim điện kế lệch đi nhưng theo chiều ngược lại, Thứ vậy trên hai

Í ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: "GVHD: THAY TA CÔNG ĐỨC

[DE TAI :UNG DUNG HIEU UNG DOPPLER BO VAN TOC XE

khi lực tác dụng lên khung từ là dao động cơ học thay đổi thì trên hai dầu cuộn d dây sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng xoay chiểu có cùng tần số với dao động cơ học vật liệu mang tính chất như trên gọi là vật liêu từ giảo

2 Hiệu ứng từ giảo nghịch:

Khi ta cấp trên hai đầu cuộn dây của một biến tử từ giảo một nguồn điện một chiều

trên cuộn dây xuất hiện một từ thông chạy trong lỏi làm cho bể dày khung từ thay đổi một lượng AI = lị =ly Khi đáo chiều nguồn điện thì chiều dài khung từ thay đổi theo chiều ngược lại AI = ly —lạ từ đó ta có thể kết luận , khí đất lên cuộn dây một tín hiệu có tần số là

£ thì chiếu đầi khung từ sẽ thay đổi liên tíe cùng tân số với tân số của nguồn tín hiệu Dao

động cơ học này kích thích cho các phân tử ưong mối trưởng đáo động theo và lan truyền

trong môi trưởng Huyền song

Hiện ứng từ giáo có ứnh chất là hiệu ứng xây ra không phụ thuộc vào dấu của từ trường tác động mà chỉ phụ thuộc vào từ trường phán cực ban đầu , nếu không phân cực

bản đầu mãi đất Điền tử vào một từ trường biến thiên hình sin thi dạng sóng xuất ra sẽ có

biển độ nhỏ và cô tẳn số duo động bằng hai lần tân số kích thích Nếu ta phân cực ban đầu cho biên tử bẰng một cường độ từ trường một chiều khác không thì dạng sóng sinh ra

có biện độ làn , độ nhạy biến tử tăng và tần số dao động bằng với tần số nguồn kích thích

suất lực từ của vật liệu làm biến tử

Độ thay đổi kích thước hình học của biến tử là:

hiểu đài biển tứ

ằng số hiệu ứng từ giáo

BW canning ny

M

Phần lớn các biến từ từ giáo hoạt động ở tấn số 20khz đến 5/khz nhưng công suất rất lớn

từ hãng chục w cho đến hàng ưãm kw , nên nó thường được sử dụng trong các thiết bị có vông suất hân và lầm việc ở tần số thấp

ÍSVTH: NGUYÊN HỮU NAM

| MSSvV: 99221591

Là sự thay đổi tần số quan sát được khi nguồn và máy thu chuyển động đối với môi

trường

Higu ting Doppler không những đúng cho sóng âm ,sóng siêu âm mà còn đúng cho

cả sóng điện từ, bao gồm sóng cực ngắn, sóng vô tuyến và ánh sáng khẩ kiến Hiệu ứng

Doppler được áp dụng trong các trường hợp sau đây:

LMÁY THỤ CHUYỂN ĐỘNG, NGUỒN ĐỨNG YÊN ;

Nguồn đứng yên,máy thu chuyển động với vận tốc Vd

Xét một nguồn S đứng yên phát ra các mặt sóng cấu có bước sóng 2, tần số f, di chuyển với vận tốc của âm v Tần số mà máy thu D thu được là tốc độ mà máy thu đón

nhận các mặt sóng Nếu máy thu D đứng yên thì tốc độ đó là f, nhưng khi máy thu D di

chuyển vào trong các sóng thì tốc độ đón nhận sẽ lớn hơn, nên tần số thu được f' cũng sẽ

[ bổ ÁN TỐT NGHIỆP: _ 'GVHD.THẦYTẠCÔNGBỨC |

sóng chứa trong khoảng vt là số bước sóng mà máy thu D đón nhận trong thời gian t, số ấy

là vA Vận tốc mà máy thu D đón nhận các bước sóng chính là tần số f mà máy thu D ghi nhận:

Các mặt sóng đến và đi qua máy thu

Trong thời gian t các mặt sóng di chuyển về phía phải một khoảng vt, D di chuyển

sang trái một khoảng vọt Như vậy, trong thời gian L khoảng cách mà các mặt sóng di

chuyển đối với D là (vt + vpt ) SỐ bước sóng mà máy thu D nhận được là: (vt + vọt )/À

f =@t+ vpt)/At =( v + vpÀA

Ma: ^ =v/f

3 Trường hợp máy thu D di chuyển ra xa ngưồn phát :

Trong trường hợp này các mặt sóng di chuyển một khoảng (vt - vpt) so với D trong

thời gian t và f được cho bởi :

f =f (v-vp /V

Tổng quát : f= f (v + vp )/V (*)

SILLO0LLF0

ÏSVTH: NGUYEN HỮU NAM

Ì MSSV: 99221591

: THAY TA CONG BUC

Il NGUON CHUYEN BONG, MAY THU DUNG YEN:

1 Trường hợp nguồn di chuyển lai gin D :

Nguồn S chuyển động với vận tốc vạ làm thay đổi bước sóng của sóng âm do nó phát ra và như vậy làm thay đổi tần số được máy thu D ghi nhận Gọi T=1/f là khoảng thời

gian hai cặp sóng kế tiếp WI & W2 được phát ra

Trong khoảng thời gian T, mặt sóng W1 di chuyển một khoảng vT còn nguồn di

chiều chuyển động của S, khoảng cách giữa W1 & W2 là (vT -v,T), đó cũng là bước sóng

^' của các sóng truyền theo chiều ấy Tân số mà máy thu D ghi nhận được là :

2 Trường hợp nguồn S di chuyển ra xa máy thu :

Bước sóng A' của các sóng là (vT + vsT ) Tân số mà máy thu D ghi nhận được là :

f=fV/(V+vs)

“Tổng quát :

II NGUỒN VÀ MÁY THU ĐỀU CHUYỂN ĐỘNG :

Tổ hợp (*) & (**) ta thu được phương trình tổng quát của hiệu ứng Doppler cho cả

nguồn và máy thu cùng chuyển động so với khối không khí :

f =f (vtvp / (vtvs)

SVTH: NGUYEN HUU NAM

MSSV: 99221591

DO AN TOT NGHIỆP ˆ

TÀI :ỨNG DỤNG HIỆU ỨNG DOPPLER ĐO VẬN TỐC XE

1V HIỆU ỨNG ĐOPPLER Ở VẬN TỐC NHỎ

Các hiệu ứng Doppler khi máy thu chuyển động và khi nguồn chuyển động không

giống nhau ngay cả khi máy thu và nguồn có thể chuyển động với cùng một tốc độ Tuy

nhiên, nếu tốc khá nhỏ (vp,vs<<v ) thì sự thay đổi tần số do hai chuyển động ấy gây

ra cơ bản là giống nhau:

F =f(1#u/v) với u: tốc độ tương đối của nguồn so với máy thu

SVTH: NGUYÊN HỮU NAM

¡,MSSV: 99221591

I Khái niệm :

Khuếch đại thuật toán (KĐTT) còn gọi là OPAMP (Operational Amplifier) là một

bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại là Kạ rất cao và thường được chế tạo dưới hạng tích hop IC (Integrated CircuiO Ngày nay khuếch đại thuật toán được ứng dụng trong rất

ác bộ khuếch đại thông thường về cơ bản không có sự khác nhau Cả hai loại này

đểu dùng để khuếch đại điện ấp, dòng điện hoặc công suất “Trong khi tính chất của bộ

khuếch đại thông thường phụ thuộc vào kết cấu bên trong của mạch thì tác dụng của bộ

Up,Ip : điên áp vào và dòng vào cửa không đảo

ỦN ,Iy : điên áp vào và dòng vào cửa đảo

Nếu Uy=0 => U,= Kạ Up : điện áp vào đồng pha với điện áp ra ta gọi đây là

ngõ vào không đảo

Nếu Up =0 => U,=- Ko Uy : dién áp vào và điên áp ra nghịch pha ta gọi đây là

ngõ vào đảo

Tưng thực tẾ , người tạ rất íL sử dụng khuếch đại thuật toán ở trạng thái vòng hở vì

ty Ko tt bin những tâm điện ấp vào bị giới hạn quá bé chí cần trôi nhiệt , hoặc nguồn

không ấn định hay nhiều biến độ rất bé: cũng lam cho ngõ ra bảo hoà , vì vậy trong chế độ

khuếch đại tuyến tính, người tà phải dùng hồi tiếp ám để tạo sự Jam việc ổn định cho bộ

ông được vùng làm việc của n hiệu Trạng thái có thêm mạch hồi tiếp gọi là trạng thái vòng kín

khuếch đạn, đồng thời mối

Ủ, bão lê dướng

Trong thực tế có bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng, để đánh giá bộ khuếch đại thuật toán thực so với bộ thuật toán lý tưởng, người ta căn cứ vào các tham số của nó `

1 Hệ số khuếch đại hiệu Kạ:

Ko là hệ số khuếch đại hiệu không tải, được xác định như biểu thức sau:

KT

& ae | o

Điện áp ra Ur chỉ tỉ lệ với Ua trong dai điện Ap Urpin + Utmax goi 1a đãi biến đổi điện áp

ra của bộ khuếch đại thuật toán Ngoài dãi đó, điện áp ra không đổi và không phụ thuộc

điện áp vào, tương đương với bộ khuếch đại làm việc ở trạng thái bão hòa

Khi tần số tăng đến một giá trị nào đó thì Kạ giảm, ở tần số giới hạn thì

Koo

Ñụ ~~ ——_—

1,414

Vi lần số giới han đười của bộ khuch dai thudt todn {y= 0, nén tin số giới hạn trên

của nó đúng bằng dé rong dar tin,

Khi hệ số khnéch dar Ky guim theo tấn số giữa Ủr vá Ứ¿ cũng xuất hiện góc lệch pha

phụ thuậc tấn số Góc lệch pha này có thể ánh hưởng đếp tính ổn định của bộ khuếch đại thuật toán

Kẹ =Kạo, không phụ thuộc tân số và ba khâu lọc thông thấp riêng lẻ

Tam giác +1 biểu diễn các khâu ghép mạch điện không phụ thuộc tân số và có hệ truyền đạt bằng một

SVTH: NGUYÊN HỮU NAM

[ Đổ ÁN TỐT NGHIỆP : GVHD: THAYTA CONG DUC ]

| ETAL

mì khi tần xế tăng, K„ =l khi f=fy (Í tân số chuyển tiếp) Khi tần số tăng thì

h phá E giữa Uy và Ủy củng tăng về trị tuyệt đối

tần số giới hạn của ba khâu lọc thông thấp

Trong đó giả thuyết f,i << f,¿ << f,¿, biểu diễn đặc tính biên độ -tần số dưới dạng

đổ thị Bode., khi f >f„¡ thì hệ số khuếch đại giẩm đi với độ dốc -20đB/D, tiếp khi f >f„; và

f >f„s thì Kọ lân lượt giấm với độ dốc -40dB/D và -60đB/D Mặc khác khi tần số tăng thì góc lệch pha š giảm

Nếu góc lệch pha É=180”, => Ur và Uạ ngược pha, do đó cửa thuận và cửa đảo của BKDTT thay đổi tác dụng của nó cho nhau

ao thường dùng các mạch lọc thụ dong RLC , 6 tan số thấp, các mạch lọc

n quá lổn, làm cho k ú nặng né và tốn kém ,vì vậy trong phạm vì tân số

từ 0.1 đến vài MHZ ,người tà dùng bộ khuếch đại thuật toán và mạng RC gọi là mạch lọc tích cực để lọc

Mạch lọc tích cực được đặc trưng bởi ba thám số cơ bản : tần số giới hạn f,, bậc của

bộ lọc và loại bộ lọc

Độ suy giám 1ñ\ thuậc vào thứ bậc:

Rac 1 có độ suy giảm 20đB/D hay 6dB/O Rae 2 có độ suy giảm 40dB/D hay 12dB/O Bắc 3 có độ suy giảm 60đB/D hay 18dB/O Hầm truyền tổng quất cho mạch lọc tần thấp bậc n có dạng:

(S?-+0.5185 +1) (S? + 1.4148 +1)(S? + 1.9325 +1)

(S +1) (S?+0.445S +1) (SẼ + 1.2475S +1) (SẼ + 1.802S +1) (S?+ 0.3905 +1) (S? + 1.1118 +1) (S? +1.663S +1) (S?+ 1.9628 +1)

IE ĐỖ ÁN TỐT NGHIỆP: Tem ĩ GVHD: THẪY TẠ CÔNG ĐỨC |

Từ công thức tổng quat c của mạch lọc thấp sẽ biến thành công thức của mạch lọc

tân cao nếu ta lấy đối xứng sương đặc tính biên độ - tần số của hàm truyền qua tần số cắt

bằng cách lấy nghịch đảo P = 1/P Công thức có đạng:

ai= œ;RC Tất cả các mạch lọc bậc 1 có ai=l

Mạch lọc tần thấp bậc 1 có độ suy giảm 20dB/D và độ dịch pha giữa điện áp ra

Mach loc tần thấp bậc 2 có độ suy giảm và dịch pha gấp đôi, nghiã là giảm

40dB/D va dich pha 90°

Để đảm bảo cho Rị và Rạ có gia trị thực, cân thỏa mãn điều kiện

Khéng nén chon C,/C, qiia lớn so với gía trị vế bên phải

Để cho việc tính toán đơn giần thường chọn R,=R;=R và C,=C;=C

4 Mạch lọc bậc cao:

Nếu muốn tăng độ dốc suy giảm trên 40đB/D thì phải dùng mạch lọc từ bậc 3 trở

lên, bằng cách đấu nối tiếp mạch lọc bậc 1 và bậc 2, nhưng không thể mắc mạch tùy ý

'Về nguyên tắc, đặc tính tần số của mạch lọc hỗn hợp không phụ thuộc thứ tự mắt

lọc, nhưng trong thực tế lại có 2 yêu cầu sau đây:

- Mạch lọc có tần số cắt lần lượt tăng sẽ giảm nhỏ xác suất qúa tải

~ Mạch lọc có tân số cắt giảm dẫn sẽ giảm nhỏ tạp âm ở tầng trước gây nên

IV : MACH DAO DONG

Mạch dao động là một mạch phát ra một một chu kỳ tín hiệu ngõ ra AC không

phụ thuộc vào bất kỳ tín hiệu ngõ vào nào Mạch dao động thường được dùng trong máy phát tín hiệu sóng sin, trong khi đó một máy phát tín hiệu sóng vuông thì được gọi là mạch

dao động xuông và ngoài ra mạch đao động còn được dùng trong điểu chế và giải điều chế

suy giảm Vouy đưa vào đầu vào không đảo V+ Mạch được thiết kế để có ngõ ra tự

duy trì do đó không có đầu vào

Trong miền tân số, các tổng trở Z¡ và Z4 được biểu diễn

Mạch đưa về miễn tần số:

Khuyếch đại Không đảo ở bên trong phải lớn hơn nhiều tần số dao động

Gọi Au là độ lợi vòng hở của OP-AMP Ta có:

Vou =AoV«x

Với : Vy = V - V-=k(@) Vour- B Vou

Suy ra:

Vou¿= Aol k(@) -B] Vou

Khi Aa—> œ thì phương trình trên chỉ thoả khi: [k(@) -B] > 0

[ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: “—GVHD: THẦY TA CÔNG ĐỨC

Suy ra: @ = @ = 1/RgC : tần số dao dong

Ø tần số này phan thực của:

Zz

Zi+:

“Trở thành:

Như vậy đại lượng k(@) - B sẽ bằng zero ở tần số œy nếu ƒ= 1/3

Nều mạch chọn Rị và R; sao cho B =1/3 thì mạch có khả năng duy trì V,

| ĐỀ TÀI :ỨNG DỤNG HIỆU LÚNG DOPELER ĐO VẬN TỐC XE

I cấu tạo,

MCSSI l ho IC vi diéu khiển (mierocontrller) do hãng Intel sắn xuất Các IC tiêu

chuẩn cho họ MCS5I là 8031, 8051 Chúng có các đặc điểm chung như sau:

+ 4 Kbyte ROM (được lập trình bởi nhà sẵn xuất, chỉ có ở 8051)

+ 128 byte RAM

+4 port VO 8 bit

+2 bộ định thì 16 bít

+ Giao tiếp nổi tiếp

+64 KH không gian bộ nhớ chương tình mở rồng

+64 KH không gián bộ nhớ dữ liGu mở rộng

+ Một bộ xử lý laa ly (hao tác trên các bịt đơn)

+ 210 bít được địa chi hoa

+HO nhanehia dus

Port nối tiếp