激光多普勒效应及其应用

激光多普勒效应及其应用
激光多普勒效应及其应用

波的多普勒效应

波的多普勒效应 (应化2,闻庚辰,学号:130911225) 摘要:在生活中,我们常常遇到波源与观测者发生相对运动的情形,如站在铁路旁听着高速行驶的列车拉着响笛飞驰而过,此时你会感觉到响笛音调的明显变化,这就是人们常说的多普勒效应。本文从多普勒效应的基本原理出发,结合声波中的具体实例,介绍了多普勒效应在天文学、医学和公共交通方面的应用。最后,发散地想了原理变化后的一些现象,简要说了冲击波、马赫锥的相关内容。 关键词:波,多普勒效应,生活,现象,物理,应用。 一、多普勒效应基本原理 首先,先来让我们以声波为例具体分析一下多普勒效应的三种情况。物理量的定义:设波源为S,观察者相对介质的运动速度是v0,波源相对介质的运动速度是vs,声波在介质中的传播速度为u,波源的频率、波的频率、观察者收到的频率分别是,,B 二、多普勒效应的简单理解 如果把声波视为有规律间隔发射的脉冲,可以想象若你每走一步,便发射了一个脉冲,那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说,在你之前的脉冲频率比平常变高,而在你之后的脉冲频率比平常变低了。 三、多普勒效应的应用 (一)、天文学 我们应该知道,宇宙中的天体是有它们特有的光谱的。科学家爱德文〃哈勃通过研究光谱,使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论:他发现远离银河系的天体发射的光线频率变低,即移向光谱的红端,称为红移,天体离开银河系的速度越快红移越大,这说明这些天体在远离银河系。反之,如果天体正移向银河系,则光线会发生蓝移。 (二)、医学 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

多普勒效应及其应用1

多普勒效应及其应用 中文摘要:本文介绍了多普勒效应的发展过程和理论解释,通过具体例子重点讲述了声波和光波的多普勒效应, 并且介绍了多普勒效应在各领域中的应用及多普勒效应的应用原理。说明了多普勒效应在生活中的普遍性以及研究多普勒效应的重要性 主题词:多普勒效应; 原理,应用 正文: 引言:在日常生活中,我们有过这样的经验,在铁路旁听行驶中火车的汽笛声,当火车鸣笛而来时,人们会听到汽笛声的音调变高.相反,当火车鸣笛而去时,人们则听到汽笛声的音调变低.像这样由于波源或观察者相对于介质有相对运动时,观察者所接收到的波频率有所变化的现象就叫做多普勒效应.这种现象是奥地利物理学家多普勒(1803~1853)于1842年首先发现的,因此以他的名字命名.多普勒效应的正式提出是1842年在布拉格举行的皇家波西米亚学会科学分会会议上的论文《论天体中双星和其他一些星体的彩色光》。该论文的主要结论是: (1)如果一个物体发光,在沿观察者的视线方向以可与光速相比拟的速度趋近我们,或后退,那么这一运动必然导致光的颜色和强度的变化。 (2)如果在另一方面一个发光物体静止不动。而代之以观察者直接朝向或者背离物体非常快速的运动,那么所有的这些频率变化都会随之发生。 (3)如果这一“趋向”和“背离”不是按照上述假定的那样,沿着原来视线的方向,而是与视线成一夹角的方向,那么除了颜色和光强的变化,星体的方向也要变化,这样一星体同时会在位置上发生明显变化。[1] 论文首次发表出来因为没有足够的实验数据和理论依据,因此被很多人质疑和批评。1845年在荷兰进行的火车笛声实验验证了多普勒效应的正确性,多普勒效应才开始得到广泛重视并应用于实际。多普勒效益的第一次应用始于战争服务,第一次世界大战末期,军用飞机开始出现,英国由于国土面积小在遭遇空袭预警能力很弱,饱受了来自空中的洗劫。第二次世界大战前期,英国物理学家罗伯特·沃森-瓦特根据多普勒效应的原理研制出了最早期的雷达,在英国的东海岸建立了对空雷达警戒网,该雷达墙天线有100米高,能测到160千米以外的敌机,依靠这个雷达墙,英国总能及时准确的测出德国飞机的架数、航向、速度和抵达英国本土的时间,牢牢把握住了战争主动权,有效的降低了德国空军的杀伤力,在这场英国保卫战中扮演着不可替代的决定性的作用。 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λ,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)/λ,如果观察者远离波源,则观察到的波源频率为(c-v)/λ 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λ=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

利用多普勒信号多参数分析检测颈动脉血流

利用多普勒信号多参数分析检测颈动脉血流3 陈 曦,汪源源,张 羽,陈斯中,王威琪 (复旦大学电子工程系,上海200433) 摘要:目的利用超声多普勒音频信号的多参数分析方法检测颈动脉血流,为脑梗塞疾病提供新的诊断指标。方法将超声多普勒信号的4种特征提取方法(传统的声谱参数法、音频信号的零极点模型法、分形特征分析法和Teager能量曲线法)结合起来,用Fisher多元判别法进行颈动脉血流状况的多参数分类决策。结果将这种多参数分析方法用于53例颈动脉血流多普勒信号的分析,发现:Teager能量参数的诊断敏感性最优,将几种参数结合起来进行多参数分析,可以得到较满意的效果。结论多参数分析法在脑梗塞疾病的诊断中有一定的应用前景。 关键词:超声多普勒;多参数分析;颈动脉;血流;声谱;零极点;分形;Teager算法 中图分类号:TB559;R319 文献标识码:A 文章编号:100220837(2001)0620425204 Analysis of Doppler Signals from Carotid Blood Flow by Multi2characteristic Method1CHENXi,WANGYuan2 yuan,ZHANGYu,CHENSi2zhong,WANGWei2qi1SpaceMedicine&MedicalEngineering,2001,14(6):425~428 Abstract:Objective Topresentanewcriterionforthediagnosisofcerebralinfarction.Method Fourcharacteristic extractionmethods,theconventionalmethodofspectrogramparameters,thezero2polemodel,thefractalanalysis methodandtheTeagerenergymethod,wereusedtoanalyzeDopplersignalsfromcarotidbloodflow.Withthese characteristicparameters,aFishermulti2characteristicanalysismethodwasappliedtoclassifythestateofthecarotid bloodflow.Result Theanalysisresultsof53casesofDopplersignalsfromthecarotidbloodflowwiththismulti2 characteristicanalysismethodshowedthattheTeagerenergyparameterwasmostsensitivetocerebralinfarctionand themulti2characteristicsanalysismethodprovidedamoresatisfactorydiagnosticmeansforclinicaluse.Conclusion Themulti2characteristicanalysisofDopplersignalfromcarotidbloodflowwasprovedtobeanewmethodfordiagno2 sisofcerebralinfarction. Keywords:ultrasoundDoppler;multi2characteristicanalysis;carotidartery;bloodflow;spectrogram;zero2pole; fractal;Teageralgorithm Addressreprintrequeststo:CHENXi.DepartmentofElectronicEngineering,FudanUniversity,Shanghai200433 脑梗塞是中老年人常见的脑血管疾病,致残率和病死率都很高,即使是短暂性脑缺血发作,也很难使受损神经元的结构和机能完全康复,因此许多学者认为预测和预防脑梗塞比治疗更为重要。 超声多普勒技术因其无损性和准确性而在临床上广泛应用于血管疾病的诊断[1]。不同的血管疾病会引起血流多普勒信号特征的差异,因此准确提取高灵敏度的多普勒信号特征,对诊断疾病的正确性有十分积极的意义。本文利用声谱参数、分形特征、零极点模型参数和Teager能量参数,对颈动脉血流超声多普勒信号进行多参数分析,从而得到脑梗塞等疾病的无损诊断新指标。 收稿日期:2001202202 3基金项目:国家自然科学基金(39800137)和高等学校骨干教师计划资助 原理和方法 现有的多普勒血流信号分析方法主要还是建立在声谱图的基础上。更确切地讲,是建立在血流的最大频率曲线和平均频率曲线的基础上的。它的基本方法是:利用短时傅里叶变换得到音频多普勒信号的时变频谱,然后从时变频谱中计算出血流信号的最大频率随时间变化的曲线[2],最后从最大频率曲线上提取出与血流状况有关的声谱参数。这种声谱参数法是分析血流多普勒信号的传统方法。以前研究表明[3]:与血流状况有关的声谱参数包括最大频率曲线在收缩期的最大值S与舒张末期的值D之比S/D、搏动指数(最大频率曲线峰峰值和时间平均值之比)PI、阻力指数RI =1-D/S等,其中S/D是最常用的一种声谱参数。 但声谱参数的弱点是丢失了音频多普勒血流 第14卷 第6期 航天医学与医学工程 Vol.14 No.6 2001年 12月 SpaceMedicine&MedicalEngineering Dec.2001

多普勒效应及其应用

多普勒效应及其应用 姓名:许涛班级:应物二班学号:20143444 天津理工大学理学院 摘要:在多普勒效应中有多普勒频移产生,并且与波源和观测者的相对运动情况有关,以此为基础讨论了多普勒效应在卫星定位、医学诊断、气象探测中的应用。 关键词:多普勒效应;定位;测速。 引言: 在日常生活中,人们都有这样的经验,火车汽笛的音调,在火车接近观察者时比其远离观察者时高.此现象就是多普勒效应.它是由奥地利物理学家多普勒于1842年首先发现的.多普勒效应是波动过程的共同特征.光波(电磁波)也有多普勒效应,并于1938年得到证实.此效应在卫星定位、医学诊断、气象探测等许多领域有着广泛的应用。 多普勒效应及其表达式 由于波源和接收器(或观察者)的相对运动,使观测到的频率与波源的实际频率出现差别.这种现象称为多普勒效应。 机械波多普勒效应的普遍公式 设波源S发出的波在媒质中的传播速度为v、频率为fS,接受器R接收到的频率为fR,以媒质为参考系,波源与接收器相对于媒质的运动速度分别为uS和uR,uS和uR与波源和接收器连线的夹角分别为θS和θR,如图1所示.此时可以推导得到 fR= v+uRcosθR /v-uScosθS fS. (1) 此式为波源和接收器沿任意方向彼此接近时的多普勒效应公式.如果波源和接收器沿任意方向彼此远离时如图2所示,同理可推导出 fR=v-uRcosθR /v+uScosθS fS. (2) (1)、(2)两式就是机械波多普勒效应的普遍公式,由两式我们可以得到诸如S 和R在同一直线上运动时多普勒效应各公式的表示形式.由此可以看出多普勒效应不但与波源S和接收器R的运动速度有关,而且还与S和R的相对位置有关。 1.2 光波(电磁波)多普勒效应的普遍公式 因为光波(电磁波)的传播不依赖弹性介质,它与机械波需要靠媒质而传播有所不同,所以公式 (1)和(2)对光波(电磁波)不再适用.但是从理论上我们可以推证出光波的多普勒效应公式.若光源发出光波的频率记作f0,观测者测得该光的频率为f,通过计算可得: f=f0√(1-β) /1-βcosθ. (3) 其中,β= v c ,c为真空中的光度,v为光源相对于观测者的运动速度,θ为光源

彩色多普勒超声诊断房间隔缺损的应用价值及准确性分析

彩色多普勒超声诊断房间隔缺损的应用价值及准确性分析 发表时间:2018-04-16T09:34:49.737Z 来源:《航空军医》2018年3期作者:罗成文卓勇[导读] 分析彩色多普勒超声诊断房间隔缺损的准确性及应用价值。 (1.湘西州吉首市人民医院湖南吉首 416000;2.常德市第一人民医院湖南常德 415000)摘要:目的分析彩色多普勒超声诊断房间隔缺损的准确性及应用价值。方法选取我院2016年1月至2017年10月收治的房间隔缺损患者共168例,术前进行彩色多普勒超声诊断,回顾性分析房间隔缺损的超声检查及手术证实的相关资料。结果彩色多普勒超声诊断房间隔缺损的准确率为95.2%,右室、右房增大148例,左室、右室、左房、右房增大12例,心脏大小正常8例;上腔型房缺4例,下腔型房缺8例,混合型房缺5例,冠状窦型房缺1例。结论彩色多普勒超声诊断房间隔缺损的准确性较高,具有临床应用价值。关键词:房间隔缺损;彩色多普勒超声;临床诊断 房间隔缺损是原始心房间隔发育、融合及吸收异常致出生后房间隔残留房间孔的一种先天性心脏病,常见先天性心脏病以左向右分流型为主,占出生时全部先天性心脏病的10%左右[1]。临床上,房间隔缺损的手术治疗创伤大、风险高。为有效改善患者的预后情况,需要采取科学手段对房间隔缺损疾病进行诊断和治疗。近年来,彩色多普勒超声技术用于诊治房间隔缺损,具有创伤小、安全性高等优点,因而在临床上的应用十分广泛[2]。本研究以我院2016年1月至2017年10月收治的168例房间隔缺损患者为对象,探讨了彩色多普勒超声诊断的准确性及应用价值。现报告如下。 1资料与方法 1.1一般资料 本研究168例房间隔缺损患者均经手术证实,其中男性49例,女性119例;年龄5-55岁,平均年龄(16.2±5.8)岁。所有患者及家属均知情同意,术前进行彩色多普勒超声检查,与手术对比,分析彩色多普勒超声诊断房间隔缺损的准确性。 1.2方法 采用东芝Apli、HP 5500及ATL-HDI彩色多普勒超声仪进行检查,探头频率2-3MHz,小儿先用小儿专用探头(8MHz)进行扫查。受检者取左侧卧位或仰卧位,常规探查胸骨旁左室长轴切面、胸骨旁大动脉短轴切面、心尖四腔心切面、剑突下四腔心切面及剑突下两房心切面,观察房间隔缺损大小、位置、左心与右心系统的大小比例,采取多普勒超声技术对房水平分流进行探测,通过频谱多普勒测量房间隔最大血流压差和流速。由于超声束与房间隔解剖方位趋于平行,可能存在房间隔回声失落的假阳性,尽可能调整探头角度,清晰完整显示房间隔;其中,剑突下四腔心切面、剑突下双房切面探查房间隔缺损较为可靠,肥胖者仅探查剑突下切面的效果欠佳,需加做经食道超声检查。两心房间压力差异较小,房间隔缺损时房水平间分流速度较小(1m/s);重度肺动脉高压时,存在右向左分流现象,故加做心脏声学造影对房水平分流进行判断。 2结果 本研究168例患者中,右室、右房增大148例,左室、右室、左房、右房增大12例,心脏大小正常8例。中央型房缺150例,多发呈筛孔状11例,中央型房缺139例(大小12-31mm);上腔型房缺4例(大小15-23mm),下腔型房缺8例(大小14-26mm),混合型房缺5例(大小28-42mm),其中中央型房缺+上腔型房缺3例,中央型房缺+下腔型房缺2例;冠状窦型房缺1例(大小18mm)。CDFI检查160例房水平左向右分流,8例房水平为双向分流。10例患者伴有肺动脉高压,压差34.0-52.7mmHg。 手术确诊168例患者均为房间隔缺损,中央型缺损患者150例,6例经超声检查为单发,术后证实为多发呈筛孔状缺损。中央型房缺合并室间隔缺损2例,中央型房缺合并动脉导管未闭1例。上腔型房缺4例,下腔型房缺8例,混合型房缺7例,冠状窦型房缺1例。术前超声检查6例存在肺静脉畸形引流,术后确诊肺静脉畸形引流8例。彩色多普勒超声诊断房间隔缺损的准确率为95.2%。 3讨论 房间隔缺损是临床常见的先天性心脏病,女性患者的发病率高于男性;胚胎发育时第二房间孔过大,或间孔未被遮盖时,即可发生房间隔缺损(左右心房间交通)。临床上,房间隔缺损主要分为原发孔型和继发孔型。成人卵圆孔未完全闭合者占25%,但不会导致两心房间分流发生[3]。该疾病一般独立存在,也可合并其他心脏畸形疾病。彩色多普勒超声是临床诊断房间隔缺损的重要方法,具有无创、重复强、安全等特点。超声诊断房间隔缺损的优势在于:⑴M型、切面超声:房间隔局部回声失落,断端回声增强、增宽,右心室及右心房扩大,肺动脉、三尖瓣运动活跃,内径增宽;⑵频谱多普勒超声:无肺动脉高压,处于全心动周期时,左向右分流频谱速度为0.8-1.2m/s;肺动脉压升高后,右-左房间压差变小,分流速度<0.8/s;处于肺动脉重度高压时,左房压力减小、右房内压力增大,发生右向左分流情况,此时右向左分流频谱呈“低速、反向”特征。⑶彩色多普勒血流显像:切面上可直接显示回声失落部分出现的过隔血流束。 房间隔缺损的类型中,常见继发孔型房间隔缺损,静脉窦型、原发孔型房间隔缺损比较少见,混合型为巨大缺损。相关研究[4]对64例房间隔缺损患者进行超声检查,除房间隔回声中断表现外,还存在如下特征:①房间隔缺损、分流量较大时,即可出现右心扩大,右心容量负荷增加,左室壁与室间隔呈同向运动;②房间隔缺损患者肺动脉瓣瓣口血流速度较主动脉瓣口高,三尖瓣瓣口血流速度较二尖瓣瓣口高;③房水平分流彩色血流不明显时,进行心脏声学造影检查可有效判断房水平分流,诊断方面彩色多普勒血流显像不足心脏声学造影,房水平分流不明显、房间隔缺损较小者宜采取心脏声学造影进行疾病检查。本研究中,彩色多普勒超声诊断右室、右房增大148例,左室、右室、左房、右房增大12例,心脏大小正常8例;上腔型房缺、下腔型房缺、混合型房缺、冠状窦型房缺各4例、8例、5例、1例;临床诊断的准确率为95.2%,说明房间隔缺损实施彩色多普勒超声诊断具有较高的准确性及临床应用价值。需要注意的是[5],房间隔缺损应与原发性肺动脉高压、原发性肺动脉扩张合并肺动脉瓣返流进行鉴别,后者超声检查显示右心扩大,多切面检查房间隔无异常分流,回声完整,心脏声学造影提示房水平无正负性造影气泡。 综上所述,房间隔缺损采取彩色多普勒超声检查具有较高的诊断准确性及应用价值,该方法操作简便、安全性高、可重复性强,可以直观显示房间隔大小、毗邻关系、房水平分流及血流流峰值等情况,因此可对房间隔缺损的手术治疗提供重要依据。参考文献

基于激光多普勒效应的液体表面波探测研究

第34卷第2期2010年3月激光技术 LASERTECHNOLOGY V01.34,No.2 March,2010 文章编号:1001.3806(2010)02—0210—04 基于激光多普勒效应的液体表面波探测研究 张晓琳,唐文彦+,张春富,王军 (哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,哈尔滨150001) 摘要:为了对低频液体表面波的频率和振幅进行测量,利用多普勒相干测速的工作原理,提出了一种液体表面散射激光与参考光相干涉的检测方法。对此进行了理论分析,得到了多普勒频移与液体表面波振幅之间的解析关系式,并利用贝塞尔函数分析了频谱分析图中解调出低频液体表面波频率的可行性,设计并实现r一套液体表面波多普勒相干检测的实验装置。结果表明,能够实时准确探测10Hz~40Hz的液体表面波参量,该方法为低频液体表面波的探测提供了新思路。 关键词:激光技术;激光探测;多普勒效应;液体表面波 中图分类号:TN247文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.1001-3806.2010.02.018 StudyonliquidsurfacewavedetectionbasedonlaserDopplereffect ZHANGXiao—lin,TANGWen—yan,ZHANGChun-fu,WANGJun (SchoolofElectricalEngineering&Automation,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)Abstract:Tomeasurethefrequencyandamplitudeoflow-frequencyliquidsurfacewave,adetectionmethodbasedontheprincipleofDopplerinterferometryforvelocitymeasurementisproposed,which makesuseofinterferencebetweenlaserscatteredonliquidsurfaceandreference beams.TheoreticalanalysisWascarriedouttoachievetheanalyticalexpressionforDopplershiftandamplitudeofliquidsunCacewave.Also,thefeasibilityofdemodulatingfrequencyoflow-frequencyliquidsurfacewavefromthespectrumWaSevaluatedwithBesselfunctions.AtestsystemWasdesignedandimplementedforDopplerinterfemmetryforliquidsurface wave.Thetestresultsshowthatparametersofliquidsurfacewaveat10Hz~40Hzcanbemeasuredaccurately.Thismethodprovidesantelt#solutionfordetectionofliquidsurfacewave. Keywords:lasertechnique;laserdetection;Dopplereffect;liquidsurfacewave 引言 利用光学方法研究波动特性被广泛应用于流体力学、海洋光学、雷达散射、液体表面波研究等领域…。早在1979年,WElSBUCH等人首次提出用液体表面波实现光的衍射光栅,并以此建立了表面张力的光学测量方法[2】。但研究的液体表面振幅比较小,无法用肉眼看到它,这给液体表面波性质的研究带来一定的困难。为解决这个问题,BEHROOZI等人采用激光干涉方法精确地测定了水表面波的色散关系,但其仪器比较复杂昂贵且不易搭建【31;BARIK等人利用干涉水波通过测量其衍射光斑强度来研究水波结构H-。对于不同频段的液体表面波的测量有不同的方法,频率为几百赫兹的液体表面波,SAKAI曾采用过光外差法"1进行了研究,但由于对实验设备要求很高,一般 作者简介:张晓琳(1976一),女,博士研究生,主要从事空中探测水下目标的信息感知技术方面的研究。 ?通讯联系人。E?mail:tangwy@hit.edu.cn 收稿日期:2009—02?09;收到修改稿日期:2009-04—24很难实现。MIAO等人用衍射的方法测量几百赫兹的液体表面波的物理特性∞刁J,实验观察到了表面波的衍射效应,而且得到了几乎100%的衍射效率,还讨论了衍射条纹I’日J距与液体表面张力的关系,并对液体表面波的衰减特性进行了研究¨驯。对于频率为几赫兹或更小的表面波,BARTER等人曾采用表面波斜率激光扫描技术分析过这些频率下的液体表面波,但在他的研究中,液体必须染色,不适用于像水这样的透明液体‘io-n]。对于几十赫兹频率的液体表面波的研究,MIAO等人依据激光干涉测量方法,理论上导出了调制干涉图样光强度、干涉条纹角宽度、干涉区域角宽度与表面声波之间的解析关系,并在实验中观察到了反射光所形成的稳定清晰的调制干涉图样012-13]。基于激光多普勒效应,作者提出了一种非接触式测鼍低频液体表面波振幅和频率的光学方法。采用多普勒相干测速的工作原理,系统发出的相干激光束照射到液体表面,液体表面波动使得散射光发生多普勒频移,利用该频移和速度的关系推导出液体表面波的相关参量。并设计了一套实验装置,实验结果表明,可以准确测量 万方数据

多普勒效应在生活中的应用(1)

东南大学 课程小论文 题目多普勒效应的应用 院系土木工程学院 专业土木工程 姓名赵天辉 年级 05110229 2011年12月13日 摘要

所谓多普勒效应就是,当声音,光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时,观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的,所以称之为多普勒效应。 【关键词】:多普勒效应应用雷达农业 多普勒效应的应用 多普勒效应在我们的生活中已经用到了方方面面,比如车辆测速,灾后救援,超声波诊断病情等,而这些都基于多普勒效应在在实际生活中的应用。为了更好地理解下面我们举几个个例子来看看多普勒效应在生活中的实使用。 一、多普勒效应 当波源和观察者之间有相对运动时,观察者会感到频率发生变化的现象,叫多普勒效应。多普勒效应是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象。波源相对于介质不动,当观察者朝着波源运动时,观察者接收到的频率增大;当观察者远离波源时,观察者接收到的频率减小。当观察者的速度与波速相等时接收不到波,此时接收到的频率变为零。观察者相对于介质不动,当波源接近观察者时,观察者接收到的频率增大;波源远离观察者时,观察者接收到的频率减小。波源和观察者同时相对于介质运动,综合以上两种情况可知,一方面由于观察者运动,使波面通过观察者的速度增大或减小;另一方面由于波源的运动,使观察者所在处的波的波长缩短或伸长。不仅机械波有多普勒效应,电磁波也有多普勒效应。 二、多普勒效应的应用 1.雷达测速仪 检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普勒效应。交通警向行进中的车辆发射频率已知的电磁波,通常是红外线,同时测量反射波的频率,根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度.装有多普勒测速仪的警车有时就停在公路旁,在测速的同时把车辆牌号拍摄下来,并把测得的速度自动打印在照片上。这样就可以对超速的汽车做出记录了。 2.多普勒效应在医学上的应用 在临床上,多普勒效应的应用也不断增多,近年来迅速发展起来的超声脉冲检查仪就是一个很好的例子。当声源或反射界面移动时,比如当红细胞流经心脏大血管时,从其表面散射的声音频率发生改变,由这种频率偏移就可以知道血流的方向和速度,如红细胞朝向探头时,根据Doppler原理,反射的声频则提高,如红细胞离开探头时,反射的声频则降低。医生向人体内发射频率已知的超声波,超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收,测出反射波的频率变化,就能知道血流的速度.这

踝肱指数简介

踝肱指数(ABI)简介 1.踝肱指数(ABI)的定义 踝部动脉的收缩压与上臂肱动脉收缩压之比。踝部动脉一般选择胫前或胫后动脉。正常情况下,踝部动脉的收缩压应该几乎等于或高于肱动脉收缩压,静息状态下ABI应该>0.90~0.95。 2.ABI的准确性 ABI是目前最有效、最准确和可行的周围动脉疾病(PAD)的检出方法。它快速、简便、无创,且经济有效。德国ABI流行病学试验(GET-ABI试验)显示,ABI可以检出与有症状PAD同样危险的无症状PAD。这项流行病学研究于2001年发起,目的是检验ABI的准确性。研究包括6880名非选择性患者,年龄65岁及以上,均来自德国344个初级保健诊所。研究发现,ABI≤0.9(胫前或胫后动脉BP/肱动脉BP)识别PAD的敏感度为95%,特异度为50%。研究者说,这比乳房钼靶摄影用于乳腺癌或PSA用于前列腺癌的效果还要好。 3.ABI与心血管风险 ABI协作组从MEDLINE和EMBASE数据库查找PAD与心血管事件关系的随机对照研究,共入选16项研究,随访480325人*年,发现ABI与死亡风险“J”形相关,ABI位于1.11-1.40之间,心血管风险最低,当ABI<1.11时,ABI越低则死亡风险越大。男性患者ABI≤0.9时,10年心血管病死率为18.7%,而正常ABI者为4.4%;女性患者ABI≤0.9时,10年心血管病死率为12.6%,而正常ABI者为4.1%。 ABI预测心血管事件的价值也在中国人群中得到证实。一项研究对3047例高血压患者进行ABI检测,随访13个月,在Cox回归模型中,与未合并PAD患者相比,合并PAD后全因死亡率增加62%,心血管病病死率增加145%。对中国2型糖尿病患者的一项研究亦证实,低ABI增加全因死亡率和心血管病病死率,风险比(HR)分别为1.85、3.21。 2013年欧洲高血压学会(ESH)/欧洲心脏病学会(ESC)高血压管理指南、2010年中国高血压防治指南均指出检测ABI有助于发现心血管病高危的高血压患者。美国心脏协会(AHA)发布的老年动脉粥样硬化性心血管疾病二级预防指南强调,老年患者合并心血管疾病/卒中应进行ABI筛查。临床医生应提高对PAD的重视,积极开展高危人群的ABI筛查,尤其是心血管病患者,做到早筛查、早干预,以改善PAD患者的预后。 4.ABI的测量方法 测量踝肱指数需要一个超声多普勒血流探测仪(分普通探头和可以直接夹在脚趾、手指上的探头)和一个袖带型血压计,测量下肢动脉收缩压时,将血压袖带绑在有问题的动脉近端(即靠近心脏侧)的部位,用超声多普勒探头探及动脉搏动,将血压袖带充气直到动脉的搏动停止。然后血压袖带慢慢放气,当超声多普勒探头重新检测到动脉搏动时,这时候得到的血压数值就是所测动脉的收缩压。 5.ABI的数值分析 ABI≥0.9 正常 0.89-0.70 轻度 0.41-0.69 中度 ≤0.4 重度或踝部压力<40-50mmHg表明严重的动脉疾病

光学多普勒效应及其在激光中的应用

光学多普勒效应及其在激光中的应用 刘韬 北京工业大学 应用数理学院 000611班 指导教师:俞宽新 摘要 讨论了光学多普勒效应,分别按照光源静止、观察者运动和观察者静止、光源运动两种情况推导出频移公式。将光学多普勒效应用于激光发光机理中,给出表观中心频率和共振速度的计算公式。 关键词 光学多普勒效应,频移公式,表观中心频率,共振速度 一、光学多普勒效应 1842年,德国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。他对这个物理现象很感兴趣,并进行了研究。发现这是由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不同于振源频率的现象。这就是频移现象。因为是多普勒首先提出来的,所以称为多普勒效应。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,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高 (蓝移 (blue shift))。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 (red shift))。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 (包括光波) 都存在多普勒效应。 下面来推导多普勒效应的公式:随后介绍课件中的多普勒效应是如何演示的。设观察者运动速度为,c 为光速,那么单位时间内观察者运动距离为,观察者接收频率为B v B v 'ν,光源频率为0ν。那么'ν指观察者在单位时间内接收到的光波的数目。分两种情况进行讨论 1、波源静止,观察者运动 首先假定观察者向波源运动。在这种情况下,观察者在单位时间内所接收到的完全波的数目比静止时要多。这是因为,在单位时间内,原来位于观察者处的波阵面向右传播了c 的距离,同时观察者自己向左运动了的距离,这就相当于波通过观察者的总距离为+c,因而这时在单位时间内,观察者所接收的波的数目为 B v B v '0/B B B c v c v c v c c 0νλν+++= == (1) 即 'ν0B c v c += (2) 当观察者远离波源运动时,同理,取负号。 2、波源运动,观察者静止 波源运动时,仍按自己的频率发射波,在一个周期T 内,波传播了cT 距离,波源位置由S1运动到了S2,移过距离为VsT 。由于,波源的运动,波长变小了,实际波长为

门诊检测四肢多普勒血流有效预防糖尿病足风险的必要性

门诊检测四肢多普勒血流有效预防糖尿病足风险的必要性 李新英 [关键词]四肢多普勒;糖尿病足;踝关节压指数;末梢循环障碍;防护干预; 随着糖尿病发病率的逐年上升,糖尿病各种慢性并发症也相应增加。糖尿病足是最常见的并发症之一,呈逐年上升趋势。糖尿病足是导致糖尿病患者致残的严重慢性并发症之一。1990年,世界卫生组织(WHO)对糖尿病足的定义是:糖尿病患者由于合并神经病变及各种不同程度末梢血管病变而导致下肢感染,溃疡形成和(或)深部组织的破坏【1】。早发现、早防治对糖尿病足至关重要。下肢血管病变导致缺血在糖尿病足的发病中起着十分重要的作用【2】。对149例糖尿病患者进行足背动脉和胫后动脉血流波形测定。有74.5%的波形异常,提示为下肢末梢血管障碍,发现踝关节压指数(API)比正常人低。在安静条件下,血管波形与API有相对性,从而提前给予防护上的干预。有效预防糖尿病足发生。 1. 流行病学 据报道,全球约1.5亿糖尿病患者中15%以上将在其生活的某一时间发生了足溃疡或坏疽【3】。因糖尿病足造成截肢的患者是非糖尿病的15倍,每年的截肢患者中约50%是糖尿病患者,而后者85%以上是因足部溃疡恶化造成深部感染或坏疽所致【4】。英国住院糖尿病患者50%以上是因足部病变。印度报道糖尿病足的发病率为10%。中国的糖尿病发病率为2.6%-5.2%,截肢率为14%。 2. 糖尿病足发生原因 与糖尿病足发病有关的因素很多,包括皮肤病变,如嵌甲等;生活习惯,如吸烟、鞋袜及鞋垫不适、不注意足部卫生等。长期站立作业;糖尿病教育缺乏及对足部病变及时有效地诊断等。这些危险因素在糖尿病足病变的不同阶段起着不同程度的作用。而最主要的原因则是大、小、微血管的病变,特别是微血管的病变,神经病变及机械性损伤合并感染所致,因此对糖尿病患者进行四肢多普勒血流图的检

激光多普勒测速

激光多普勒测速 1.引言 激光多普勒测速技术是伴随着激光器的诞生而产生的一种新的测量技术,它是利用 激光的多普勒效应来对流体或固体速度进行测量的一种技术,广泛应用于军事,航空,航天,机械,能源,冶金,水利,钢铁,计量,医学,环保等领域[1-2]。 激光多普勒测速仪是利用激光多普勒效应来测量流体或固体运动速度的一种仪器,通常由五个部分组成:激光器,入射光学单元,接收或收集光学单元,多普勒信号处理器和数据处理系统或数据处理器,主要优点在于非接触测量,线性特性,较高的空间分辨率和快速动态响应,采用近代光-电子学和微处理机技术的LDV系统,可以比较容易地实现二维,三维等流动的测量,并获得各种复杂流动结构的定量信息。由于上述潜在的独特功能,激光多普勒技术吸引了大量的实验流体力学和其他学科的研究工作者去研究和解决这些问题,使激光测速技术得到飞速发展,成为流动测量实验的有力工具。 激光测速技术的发展大体上可分为三个阶段[1-3]。 第一个阶段是1964 – 1972 年,这是激光测速发展的初期。在此期间,大多数的光学装置都比较简单,用各种元件拼搭而成,光学性能和效率不高,使用调准也不方便; 第二个阶段是1973 – 1980 年,在此期间,激光测速在光学系统和信号处理器方面有了很大的发展。光束扩展,空间滤波,偏振分离,频率分离,光学频移等近代光学技术相继应用到激光测速仪中。 从1980年到现在,激光测速进入了第三个阶段。在此期间,应用研究得到快速发展。在发表的论文中,有关流动研究的论文急剧增加。多维系统,光纤传输技术以及数字信号处理和微机数据处理技术等的出现把激光多普勒技术推向更高水平,使用调整更加方便。此外,半导体激光器的应用是其小型化成为可能,推动激光多普勒测速走出实验室,迈向工业和现场应用。 激光的多普勒效应是激光多普勒测速技术的重要理论基础,当光源和运动物体发生相对运动时,从运动物体散射回来的光会产生多普勒频移,这个频移量的大小与运动物体的速度,入射光和速度方向的夹角都有关系[1]。下文中将详细介绍。 2.激光多普勒测速原理 在激光多普勒测速仪中,依靠运动微粒散射光与照射光之间光波的频差(或称频移)来获得速度信息。这里存在着光波从(静止)光源(运动)微粒(静止)光检测器三者之间的传播关系。

激光多普勒血流监测仪在口腔医学领域的临床实践

激光多普勒血流监测仪在口腔医学领域的临床实践 发表时间:2018-03-23T14:27:12.740Z 来源:《医药前沿》2018年3月第7期作者:姜荣华邵林琴[导读] LDF的工作原理[1]源于多普勒效应。LDF采用数根光导纤维光纤作为光源,发出波长780~820nm的激光. (滨州医学院附属济南市口腔医院山东济南 250000)【摘要】1975年Stern首先报道应用激光多普勒血流监测仪(LDF)监测皮肤血流,1986年LDF技术由Gazeliusetal首次在牙科文学中描述,认为该方法可高效的评估健康和创伤牙齿的牙髓活力。随着实验研究及临床实践的不断深入,激光多普勒血流监测法已基本成熟,成为一种客观、连续、实时、敏感、非侵入性、无风险的组织微循环血流动力学监测方法。本文重点就LDF的操作方法、影响因素及临床应用情况等作一综述。 【关键词】激光多普勒血流监测;牙龈血流;牙髓血流;牙髓活力【中图分类号】TH776 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752(2018)07-0142-02 1.LDF简介 1.1 工作原理 LDF的工作原理[1]源于多普勒效应。LDF采用数根光导纤维光纤作为光源,发出波长780~820nm的激光,通过探测器自牙冠射向牙髓,在牙髓中被运动的红细胞和静止状态的组织细胞散射。(因激光与体积过小的血小板碰撞后,由于反射光的量过小,不能被仪器捕捉;体积较大的白细胞,而使反射光不能连续的传导;只有血管中的红细胞体积较合适,能满足测量需要)。探头中的光纤接收信息后,再经计算机处理即可得到直观的测试结果。 1.2 测量指标 信号之间的主要关系是:PU=CMBC×V 血流灌注量(PU)敏感的指示组织微循环血流的实时改变,是主要的分析指标。不同个体PU值比较方法有两种:一是比较同一干预因素前后PU值的动态变化;二是比较同一空间解剖定位点的PU值[2]。 运动的血细胞密度(CMBC) 代表测量范围内红细胞数量的密度。 速度(V)代表测量范围内相关红细胞的平均移动速度。 回光总量(TB) 是返回到光探测器的发生多普勒频移和未发生频移的激光总量。血细胞密集程度越高,反射的光越少,因而TB值越低。 2.测量值的影响因素 (1)牙周血流而在同样使用硅橡胶夹板的前提下,使用橡皮障隔离牙周组织可显著降低牙周组织血流信号干扰[3]。 (2)测量深度测量深度与组织特性(组织结构和微血管床密度)、所用激光波长和探头中(输出和返回)两根光纤的间距有关。距牙髓深度2mm时测得的血流信号是釉质表面的十倍[4],排除牙体组织厚度不一致对测量结果的影响。 (3)光源的波长激光波长与测量深度成正比,波长较大时,牙周血流也会加入干扰。实验证明波长785nm(激光二极管)是目前最可靠的LDF激光源[2]。 (4)色素牙结构中所含色素可影响光的散射及吸收[5],氟斑牙人群能否纳入适应症需进一步研究。 (5)组织牵拉、探头与牙面的角度、光导纤维的摆动、呼吸幅度的改变等均可产生赝像波徒手固定探头可造成25%的误差[6],因此建议测量时使用硅橡胶夹板或聚乙烯夹板打孔固定探头以提高测量数据的准确性。 (6)时间:上午的LDF值显著高于下午和晚上[6]。制定严格的时间计划,避免时间因素干扰。 (7)仪器校准设备与探头校准点为0PU-250PU,每月应校准一次。由于日常使用时难以避免校准液污染,建议校准液每年更换。 3.临床操作 3.1 打开设备并校准,嘱患者平躺休息10min。 3.2 被测牙牙面光洁,干燥,一次性托盘制取被测牙区牙列硅橡胶印模,修整印模,距待测牙龈缘2~3mm[4]处金刚砂车针垂直牙面打孔,以容纳探头。将带有探头的硅橡胶印模复位固定,探头导线自然弯曲。 3.3 嘱患者放松,待平稳后开始记录,持续30s,重复1次,同样方法测对照牙。 3.4 分析数据结果,打印报告单。 4.临床应用 徐洵[9]发现上颌中切牙的牙髓血流量稍大于上颌侧切牙。王莺[10]发现上颌前牙区血氧饱和度(SpO2)和平均血红蛋白(rHB)均低于下颌前牙区,腭侧角化黏膜SpO2和rHB均低于颊侧黏膜,很好的解释了临床中下颌组织愈合明显快于上颌、唇颊侧黏膜修复快于腭侧黏膜的现象。 Mesaros SV[11]发现2~4周的重建牙髓血流量明显增加,可协助判断短暂性牙髓缺血、牙髓缺血性坏死等不良结果。 因牙髓血流速度非常低,曲晓复将激光多普勒血流监测仪进行改良,发现血流范围、输出电压、光电放大器的电阻分别在0~10、10、100μΩ时有较强的监测能力,适用于低流量低流速的牙髓血流测量。 综上所述,虽然LDF在临床实际应用中存在诸多的不足,如:成本较高,耗时较长,且室内温度、光线、测量时间、探头与牙面的角度、呼吸幅度的改变以及任何干扰或阻塞光通道的物质均可导致LDF结果不准确。然而随着临床的规范操作、研究人员的不断探索总结以及仪器的升级改良,现LDF在探查牙髓血流微循环,牙龈、牙周韧带的血流,下颌骨种植体植入后骨组织血流分布的评估等方面广泛开展应用,混杂因素对研究结果的影响也逐渐降低,使得LDF逐步成为一种客观、连续、实时、敏感、无风险的组织微循环血流动力学监测方法。尽管目前LDF普及率仍较低,但在现代口腔医学中的价值日益凸显,这应该逐步成为一个在口腔临床上使用的基本技术。【参考文献】 [1] Jafarzadeh https://www.360docs.net/doc/7818855344.html,ser Doppler flowmetry in endodontics:a review [J].Int Endod J,2009,42(6). [2]吴劲松,激光多普勒血流测定法.中国激光医学杂志.1999.

多普勒效应 实验报告

大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院(系) 专业 班级 姓 名 学号 实验台号 实验时间 年 月 日,第 周,星期 第 节 实验名称 多普勒效应及声速的测试与应用 教师评语 实验目的与要求: 1. 加深对多普勒效应的了解 2. 测量空气中声音的传播速度及物体的运动速度 主要仪器设备: DH-DPL 多普勒效应及声速综合测试仪,示波器 其中, DH-DPL 多普勒效应及声速综合测试仪由实验仪、智能运动控制系统和测试架三个部份组成。 实验原理和内容: 1、 声波的多普勒效应 实际的声波传播多处于三维的状态下, 先只考虑其中的一维(x 方向)以简化其处理过程。 设声源在原点,声源振动频率为f ,接收点在x 0,运动和传播都在x 轴向上, 则可以得到声源和接收点没有相对运动时的振动位移表达式: ???? ? ?-=000cos x c t p p ωω , 其中00x c ω-为距离差引起的相位角的滞后项, 0c 为声速。 然后分多种情况考虑多普勒效应的发生: 1.1 声源运动速度为S V ,介质和接收点不动 假设声源在移动时只发出一个脉冲波, 在t 时刻接收器收到该脉冲波, 则可以算出从零时刻到声源发出该脉冲波时, 声源移动的距离为)(0c x t V S -, 而该时刻声源和接收器的实际距离为 )(00c x t V x x S --=, 若令S M =S V /0c (声源运动的马赫数), 声源向接收点运动时S V (或S M )

为正, 反之为负(以下各个马赫数的处理方法相同, 均以相互靠近的运动时记为正)。 则距离表达式变为)1/()(0S S M t V x x --=, 代回到波函数的普适表达式中, 得到变化的表达式: ????? ????? ? ?--=0001cos c x t M p p S ω 可见接收器接收到的频率变为原来的 S M 11 -, 即: 1.2 根据同样的计算法, 通过计算脉冲波发出时的实际位移并代换普适表达式中的初始位移量, 便可以得到声源、介质不动,接收器运动速度为r V 时, 接收器接收到的频率为 1.3介质不动,声源运动速度为S V ,接收器运动速度为r V ,可得接收器接收到的频率为 1.4 介质运动。 同样介质的运动会改变声波从源向接收点传播的实际表观速度(真实声速并没有发生变化), 导致计算收发声时的实时位移量变为t V x x m -=0, 通过同样的计算法, 可以得到此状态下接收器收到的频率为(以介质向接收器运动时, 马赫数记为正) 另外, 当声源和介质以相同的速度和方向运动时, 接收器收到的频率不变(从定性的分析即可得到这一点结论)。 本实验重点研究第二种情况, 即声源和介质不动, 接收器运动。 设接收器运动速度为r V ,根据1.2 式可知,改变r V 就可得到不同的r f ,从而验证了多普勒效应。另外,若已知r V 、f ,并测出r f ,则可算出声速0c ,可将用多普勒频移测得的声速值与用时差法测得的声速作比较。若将仪器的超声

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