多普勒效應在超聲波上的應用

多普勒效應在超聲波上的應用1、多普勒效應Dopplereffect概念水波的多普勒效應多普勒效應是為紀念奧地利物理學家及數(shù)學家克里斯琴?約翰?多普勒(ChristianJohannDoppler)而命名的，他于1842年首先提出了這一理論，主要內(nèi)容為：物體輻射的波長因為波源和觀測者的相對運動而產(chǎn)生變化。在運動的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高；當運動在波源后面時，會產(chǎn)生相反的效應。波長變得較長，頻率變得較低；波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應越大。根據(jù)波移的程度，可以計算出波源循著觀測方向運動的速度。恒星光譜線的位移顯示恒星循著觀測方向運動的速度，除非波源的速度非常接近光速，否則多普勒位移的程度一般都很小。所有波動現(xiàn)象都存在多普勒效應。2、多普勒效應原理當波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到的頻率會改變.在單位時間內(nèi)，觀察者接收到的完全波的個數(shù)增多，即接收到的頻率增大.同樣的道理，當觀察者遠離波源，觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)減少，即接收到的頻率減小.多普勒法測量流速原理，是依據(jù)聲波中的多普勒效應，檢測其多普勒頻率差。超聲波發(fā)生器為一固定聲源，隨流體以同速度運動的固體顆粒與聲源有相對運動，該固體顆?？砂讶肷涞某暡ǚ瓷浠亟邮掌?。入射聲波與反射聲波之間的頻率差就是由于流體中固體顆粒運動而產(chǎn)生的聲波多普勒頻移。由于這個頻率差正比于流體流速，所以通過測量頻率差就可以求得流速。超聲波還受溫度影響，超聲波在生物體內(nèi)傳播時，通過組織間的相互作用，導致生物體機能和結(jié)構(gòu)變化，稱為超聲波的生物效應，產(chǎn)生生物效應的機制是熱效應和空化效應。超聲波對固體和液體都有很強的穿透本領(lǐng)，能量較大時可以使物質(zhì)微粒作高頻振動，部分能量還可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使局部溫度升高?、多普勒效應應用多普勒效應不僅僅適用于聲波，它也適用于所有類型的波，包括光波、電磁波。醫(yī)學應用聲波的多普勒效應也可以用于醫(yī)學的診斷，也就是我們平常說的彩超。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的豐富信息，實際應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。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。超聲多普勒法診斷心臟過程是這樣的：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血管時，便產(chǎn)生多普勒效應，反射信號就為換能器所接受，就可以根據(jù)反射波與發(fā)射的頻率差異求出血流速度，根據(jù)反射波以頻率是增大還是減小判定血流方向。為了使探頭容易對準被測血管，通常采用一種板形雙疊片探頭。交通應用交通警向行進中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波同時測量反射波的頻率，根據(jù)反射波的頻率變化的多少就能知道車輛的速度。裝有多普勒測速儀的監(jiān)視器有時就裝在路的上方，在測速的同時把車輛牌號拍攝下來，并把測得的速度自動打印在照片上。技術(shù)應用隨著生活水平的進步，無線通信技術(shù)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)越來越多地應用于日常生活的方方面面開始。無論是汽車或?qū)ふ覂和蚶夏耆酥橇埣矄适О踩O(jiān)控和維護，無線通信（GSM）和DGPS技術(shù)發(fā)揮了重要作用。基于GSM的無線通信網(wǎng)絡覆蓋一個大范圍的數(shù)據(jù)已被破壞，很好用的便當，成本低。單獨的GPS系統(tǒng)，GSM系統(tǒng)的車輛和人員通過無線衛(wèi)星定位通信鏈路的移動電話用戶完成車輛和人員的監(jiān)控發(fā)送位置信息。:4、利用超聲波檢測的原因作為無損檢測技術(shù)中一種非常重要的方法。超聲波用于無損檢測領(lǐng)域是由其特性決定的：超聲波的方向性好。超聲波具有像光波一樣的方向性，經(jīng)過專門的設(shè)計可以定向發(fā)射，利用超聲波可在被檢測對象中進行有效的探測。超聲波的穿透能力強。對大多數(shù)介質(zhì)而言，它具有較強的穿透能力。特別在一些金屬材料中，其穿透能力可達數(shù)米。超聲波的能量高。被檢材料的聲速、聲衰減、聲阻抗等特性攜帶有豐富的能量轉(zhuǎn)換信息，成為廣泛應用超聲波檢測的基礎(chǔ)。遇有界面時，超聲波將發(fā)生反射、折射和波型的轉(zhuǎn)換。利用超聲波在介質(zhì)中傳播時的這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過巧妙的設(shè)計，使得超聲檢測工作的靈活性、精確度得以大幅度提高，這也是超聲檢測得以迅速發(fā)展的原因。對人體無害、適應性強、檢測靈敏度高、設(shè)備輕巧、使用靈活、檢驗速度快、可及時得到探傷結(jié)果，適合在車間、野外和水下等各種環(huán)境下工作，并能對正在運行的裝置和設(shè)備進行檢測和診斷。5、超聲波檢測技術(shù)的研究進展國內(nèi)外超聲波檢測技術(shù)的現(xiàn)狀就當前時代國內(nèi)的超聲波檢測技術(shù)應用情況來看，超聲波無損檢測診斷技術(shù)雖然已經(jīng)被廣泛地應用于各種領(lǐng)域和場所，對質(zhì)量控制和在線實時檢測都具有重要的作用和影響。但是，其主要的應用發(fā)展方向還基本上是不斷擴展應用領(lǐng)域。而且它的重要作用還有賴于無損檢測技術(shù)方法選擇的正確和檢測結(jié)果是否可靠。檢測結(jié)果對檢測人員的依賴性都還很強，并且都還存在著一些難以克服的困難和缺陷國內(nèi)外超聲波檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢在現(xiàn)代超聲波檢測技術(shù)的發(fā)展中，超聲成像技術(shù)是一種根據(jù)聲波的特點，以掃描技術(shù)為主流的超聲成像方法。它是在電視技術(shù)、計算機技術(shù)和信息技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是計算機技術(shù)、信息采集技術(shù)和圖像處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。超聲圖像可以提供直觀和大量的信息，直接反映物體的聲學和力學性質(zhì)，有著自動化和智能化的特點，在醫(yī)療診斷、地震遙感、地質(zhì)勘探、海洋研究、材料科學等領(lǐng)域正日益開辟新的用途，具有非常廣闊的發(fā)展前景。目前正在