多普勒效應(yīng)的原理及應(yīng)用123

1、多普勒效應(yīng)的原理及應(yīng)用一多普勒現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1842年奧地利一位名叫多普勒的數(shù)學家、物理學家。一天，他正路過鐵路交 義處，恰逢一列火車從他身旁馳過,他發(fā)現(xiàn)火車從遠而近時汽笛聲變響，音調(diào)變尖，而 火車從近而遠時汽笛聲變?nèi)?，音調(diào)變低。他對這個物理現(xiàn)象感到極大興趣，并進行了 研究。發(fā)現(xiàn)這是山于振源與觀察者之間存在著相對運動，使觀察者聽到的聲音頻率 不同于振源頻率的現(xiàn)象。這就是頻移現(xiàn)象。因為,聲源相對于觀測者在運動時，觀測 者所聽到的聲音會發(fā)生變化。當聲源離觀測者而去時，聲波的波長增加，音調(diào)變得低 沉，當聲源接近觀測者時，聲波的波長減小,音調(diào)就變高。音調(diào)的變化同聲源與觀測 者間的相對速度和聲速的比值有關(guān)。

2、這一比值越大，改變就越顯著,后人把它稱為“多普勒效應(yīng)”。二多普勒的相關(guān)現(xiàn)象及原理1與聲波相關(guān)火車汽笛的聲調(diào)山高變低，這是因為聲調(diào)的高低是山聲波振動頻率的不同決定 的，如果頻率高，聲調(diào)聽起來就高;反之聲調(diào)聽起來就低.這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。 為了理解這一現(xiàn)象，就需要考察火車以恒定速度駛近時,汽笛發(fā)岀的聲波在傳播時的 規(guī)律其結(jié)果是聲波的波長縮短，好像波被壓縮了 因此，在一定時間間隔內(nèi)傳播的波 數(shù)就增加了，這就是觀察者為什么會感受到聲調(diào)變高的原因；相反，當火車駛向遠方時，聲波的波長變大，好像波被拉伸了。因此，聲音 聽起來就顯得低沉定量分析得到fl二(u+vO) f /(u-vs),其中vs為波源相對

3、于介 質(zhì)的速度,vO為觀察者相對于介質(zhì)的速度,f表示波源的固有頻率,u表示波在靜止 介質(zhì)中的傳播速度當觀察者朝波源運動時,vO取正號；當觀察者背離波源(即順著 波源)運動時,vO取負號.當波源朝觀察者運動時vs前面取正號；前波源背離觀察者運動時vs取負號.從上式可以很容易得知，當觀察者與聲源相互靠近時,fl>f ; 當觀察者與聲源相互遠離時fl<f設(shè)聲源S,觀察者L分別以速度Vs, VI在靜止的介質(zhì)中沿同一直線同向運動， 聲源發(fā)出聲波在介質(zhì)中的傳播速度為V,且Vs小于V, VI小于V。當聲源不動時，聲 源發(fā)射頻率為f,波長為X的聲波，觀察者接收到的聲波的頻率為：f'二(V-

4、V1)V/(V-Vs)X二(V-Vl)f/(V-Vs)所以得(1)當觀察者和波源都不動時,Vs二0, VI二0,曲上式得f' =f(2)當觀察者不動，聲源接近觀察者時，觀察者接收到的頻率為F=Vf/(V-Vs)顯然此時頻率大于原來的頻率山上面的式子可以得到多普勒效應(yīng)的所有表現(xiàn)。2,與光(電磁波)相關(guān)光(電磁波)的多普勒效應(yīng)計算公式分為以下三種：(1) 縱向多普勒效應(yīng)(即波源的速度與波源與接收器的連線共線)：f'二f(c+v)/(c-v) 171/2)其中v為波源與接收器的相對速度。當波源與觀察者接近時，v取正，稱為“紫移”或“藍移”；否則v取負,稱為“紅移”。(2) 橫向多普勒

5、效應(yīng)(即波源的速度與波源與接收器的連線垂直)：f'二f (1-B "2廠(1/2)其中 B 二v/c(3) 普遍多普勒效應(yīng)(多普勒效應(yīng)的一般悄況)：f'二f (1-P "2) "(1/2) 1/(1-其中B二v/c, 0為接收器與波源的連線到速度方向的夾角。縱向與橫向多普 勒效應(yīng)分別為0取0或八/2時的特殊情況三多普勒效應(yīng)的應(yīng)用1醫(yī)學應(yīng)用聲波的多普勒效應(yīng)也可以用于醫(yī)學的診斷，也就是我們平常說的彩超。彩超簡 單的說就是高清晰度的黑口 B超再加上彩色多普勒，首先說說超聲頻移診斷法，即D 超，此法應(yīng)用多普勒效應(yīng)原理，當聲源與接收體（即探頭和反射體）之間有

6、相對運動時, 回聲的頻率有所改變，此種頻率的變化稱之為頻移,D超包括脈沖多普勒、連續(xù)多普 勒和彩色多普勒血流圖像。彩色多普勒超聲一般是用自相關(guān)技術(shù)進行多普勒信號處 理,把自相關(guān)技術(shù)獲得的血流信號經(jīng)彩色編碼后實時地疊加在二維圖像上，即形成彩 色多普勒超聲血流圖像。超聲多普勒法診斷心臟過程是這樣的:超聲振蕩器產(chǎn)生一種高頻的等幅超聲信 號，激勵發(fā)射換能器探頭，產(chǎn)生連續(xù)不斷的超聲波，向人體心血管器官發(fā)射，當超聲波 束遇到運動的臟器和血管時，便產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，反射信號就為換能器所接受，就可 以根據(jù)反射波與發(fā)射的頻率差異求出血流速度,根據(jù)反射波以頻率是增大還是減小 判定血流方向。為了使探頭容易對準被測血管

7、，通常采用一種板形雙疊片探頭。在臨床上，多普勒效應(yīng)的應(yīng)用也不斷增多,近年來迅速發(fā)展起超聲脈沖 Doppler檢查儀，當聲源或反射界面移動時，比如當紅細胞流經(jīng)心臟大血管時，從其 表面散射的聲音頻率發(fā)生改變，山這種頻率偏移可以知道血流的方向和速度,如紅細 胞朝向探頭時，根據(jù)Doppler原理，反射的聲頻則提高，如紅細胞離開探頭時，反射 的聲頻則降低。2交通應(yīng)用交通警向行進中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波同時測量反射波的頻率，根據(jù)反 射波的頻率變化的多少就能知道車輛的速度。裝有多普勒測速儀的監(jiān)視器有時就裝 在路的上方,在測速的同時把車輛牌號拍攝下來，并把測得的速度自動打印在照片 上。例如雷達測速儀交通警向行