马 杰，罗大为，周利杰，高兴茹

(北京联合大学 a.自动化学院； b.基础课教学部，北京 100101)

激光的多普勒效应主要应用在微小振动测量[1]、速度测量[2]等方面. 双光栅作为教学实验仪器的演示部件，例如长方形光栅[3]，实验结果还比较令人满意，但演示过程中，由于手动速度不稳定，动光栅的运动难以定量测量，只能定性演示实验现象，且运动速度与频率之间的关系难以确定. 为了解决上述问题，尝试使用步进电机对其自动控制，由于滑轨长度有限，步进电机对动光栅控制时，存在一定的加速时间，很难达到使动光栅匀速速率运动. 因此得出的结果往往不连续.

采用双圆盘光栅动静结合的形式设计激光多普勒音乐盒演示仪可避免上述问题，单独控制电机连续旋转，提高了系统的稳定性与连续性. 同时加入了数码管，可直接显示采集信号的初始频率. 与传统方式直接放出该频率的声音相比，该设备对信号频率进行处理，观众听到悦耳的琴音.

1 激光多普勒音乐盒的基本原理

1.1 激光多普勒效应的基本原理

当激光照射到运动的光栅上时，光的频率会发生变化，这种现象被称为位移光栅的多普勒频移. 其频移量与光栅的运动速度有关. 但是由于光的频率很高，其多普勒频移量难以直接测量. 采用“拍”的方法，即把已频移的和未频移的光束互相平行叠加，以形成光拍. 由于拍频较低，容易测得，通过拍频即可检测出多普勒频移量. 采用双光栅(动光……