實(shí)驗(yàn)九多普勒效應(yīng)及聲速綜合實(shí)驗(yàn)對于機(jī)械波、聲波、光波和電磁波而言，當(dāng)波源和觀察者（或接收器）之間發(fā)生相對運(yùn)動，或者波源、觀察者不動而傳播介質(zhì)運(yùn)動時，或者波源、 觀察者、傳播介質(zhì)都在運(yùn)動時 ,觀察者接收到的波的頻率和發(fā)出的波的頻率不相同的現(xiàn)象，稱為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)在核物理，天文學(xué)、工程技術(shù)，交通管理，醫(yī)療診斷等方面有十分廣泛的應(yīng)用。如用于衛(wèi)星測速、光譜儀、多普勒雷達(dá)，多普勒彩色超聲診斷儀等。一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握和理解多普勒效應(yīng)2、掌握利用多普勒效應(yīng)測量聲速的原理和方法二．實(shí)驗(yàn)原理1、聲波的多普勒效應(yīng)設(shè)聲源在原點(diǎn)，聲源振動頻率為 f，接收點(diǎn)在x，運(yùn)動和傳播都在x方向。對于三維情況，處理稍復(fù)雜一點(diǎn)，其結(jié)果相似。聲源、接收器和傳播介質(zhì)不動時，在x方向傳播的聲波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：pp0costx（1-1）c0①聲源運(yùn)動速度為VS，介質(zhì)和接收點(diǎn)不動設(shè)聲速為c0，在時刻t,聲源移動的距離為VS(txc0)因而聲源實(shí)際的距離為xx0VS(txc0)∴x(x0VSt)/(1MS)（1-2）其中MS=VS/c0為聲源運(yùn)動的馬赫數(shù)，聲源向接收點(diǎn)運(yùn)動時 VS（或MS）為正，反之為負(fù)，將式1-2代入式1-1：pp0cosx01tMSc0可見接收器接收到的頻率變?yōu)樵瓉淼?,即:1MSfSf（1-3）1MS1②聲源、介質(zhì)不動，接收器運(yùn)動速度為 Vr，同理可得接收器接收到的頻率 :fr (1 Mr)f (1 Vr)f （1-4）c0其中Mr Vr為接收器運(yùn)動的馬赫數(shù)，接收點(diǎn)向著聲源運(yùn)動時 Vr（或Mr）為正，反之為c0負(fù)。③介質(zhì)不動，聲源運(yùn)動速度為VS，接收器運(yùn)動速度為Vr，可得接收器接收到的頻率:frs1Mrf（1-5）1Ms④介質(zhì)運(yùn)動，設(shè)介質(zhì)運(yùn)動速度為 Vm,得x x0 Vmt根據(jù)1-1式可得：∴ p p0cos1 Mm t x0 （1-6）c0其中Mm Vmc0為介質(zhì)運(yùn)動的馬赫數(shù)。介質(zhì)向著接收點(diǎn)運(yùn)動時 Vm（或Mm）為正，反之為負(fù)?？梢娙袈曉春徒邮掌鞑粍樱瑒t接收器接收到的頻率：fm(1Mm)f（1-7）還可看出，若聲源和介質(zhì)一起運(yùn)動，則頻率不變。為了簡單起見，本實(shí)驗(yàn)只研究第 2種情況：聲源、介質(zhì)不動，接收器運(yùn)動速度為 Vr。根據(jù)1-4式可知，改變Vr就可得到不同的fr以及不同的△f=fr-f，從而驗(yàn)證了多普勒效應(yīng)。另外，若已知Vr、f，并測出fr，則可算出聲速c0，可將用多普勒頻移測得的聲速值與用時差法測得的聲速作比較。若將儀器的超聲換能器用作速度傳感器，就可用多普勒效應(yīng)來研究物體的運(yùn)動狀態(tài)。2、聲速的幾種測量原理①超聲波與壓電陶瓷換能器頻率20Hz-20kHz的機(jī)械振動在彈性介質(zhì)中傳播形成聲波，高于20kHz稱為超聲波，超聲波的傳播速度就是聲波的傳播速度，而超聲波具有波長短，易于定向發(fā)射等優(yōu)點(diǎn)。聲速實(shí)驗(yàn)所采用的聲波頻率一般都在20～60kHz之間，在此頻率范圍內(nèi)，采用壓電陶瓷換能器作為聲波的發(fā)射器、接收器效果最佳。2正負(fù)電極片后蓋反射板壓電陶瓷片 輻射頭圖1 縱向換能器的結(jié)構(gòu)簡圖。壓電陶瓷換能器根據(jù)它的工作方式，分為縱向（振動）換能器、徑向（振動）換能器及彎曲振動換能器。聲速教學(xué)實(shí)驗(yàn)中所用的大多數(shù)采用縱向換能器。圖1為縱向換能器的結(jié)構(gòu)簡圖。②共振干涉法（駐波法）測量聲速假設(shè)在無限聲場中，僅有一個點(diǎn)聲源換能器1（發(fā)射換能器）和一個接收平面（接收換能器2）。當(dāng)點(diǎn)聲源發(fā)出聲波后，在此聲場中只有一個反射面（即接收換能器平面），并且只產(chǎn)生一次反射。在上述假設(shè)條件下，發(fā)射波ξ1122=Acos（ωt+2πx/。λ)在S2處產(chǎn)生反射，反射波ξ=Acos（ωt-2πx/λ)，信號相位與ξ1相反，幅度A2＜A1。ξ1與ξ2在反射平面相交疊加，合成波束ξ3ξ3=ξ1+ξ21（ωt+2πx/λ2（ωtπλ)=Acos)+cosA-2x/=A112-A1）cos（ωt-2πx/λ)cos（ωt+2πx/λ)+Acos（ωt-2πx/λ（)+A=2A1cos(221）cos（ωt-2πx/λ)πx/λ)cos（ωAt+-A由此可見，合成后的波束ξ3在幅度上，具有隨cos(2πx/λ)呈周期變化的特性，在相位上，具有隨(2πx/λ)呈周期變化的特性。另外，由于反射波幅度小于發(fā)射波，合成波的幅度即使在波節(jié)處也不為0，而是按（A2-A1）cos（ωt-2πx/λ)變化。圖2所示波形顯示了疊加后的聲波幅度，隨距離按cos(2πx/λ)變化的特征。實(shí)驗(yàn)裝置按圖7所示，圖中1和2為壓電陶瓷換能器。換能器1作為聲波發(fā)射器，它由信號源供給頻率為數(shù)十千赫的交流電信號，由逆壓電效應(yīng)發(fā)出一平面超聲波；而2則作為聲波的接收器，壓電效應(yīng)將接收到的聲壓轉(zhuǎn)換成電信號。將它輸入示波器，我們就可看到一組由聲壓信號產(chǎn)生的正弦波形。由于換能器2在接收聲波的同時還能反射一部分超聲波，接收的聲波、發(fā)射的聲波振幅雖有差異，但二者周期相同且在同一線上沿相反方向傳播，二者在換能器1和2區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了波的干涉，形成駐波。我們在示波器上觀察到的實(shí)際上是這兩個相干波合成后在聲波接收器（換能器2）處的振動情況。移動換能器2位置（即改變換能器1和2之間的距離），從示波器顯示上會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)換能器2在某位置時振幅有最大值。根據(jù)波的干涉理論可以知道：任何二相鄰的振幅最大值的位置之間（或二相鄰的振幅最小值的位置之間）的距離均為λ/2。為了測量聲波的波長，可以在一邊觀察示波器上聲壓振幅值的同時，緩慢的改變換能器1和2之間的距離。示波器上就可以看到聲振動幅值不斷地由最大變到最小再變到最大，二相鄰的振幅最大之間的距離為λ/2；換能器2移動過的距離亦為λ/2。超聲換能器2至1之間的距離的改變可通過轉(zhuǎn)動滾花帽來實(shí)現(xiàn)，而超聲波的頻率又可由測試儀直接讀出。3接收到的信號幅度的包絡(luò)波發(fā)射換能器與接收換能器之間的距離圖2換能器間距與合成幅度在連續(xù)多次測量相隔半波長的位置變化及聲波頻率f以后，我們可運(yùn)用測量數(shù)據(jù)計(jì)算出聲速，用逐差法處理測量的數(shù)據(jù)。③相位法測量原理圖3用李薩如圖觀察相位變化由前述可知入射波ξ1與反射波ξ2疊加，形成波束ξ3121）cos（ωt-2πx/λ)相對于發(fā)射波束：ξ=2Acos(2πx/λ)cos（ωAt+-A（ωt+2πx/來λ)說，在經(jīng)過△x距離后，接收到的余弦1=Acos波與原來位置處的相位差（相移）為θ=2π△x/λ。由此可見，在經(jīng)過△x距離后，接收到的余弦波與原來位置處的相位差（相移）為θ=2π△x/λ，如圖3所示。因此能通過示波器，用李薩如圖法觀察測出聲波的波長。④時差法測量原理連續(xù)波經(jīng)脈沖調(diào)制后由發(fā)射換能器發(fā)射至被測介質(zhì)中，聲波在介質(zhì)中傳播，經(jīng)過t時間后，到達(dá)L距離處的接收換能器。由運(yùn)動定律可知，聲波在介質(zhì)中傳播的速度可由以下公式求出：速度V=距離L/時間t4圖4發(fā)射波與接收波通過測量二換能器發(fā)射接收平面之間距離 L和時間t，就可以計(jì)算出當(dāng)前介質(zhì)下的聲波傳播速度。三．實(shí)驗(yàn)裝置 （見附錄）四．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟把測試架上收發(fā)換能器(固定的換能器為發(fā)射，運(yùn)動的換能器為接受)及光電門I連在實(shí)驗(yàn)儀上的相應(yīng)插座上,實(shí)驗(yàn)儀上的“發(fā)射波形”及“接收波形”與普通雙路示波器相接,將“發(fā)射強(qiáng)度”及“接收增益”調(diào)到最大；將測試架上的光電門II、限位及電機(jī)控制接口與智能運(yùn)動控制系統(tǒng)相應(yīng)接口相連；將智能運(yùn)動控制系統(tǒng)“電源輸入”接實(shí)驗(yàn)儀的“電源輸出”。開機(jī)后可進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)。1、驗(yàn)證多普勒效應(yīng)進(jìn)入“多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)”畫面后，先“設(shè)置源頻率” ,用“ ”“ ”增減信號頻率，一次變化10Hz，同時觀察示波器的波形，當(dāng)接收波幅達(dá)最大時，源頻率即已設(shè)好。接著轉(zhuǎn)入“瞬時測量”，確保小車在兩限位光電門之間后，開啟智能運(yùn)動控制系統(tǒng)電源，設(shè)置勻速運(yùn)動的速度，使小車運(yùn)動，測量完畢后，可得到過光電門時的信號頻率,多普勒頻移及小車運(yùn)動速度。改變小車速度，反復(fù)多次測量，可作出 f v或 f v關(guān)系曲線。改變小車的運(yùn)動方向，再改變小車速度，反復(fù)多次測量，作出 f v或 f v關(guān)系曲線。然后轉(zhuǎn)入“動態(tài)測量”，記下不同速度時換能器的接受頻率變化值。注意：動態(tài)測量僅限于小車運(yùn)動速度較低時。改變小車速度，反復(fù)多次測量，可作出 f v或 f v關(guān)系曲線。改變小車的運(yùn)動方向，再改變小車速度，反復(fù)多次測量，作出 f v或 f v關(guān)系曲線。動態(tài)法可更直觀的驗(yàn)證多普勒效應(yīng)。2、用多普勒效應(yīng)測聲速測量步驟和1相同，只是轉(zhuǎn)入“動態(tài)測量”或“瞬時測量”，小車運(yùn)動速度由智能運(yùn)動控制系統(tǒng)確定，頻率由“動態(tài)測量”或“瞬時測量”確定 ,因而可由1-4式求出聲速c0。進(jìn)行多次測量后，求出聲速的平均值，并與由時差法測出聲速作比較。3、研究物體的運(yùn)動狀態(tài)將超聲換能器用作速度傳感器，可進(jìn)行勻速直線運(yùn)動，勻加（減）直線運(yùn)動，簡諧振動等實(shí)驗(yàn)。這時應(yīng)進(jìn)入“變速運(yùn)動實(shí)驗(yàn)”，設(shè)置好采樣點(diǎn)數(shù)，采樣步距后,“開始測量”，測量完后顯示出結(jié)果。進(jìn)行運(yùn)動實(shí)驗(yàn)時，除了用智能運(yùn)動系統(tǒng)控制的小車外，還可換用手動小車，這時注意應(yīng)5該推動小車系統(tǒng)的底部使小車運(yùn)動，并且不能用力過大、過猛。4、用時差法測空氣中的聲速可在直射式和反射式兩種方式下進(jìn)行，進(jìn)入“時差法測聲速”畫面，這時超聲發(fā)射換能器發(fā)出75μs寬（填充3個脈沖），周期為30ms的脈沖波。在直射方式下，接收換能器接收直達(dá)波，在反射方式下接收由反射面來的反射波，這時顯示一個△t值：△t1；用步進(jìn)電機(jī)或用手移動小車（注意：手動移動小車時候，最好通過轉(zhuǎn)動步進(jìn)電機(jī)上的滾花帽使小車緩慢移動，以減小實(shí)驗(yàn)誤差）,或改變反射面的位置，再得到一個△t值：△t2，從而算出聲速值c0,c0x，其中△x為小車移動的距離（可以直接從標(biāo)尺t2t1上讀出或參考控制器中顯示的距離）或?yàn)榉瓷浞〞r前后兩次經(jīng)過反射面的聲程差。注意：按照圖4所示的時差法測量原理，時間t為發(fā)射波到接收波的第一個波峰之間時間；在移動△x的過程中，只要△t的變化是連續(xù)的，測量誤差最小。反射屏 bnθLbnθθ發(fā)射換能器接受換能器圖5反射法測聲速圖6接收波形反射法測量聲速時候，反射屏要遠(yuǎn)離兩換能器，調(diào)整兩換能器之間的距離、兩換能器和反射屏之間的夾角θ以及垂直距離 L，如圖5所示，使數(shù)字示波器（雙蹤，由脈沖波觸發(fā)）接收到穩(wěn)定波形；利用數(shù)字示波器觀察波形，通過調(diào)節(jié)示波器使接受波形的某一波頭bn的波峰處在一個容易辨識的時間軸位置上，然后向前或向后水平調(diào)節(jié)反射屏的位置，使移動△L，記下此時示波器中先前那個波頭bn在時間軸上移動的時間△t，如圖6所示，從而得出聲速值x2L。c0,c0tsint用數(shù)字示波器測量時間同樣適用于直射式測量，而且可以使測量范圍增大。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，得到多個聲速值，最后求出聲速的平均值，再與多普勒效應(yīng)得到的聲速t值及如下的理論值相比較： c0 331.451 （m/s）273.16其中t為室溫，單位為℃。5、用駐波法和相位法測定空氣中聲速這時應(yīng)進(jìn)入“多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)”畫面，設(shè)置源頻率，同時用示波器觀察波形，應(yīng)使接收波幅達(dá)到最大值。通過轉(zhuǎn)動步進(jìn)電機(jī)上的滾花帽使小車緩慢移動來改變換能器位置。用駐波法測量時，逐漸移動小車的距離，同時觀察接收波的幅值，找出相鄰兩個振幅最6大值（或最小值）之間的距離差，此距離差為 λ/2，λ為聲波的波長。通過 λ和聲波的頻率 f即可算出聲速c0：c0=λf。用相位法測量時，在示波器的xy方式下觀察反射波和接收波的李薩如圖形，調(diào)節(jié)小車位置，觀察到一斜線，再慢慢向一個方向移動小車，觀察到同一方向的斜線時，記下距離差，此距離差即聲波波長 λ，已知聲波頻率 f即可算出聲速c0=λf。五．?dāng)?shù)據(jù)處理1．求鋼珠直徑及其不確定度：平均值：d1d2d3d4d5d5不確定度：(did)2d1)(n結(jié)果：dd(mm)2．在忽略容器體積 V、大氣壓 p測量誤差的情況下估算空氣的比熱容及其不確定度：六．注意事項(xiàng)（見附錄）七．附錄DH-DPL系列多普勒效應(yīng)及聲速綜合實(shí)驗(yàn)儀使用說明多普勒效應(yīng)在核物理、天文學(xué)、工程技術(shù)、交通管理、醫(yī)療診斷等方面有十分廣泛的應(yīng)用，如用于衛(wèi)星測速、光譜儀、多普勒雷達(dá)、多普勒彩色超聲診斷儀等。本儀器用超聲波來研究多普勒效應(yīng)。用電磁波和聲波研究多普勒效應(yīng)的原理是相同的，但由于超聲波的波長較電磁波要小得多，所以在較低的運(yùn)動速度下也有明顯的多普勒效應(yīng)，這就非常有利于物理實(shí)驗(yàn)中對多普勒效應(yīng)進(jìn)行研究。另外，本儀器還能對超聲波在空氣中的傳播速度進(jìn)行多種途徑的測量：駐波法、相位法、時差法和多普勒效應(yīng)法測量聲速。一、儀器型號及功能DH-DPL 系列多普勒效應(yīng)及聲速綜合實(shí)驗(yàn)儀由以下幾種：1、DH-DPL1 型多普勒效應(yīng)及聲速綜合實(shí)驗(yàn)儀由多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)和聲速測量兩大塊組成，能做以下實(shí)驗(yàn)：a、測量運(yùn)動速度與頻率的關(guān)系，驗(yàn)證多普勒效應(yīng)；b、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：用多普勒效應(yīng)測量運(yùn)動物體的未知速度；c、用多普勒效應(yīng)研究勻速直線運(yùn)動，勻加（減）速直線運(yùn)動，簡諧振動等；7d、用多普勒效應(yīng)測量空氣中的聲速；e、用駐波法測量空氣中的聲速；、用相位法測量空氣中的聲速，測量角度可變；g、在直射式情況下，用時差法測量空氣中的聲速；h、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：利用超聲波測量距離2、DH-DPL2 型多普勒效應(yīng)及聲速綜合實(shí)驗(yàn)儀與DH-DPL1 相比，加入了反射式時差法測量聲速的功能；二、儀器主要技術(shù)參數(shù)1、功率信號源：a信號頻率：20kHz~50kHz，步進(jìn)值10Hz，頻率穩(wěn)定度：<0.1Hz；b最大輸出電壓：連續(xù)波＞4Vp-p，脈沖波＞7Vp-p；c脈沖波寬度：75μs，周期：30ms；2、智能運(yùn)動控制系統(tǒng)參數(shù)：a步進(jìn)電機(jī)：供電電壓2.77V，額定電流1.68A，最大轉(zhuǎn)矩4.4kg·cm；b運(yùn)動速度：直線勻速運(yùn)動0.059～0.475m/s可調(diào)，誤差±0.002m/s；直線變速運(yùn)動0～0.475m/s變化,提供七條變速曲線；可正反方向運(yùn)行；最小步進(jìn)距離L設(shè)定范圍：0.05～0.3mm；運(yùn)行距離D顯示范圍：勻速運(yùn)動模式0～999.99mm，誤差±2L；變速運(yùn)動模式0～99999mm，誤差±2L；限位保護(hù)：光電門限位，行程開關(guān)限位；3、多普勒頻移：0～50Hz；4、系統(tǒng)測頻精度：±1Hz；5、系統(tǒng)測速精度：±0.002m/s；6、時差法準(zhǔn)確測量范圍： 0～300mm；用數(shù)字示波器測量：范圍〉 300mm；7、時差法、相位法、駐波法以及多普勒效應(yīng)法測量聲速精度： <3%；8、換能器諧振頻率：37±2kHz；9、換能器旋轉(zhuǎn)角度：0～180度；三、儀器構(gòu)成及說明本儀器由實(shí)驗(yàn)儀、智能運(yùn)動控制系統(tǒng)和測試架三個部份組成。實(shí)驗(yàn)儀由信號發(fā)生器和接收器、功率放大器、微處理器，液晶顯示器等組成。智能運(yùn)動控制系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)控制模塊，單片機(jī)系統(tǒng)組成，用于控制載有接收換能器的小車的速度。測試架由底座、超聲發(fā)射換能器、導(dǎo)軌、載有超聲接收器的小車、步進(jìn)電機(jī)、傳動系統(tǒng)、光電門等組成。8圖7主測試儀面板圖圖8智能運(yùn)動控制系統(tǒng)面板圖在驗(yàn)證多普勒效應(yīng)和直射式測聲速時，超聲發(fā)射器和接收器面對面平行對準(zhǔn)；在反射式測量時，超聲發(fā)射器和接收器應(yīng)轉(zhuǎn)一定的角度，使入射角度近似等于反射角。1、發(fā)射換能器 2、接收換能器 3、5左右限位保護(hù)光電門4、測速光電門 6、接收線支撐桿 7、小車 8、游標(biāo) 9、同步帶910、標(biāo)尺 11、滾花帽 12、底座 13、復(fù)位開關(guān) 14、步進(jìn)電機(jī)15、電機(jī)開關(guān) 16、電機(jī)控制 17、限位 18、光電門 II 19、光電門 I20、左行程開關(guān) 21、右行程開關(guān) 22、行程撞塊 23、擋光板 24、運(yùn)動導(dǎo)軌圖9 運(yùn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖10 線路連接示意圖各部分的使用情況如下：1、實(shí)驗(yàn)儀主畫面開機(jī)時或按復(fù)位鍵時顯示：“歡迎使用多普勒效應(yīng)及聲速綜合實(shí)驗(yàn)儀” 。按“確認(rèn)”鍵（即中心鍵）后顯示主菜單：“時差法測聲速”“多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)”“變速運(yùn)動實(shí)驗(yàn)”“數(shù)據(jù)查詢”按“ ”“ ”鍵選擇不同的任務(wù)，按 “確認(rèn)”鍵進(jìn)入以下各任務(wù)：“時差法測聲速”：“時間差△t: xxxμs”“返回”，按“確認(rèn)”鍵返回主菜單；“多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)”：“設(shè)置源頻率”：“ ”“ ”增減信號頻率，一次變化 10Hz；10“瞬時測量”：測過光電門時的平均頻率及平均速度；“動態(tài)測量”：不用光電門測得的動態(tài)頻率（頻率計(jì)）；“返回”，按“確認(rèn)”鍵返回主菜單；“變速運(yùn)動實(shí)驗(yàn)”：“采樣點(diǎn)數(shù)”160，用“ ”“ ”增減，一次變化 1；“采樣步距”65ms，用“”“”增減，一次變化1ms；“開始測量”：進(jìn)入測量狀態(tài)，測量完后顯示結(jié)果“f-t”、“數(shù)據(jù)”、“存儲”、“返回”；按“ ”“ ”鍵進(jìn)入相關(guān)功能；若要對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，先選擇該功能，按下“確認(rèn)”后將顯示“存儲組別：x”，用“ ”“”增減改變組別x，然后按下“確認(rèn)”后將顯示“已存儲到組x”，并自動回到原操作界面；“返回”“數(shù)據(jù)查詢”：“變速運(yùn)動數(shù)據(jù)組別： x”用“ ”“ ”鍵增減改變要查詢的組別 x，按下“確認(rèn)”后顯示相關(guān)信息“f-t”、“數(shù)據(jù)”、“存儲”、“返回”，按“ ”“ ”鍵切換到相關(guān)功能；??！說明：瞬時測量時，信號源測速可能會與智能運(yùn)動控制系統(tǒng)給定的速度存在較大誤差，原因是擋光板加工誤差造成。軟件設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)： S1=4mm,S2=90mm,S3=4mm，V正=L1/t1，V反=L2/t2。實(shí)際的L1=S1+S2，L2=S3+S3并非標(biāo)準(zhǔn)，t1和t2為標(biāo)準(zhǔn)測量值，所以需要用游標(biāo)卡尺測量S1，S2，S3，然后計(jì)算出實(shí)際的V正、V反。2、智能運(yùn)動控制系統(tǒng)用于控制小車的啟、停及小車作勻速運(yùn)動的速度。此外，內(nèi)建了七種變速運(yùn)動模式：從零加速，后減速到零；再反向從零加速，后減速到零??不停循環(huán)。為了防止小車運(yùn)動時發(fā)生意外，設(shè)計(jì)有小車限位功能，該功能由光電門限位和行程開關(guān)11控制組成。當(dāng)小車運(yùn)動到導(dǎo)軌兩側(cè)的限位光電門處時，根據(jù)不同的運(yùn)行方式，小車會自行停止運(yùn)行或反向運(yùn)行；當(dāng)因誤操作致使小車越限光電門后，會觸發(fā)行程開關(guān)，使系統(tǒng)復(fù)位停車，此時小車被鎖住，需要切斷測試架上的電機(jī)開關(guān)按鈕，移動小車到導(dǎo)軌中央位置后再接通電機(jī)開關(guān)按鈕，接著按一下復(fù)位開關(guān)即可。注意：為了保證電機(jī)運(yùn)動狀態(tài)的準(zhǔn)確性，開啟電源時必須確保小車起始位置在兩限位光電門之間。（1）在勻速運(yùn)動模式下，即顯示速度V為0.XXXm/s或-0.XXXm/s（“-”表示方向?yàn)樨?fù)），單擊 鍵，進(jìn)入速度設(shè)定模式，顯示速度 V為0.XXXm/s或-0.XXXm/s，并且高位“0”處于閃爍狀態(tài)；這時再按 鍵（速度增加）或 鍵（速度減?。﹣韺λ俣鹊拇笮∵M(jìn)行設(shè)定，設(shè)定好后再單擊 鍵進(jìn)行確定即可。速度顯示誤差為：±0.002m/s。此速度可以當(dāng)成已經(jīng)確定的物理量，也可以用外部測速裝置來測量。（2）單擊 ——啟動/停止控制鍵，將使電機(jī)加速啟動到設(shè)定速度或從設(shè)定速度減速到停止運(yùn)行（為了防止步進(jìn)電機(jī)的失步和過沖現(xiàn)象，需加速啟動和減速停止）。此鍵在小車運(yùn)行時才有效。（3）在電機(jī)停止時單擊 ——正/反轉(zhuǎn)控制鍵，速度顯示方向改變，電機(jī)下次的運(yùn)行方向?qū)淖?。需要注意的是，?dāng)電機(jī)運(yùn)行到導(dǎo)軌兩側(cè)的限定位置而停止時，只有按此鍵改變電機(jī)運(yùn)行方向才可反向運(yùn)行。（4）在速度設(shè)定完畢，即顯示速度 V為0.XXXm/s或-0.XXXm/s時，單擊 ——上鍵將顯示上次電機(jī)運(yùn)行的距離D，顯示為XXX.XXmm用于時差法測聲速，再次單擊此鍵將停止查看，恢復(fù)原來速度顯示數(shù)。在查看的過程中，其它鍵盤將失效。（5）在速度設(shè)定完畢，單擊 ——下鍵將進(jìn)入最小步進(jìn)距離 L設(shè)定,顯示L0.XXXmm，并且最低位開始閃爍；此時按 加鍵（加1）或 減鍵（減1）來對該位的大小進(jìn)行設(shè)定；再次單擊 ——下鍵，向左移位閃爍，再按 加鍵（加1）或 減鍵（減1）來對該閃爍位的大小進(jìn)行設(shè)定??依次對各位進(jìn)行設(shè)定，繼續(xù)單擊 ——下鍵，直到自動顯示速度 V為0.XXXm/s 或-0.XXXm/s 時，表示設(shè)定完畢。最大步進(jìn)距離可設(shè)定到 0.300mm，最小為0.050mm，初始設(shè)定值為 0.102mm，具體設(shè)定方法見速度設(shè)定說明。（6）在速度設(shè)定完畢后，按下 鍵不放，直到數(shù)碼管顯示 ACCX或-ACCX時再釋放，即可進(jìn)入變速運(yùn)動模式；再次按 鍵不放直到顯示速度 V為0.XXXm/s或-0.XXXm/s時將返回原來勻速運(yùn)動模式。12（7）在變速運(yùn)動模式下，當(dāng)電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時，單擊 ——下鍵將改變速度曲線，總共有 7條先加速再減速曲線（速度都是從 0.000m/s加速到系統(tǒng)速度所能設(shè)定的最大值0.475m/s）然后再減速停止），顯示ACCX或-ACCX，X為1~7。8）速度曲線選擇好后，單擊——啟動/停止控制鍵將啟動變速運(yùn)行曲線，運(yùn)行的過程中將顯示瞬時速度0.XXXm/s或-0.XXXm/s，反映瞬時速度的大小和方向變化。運(yùn)動過程中再次單擊 ——啟動/停止控制鍵將停止運(yùn)行變速曲線，顯示 ACCX或-ACCX，X為1~7。（9）在變速運(yùn)動模式下，當(dāng)電機(jī)不運(yùn)行時，單擊 ——正/反轉(zhuǎn)控制鍵，變速運(yùn)動速度顯示方向改變，電機(jī)下次的運(yùn)行方向?qū)淖?。?0）當(dāng)變速運(yùn)動停止時顯示 ACCX或-ACCX，單擊 鍵將顯示上次變速運(yùn)行的距離 D，當(dāng)0mm<D<1000mm時顯示XXX.XXmm；當(dāng)1000mm<D<10000mm時顯示XXXX.Xmm；10000mm<D<