多普勒效应及其应用毕业论文(28页).doc

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1、-多普勒效应及其应用毕业论文-第 24 页编号: 2010212409毕业论文 （2014届本科）题 目： 多普勒效应及其应用 学 院： 物理与机电工程学院 专 业： 物理学 作者姓名： 张伟平 完成日期： 2014 年 5 月 20 日二 一四 年 五 月目录河西学院本科生毕业论文诚信声明1河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告20引言61多普勒效应61.1多普勒的一生及贡献61.2多普勒效应具体情况71.2.1 波源静止观察者运动的情形71.2.2波源运动观察者静止的情形81.2.3波源和观察者都运动的情形82多普勒效应的原理92.1声波和光波的纵向多普勒效应92.1.1声波的纵向多普勒效

2、应92.1.2光波的纵向多普勒效应102.2声波和光波的横向多普勒效应102.2.1光波的横向多普勒效应112.2.2声波的横向多普勒效应123多普勒效应在探测中的应用123.1多普勒效应在天体脉塞和中子双星探测中的应用123.2卫星多普勒定位技术143.3激光雷达测风速154多普勒效应在医学上的应用154.1彩超在临床医学中的应用164.2超声多普勒血流仪165多普勒效应在军事、交通领域的应用186多普勒效应在影视艺术作品中的运用187结论20参考文献21致谢22河西学院本科生毕业论文题目审批表24河西学院物理与机电工程学院指导教师指导毕业论文情况登记表25河西学院毕业论文指导教师评审表26

3、河西学院本科生毕业论文答辩记录表27河西学院本科生毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 二O 年 月 日河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告论文题目 多普勒效应及其应用学生姓名张伟平所属学院物理与机电工程学院专业物理学年级2010级指导教师董光兴所在单位河西学院职称副教授开题日期2013.12.20选

4、题的背景、实际意义： 随着多普勒效应的推广和发展，它已经在很多领域得到广泛发展。本课题的主要目的在于通过对多普勒效应的学习，了解多普勒效应的发展状况、综合介绍多普勒效应的具体应用、总结多普勒效应的一般公式。有关本选题的研究动态和自己的见解：1842年奥地利物理学家多普勒首先发现声波的多普勒效应，之后随着多普勒效应的发展，人们证实了多普勒效应适用于所有类型的波，包括电磁波。20世纪以来，多普勒效应逐渐从理论走向实践，在越来越多的领域得到了广泛的应用，特别在医学、交通、通讯及军事科技方面的应用，让我们深感这一理论的伟大。多普勒效应的最大优点就是能和许多学科交叉，各科的学者巧妙地用移植的方法进行创新

5、、吸收，甚至引入某一领域内的的理论、技术和方法来解决心难题。多普勒效应将越来越造福于我们的日常生活。论文的主要内容、基本要求及其主要的研究方法：主要内容： 本文首先以声波和光波的多普勒效应为例，对声波、光波及电磁波的多普勒效应原理进行了详细阐述，详细介绍了多普勒效应在医学、气象监控与预警、卫星通信、影视艺术作品和军事雷达测速与追踪等领域的具体应用，以具体实例的形式介绍了多普勒效应对人类科学发展的重要影响。基本要求： 1.通过对多普勒效应的学习，了解多普勒效应的发展状况。 2.归纳、总结多普勒效应的一般公式。3.综合介绍多普勒效应的具体应用及其相关知识。研究方法：主要为文献研究，然后通过分析、综

6、合、比较、归纳。论文进度安排和采取的主要措施：论文进度安排： 2013年 12 月 20 日 确定毕业论文题目 2013年 12 月 20 日2013年 12月 22日 准备完成开题报告 2013年 12月 20日2013年 12月 25 日 完成论文开题报告 2014年 03月 15日2014年 05 月 03日 完成毕业论文初稿 2014年 05 月 03 日2014年 05 月 15 日 修改毕业论文初稿 2014年 05 月 20 日 完成论文最终定稿主要措施：在图书馆查阅相关资料，请老师修改并自我完善。 参考文献 1程守珠,江之永.普通物理学M.北京:高等教育出版社,1998. 2白

7、明柱,莲花,利民.多普勒效应及其应用J.内蒙古科技与经济,2008,19. 3李启明.多普勒.多普勒效应及其应用J.现代物理知识,2006,06 4杨亮,刘钟馨,林仕伟,曹阳.多普勒效应教学仿真系统的开发J.大学物理,2012(4):55-59. 5周美建.浅谈多普勒效应J.物理教学,2010，32. 6李龙,樊养余,张政伟.多普勒效应下星间光通信系统的仿真性能分析J.计算机仿真,2009. (26):111-114 . 7叶丽娜.多普勒效应及其应用J.甘肃广播电视大学学报,2012,03. 8秦继民,萧化.普通物理学专题研究J.广西师范大学出版社,1993. 9周文元,等.高等物理精编M.中

8、国科学技术大学出版社,1990. 10张普利.光的多普勒效应及其应用J.西北轻工业学院学报,1996,01. 11袁玄义,王永昌,张延曹.多普勒效应及其现代应用J.空军导弹学院报.2001,08. 12陈宜生等.物理效应及应用M.天津:天津大学出版社,1996. 13刘广生,李慧.多普勒效应及其应用J.南阳师范学院学报,2006,06. 14杨洋.激光雷达在大气测量中的应用J.现代物理知识,2001(3). 15LE特瑞恩著.王仕康等译.激光多普勒技术M.北京:清华大学出版社,1985.245278. 16范毅明等.医用B超仪与超声多普勒系统J.上海:第二军医大学出版社,1999.229236

9、. 17金 召,赵昕怡.多普勒效应及其应用的探讨J.科技创新与应用,2013. 18鄢晗菡,孙华,刘川,钱杰. 基于多普勒效应的汽车刹车预警系统研究J. 机械,2010,11:56-58. 19韩超,李亭,李华.多普勒效应测速实验仪的开发J.实验室研究与探索,2007,01:19-21. 20吕鐄.电影人声的艺术表现力与美学特征论D.华中师范大学,2007. 21董立娟.论数字化电影的真实质感与审美认知D.哈尔滨工业大学,2006. 22韩璐.论武侠电影的声音艺术创作J.北京电影学院学报,2004,01. 23陈越红,滕青.试论多普勒效应在影视声音中的应用J.当代电影,2006,01:135-

10、139.指导教师意见：签 名： 年 月 日教研室意见 负责人签名： 年 月 日学 院 意 见 负责人签名：年 月 日多普勒效应及其应用摘要：本文首先以声波和光波的多普勒效应为例，对声波、光波及电磁波的多普勒效应原理进行了详细阐述，归纳、总结多普勒效应的一般公式。主要介绍了多普勒效应在医学、交通、探测、卫星通信、军事科技、影视艺术作品、气象监控等领域的应用：如多普勒效应在天体脉塞和中子双星探测中的应用、卫星多普勒定位技术、激光雷达测风速、彩超在临床医学中的应用、超声多普勒血流仪等。以具体实例的形式介绍了多普勒效应对人类科学发展的重要影响。关键词：多普勒效应；声波 ；光波Abstract: Bas

11、ed on Doppler effect of sound waves and light waves as an example, the acoustic, optical and electromagnetic wave theory of Doppler effect in detail, the general formula of induction, summarizes the Doppler effect. The paper introduces the application of Doppler effect in medical, transportation, de

12、tection, satellite communication, military technology, film and television works of art, meteorological monitoring fields: such as the Doppler effect in astrophysical maser and neutron star exploration applications, satellite Doppler positioning technology, lidar measuring wind velocity, color Doppl

13、er ultrasound in clinical application, Doppler ultrasound flowmeter etc. A concrete example of the important influence of the Doppler effect on the human development of science.Keywords: Doppler effect; Sound wave; light wave0引言因波源和观测者有相对运动而出现的观测频率与波源频率不相等的现象，叫做多普勒效应1。1842年，多普勒发表论文首次论述多普勒效应。他推导出当波源和

14、观察者有相对运动时，观察者接收到的波长频率会改变，在运动的波源前面波被压缩，波长变短，频率变高；在运动的波源后面波长变长，频率变低。波源的速度越高，产生的这种频率变化越大。观测频率变化的程度，可以计算出波源沿观测方向运动的速度。从此关于多普勒发现的这种现象得到了人们的广泛关注，并拉开了研究多普勒效应及运用的序幕。另外，在研究天体、人造卫星以及火箭的运动时，多普勒效应也是有效的方法之一；在道路交通上它被广泛应用于检查高速公路上行驶车辆的速度；在医学诊断上被用于检测内脏器壁或血球的运动速度；多普勒效应还浅析了光谱频带宽度和给出了“宇宙膨胀说”的依据等。多普勒效应理论的重要性及应用的广泛性，由此可见

15、一斑。本文对多普勒效应及其表达式作了分析与研究，并对于多普勒效应在声、光、电及其卫星导航定位系统、临床医学、军事领域、天气雷达等各个方面最新的进展及应用作了详细介绍，从而让更多的人意识到研究多普勒效应的价值和其在日常生活中的应用。1多普勒效应多普勒效应（Doppler Effect）是奥地利物理学家及数学家克里斯蒂安多普勒（Christian Doppler，18031853）于1842年在他的文章“On the Colored Light of Double Stars”中首先提出的，因波源和观测者有相对运动而出现的观测频率与波源频率不相等的现象叫做多普勒效应。多普勒效应已被广泛地应用于科学

16、多个领域，如多普勒雷达、多普勒声纳、多普勒B超、多普勒测速仪、多普勒计程仪等等2。1.1多普勒的一生及贡献1803年11月29日，多普勒出生于奥地利的萨尔茨堡，其家族在萨尔茨堡经营石刻，生意兴隆，父母期望他能按照传统子承父业，可是他自幼体弱多病。多普勒在萨尔茨堡上完小学后进入林茨中学，1822年，他的父母接受一位数学教授的建议，让多普勒到维也纳理工学院学习。多普勒在数学方面显示出超常的水平，1825年他以各科优异的成绩毕业，之后回到萨尔茨堡教授哲学，后来又去维也纳大学学习高等数学、力学和天文学。1829年，当多普勒结束维也纳大学的学习时，被任命为高等数学和力学教授助理，之后他当过工厂的会计员，

17、后来又到布拉格一所技术中学任教，同时担任布拉格理工学院的兼职讲师；到1841年，多普勒才正式成为理工学院的数学教授。多普勒治学严谨，曾经被学生投诉“考试过于严厉”而接受学校调查，繁重的工作和沉重的压力使多普勒的健康每况愈下。1850年，他被委任为维也纳大学物理学院的第一任院长，可是3年后多普勒便在意大利的威尼斯去世，年仅49岁3。1842年，多普勒发表论文首次论述多普勒效应。他推导出当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的波长(频率)会改变，在运动的波源前面，波被压缩，波长变短，频率变高；在运动的波源后面，波长变长，频率变低4。波源的速度越高，产生的这种频率变化越大。观测频率变化的程度，可以

18、计算出波源沿观测方向运动的速度。多普勒还曾试图用这个原理来解释双星的颜色变化。由于多普勒效应对双星的颜色影响极小，那时根本没有仪器能测量出这些变化。不过从1845年，有人开始利用声波进行实验5，他们让一些乐手在火车上奏乐，请另一些乐手在月台上记录火车逐渐接近和远离时听到的音调，实验结果证明了多普勒效应6。多普勒的研究范围还包括光学、电磁学和天文学，他设计和改良了很多实验仪器。他才华横溢、创意无限，经常有各种奇思妙想，尽管并不是都可行，却经常能给别人以启迪。1.2多普勒效应具体情况 在日常生活和科学观测中，经常会遇到波源和观察者相对于介质而运动的情况，当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的波

19、的频率和波源发出的频率不同。1.2.1 波源静止观察者运动的情形 当波源不动，观察者以速率相对于介质运动时，观察者接收到的频率为 （1.1） 这表明，当观察者向着静止的波源运动时，其接收到的频率高于波源的频率。上式中，为波源的频率，是波在静止介质中的传播速度。当观察者远离静止的波源运动时，其接收到的频率为 （1.2）这表明，当观察者背离静止的波源运动时，其接收到的频率低于波源的频率7。1.2.2波源运动观察者静止的情形当观察者不动，波源相对于介质以速率运动时，观察者接收到的频率为 （1.3） 这表明，当波源背离静止的观察者运动时，观察者接收到的频率低于波源的频率。 当波源远离观察者运动时，观察

20、者接收到的频率为 （1.4） 这表明，当波源背离静止的观察者运动时，观察者接收到的频率低于波源的频率2。1.2.3波源和观察者都运动的情形 若波源和观察者同时相对于介质分别以速率和速率相向运动时，观察者接收到的频率为 （1.5）即观察者接收到的频率高于波源的频率。 若波源和观察者同时相对于介质相背运动时，观察者接收到的频率为 （1.6）即观察者接收到的频率低于波源的频率。综上所述，不论是波源运动还是观察者运动，或是两者同时运动，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。值得注意的是，无论是观察者还是波源运动，虽然都能引起观察者所观测的波

21、的频率的改变，但频率改变的原因都不同：在观察者运动的情形中，频率的改变是由于观察者观测到完整波数目的增加或减少；在波源运动的情形中，频率的改变是由于察者观测到波长缩短或伸长了，即波长发生了变化。我们知道，波源完成一次全振动，就会向外传出一个完整波长的波，波源的频率等于单位时间内波源发出的完整波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接受到的频率决定的。当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会改变。在单位时间内，观察者接收到的完整波的个数增多，即接收到的频率增大。同样的道理，当观察者远离波源，观察者在单位时间内接收到的完整波的个数减少，即接收到的频率减小。2多普勒效应的原理多普勒效应

22、也是一切波动过程共有的特征，不仅机械波有多普勒效应，电磁波，包括光波也有多普勒效应，多普勒效应有着许多实际的应用，现已在科学研究、空间技术、医疗诊断等各方面有着广泛的应用。多普勒效应是波动中的一种普遍现象，不仅在弹性介质中传播的机械波(如声波)存在多普勒效应，而且不需任何介质也能传播的电磁波(如光波)也存在多普勒效应。2.1声波和光波的纵向多普勒效应为了方便问题的讨论，我们假设波源与观测者在同一直线上运动，运动方向为轴，波源相对于介质的运动速度为，观测者相对于介质的运动速度为，波相对于介质的运动速度为，如图1所示。图 1 波源和观测者相对运动S图 1 波源和观测者相对运动 R 图 1 波源和观

23、测者相对运动由图1我们得到普遍适用的纵向多普勒效应频移公式8 （2.1）其中为观测者所观测到的波的频率，为波源所发出的波的频率，为光速。2.1.1声波的纵向多普勒效应 声波的传播速度远小于光速，因而声波不符合相对论原理。当观测者相对于介质的运动速度或波源相对于介质的运动速度超过声波的传播速度时，观测者或波源运动到声波的前面，声波的多普勒效应不再有任何物理意义，因此有，/，/。于是由(2.1)式得声波的纵向多普勒频移公式 （2.2）其中为观测者所观测到的声波频率，为声源所发出的声波频率。由(2.2)式可知，处于分子而处于分母，这表明声源的运动或观测者的运动所引起的频率的改变是不相同的。假如声源与

24、观测者之间的相对运动速度一样，则声源运动、观测者不动，或者观测者运动、声源不动，或者两者都运动，观测者所观测到的多普勒频移的结果是不一样的。因此，声波的纵向多普勒效应不仅与声源的运动有关，而且还与观测者的运动有关。2.1.2光波的纵向多普勒效应光波的传播速度为，与参照系的选取无关，因而光波符合相对论原理。设观测者与光源的相对运动速度为，则根据洛仑兹速度合成法则有 （2.3）设光源所发出的光波频率为，观测者观测到的光波频率为。光波的传播速， 即，于是由(2.1)式得将上式与(2.3)式联合解方程组，即可得到光波的纵向多普勒频移公式 （2.4）由(2.4)式可知，光波的纵向多普勒效应仅决定于观测者

25、与光源之间的相对运动速度，即无论是观测者运动、光源不动，或者是光源运动、观测者不动，或者是两者都运动，只要观测者与光源之间的相对运动速度一样，观测者所观测到的多普勒频移的结果是一样的，或者说，我们不能通过观测光波的多普勒效应来确定光源和观测者到底谁在运动。因此，声波和光波都存在纵向多普勒效应，但声波的纵向多普勒效应不仅与声源的运动有关，而且与观测者的运动也有关，而光波的纵向多普勒效应却只与光源和观测者之间的相对运动速度有关。2.2声波和光波的横向多普勒效应 为了方便问题的讨论，我们假设观测者相对于介质静止，波源相对于介质以速度运动，运动方向跟连线相垂直，波相对于介质的传播速度为。以静止的观测者

26、建立静止参照系，运动的波源建立运动参照系。设波源开始时位于，经过一段微小的时间后运动到处，波源在处发射位相为的波的时刻，相对于静止参照系是0，而相对于运动参照系是，波源在处发射位相为的波的时刻，相对于静止参照系是，而相对于运动参照系是。设波源所发射的波的频率为，则有 （2.5）对于观测者，其接收到波源所发出的位相为的波的时刻为 （2.6）其所接收到波源所发出的位相为h的波的时刻为 （2.7）观测者所观测到的波的频率为，则有 （2.8）由(2.6)式和(2.7)式得 （2.9） 我们在上取一点，使得，则，由于我们讨论的时间间隔很短，故也很短，可以认为，于是有 （2.10）上式中是微小量，也是微小

27、量，故是二级微小量，略去不计，则有，(2.9)式变为 （2.11）由(2.5)、(2.8)和(2.11)式得 (2.12)其中，为运动参照系波源S上的时间间隔，为静止参照系观测者上的时间间隔。2.2.1光波的横向多普勒效应光波的传播速度为常数c，其与所选的参照系无关，因而光波符合相对论原理，其时空变换关系符合洛仑兹变换，即有 (2.12)把上式代入(2.11)式得 （2.13）由上式可知，对光波而言，观测者所观测到的光波频率比光源所发出的光波频率小，这就说明光波存在横向多普勒效应。2.2.2声波的横向多普勒效应 由于声波的传播速度远小于光速c，因而声波不符合相对论原理.对声波而言，其时空变换关

28、系符合伽利略变换，即有，于是由(2.11)式得 （2.14） 由上式可知，对声波而言，观测者所观测到的声波频率与声源所发出的声波频率是一样的，声波没有横向多普勒效应。 由以上的讨论可以看出，虽然声波和光波都存在多普勒效应，但声波多普勒效应与光波多普勒效应之间存在着本质的区别：（1）声波和光波都存在纵向多普勒效应，声波纵向多普勒效应与声源的运动和观测者的运动都有关，而光波纵向多普勒效应却只与光源和观测者之间的相对运动有关。（2）声波没有横向多普勒效应而光波存在横向多普勒效应。产生这种本质区别的根本原因是由于声波的传播速度远小于光速c，声波不符合相对论原理；而光波的传播速度为c，且与所选取的参照系

29、无关，光波符合相对论原理。3多普勒效应在探测中的应用随着科学技术的发展，使多普勒效应的应用更加拓宽，在近代工程、军事、天文和生物等领域得到不断的开发应用。天体物理是当今物理学研究的重要领域，而光是目前认识宇宙的唯一信使，多普勒效应在其中有着极为重要的作用。多普勒频移的测量成为光谱学首要的项目之一，也是星系和宇宙学最基本的观测量。3.1多普勒效应在天体脉塞和中子双星探测中的应用1993年诺贝尔物理奖由阿默斯特马萨诸塞大学的Hulse和Tyaior两位天文学家所赢得，其成果是发现了被命名为PsR1913+16的奇异射电源正在绕着一颗伴星作轨道运行，并推断这颗伴星一定是中子星9。(PSR表示脉冲星，

30、数字代表它在天空中的位置：黄经19时13分，赤纬16度)。他们在观测中发现脉冲星信号的时间间隔以规律的方式发生变化，而只有来自双星光的波长会发生类似的变化。当一个信号源朝着地球运动时，多普勒效应使得它所发出信号的波长缩短(频率增大)；当一个信号源背离地球运动时，多普勒效应使得它所发出信号的波长增长(频率降低)。如果乡巴泳冲星看作是在它伴星的强引力场中作轨道运动的一台时钟，那么由于多普勒效应使得这些脉冲抵达地球的时间产生周期性的变化。脉冲信号受到相对论现象的影响，当脉冲星在轨道上作远离地球的运行时，多普勒效应减慢了到达地正积见测者的脉冲速度。当脉冲星作朝向地球运行时多普勒效应加快了脉冲速度。由于

31、脉冲星的决速运行引起时间膨胀造成了“二级”多普勒效应，其效应取决于速度的平方。脉冲星的伴星的引力场使经过它附近的信号发生弯曲，二级多普勒效应红移与引力红移相结合造成脉冲星在更靠近伴星的更强引力场中时的时钟变慢。由于PSR1913+16的发现，使天文学家在理解中子双星如何能够存在的研究中取得了进展，并利用双星信号细致的检验了天体物理学模型和验证了广义相对论。1993年哈佛斯密森天体物理中心报道了对星系M33中的水蒸汽脉塞运动的首批测量结果，前不久他们绘制了一个更为遥远的旋涡星系M106中的脉塞源。MASER(脉塞)即英文微波受激辐射放大器的缩略语，受激发射是脉塞的运作基础。在一些星际气体云中能够

32、自发的满足粒子数反转而形成光放大，产生强烈连贯的微波激射，如在恒星演化的晚期阶段将变成红巨星，从其表面所喷射出来的恒星风里富有发出脉塞辐射的分子，例如经基分子从距离恒星大约10u英里的一个气壳里发出脉塞辐射，这些辐射提供了恒星这一阶段的宝贵信息。 星系中各区域红巨星的认证，主要依靠光的多普勒效应。由于恒星风是径向运动的，因此在来自红巨星和地球之间的那一部分气体云所发出的光由于多普勒效应将产生频率兰移，意味着逐渐靠近的源；而来自红巨星背地侧的那一部分气体云发出的光子频率产生红移，意味着逐渐退行的源，来自气壳不同部分的发射可以用它们的多普勒频移加以区分。把由于多普勒效应引起的频率兰移和红移称作“特

33、征双峰”，这是红巨星的一个标志10。既使红巨星本身不能用光学望远镜看到，也能探测到它的特征双峰。图2即红巨星的轻基脉塞气壳与双峰示意图。多普勒效应还提供了地球到脉塞区域的距离，通常同时测定气壳的角直径和红兰移信号之间的延迟时间就可以确定到该星系的距离11。图2 红巨星的轻基脉塞气壳与双峰示意图 近年来射电天文学家已经研究出将散布到全球各地的射电望远镜所收集到的信号综合起来，形成望远镜阵列，将分辨能力提高到超乎寻常的高度，有可能测定红巨星以外的脉塞源的距离，多普勒效应的应用将会具有更广阔的前景。3.2卫星多普勒定位技术设B为卫星，它以相对于观测站A的速度运动(远小于c)，如图3卫星B上有可发射频

34、率为的无线电信号发射源12。观测站测得的频率为 (3.1)卫星B到观测站A的距离为r，则，则有BrA图3 定位示意图 (3.2)其中，为多普勒频移。观测站可根据所测量的接收频率而得出多普勒频移，再经过技术与数学处理，求出某一瞬时卫星B与观测站A的距离从而确定观测站的位置13。实际应用时，为了精确地测量多普勒频移，通常在地面接收机内增加一个“本征频率”，将接收到的频率与“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。3.3激光雷达测风速1211运动粒子激光器L光电探测器鉴频器21图4 激光雷达测风速原理图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

35、息，进而求出风速。其原理如图4所示。从激光器发出频率为的光波，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射向速度为的运动粒子(风)(远小于c)，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，可知运动粒子接收到的频率为14 (3.3)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，其频率为 (3.4)则 (3.5)所以 (3.6)角可根据激光雷达接受到的回波方向测定，这样可根据计算出风的运动速度15。4多普勒效应在医学上的应用多普勒效应在医学上也有重要的应用。例如，在检查心脏、血管的运动状态时，为了了解血液的流动速度，可以通过发射超声波来实现。因为血管内

36、的血液是流动的物体，所以超声波波源与相对运动的血液间就产生多普勒效应。血液向着超声源运动时，反射波的频率增加；血液离开超声源运动时，反射波的频率减少，反射波频率增加或减少的量，与血液流动速度成正比，因此可根据超声波的频率变化量，测定血液的流速8。我们一旦知道血管内血流的速度和血液的流量，就会对心血管疾病的诊断提供一定的价值!4.1彩超在临床医学中的应用 彩超是临床医学的一个主要应用。彩超是将二维彩色血流信息，重叠显示于同一监视器的二维黑白结构图像的相应区域内，从而实现解剖结构与血流状态两种图像相互结合的实时显像16。它能瞬时显示诸如因心脏瓣膜关闭不全、狭窄、分流等导致的血流方向、速度上的变化，

37、可准确地评估器官的病变程度，为疾病的临床诊断提供直观和可靠的依据。在彩色血流显像系统中，通常采用“正红负蓝”法表示血流的方向。血流朝向探头时，二者接近，似有亲热之意，属暖调，故以红色表示。而血流远离探头时，二者疏远，似有离愁之意，属冷调，故以蓝色表示。多普勒信号与血流的含氧状态毫无关系，不能将彩色编码的红蓝两色与动脉血、静脉血内血红蛋白含氧量不同所出现的颜色相混淆。血流速度的大小以明暗不同的颜色亮度等级来表示。血流的紊乱程度则以绿色来表示，紊乱较轻者，绿色暗淡，程度严重者绿色鲜亮。根据电视三原色原理，红加绿者为黄色，蓝加绿者为青色。故正向血流如有紊乱则在显示器上呈黄色。而负向血流有紊乱者则呈青

38、色。血流特别紊乱的区域: 红、黄、绿、蓝、青五彩缤纷，错综分布，会形成十分奇特的“五彩镶嵌”的血流图像，这种血流图像又被称为“非创伤性血管造影”，它形象、自观、检测快速，是诊断血管类疾病的重要依据。例如，在小器官当中，彩超较黑白超有明显诊断准确性的主要是乳腺、甲状腺； 彩超对妇产科主要优点在于良恶性肿瘤鉴别及胎盘功能脐带疾病、胎儿先心病的评估，对于继发性高血压的常用病因之一肾动脉狭窄，彩超基本可明确诊断7。另一方面也用于对肾癌、肾盂移性癌及良性肿瘤的鉴别诊断。今天，在临床上应用广泛发展迅速的彩超正和X射线DT核磁共振等其他影像技术一起，形成了相互印证、相互补充的综合性检查体系，为及早发现各种疾

39、病，保障人类身心健康发挥着越来越重要的作用。4.2超声多普勒血流仪 接收器发生器红血球ER图 5 超声多普勒血流仪原理图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13。其原理如图5所示。从发生器发出频率为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。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 (4.1)当红血球将接收到频率的声波传给接收器R时，接收器接收到的声波频率为，所以可得 (4.2)接收器和发射器间的多普勒频移

40、为 (4.3)因为远大于，所以 (4.4)所以 （4.5)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。5多普勒效应在军事、交通领域的应用当今时代，信息化数字化的迅猛发展在军事领域尤为突出，我们常说的军用雷达，实际上可以完成两个主要功效：一是通过雷达发出的波，经飞行物反射后雷达再次接受，经过波的运行时间及波速条件，测量出被测飞行物的飞行高度和距离；另外，雷达通过比较发出波与接收波之间的比率差异，能够比较准确滴确定出被测飞行物的飞行速度。所以，一旦战争爆发，当敌机驶入雷达可控范围时，雷达能够快速准确地将敌机的飞行信息全方位反馈给地面控制中心，帮助其进行下一步部署。而飞行

41、高度和飞行速度这两项重要指标，更是发射导弹等防空措施中必须参考的重要指标17。同样，随着社会发展进步，城市交通越来越繁忙，这也是一个极大的安全隐患，由于驾驶时间长，司机精力不集中，汽车追尾事故时有发生。目前汽车上只有车尾安装有刹车灯，司机精力不集中时就容易忽略，酿成事故。随着各类传感器的普及，通过传感器将前面车辆的刹车信息反馈给处理器，再通过处理器控制驾驶员座椅内的报警装置，提示驾驶员及时停车，避免意外的发生18。马路上我们所谓的“电子眼”，也是通过多普勒效应原理来进行测速的不同的速度会对发出波和接收波的频率有不同程度的改变，根据这个改变程度，车子行驶的速度就被测算出来了19。可以想象，没有多普勒和他的理论，我们不知要动用多少交警，又会有多少违章或是交通事故发生。6多普勒效应在影视艺术作品中的运用电影的屏幕是一个二维的画面，而电影用来表现空间感、立体感的主要手段就是通过声音来实现的。电影展现其真实性的一个重要的方面就是其声音的空间感。空间中的透视感、环境感、方位感是否准确