多普勒效應(yīng)的原理與應(yīng)用一.多普勒效應(yīng)的原理波在波源移向觀察者時接收頻率變高而在波源遠離觀察者時接收頻率變低。當觀察者移動時也能得到同樣的結(jié)論。假設(shè)原有波源的波長為入，波速為c,觀察者移動速度為V,當觀察者走近波源時觀察到的波源頻率為c+v/入，如果觀察者遠離波源，則觀察到的波源頻率為c-v/入。聲波中的原理：設(shè)聲源的頻率為V,聲波在媒質(zhì)中的速度為V,波長入=V/v。聲波在媒質(zhì)中傳播的速度與波源是否運動無關(guān)，故總是以決定于媒質(zhì)特性的速度V來傳播。波的頻率數(shù)值總是等于每秒鐘通過媒質(zhì)中某一固定點的完整波形的數(shù)目。下面分三種情況討論：聲源不動，觀察者以速度VB相對于媒質(zhì)運動，即VB尹0,Vs=0.此時觀測者不是停在原地等待一個個的波來“沖擊”，而是迎上去拾取更多的波，那么觀測者接收到的聲波的頻率為v'=V+VB/入=[(V+VB)/V]*v(1)上式表明當觀測者向著靜止的聲源運動時，接收到的聲波頻率為聲源頻率的1+v/V倍，故聽到的聲調(diào)變高。反之，當觀測者背著靜止的聲源運動時，所接收到的聲波頻率為v'=[V-VB/V]*入(2)聲波的頻率低于聲源頻率，故聽到的音調(diào)變低。觀察者不動，聲源以速度Vs相對于介質(zhì)運動，即VB=0Vs尹0時。如聲源向著觀察者運動，這時Vs>0，假定因為聲速僅決定于介質(zhì)的性質(zhì)，與聲源的運動與否無關(guān)所以在一個周期T內(nèi)聲源在S點發(fā)出的振動向前傳播的距離等于波長入，如聲源不動，但若聲源運動，則在一個周期的時間內(nèi)聲源在波的傳播方向上通過一段路程T而達到S'點，結(jié)果整個波形中點S'、B'間的虛線所示，由于聲源做勻速運動，所以波形無畸彎，只是波長變小，表明當聲源向著觀察者運動時觀察者接收的頻率是聲源頻率的Vs倍。綜上所述，不論是二者誰運動，只要兩者互相接近接收到的聲波頻率就高于聲源頻率，互相遠離，接收到的聲波頻率低于聲源振動頻率。二.多普勒效應(yīng)的應(yīng)用多普勒效應(yīng)在近代科學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。它常用于測量運動物體視線速度。如雷達向飛機發(fā)射已知頻率的電磁波并接收回波由回波與發(fā)射波頻率之差可定出飛機以多大的速度靠近雷達。同理可用微波監(jiān)測汽車行駛速度，觀測人造衛(wèi)星發(fā)射的電磁波的頻率變化以判斷衛(wèi)星的運行情況，測量來自星體的光的多普勒頻移來確定星體自轉(zhuǎn)和運行的速度等等。1. 激光流速儀：利用多普勒效應(yīng)原理研制的“激光流速儀”可測量氣體、液體的流速。2.多普勒雷達：20世紀70年代以來隨著大規(guī)模集成電2.路和數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展脈沖多普勒雷達廣泛用于機載預(yù)警、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)、衛(wèi)星跟蹤、戰(zhàn)場偵察、靶場測量、武器火控和氣象探測等方面，成為重要的軍事裝備。裝有脈沖多普勒雷達的預(yù)警飛機，已成為對付低空轟炸機和巡航導(dǎo)彈的有效軍事裝備。此外，這種雷達還用于氣象觀測，對氣象回波進行多普勒速度分辨，可獲得不同高度大氣層中各種空氣湍流運動的分布情況。脈沖多普勒雷達具有下列特點：①采用可編程序信號處理機，以增大雷達信號的處理容量、速度和靈活性，提高設(shè)備的復(fù)用性從而使雷達能在跟蹤的同時進行搜索并能改變或增加雷達的工作狀態(tài)，使雷達具有對付各種干擾的能力和超視距的識別目標的能力②采用可編程序柵控行波管，使雷達能工作在不同脈沖重復(fù)頻率，具有自適應(yīng)波形的能力，能根據(jù)不同的戰(zhàn)術(shù)狀態(tài)選用低、中或高三種脈沖重復(fù)頻率的波形，并可獲得各種工作狀態(tài)的最佳性能③采用多普勒波束銳化技術(shù)獲得高分辨率，在空對地應(yīng)用中可提供高分辨率的地圖測繪和高分辨率的局部放大測繪，在空對空敵情判斷狀態(tài)可分辨出密集編隊的群目標。醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用：聲波的多普勒效應(yīng)也可以用于醫(yī)學(xué)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白，超再加上彩色多普勒，首先說說超聲頻移診斷法即B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，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。由此可見，彩色多普勒超聲即彩超，既具有二維超聲結(jié)構(gòu)圖像的優(yōu)點，又同時提供了血流動力學(xué)的豐富信息，實際應(yīng)用受到了廣泛的重視和歡迎，在臨床上被譽為“非創(chuàng)傷性血管造影”。為了檢查心臟、血管的運動狀態(tài)，了解血液流動速度，可以通過發(fā)射超聲來實現(xiàn)。由于血管內(nèi)的血液是流動的物體，所以超聲波振源與相對運動的血液間就產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。血管向著超聲源運動時，反射波的波長被壓縮，因而頻率增加。血管離開聲源運動時，反射波的波長變長，因而在單位時向里頻率減少。反射波頻率增加或減少的量是與血液流運速度成正比，從而就可根據(jù)超聲波的頻移量，測定血液的流速。我們知道血管內(nèi)血流速度和血液流量，它對心血管的疾病診斷具有一定的價值，特別是對循環(huán)過程中供氧情況，閉鎖能力，有無紊流，血管粥樣硬化等均能提供有價值的診斷信息。超聲多普勒法是這樣診斷心臟的，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