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多普勒效应在生活中的应用

2017-11-09  gxr003

——李维 土木工程系20032 20030058 什么是多普勒效应,

当一辆汽车响着喇叭从你身边疾驶而过时~喇叭的音调会由高变低~好像汽车驶来的时候唱着音符“i”~离开的时候就唱音符“7”了(1842年~奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时就注意到了类似的现象~他经过认真的研究~发现波源和观察者互相靠近或者互相远离时~观察到的波的频率都会发生变化~并且做出了解释(人们把这种现象叫做多普勒效应(

多普勒效应在我们日常生活中是可以感觉到的~如火车呜笛~从远到近时~人的耳朵感到的笛声是尖的~火车经过之后由近而远离去时~则笛声由尖变粗。这是因为火车笛声具有某个频率~当朝向人来或背离人去时~火车与人之间相对运动~发生了频率的移动,频移,现象。

对于声波和其他波动~情况相似:当波源和观察者相对静止时~1s内通过观察者的波峰,或密部,的数目是一定的~观察到的频率等于波源振动的频率,当波源和观察者相向运动时~1S内通过观察者的波峰,或密部,的数目增加~观察到的频率增加,反之~当波源和观察者互相远离时~观察到的频率变小。

多普勒效应在生活中的应用

一、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。

二、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Doppler查仪~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。

心脏彩色多普勒的应用:朝向人来时~频率增高~音调变尖:背离人去时~频率降低~音调变粗。这种频移现象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~集所有超声诊断功能于一体~把心脏血流描绘得微妙微肖~成为目前世界上最先进的超声诊断设

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备。 心脏彩色多普勒是一种非侵入性检查心脏病的重要技术之一~对病人无痛苦~无损害~方法简便~可重复多次~显像清晰~诊断准确率高~易普及推广~已成为现代临床医学中不可缺少的诊断工具~是诊断心脏病特别是先天性心脏病的有效方法。

三、宇宙学研究中的多普勒现象

宇宙中的星球都在不停地运动(测量星球上某些元素发出的光波的频率~然后跟地球上这些元素静止时发光的频率对照~就可以算出星球靠近或远离我们的速度(

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.根据哈勃定律和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。 因而1948年伽莫夫,G. Gamow,和他的同事们提出大爆炸宇宙模型。 20世纪60年代以来~大爆炸宇宙模型逐渐被广泛接受~以致被天文学家称为宇宙的'标准模型'

多普勒-斐索效应使人们对距地球任意远的天体的运动的研究成为可能~这只要分析一下接收到的光的频谱就行了。 1868年~英国天文学家W. 哈金斯用这种办法测量了天狼星的视向速度,即物体远离我们而去的速度,~得出了46 km/s的速度值。

四、移动通信中的多普勒效应

在移动通信中~当移动台移向基站时~频率变高~远离基站时~频率变低~所以我们在移动通信中要充分考虑'多普勒效应'。当然~由于日常生活中~我们移动速度的局限~不可能会带来十分大的频率偏移~但在卫星移动通信中~当飞机移向卫星时~频率变高~远离卫星时~频率变低~而且由于飞机的速度十分快~所以我们在卫星移动通信中要充分考虑'普勒效应'。为了避免这种影响造成我们通信中的问题~我们不得不在技术上加以各种考虑~也加大了移动通信的复杂性。

五(农业中的多普勒效应

植物声频控制技术是建立在植物经络系统的理论基础上~利用He-Ne激光多普勒效应测振仪~精确地测定出植物自发声和接受声的频率~并测定出植物自发声频率与环境因子如温度、湿度及组织含水量之间的关系~做了频普分析~进而研制了植物声频发生器。

利用声频发生器对植物施加特定频率的声波~与植物发生共振~促进各种营养元素的吸#传输和转化~从而增强植物的光和作用和吸收能力~促进生长发育~达到增产、增收、优质、抗病的目的。

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六(应用多普勒效应的现实生活产品

微波运动传感器

由激光头激光谐振腔发出的HeNe激光束~经激光偏转控制系统分裂为频率分别为f1f2的线偏振光束~经取样系统分离出一小部分光束被光电检测器接收作为参考讯号~其余光束经回转光学系统放大和准直~被干涉镜接收反射到光电检测器上。机床运动使干涉镜和反射镜之间发生相对位移~两束光发生多普勒效应~产生多普勒频移?Δf。光电检测器接收到的频率讯号,f1-f2f,和参考讯号,f1-f2,被送到测量显示器~经频率放大、脉冲计数~送人数字总线~最后经数据处理系统进行处理~得到所测量的位移量~即可评定数控机床的定位精度。

Agilis通信技术公司开发成功一种。这种多普勒效应收发机模块利用DRO,介质谐振振荡器,和微带接插天线技术实现了低电流消耗、高温稳定性、高可靠性和扁平外形。传感器模块的体积为46.5×40×8.7mm~重8克。

应用在全路自动化、半自动化驼峰控制系统

驼峰测速雷达是驼峰调车厂调速系统中的重要基础测量设备。T.CL-2系列驼峰毫米波测速雷达应用8mm波段多普勒效应~用于连续测量溜放车辆的实际速度~为调速系统提供溜放车辆的速度信息。

我国首部可移动式多普勒天气雷达

这部可移动式多普勒天气雷达由中国气象局和湖北省荆州市政府共同投资~是国家,,?项目长江流域梅雨锋强暴雨外场试验大型重点气象工程的关键设备~日前在湖北荆州启用。有关专家称~可移动式多普勒天气雷达的应用提高了我国夏季主要灾害天气梅雨锋中尺度强暴雨的预报监测能力~也结束了荆江地区无高性能监测雷达的历史。

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