多普勒效应原理及应用

1、多普勒效应原理及应用多普勒效应及应用在之前的波的学习中，实际上是假定波源、媒介和观察者都是相对静止的，因 此观察者接收到的频率与波源发出的频率相同。但如果波源或观察者或两者都相对 与媒介运动，并在两者连线方向上有相向或相反的运动分量时，观察者接收的频率 乂将如何变化，这便是多普勒研究的内容。一、多普勒效应的发现1842年奥地利一位名叫多普勒的数学家。一天，他正路过铁路交叉处，恰逢一 列火车从他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖，而火车从近 而远时汽笛声变弱，音调变低。他对这个物理现象感到极大兴趣，并进行了研究。 发现这是山于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率

2、不同于 振源频率的现象。这就是频移现象。经进一步研究发现，物体辐射的波长因为光源 和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被圧缩，波长变得较短， 频率变得较高（蓝移）。在运动的波源后面，产生相反的效应。波长变得较长，频 率变得较低（红移）。波源的速度越高，所产生的效应越大。根据光波红/蓝移的程 度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。恒星光谱线的位移显示恒星循着观 测方向运动的速度。除非波源的速度非常接近光速，否则多普勒位移的程度一般都 很小。所有波动现象无论是机械波还是电磁波都存在多普勒效应。二、多普勒效 应的原理假设原有波源的波长为入，波速为u,观察者移动速度为Vr。1、声波中

3、的原 理设声源的频率为v,声波在媒质中的速度为V,波长X=V/vo声波在媒质中传 播的速度与波源是否运动无关，故总是以决定于媒质特性的速度V来传播。波的频 率数值总是等于每秒钟通过媒质中某一固定点的完整波形的数U O下面分三种情况 讨论：a s b、c、综上所述，不论是二者谁运动，只要两者互相接近接收到的声波频率就高于声 源频率;互相远离，接收到的声波频率低于声源振动频率。以上讨论是假设声源与 观测者的运动发生在二者连线上。若运动方向不在二者的连线上，分析表明，波源 或观测者在垂直于连线方向的运动不影响接收频率，即声学中没有横向多普勒效应。2、光波中的原理观察者在坐标系原点观察一沿x轴正方向以

4、速度u运动的光源发光的频率，观 察得到的光频率（其中u为光源的运动速 度大小）。若光源运动速度u与x轴方 向相反，则观察者观察到的光频率f与光源固有频率fO间的关系 变为三、多普勒效应的应用1、医学中，声波的多普勒效应也可以用于医学的诊断，也就是我们平常说的 彩超。超声频移诊断法，即，超，此法应用多普勒效应原理，超包括脉冲多普勒、 连续多普勒和彩色多普勒血流图像。彩色多普勒超声一般是用自相关技术进行多普 勒信号处理，把自相关技术获得的血流信号经彩色编码后实时地叠加在二维图像 上，即形成彩色多普勒超声血流图像。为了检查心脏、血管的运动状态，了解血液 流动速度，可以通过发射超声来实现。山于血管内的

5、血液是流动的物体，所以超声 波振源与相对运动的血液间就产生多普勒效应。血管向着超声源运动时，反射波的 波长被压缩，因而频率增加。血管离开声源运动时，反射波的波长变长，因而在 单位时向里频率减少。反射波频率增加或减少的量，是与血液流运速度成正比，从 而就可根据超声波的频移量，测定血液的流速。我们知道血管内血流速度和血液 流量，它对心血管的疾病诊断具有一定的价值，特别是对循环过程中供氧情况，闭 锁能力，有无紊流，血管粥样硬化等均能提供有价值的诊断信息。超声多普勒法 是这样诊断心脏的:超声振荡器产生一种高频的等幅超声信号，激励发射换能器探 头，产生连续不断的超声波，向人体心血管器官发射，当超声波束遇到运动的脏器 和血管时，便产生多普勒效应，反射信号就为换能器所接受，就可以根据反射波与 发射的频率差异求出血流速度，根据反射波以频率是增大还是减小判定血流方向。2、交通中，雷达测速仪，交通警向行进中的车辆发射频率已知的超声波同时 测量反