多普勒效应与应用

多普勒效应的原理与应用一.多普勒效应的原理波在波源移向观察者时接收频率变高而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。假设原有波源的波长为入，波速为c,观察者移动速度为V,当观察者走近波源时观察到的波源频率为c+v/入，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为c-v/入。声波中的原理：设声源的频率为V,声波在媒质中的速度为V,波长入=V/v。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目。下面分三种情况讨论：声源不动，观察者以速度VB相对于媒质运动，即VB尹0,Vs=0.此时观测者不是停在原地等待一个个的波来“冲击”，而是迎上去拾取更多的波，那么观测者接收到的声波的频率为v'=V+VB/入=[(V+VB)/V]*v(1)上式表明当观测者向着静止的声源运动时，接收到的声波频率为声源频率的1+v/V倍，故听到的声调变高。反之，当观测者背着静止的声源运动时，所接收到的声波频率为v'=[V-VB/V]*入(2)声波的频率低于声源频率，故听到的音调变低。观察者不动，声源以速度Vs相对于介质运动，即VB=0Vs尹0时。如声源向着观察者运动，这时Vs>0，假定因为声速仅决定于介质的性质，与声源的运动与否无关所以在一个周期T内声源在S点发出的振动向前传播的距离等于波长入，如声源不动，但若声源运动，则在一个周期的时间内声源在波的传播方向上通过一段路程T而达到S'点，结果整个波形中点S'、B'间的虚线所示，由于声源做匀速运动，所以波形无畸弯，只是波长变小，表明当声源向着观察者运动时观察者接收的频率是声源频率的Vs倍。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。二.多普勒效应的应用多普勒效应在近代科学中有着广泛的应用。它常用于测量运动物体视线速度。如雷达向飞机发射已知频率的电磁波并接收回波由回波与发射波频率之差可定出飞机以多大的速度靠近雷达。同理可用微波监测汽车行驶速度，观测人造卫星发射的电磁波的频率变化以判断卫星的运行情况，测量来自星体的光的多普勒频移来确定星体自转和运行的速度等等。1. 激光流速仪：利用多普勒效应原理研制的“激光流速仪”可测量气体、液体的流速。2.多普勒雷达：20世纪70年代以来随着大规模集成电2.路和数字处理技术的发展脉冲多普勒雷达广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦察、靶场测量、武器火控和气象探测等方面，成为重要的军事装备。装有脉冲多普勒雷达的预警飞机，已成为对付低空轰炸机和巡航导弹的有效军事装备。此外，这种雷达还用于气象观测，对气象回波进行多普勒速度分辨，可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况。脉冲多普勒雷达具有下列特点：①采用可编程序信号处理机，以增大雷达信号的处理容量、速度和灵活性，提高设备的复用性从而使雷达能在跟踪的同时进行搜索并能改变或增加雷达的工作状态，使雷达具有对付各种干扰的能力和超视距的识别目标的能力②采用可编程序栅控行波管，使雷达能工作在不同脉冲重复频率，具有自适应波形的能力，能根据不同的战术状态选用低、中或高三种脉冲重复频率的波形，并可获得各种工作状态的最佳性能③采用多普勒波束锐化技术获得高分辨率，在空对地应用中可提供高分辨率的地图测绘和高分辨率的局部放大测绘，在空对空敌情判断状态可分辨出密集编队的群目标。医学方面的应用：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。彩超简单的说就是高清晰度的黑白，超再加上彩色多普勒，首先说说超声频移诊断法即B超，此法应用多普勒效应原理，当声源与接收体，即探头和反射体，之间有相对运动时，回声的频率有所改变，此种频率的变化称之为频移，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。由此可见，彩色多普勒超声即彩超，既具有二维超声结构图像的优点，又同时提供了血流动力学的丰富信息，实际应用受到了广泛的重视和欢迎，在临床上被誉为“非创伤性血管造影”。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。由于血管内的血液是流动的物体，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