多普勒效应及其应用

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1、多普勒效应及其应用　　(内蒙古农业大学理学院，内蒙古呼和浩特010018) 　　摘要：介绍了多普勒效应的分类，重点讲述了超声波的多普勒效应，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。 　　关键词：多普勒效应；电磁波；超声波；声纳；超声波诊断；激光冷却 　　中图分类号：TB559文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)19—0104—01 　　我们在日常生活和科学观测中，经常会遇到波源和观测者相对于介质而运动的情况。例如，火车汽笛的音调，在接近观察者时比其远离时为高，这种因波源或观察者相对于介质的运动，而使观察者接收到的频率有所变化的现象有奥地利物理

2、学家多普勒在1842年首先发现的，故称多普勒效应。 1多普勒效应的分类及应用 1.1机械波的多普勒效应 　　机械波的多普勒效应可分为：①波源不动，观察者相对于介质运动；②波源运动，观察者不动；③波源和观察者同时运动。 1.2电磁波的多普勒效应 　　1842年多普勒首先在声学上发现多普勒效应后，1930年开始将这一规律运用到电磁波范围。1938年电磁波的多普勒效应才得到证实。多普勒效应的含义是指当波源和接收器之间有相对运动时，所接受到的频率不等于波源振动的频率的现象。 1.3冲击波 　　冲击波是指飞机，炮弹等以超音速飞行时都会在空中产生冲击波。过强的冲击波能使掠过地区的物

3、体遭到损坏，这一现象叫做“声暴”。 　　多普勒效应是波动过程的共同特征。不仅机械波有多普勒效应，电磁波有多普勒效应，超声波也有多普勒效应。其中电磁波和光波的多普勒效应有着广泛应用。 2超声波的多普勒效应及应用 2.1超声波的产生 　　频率高与人类听觉上限频率的声波称为超声波。超声波最明显的传播特性就是方向性很好，视线能定向传播，穿透本领很大，在液固体中传播是衰减很小。在波透明的固体中能传播几十米，超声波碰到杂质或介质分解面有显著的反射。此特性使得超声波成为探伤，定位等技术的一个重要工具。 　　2.2超声波无损检测主要是利用超声波在界面反射 　　在材料中的穿透力和传播方向性

4、好的特点。超声波探伤是通过型号往返于缺陷的传播时间来确定缺陷与表面的距离，通过回波信号的幅度和发射换能器的位置来确定大小和方向。，B扫描法可显示工件内部缺陷的纵截面徒刑，C扫描法可显示工件内部缺陷的横截面图形。就他的无理性而言，用超声波法可无损检测厚度，材料硬度，硬磁深度，晶粒度，液体和流量残余应力和胶结强度。 　　2.3超声波在医学上的直接运用是医学诊断 　　超声诊断的物理基础，主要是利用超声波在界面的反射，由于人体内部位置与器官的声阻抗不同，超声波进出器官时在界面上形成不同频率的反射波。当器官发生病变或异物时由于形状位置和声阻抗的变化，街面上的反射波的强度和位置也发生了改变，临床

5、就是利用这一特点来进行诊断。 　　超声全息照相为医学提供了不同于x射线和同位素扫描的一种全新诊断技术，x射线和同位素诊断对于人体会产生一定的危害，但超声全息技术通常使用的最高功率范围仅为每平方厘米击败毫瓦，实验证明这样低的超声功率对人体组织不会有损害。利用X射线对于骨骼、胃肠、肾和血管等进行诊断时，病人要服造影剂或其他措施，以获得由对比度的照片。在同位素诊断中，病人要口服或注射同位素，这些都会给病人带来不舒适的感觉。在美国，L.weiss等人应用液面超声波全息照相装置对老鼠腹部肿瘤进行了观测，51个肿瘤中可看到49个，确诊率达到96%，确诊肿瘤中用X射线仅能看到一半。 　　超声波诊

6、断简易、迅速且对患者无伤害、无痛苦，特别是对人体软组织的诊断最为有效。分辨率比X射线好，但对气体的衰减比液体、固体中的衰减大得多，所以对含有气体的俄器官。比如肺、肠等骨骼部位就难以诊断，所以在超声诊断时为了减少探头与人体皮肤之间引起梯层而引起的衰减，皮肤与探头之间涂以润滑油。多普勒血流计是医学常用的仪器。原理是：超声探头产生波束，由于超声波具有较强的穿透本领，透过皮肤射入血管，碰到血细胞产生散射其中发射方向返回的散射伯杯探头接收。若探头频率为f0，血流速度为υ，夹角θ，超声波在人体组织的传播速度为v1则多普勒效应可知接受其受到的频率f为： 　　740)this.width=740"bo

7、rder=undefined> 　　2.4超声波的多普勒效应在海洋开发方面也有很大应用 　　①检测海洋污染，利用记录声波散射强度，可以判断海洋污染程度，分析废物污染速度等；②测绘海底地貌，特别现今随着光纤技术的飞速发展铺设海底光缆对海地地貌勘测已成为一项十分迫切的前期工作；③海洋声学遥感，非声学海洋遥感。例如微波，红外及卫星遥感等共同缺点是穿透海洋内部，但超声波可达到海底深处，从而测得整个海洋空间和海地参数。