Icon up Overzicht

Hoe werkt radarcontrole?

Onderwerp: Geluid, Trilling en golf

Begrippen: Frequentie

Je hebt altijd een groepje mensen die andere weggebruikers, zichzelf en het milieu in gevaar brengt door waanzinnig hard te rijden. Om die te pakken zijn diverse technieken ontwikkeld. Hier gaat het om radarcontrole en lidarcontrole.

Radar

Om snelheid met behulp van het dopplereffect te meten, zou je gebruik kunnen maken van geluid, radiogolven of licht. Geluid heeft als voornaamste nadeel dat het niet zo ver komt. Bij hoge frequenties is er te veel demping. Voor een vleermuis is zoiets nog wel te doen, maar langs de snelweg is het te onhandig.

Waarschuwing voor radarcontrole

Radar (RAdio Detection And Ranging) werkt met radiogolven met een golflengte van pakweg 10 cm. De frequentie is ongeveer 3 GHz en de snelheid is die van het licht, dus ongeveer 300 000 km/s.
Het apparaat zendt gedurende enige microseconden radiogolven uit. De radiogolven kaatsen terug tegen een rijdende auto en worden ten gevolge van het dopplereffect (zie de bijles over het dopplereffect) met verhoogde frequentie teruggekaatst. Daarbij treedt het dopplereffect twee keer op!
Eerst worden de radiogolven door de auto opgevangen. De auto is dan een bewegende ‘waarnemer’ en vangt een verhoogde frequentie op. Daarna wordt die verhoogde frequentie teruggekaatst en werkt de auto als een bewegende bron.

Het apparaat meet in feite het verschil tussen de uitgezonden frequentie en de frequentie van de ‘echo’. Als je de uitgezonden elektrische trilling en de teruggekaatste optelt, krijg je iets als in de figuur hieronder.

 

In de figuur is een signaal van 200 Hz gecombineerd met een veel zwakker signaal van 210 Hz. Je krijgt nu zwevingen: om de beurt versterking (als de gereduceerde fasen gelijk zijn) en verzwakking (als ze in tegenfase zijn) van het signaal. De frequentie van de zwevingen is gelijk aan het verschil van de twee oorsponkelijke frequenties. Je kan ook dat in de figuur zien. De trillingsijd van een zweving is (van max tot max) 0,10 s; daarbij hoort een frequentie van 10 Hz.

Wil je meer weten over zwevingen, klik dan hier.

Door de frequentie van de zwevingen te meten, meet je het verschil tussen de twee frequenties.
Als het verschil tussen de uitgezonden frequentie en de terugontvangen frequentie bepaald is, kun je de naderende snelheid van de auto berekenen met de formule:

 

v is hierin de snelheid van de auto, λ is de golflengte van de uitgezonden radargolven en c is de lichtsnelheid. Als λ = 10,0 cm en de snelheid van de auto 144 km/h = 40,0 m/s, dan wordt een verschil in frequentie gemeten van 800 Hz.

Wil je weten hoe we aan de formule hierboven komen, klik dan hier.

 

 

In de animatie kun je zien hoe het werkt. Neem bijvoorbeeld een radarfrequentie van 3 GHz. en een snelheid van 150 km/h.
Het radarapparaat zendt golven uit die door de auto worden teruggekaatst. In de grafiek erboven zie je het uitgezonden radarsignaal en later komt het teruggekaatste signaal erbij. Het resultaat zijn zwevingen: de amplitude neemt toe en af.
Je kan nu zelf nagaan wat er met de zwevingsfrequentie gebeurt als je de snelheid van de auto varieert. Neem bijvoorbeeld 2 GHz en varieer de snelheid van 50 km/h tot 300 km/h. Meet in de grafiek de trillingstijd van de zweving (neem gewoon het aantal centimeters dat je op het beeldscherm meet). Is de zwevingsfrequentie evenredig met de snelheid ?
Je kan ook kijken of de zwevingsfrequentie evenredig is met de frequentie van het radarapparaat. Neem een vaste snelheid (b.v. 100 km/h) en varieer de frequentie.

Er zijn radardetectieapparaten (dit zijn radio-ontvangers die de automobilist waarschuwen voor controle) op de markt gebracht zijn en zelfs apparaten die de radarsignalen verstoren (immiddels zijn beide wettelijk verboden). Daarom worden ook andere middelen toegepast.

Lidar

Lidar betekent LIght Detection And Ranging. Men maakt gebruik van infrarood laserlicht. Bij deze methode wordt geen gebruik van het dopplereffect gemaakt. Een laserkanon zendt een hele serie uiterst korte laserpulsen uit en meet het aantal nanoseconden tussen uitzending en terugontvangst. Daaruit is de afstand te berekenen.
Afstand = ½.*tijd*lichtsnelheid.
Als er bijvoorbeeld 1000 pulsen per seconde worden uitgezonden kan men uit de afstanden heel precies de snelheid van de auto bepalen. Men probeert soms ook deze methode van snelheidscontrole te ontduiken. Op internet wordt geadverteerd met verfsoorten die infrarood licht geheel zouden absoberen, of met een soort lak die het nummerbord van de auto op de foto onleesbaar zou maken....

Een andere manier is niet de momentane snelheid van auto’s te meten, maar de gemiddelde snelheid over bijvoorbeeld 3 kilometer. Is die gemiddelde snelheid duidelijk hoger dan de maximumsnelheid, dan is de automobilist zeker in overtreding.