《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課件-7.1-5多普勒傳感器原理及應(yīng)用

多普勒傳感器原理及應(yīng)用01多普勒效應(yīng)（Dopplereffect）02目錄多普勒效應(yīng)的應(yīng)用由于波源和接收者之間存在著相互運(yùn)動(dòng)而造成接收者接收到的頻率與波源發(fā)出的頻率不同，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)，關(guān)于多普勒效應(yīng)理論有兩種：

聲波的多普勒效應(yīng)光波（包括電磁波）的多普勒效應(yīng)

一、多普勒效應(yīng)（Dopplereffect）1.聲波的多普勒效應(yīng)

假設(shè)當(dāng)一列鳴著汽笛的火車朝我們開來的時(shí)候，我們會(huì)感到聲音比較尖，一旦從我們身邊離去時(shí)，聲音就會(huì)變粗。當(dāng)聲源接近觀察者時(shí)，聲波會(huì)被“壓縮”，聲波的頻率提高；而在遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，聲音聽起來就顯得低沉。當(dāng)然，當(dāng)觀察者接近或遠(yuǎn)離固定聲源時(shí)也會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。圖7-23多普勒效應(yīng)示意圖

假如發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離發(fā)生變化，則發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)的頻率與接收機(jī)收到信號(hào)的頻率就不同。此現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。如果發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在同一地點(diǎn)，兩者無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而被測(cè)物體以一定速度向發(fā)射機(jī)和接收機(jī)運(yùn)動(dòng)，我們可以把被測(cè)物體對(duì)信號(hào)的反射現(xiàn)象看成是一個(gè)發(fā)射機(jī)。這樣，接收機(jī)和被測(cè)物體之間因有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以就產(chǎn)生了多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)示意圖1.聲波的多普勒效應(yīng)

當(dāng)觀察者朝波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，取正號(hào)；當(dāng)觀察者背離波源（即順著波源）運(yùn)動(dòng)時(shí)，取負(fù)號(hào)；當(dāng)波源朝觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)前面取負(fù)號(hào)；波源背離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)取正號(hào)。

(7-1)

根據(jù)多普勒效應(yīng)，可定量分析得到多普勒頻率：波在靜止介質(zhì)中的傳播速度波源的固有頻率變化后的頻率觀察者相對(duì)于介質(zhì)的速度波源相對(duì)于介質(zhì)的速度

從式(7-1)可知，當(dāng)觀察者與聲源相互靠近時(shí)，；當(dāng)觀察者與聲源相互遠(yuǎn)離時(shí)，。1.聲波的多普勒效應(yīng)

2.光波（包括電磁波）的多普勒效應(yīng)

多普勒效應(yīng)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。光波與聲波的不同之處在于，光波頻率的變化使人感覺到顏色的變化。如果恒星遠(yuǎn)離我們而去，則光的譜線就向紅光方向移動(dòng)，稱為紅移；如果恒星朝向我們運(yùn)動(dòng)，光的譜線就向紫光方向移動(dòng)，稱為藍(lán)移。多普勒效應(yīng)使人們對(duì)離地球任意遠(yuǎn)天體的運(yùn)動(dòng)的研究成為可能，可以通過分析接收到的光的頻譜。二、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用

根據(jù)多普勒效應(yīng)的原理可測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的速度，如車速、船速、衛(wèi)星速度和流體的流速等。也可根據(jù)光學(xué)多普勒頻移測(cè)定天體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)。光源中發(fā)光原子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起譜線增寬，稱多普線增寬，根據(jù)頻移公式可計(jì)算多普勒增寬與光源溫度的關(guān)系。1.多普勒雷達(dá)測(cè)速

檢查機(jī)動(dòng)車速度的雷達(dá)測(cè)速儀也是利用這種多普勒效應(yīng)。交警向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的電磁波，通常是紅外線，同時(shí)測(cè)量反射波的頻率，根據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度。裝有多普勒測(cè)速儀的警車有時(shí)就停在公路旁，在測(cè)速的同時(shí)把車輛牌號(hào)拍攝下來，并把測(cè)得的速度自動(dòng)打印在照片上。

多普勒雷達(dá)檢測(cè)線速度工作原理

1－被測(cè)物體2－發(fā)射波和反射波3－雷達(dá)運(yùn)動(dòng)方向與微波傳輸方向的夾角微波信號(hào)的波長(zhǎng)被測(cè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度

用多譜勒雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)的速度，目標(biāo)回波中的多譜勒頻移是非常重要的信息。因?yàn)槟繕?biāo)與雷達(dá)之間存在相對(duì)速度時(shí)，接收到回波信號(hào)的載頻相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的載頻產(chǎn)生一個(gè)頻移，與目標(biāo)和雷達(dá)的相對(duì)速度的關(guān)系為：

(7-2)1.多普勒雷達(dá)測(cè)速2.多普勒效應(yīng)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

在臨床上，多普勒效應(yīng)的應(yīng)用也不斷增多，近年來迅速發(fā)展起超聲脈沖Doppler檢查儀，當(dāng)聲源或反射界面移動(dòng)時(shí)，比如當(dāng)紅細(xì)胞流經(jīng)心臟大血管時(shí)，從其表面散射的聲音頻率發(fā)生改變，由這種頻率偏移可以知道血流的方向和速度，如紅細(xì)胞朝向探頭時(shí)，根據(jù)Doppler原理，反射的聲頻則提高，如紅細(xì)胞離開探頭時(shí)，反射的聲頻則降低。

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(diǎn)，又同時(shí)提供了血流動(dòng)力學(xué)的豐富信息，實(shí)際應(yīng)用受到了廣泛的重視和歡迎。多普勒彩超

2.多普勒效應(yīng)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用3.多普勒天氣雷達(dá)

多普勒天氣雷達(dá)的工作原理即以多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)。天氣雷達(dá)間歇性地向空中發(fā)射電磁波（稱為脈沖式電磁波），它以近于直線的路徑和接近光波的速度在大氣中傳播，在傳播的路徑上，若遇到了氣象目標(biāo)物，脈沖電磁波被氣象