多普勒效应及其应用
多普勒效应及其应用
多普勒效应及其应用1. 简介多普勒效应（Doppler Effect）是指当观察者和发射源相对运动时，观察者接收到的波的频率会发生变化的现象。
这个现象最早由奥地利物理学家克里斯琴·多普勒（Christian Doppler）在1842年提出。
多普勒效应不仅在物理学中有着广泛的应用，还涉及到声学、光学、无线电波等多个领域。
2. 多普勒效应的原理2.1 基本原理多普勒效应分为两种：一种是波源相对于观察者运动，另一种是观察者相对于波源运动。
根据这两种情况，多普勒效应又可以分为两种类型：正多普勒效应和负多普勒效应。
当波源相对于观察者远离时，观察者接收到的波的频率会变低，这种现象称为负多普勒效应；当波源相对于观察者靠近时，观察者接收到的波的频率会变高，这种现象称为正多普勒效应。
2.2 数学表达多普勒效应的数学表达式为：[ f’ = f ]•( f’ ) 是观察者接收到的波的频率；•( f ) 是波源发出的原始频率；•( v ) 是波在介质中的传播速度；•( v_0 ) 是观察者和波源之间的相对速度；•( v_s ) 是波源相对于介质的运动速度。
当观察者和波源相向而行时，取加号；当观察者和波源远离时，取减号。
3. 多普勒效应的应用3.1 声学在声学中，多普勒效应广泛应用于测量物体的速度和距离。
例如，多普勒雷达就是利用多普勒效应测量物体速度的一种装置。
它通过发射一定频率的雷达波，然后接收反射回来的雷达波，根据接收到的频率变化来计算物体的速度。
此外，多普勒效应在医学领域也有重要应用。
例如，多普勒超声波就是利用多普勒效应来检测血流速度的一种技术。
通过检测血流速度，可以判断出是否存在血栓、血管狭窄等疾病。
3.2 光学在光学中，多普勒效应的应用主要有激光雷达和光纤通信等方面。
激光雷达利用多普勒效应来测量目标物体的速度和距离，广泛应用于自动驾驶、无人机等领域。
光纤通信中，多普勒效应会导致光信号的相位变化，从而影响信号的传输质量。
多普勒效应及其应用
多普勒效应及其应用当我们站在路边，听到一辆疾驰而过的汽车喇叭声从尖锐变得低沉，或者观察到快速移动的警车灯光颜色似乎发生了变化，这背后都隐藏着一个神奇的物理现象——多普勒效应。
多普勒效应是指当波源与观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的波的频率会发生变化。
简单来说，就是当波源靠近观察者时，观察者接收到的波的频率会升高；而当波源远离观察者时，接收到的波的频率会降低。
让我们以声波为例来更深入地理解多普勒效应。
想象一下，一辆鸣着喇叭的汽车朝你驶来。
此时，汽车作为声音的波源在不断靠近你，每秒钟发出的声波数量是固定的。
但由于汽车在向你移动，所以在单位时间内，你接收到的声波数量比汽车静止时更多，这就导致你听到的声音频率升高，声音变得尖锐。
相反，当汽车驶离你时，单位时间内你接收到的声波数量减少，声音频率降低，听起来就变得低沉。
多普勒效应不仅仅局限于声波，对于电磁波，如光波，同样适用。
天文学家就经常利用多普勒效应来研究天体的运动。
当一颗恒星向地球靠近时，它发出的光波频率会升高，波长变短，向光谱的蓝端移动，这种现象被称为“蓝移”；而当恒星远离地球时，光波频率降低，波长变长，向光谱的红端移动，称为“红移”。
通过观测恒星光谱的移动情况，天文学家可以计算出恒星相对于地球的运动速度和方向，从而揭示宇宙的奥秘。
在医学领域，多普勒效应也发挥着重要的作用。
多普勒超声技术就是基于这一原理。
医生通过向人体内部发射超声波，并检测反射回来的超声波频率变化，来获取有关血液流动的信息。
例如，在检查心脏和血管时，多普勒超声可以帮助医生判断血流速度是否正常，是否存在狭窄、堵塞或反流等问题。
对于孕妇来说，多普勒超声还可以监测胎儿的心跳和血液流动情况，确保胎儿的健康发育。
交通领域也离不开多普勒效应。
警察使用的测速雷达就是利用了多普勒效应来测量车辆的速度。
雷达向行驶中的车辆发射电磁波，然后接收反射回来的电磁波。
通过分析频率的变化，就能够计算出车辆的行驶速度。
光的多普勒效应与应用
光的多普勒效应与应用光的多普勒效应是指当光源和观察者相对运动时，光的频率和波长会发生变化的现象。
这一效应早在19世纪就被奥地利物理学家克里斯蒂安·多普勒首次描述，并在后来的实验证实了。
1. 光的多普勒效应的原理光的多普勒效应与声音的多普勒效应类似，都涉及到了波的频率和波长的变化。
当光源和观察者相向运动时，光的频率增大，波长缩短；当光源和观察者背离运动时，光的频率减小，波长延长。
这是由于相对速度的变化导致光波相对于观察者的相对速度发生改变。
2. 光的多普勒效应的应用2.1 光的多普勒效应在天文学中的应用光的多普勒效应可以用来测定天体的运动速度和运动方向。
通过测量天体光的频率变化，我们可以推断出天体相对于观察者的速度。
这对于研究星系和行星的运动轨迹非常重要。
2.2 光的多普勒效应在光谱学中的应用光的多普勒效应对于光谱学的研究也具有很大的意义。
光谱是由光通过物质后产生的一系列波长的分散光线。
通过分析光谱中的多普勒效应，我们可以得出物质的速度、运动方向以及其他重要的物理性质。
2.3 光的多普勒效应在医学中的应用光的多普勒效应还被广泛应用于医学领域，尤其是声音波的多普勒效应（多普勒超声）。
医生可以通过多普勒效应来测量血液和心脏的流速，以及监测胎儿的心跳频率。
这为医生提供了一个非侵入性的方法来诊断和检测疾病。
2.4 光的多普勒效应在交通工具中的应用在交通工具中，光的多普勒效应也有重要的应用。
例如，在交通警察测速雷达中，多普勒效应可以通过测量从车辆反射回来的雷达信号频率变化来计算车辆的速度。
这种技术在交通执法和道路安全方面起着重要的作用。
3. 总结光的多普勒效应是光学中一种重要的现象，它不仅有助于我们理解光的性质和运动规律，还在天文学、光谱学、医学和交通工具等领域中得到了广泛的应用。
通过深入研究和理解光的多普勒效应，我们可以更好地利用和应用光学技术，推动科学和技术的发展。
多普勒效应及应用
在 (vp vA)t距离内的波都被观察者所接收
又 f(vpvA)/b
为介质中的波长
b
vp
b
vp f
S
v0 P
vAt
vpt
即：
fvp vA vpvA f
b
vp
观察者远离波源运动时
vAt
P
S
vA
v pt
设观察者在点 P 远离波源S运动, 速度仍 为 vA ,则 dt 时间内观察者移动的距离为 vAt
如果波源向着观察者运动的速度大于波速， 那么在这种情况下，急速运动着的波源前方不 可能有任何波动产生，所有波前将被积压而聚 集在一圆锥面上，如图
这个圆锥面上，波的能量已被高度集中，容易 造成巨大的破坏，这种波称为冲击波或激波.
突破音速的瞬间
突破音障进入超音速后，从航空 器最前端起会产生一股圆锥形的音锥， 在旁观者听来这股震波有如爆炸一般， 故称为音爆或声爆
应用一：彩超
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．这种方法俗称 “彩超”，可以检查 心脏、大脑和眼底血 管的病变．
应用二：光谱线的红移
应用三：测速仪
例2 利用多普勒效应监测车速，固定波源发出频率
为10k0H的z超声波，当汽车向波源行驶时，与波源
波源向v p 着观察者A运动时
S1 S2
A
vsT
波速： v p
波长： vpT
波源向A运动速度v s ，一周期T内波源移动 b
被观察者接收到的介质中的波长为：
b v s T ( v p v s ) T ( v p v s )/f
vp
S1 S2
多普勒的应用和原理
多普勒的应用和原理一、多普勒效应的原理多普勒效应是描述当波源和观测者相对运动时，波的频率和波长发生变化的现象。
该现象可以用于测量物体的速度、方向和距离。
1.1 波的频率和波长的变化当波源和观测者相向而行时，波源发出的波的频率相对于观测者来说会增加，波长则会缩短。
而当波源和观测者背离而行时，波的频率相对于观测者来说会减小，波长则会延长。
1.2 多普勒频移公式多普勒频移公式可以描述多普勒效应的量化关系：f' = f * (v + vr) / (v - vs)其中，f'是观测者接收到的频率，f是波源发出的频率，v是波的速度，vr是观测者的速度，vs是波源的速度。
二、多普勒效应的应用2.1 多普勒测速仪多普勒测速仪是利用多普勒效应测量物体的速度的一种设备。
通过测量接收到的频率与波源发出的频率之间的差异，可以计算物体的速度。
2.2 多普勒雷达多普勒雷达常用于测量目标的速度和距离。
利用多普勒效应，通过观测回波频率与发射频率之间的差异，可以计算出目标物体的速度。
2.3 医学应用多普勒效应在医学领域有广泛的应用。
例如，超声多普勒技术可以用于测量血流速度，对心脏、血管等器官进行检测和诊断。
2.4 多普勒流量计多普勒流量计是一种用于测量液体或气体流速的设备。
通过使用多普勒效应，它可以非侵入性地测量液体或气体的速度和流量。
2.5 遥感技术多普勒效应在遥感技术中也有应用。
利用多普勒频移公式，可以通过分析卫星接收到的微波信号的频率变化，来获得地球表面的运动信息和物体的速度。
三、总结多普勒效应是一种广泛应用于各个领域的物理现象。
它的原理是当波源和观测者相对运动时，波的频率和波长发生变化。
利用多普勒效应，我们可以测量物体的速度、方向和距离。
多普勒效应在多个领域都有重要的应用，如测速仪、雷达、医学、流量计和遥感技术等。
这些应用使得多普勒效应成为一项重要的技术，对各个领域的研究和应用产生了积极的影响。
多普勒效应及应用
应用一：彩超
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．这种方法俗称 “彩超”，可以检查 心脏、大脑和眼底血 管的病变．
多普勒效应及应用
应用二：光谱线的红移
多普勒效应及应用
应用三：测速仪
多普勒效应及应用
多普勒效应及应用
观察者静止，波源运动 f vp f vp vs
所以，两者同时相对介质运动时
f vpvA f vp vs
多普勒效应及应用
f vpvA f vp vs
符号法则： 观察者向波源运动“+”，远离波源 “-” 波源向观察者运动“-”，远离波源 默认：vA“<v+p”,vs<vp
多普勒效应及应用
由上可知，不论是波源运动，还是观 察者运动，或是两者同时运动，定性地说， 只要两者互相接近，接收到的频率就高于 原来波源的频率；两者互相远离，接收到 的频率就低于原来波源的频率.
例2 利用多普勒效应监测车速，固定波源发出频率
为10k0H的z超声波，当汽车向波源行驶时，与波源
安装在一起的接收器接收到从汽车反射回来的波的频率
为"11k0 H . 已z知空气中的声速为 u33m 01 ，s
求车速 .
vR
多普勒效应及应用
解
1）车为接收器
' u vR
u
2）车为波源
" u '
u vR
多普勒效应及应用
多普勒效应及应用
多普勒效应及应用
多 普 勒 C.DOppler，1803—1853
奥地利物理学家, 他于1842年第一次论证 了相互转动的双星系统 所发射的光的频率的微 小变化，继而又讨论了 声源与观察者之间相对 运动时，观察者所接收 的声波频率的变化.
多谱勒效应及应用
简介：多普勒效应Doppler effect水波的多普勒效应多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了这一理论，主要内容为：物体辐射的波长因为波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）；在运动的波源后面时，会产生相反的效应。
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。
所有波动现象都存在多普勒效应。
发现：1842年奥地利一位名叫多普勒的数学家、物理学家。
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，声源相对于观测者在运动时，观测者所听到的声音会发生变化。
当声源离观测者而去时，声波的波长增加，音调变得低沉，当声源接近观测者时，声波的波长减小，音调就变高。
音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。
这一比值越大，改变就越显著，后人把它称为“多普勒效应”。
原理：多普勒效应指出，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。
但是由于缺少实验设备，多普勒当时没有用实验验证，几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，以验证该效应。
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。
光学现象中的多普勒效应及其应用
光学现象中的多普勒效应及其应用光学现象是物理学中一个重要的研究领域，其中多普勒效应是一种常见的现象。
多普勒效应是指当光源或观察者相对于彼此运动时，光的频率和波长会发生变化的现象。
这一现象不仅在光学中有重要应用，还在其他领域中得到广泛应用。
多普勒效应最早是由奥地利物理学家多普勒在19世纪提出的，他通过研究声波的频率变化发现了这一效应。
后来，科学家们发现光波也会受到多普勒效应的影响。
当光源和观察者相对运动时，光的频率和波长会发生变化，从而导致光的颜色发生变化。
这就是我们平常所说的多普勒效应。
多普勒效应在天文学中有重要应用。
通过观察星系中的光谱，天文学家可以判断星系的运动方向和速度。
当星系向我们运动时，光的频率会增加，波长会变短，我们称之为蓝移；当星系远离我们运动时，光的频率会减小，波长会变长，我们称之为红移。
通过测量光的频率变化，天文学家可以计算出星系的速度和运动方向，从而了解宇宙的演化和结构。
多普勒效应在医学中也有重要应用。
超声波是一种常用的医学诊断工具，它可以通过多普勒效应来测量血液流速和心脏功能。
当超声波传播到人体组织中时，如果血液流动，超声波的频率会发生变化。
通过测量频率的变化，医生可以得知血液的流速和心脏的功能状态，从而进行诊断和治疗。
除此之外，多普勒效应还在交通运输、气象学和地质学等领域中得到广泛应用。
在交通运输中，多普勒雷达可以测量车辆的速度和距离，从而实现交通监控和安全控制。
在气象学中，多普勒雷达可以测量降雨的速度和方向，从而预测暴雨和龙卷风等天气现象。
在地质学中，多普勒测震仪可以测量地震波的传播速度和方向，从而研究地壳运动和地震活动。
总之，光学现象中的多普勒效应是一种重要的现象，它在天文学、医学和其他领域中都有广泛应用。
通过测量光的频率和波长的变化，我们可以了解物体的运动状态和性质，从而推断出许多有用的信息。
多普勒效应的研究不仅丰富了我们对光学现象的认识，还为科学研究和技术应用提供了重要的工具和方法。
多普勒效应及应用
多普勒效应的本质波被压缩，当物体沿着靠近观察者的方向运动时，波长会被压缩，频率会升高。
反之波长被拉长，频率降低。
多普乐效应应用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．这种方法俗称“彩超”，可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变。
另外一个例子就是心脏彩色多普勒的应用：韦伯超人射来时，他的频率会增高，音调会变尖：而背离人去时，频率则会降低，音调变粗。
这就是多普勒效应造成的。
心脏彩色多普勒正是应用这种原理，将心脏图样画的极具观赏性，成为目前世界上最先进的超声诊断设备。
这种技术已成为现代临床医学中不可缺少的诊断工具，目前来说是诊断心脏病特别是先天性心脏病的有效方法。
3、宇宙学研究中的多普勒现象目前通过多普勒效应制成的各种仪器已经广泛运用在对宇宙的观察和研究之中了。
20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球而去。
1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度v与距地球的距离r成正比，即v=Hr,H为哈勃常数根据哈勃定律后来更多天体红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，物质密度一直在变小由此推知，宇宙结构在某一时刻前是不存在的，它只能是演化的产物。
多普勒效应及其应用
多普勒效应及其应用多普勒效应是一种物理现象，描述了由于传播介质相对于观测者的运动而引起的频率变化。
这一效应在日常生活中有着广泛的应用。
本文将从多普勒效应的原理入手，探讨其在医学、天文学和物理学等领域的应用。
首先，我们来看多普勒效应的原理。
多普勒效应是基于光、声波等波动传播的特性而产生的。
当光或声源靠近观测者时，波长缩短，频率增加，我们称之为“红移”。
相反，当光或声源远离观测者时，波长延长，频率降低，我们称之为“蓝移”。
这种频率变化是由于波源和观测者之间的相对运动导致的。
在医学领域，多普勒效应被广泛应用于超声检查中。
超声波是一种高频声波，可以通过人体组织的反射来产生图像。
多普勒超声技术利用了多普勒效应来测量被检测物体的运动状态。
通过测量回波声波的频率变化，医生可以获得被检测物体的速度和方向信息。
这项技术在心脏病学中特别有用，医生可以通过多普勒超声来检测和评估心脏血液流动的速度和方向，从而帮助诊断心脏瓣膜疾病和心血管病变。
另一个领域是天文学。
多普勒效应在天文学中的应用非常重要，可以用来测量星体的运动速度和远离地球的距离。
天体发出的光具有特定的光谱，由于多普勒效应，它们的光谱线会发生移动。
利用这种移动，天文学家可以推断天体的运动速度和距离。
例如，通过观测星系发出的光的频率变化，天文学家可以确定星系的远离速度和其相对于地球的距离。
这对于研究宇宙膨胀和宇宙学的发展非常重要。
在物理学中，多普勒效应也有一系列应用。
例如，在雷达和无线电通信中，多普勒效应可以用来测量目标物体的速度。
雷达系统通过发送和接收无线电波，并测量返回信号的频率变化来确定目标物体的速度。
这在飞机和船只上广泛应用，可以帮助导航员测量目标物体的速度和方向，以保持安全和导航准确。
总结来说，多普勒效应是一种描述波动传播中频率变化的物理现象。
它在医学、天文学和物理学等领域中都有广泛的应用。
在医学中，多普勒超声技术可以用来检测和评估心脏血液流动的速度和方向，帮助诊断心脏疾病。
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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
相对于观测者运动方向与光波传播方向的夹角。
当光源和观测者沿其连线方向接近时,即θ=0时,有
f=f0√c+v /c-v . (4) 此时,f>f0,观测到的谱线将向短波方向移动,称为“蓝移”. 当光源和观测者沿其连线方向远离时,即θ=π时,有
f=f0√c-v /c+v . (5) 此时f<f0,观测到的谱线将向长波方向移动,称为“红移”. 当观测者在垂直于光源方向上运动,即θ=π2 时,有 f=f0 1-β2 . (6)此时产生横向多普勒效应.当v=c时,
f=f0(1+βcos θ). (7) 多普勒效应的应用
卫星多普勒定位技术
设B为卫星,它以相对于观测站A的速度v 运动(v远小于c),卫星B上有可发射频率为fs的无线电信号发射源.由(7)式知观测站测得的频率为: fr=(1+vcosθ/c)fs,
卫星B到观测站A的距离为r,则drdt=vcosθ,则有drdt=c(fr-fs)fs ,其中,Δf=fr-fs为多普勒频移。
观测站可根据所测量的接收频率(fr)而得出多普勒频移Δf,再经过技术与数学处理,求出某一瞬时卫星B与观测站A的距离r,从而确定观测站的位置.实际应用时,为了精确地测量多普勒频移Δf,通常在地面接收机内增加一个“本征频率”,将接收到的频率fr与“本征频率”混频,得出拍频率,最后对频谱进行分析计算得出多普勒频移或直接进行定位计算。
激光雷达测风速
激光雷达测风速是利用光分差探测技术获得激光多普勒频移信息,进而求出风速.其原理如图4所示. 从激光器发出频率为f0的光波,经分光板分成光束1和光束2,光束2直接送到光电探测器,光束1射向速度为v的运动粒子(风)(v 远小于c),θ为运动粒子的运动方向与被其反射后的光束1的传播方向的夹角,由(7)式可知运动粒子接收到的频率为
f1=(1+ vcos θc )f0.
经粒子反射后形成频率为f1的回波,经光电探测器被送到鉴频器,由(7)式知其频率为
f2=(1+ vcosθc )f1=(1+vcosθc )2f0
≈(1+ 2vcos θc )f0.
则Δf=f2-f0=2vcos θc f0. 所以v= c 2f0cosθΔf.θ角可根据激光雷达接受到的回波方向测定,这样就可根据Δf计算出风的运动速度。
超声多普勒血流仪
超声多普勒血流仪是利用声源、接收器与被测血流间有相对运动而获得多普勒频移信息,进而测得血流速度及流量,为诊疗提供可靠依据。
从发生器发出频率为f0的超声波射向血管中的红血球,红血球的运动速度为u(它的运动速度代表血流速度),超声波在血液介质中的传播速度为v.此时发生器为静止波源,红血球为运动接收器.由(1)式可得红血球接收到的声波的频率为f=v+ucos θv f0
当红血球将接收到频率f的声波传给接收器R时,接收器接收到的声波频率为fR,由(1)式可得
fR= vv-ucos θf= v+ucos θv-ucosθf0. 接收器和发射器间的多普勒频移Δf为Δf=fR-f0=2ucosθ v-ucosθf0. 因为v远大于u,所以Δf= 2ucosθ v f0,所以 u= v 2f0cosθΔf.
由此可测知血流速度进而诊断出血液是否存在病变,如血液粘度过高,高血压等. 此外,多普勒效应在科学研究、工程技术、交通管理、导航等领域也有着广泛应用.如根据“红移”、“蓝移”对宇宙大爆炸理论的研究,根据光波的横向多普勒效应验证相对论时间膨胀结论,利用多普勒频移信息测矿浆流速、流量,汽车速度的测量、导航,等等。
多普勒效应应用的总结与展望
多普勒效应应用总结
当前多普勒效应已经非常成熟地应用于各领域。
在医学等领域，超声波应用于X光、CT等检查项目中；在能源开发探测领域，用于监测海洋污染、测绘海底地貌、检测材料的缺陷、测量材料的厚度和宽度；在航天天文探测领域，监测人造卫星的速度和人造地球卫星测地系统、火箭的测速和制导；在交通运输领域，电子眼系统用来检测机动车是否超速；军事上用于武器火控、战机预警、卫星信标跟踪、战场雷达侦察、靶场测量、导弹的测速和制导；网球、羽毛球、足球等体育竞赛中，对测量球速是相当准确的手段；在工业生产中，多普勒效应可精确地确定钢坯的移动速度，以及水流等流体物质的流速。
多普勒效应的应用展望
多普勒效应可以为揭示自然科学奥秘提供依据，更好地推动人类文明。
多普勒效应是前人智慧的结晶，也激励着我们不断钻研。
多普勒效应给人类社会发展带来巨大财富，并且对人类科学发展意义重大。
通过掌握多普勒效应，可以对火车道两旁居民的噪声防护提供一定的依据，同时对仿生学这门新兴学科有很大的帮助，通过学到的知识改进现有的装备以及创制新的装备
参考文献:
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