多普勒综合试验仪
多普勒流速仪的应用是怎样的呢
多普勒流速仪的应用是怎样的呢
多普勒流速仪（Doppler Flowmeter）是一种医疗设备，通过使用多普勒效应
来测量脉搏、心脏、血管和其他液体或气体的流速。这种技术是基于多普勒效应的，即当声波或其他波束射向运动的物体时，反射回来的波具有不同的频率。这一工艺已被广泛地应用于医学，例如产前、产后检查，脑血液流量和动脉硬化等疾病的诊断。
原理及分类
多普勒流速仪也被称为多普勒探头、多普勒超声心动图机或多普勒超声扫描仪。它通过测量测量反射回来的波的频率变化，以对运动血液的速度进行测量。如图所示，当声波射向流动液体时，波束的频率和运动液体的速度有关。返回的波通过一个增强器和过滤器进行过滤和放大，计算机将频率变化转换为速度和方向信息。
多普勒流速仪有两种类型：连续式和脉冲式。连续式多普勒流速计使用连续的
超声波信号来获得流量和速度信息。另一方面，脉冲式多普勒流速计使用脉冲超声波信号测量速度和流量。
应用
多普勒流速仪已成为临床实践中的必备医疗设备。以下是一些主要应用：
产科
多普勒流速仪是产房中常用的设备之一。医生或护士可以在分娩时使用它来监
测胎儿的心跳和母亲的子宫收缩。多普勒流速仪可以帮助诊断早期胎儿窘迫和胎儿宫内发育迟缓等问题。
血流动力学
多普勒流速仪也广泛用于血液动力学研究。医生可以使用它来测量心脏的血流
速度和方向，以评估心脏的功能。此外，多普勒流速仪也可用于血管前和血流量的测量。
神经疾病
多普勒流速仪可以帮助医生评估神经疾病的严重程度。例如，它可用于测量脑
血流动力学变化以评估脑损伤的程度。此外，多普勒流速仪还可用于检测颈动脉硬化病变。
高端彩色多普勒超声诊断仪技术规格及要求
高端彩色多普勒超声诊断仪技术规格及要求
一、设备名称：全数字化高端彩色多普勒超声诊断仪
二、用途：主要用于妇产科、腹部、胎儿心脏、新生儿、心脏、泌尿科、浅表组织与小器
官、外周血管及科研的高档四维彩色多普勒超声诊断仪，满足产前超声诊断，妇科疑难病例超声诊断，胎儿畸形产前诊断，尤其在妇产科、胎儿心脏、盆底超声、经阴道超声领域具有突出优势
三、主要技术规格及系统概述：
3.1主机成像系统：
3.1.1高分辨率液晶显示器≥21英寸，无闪烁，不间断逐行扫描，可上下左右旋转
3.1.2※操作面板具备角度可调液晶触摸屏≥13英寸，直接点击触摸屏可选择需要
调节的参数，操作面板可上下左右进行高度调整及旋转
3.1.3数字波束形成器
3.1.4多倍信号并行处理技术
3.1.5数字化全程动态聚焦
3.1.6数字化可变孔径及动态变迹技术
3.1.7数字化二维灰阶成像及M型显像单元
3.1.8解剖M型技术≥3条取样线，可360度任意旋转M型取样线角度方便准确
的进行测量
3.1.9脉冲反向谐波成像单元
3.1.10彩色多普勒成像技术
3.1.11彩色多普勒能量图技术
3.1.12方向性能量图技术
3.1.13数字化频谱多普勒显示和分析单元(包括PW、CW和HPRF)
3.1.14智能化一键图像优化技术，可自适应调整图像的增益等参数获取最佳图像，
具备独立按键
3.1.15空间复合成像技术
3.1.16斑点噪声抑制技术，改善边界显示，提高分辨率，减少伪像，可分级调节≥
10级
3.1.17实时双同步/三同步功能
3.1.18内置DICOM3.0标准输出接口
3.1.19※支持同品牌工作站
多普勒效应综合实验报告及数据处理图
多普勒效应综合实验报告及数据处理图(注：由于上传百度文库后部分图片看不清楚，须下载阅读)
当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如：原子，分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽，称为多普勒增宽，在天体物理和受控热核聚变实验装置中，光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹，卫星，车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况，血液的流速等。电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器，研究物体的运动状态。
【实验目的】
1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f－V关系直线的斜率求声速。
2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究：
①匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。
②自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。
③简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。
④其它变速直线运动。
【实验原理】
1、超声的多普勒效应
根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为：
多普勒综合实验报告
四川理工学院实验报告
成绩
学号：11101030233
班级：网络工程一班
实验班编号：
姓名：赵鸿平
实验名称：
多普勒效应综合实验
实验目的：
1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f－V关
系直线的斜率求声速。
2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，或
调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究：
①匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。
②自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。
③简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较
实验仪器：
多普勒效应综合实验仪由实验仪
实验原理：
1、超声的多普勒效应
根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为：
f = f0（u+V1cosα1）/（u–V2cosα2）（1）
式中f0为声源发射频率，u为声速，V1为接收器运动速率，α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V2为声源运动速率，α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。
若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为：
f = f0（1+V/u）（2）
当接收器向着声源运动时，V取正，反之取负。
若f0保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f —V关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为k=f0/u，由此可计算出声速u=f0/k 。
多普勒效应综合实验
多普勒效应综合实验
摘要：
关键词：
当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如：原子，分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽，称为多普勒增宽，在天体物理和受控热核聚变实验装置中，光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹，卫星，车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况，血液的流速等。电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器，研究物体的运动状态。
【实验目的】
1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f－V关系直线的斜率求声速。
2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究：
①自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。
②简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。
③匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。
④其它变速直线运动。
【实验原理】
1、超声的多普勒效应
根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为：
f = f0（u+V1cosα1）/（u–V2cosα2）（1）
多普勒效应实验
多普勒效应实验
新仪器补充说明及操作要领
实验仪器简介
多普勒效应综合实验仪由实验仪，超声发射/接收器，红外发射/接收器，导轨，运动小车，支架，光电门，电磁铁，弹簧，滑轮，砝码等组成。实验仪内置微处理器，带有液晶显示屏。
实验仪采用菜单式操作，显示屏显示菜单及操作提示，由☐❑♦◆键选择菜单或修改参数，
按“确认”键后仪器执行。操作者只须按每个实验的提示即可完成操作。
失锁警告指示灯：
亮，表示频率失锁。即接收信号较弱，此时不能进行实验，需调整让该指示灯灭；
灭，表示频率锁定。即接收信号能够满足实验要求，可以进行正常实验。
充电指示灯：
灭，表示正在快速充电；
亮（绿色），表示正在涓流充电；
亮（黄色），表示已经充满；
亮（红色），表示已经充满或充电针未接触。
超声的红外调制与接收
早期产品中，接收器接收的超声信号由导线接入实验仪进行处理。由于超声接收器安装在运动体上，导线的存在对运动状态有一定影响，导线的折断也给使用带来麻烦。新仪器对接收到的超声信号采用了无线的红外调制-发射-接收方式。即用超声接收器信号对红外波进行调制后发射，固定在运动导轨一端的红外接收端接收红外信号后，再将超声信号解调出来。由于红外发射/接收的过程中信号的传输是光速，远远大于接收器运动速度，红外传输过程的多谱勒效应可忽略不计。采用此技术将实验中运动部分的导线去掉，使得测量更准确，操作更方便。
信号的调制-发射-接收-解调，在信号的无线传输过程中是一种常用的技术。
仪器的安装及使用
仪器有水平及垂直两种安装状态，测量超声波声速在水平安装仪器上进行，其余实验在垂直安装仪器上进行。
体检中心高端彩色多普勒超声诊断仪技术规格及要求
体检中心高端彩色多普勒超声诊断仪技术规格及要求
体检中心高端彩色多普勒超声诊断仪技术规格及要求
一、设备名称：全数字化高端彩色多普勒超声诊断仪
二、用途：主要用于腹部、妇产、成人心脏、泌尿、小儿、血管（外周、颅脑、腹部）、小器官、骨骼肌肉等方面的临床诊断和教学工作，具备持续升级能力，能满足开展新的临床应用需求。
三、主要技术规格及系统概述：
3.1 主机成像系统：
3.1.1高分辨率液晶显示器≥19 英寸，无闪烁，不间断逐行扫描，全方位可调
3.1.2操作面板具备角度可调液晶触摸屏≥10英寸，可通过手指滑动触摸屏进行翻
页，直接点击触摸屏可选择需要调节的参数，操作面板可上下左右进行高度调整及旋转
3.1.3 数字波束形成器
3.1.4 多倍信号并行处理技术
3.1.5 数字化全程动态聚焦
3.1.6 数字化可变孔径及动态变迹技术
3.1.7 数字化二维灰阶成像及 M 型显像单元
3.1.8解剖M型技术≥3条取样线，可360度任意旋转M型取样线角度方便准确的
进行测量。
3.1.9 脉冲反向谐波成像单元
3.1.10 彩色多普勒成像技术
3.1.11 彩色多普勒能量图技术
3.1.12 方向性能量图技术
3.1.13 数字化频谱多普勒显示和分析单元(包括PW、CW 和HPRF)
3.1.14 智能聚焦技术
3.1.15 智能化一键图像优化技术，可自适应调整图像的增益等参数获取最佳图像，
具备独立按键。
3.1.16空间复合成像技术，支持梯形成像模式，支持彩色多普勒模式
3.1.17斑点噪声抑制技术，改善边界显示，提高分辨率，减少伪像，可分级调节≥5
彩色多普勒超声诊断仪参数要求
彩色多普勒超声诊断仪参数要求
1设备用途说明：
1.1主要用于麻醉科神经阻滞和泌尿科应用超声引导下可视化研究和临床实践；
1.2 配置要求：主机、原厂电动升降台车、配备浅表探头、腹部探头、心脏探头、内
置锂电池
2主要技术规格及系统概述：
2.1彩色多普勒超声诊断仪包括：
2.1.1彩色监视器：≥19寸高分辨率彩色LED显示器，全屏触摸操作,方便术后消毒，
支持橡胶手套操作，主机探头接口：≥2个，非扩展接口
2.1.2内置电池具备长续航能力：内置电池满足一天的手术量。
2.1.3标配数字化高分辨率二维灰阶成像、谐波成像技术、彩色多普勒、能量多普勒
（CDE/PDI)，方向能量图、M模式、脉冲波多普勒、连续波多普勒
2.1.4*智能穿刺增强技术
2.1.5*麻醉科专用的成像条件：比如臂丛神经、坐骨神经、CVC、桡动脉等。
2.2测量和分析（B模式，M模式，多普勒模式，彩色模式）：
2.2.1 B模式下测量与分析：距离、周长、面积、体积、角度、百分比、曲线长度及不
规则面积等；
2.2.2 M型显示与分析单元；
2.2.3 彩色多普勒、能量多普勒、频谱多普勒、连续多普勒显示与分析单元
2.3检查存储装置，一体化图像存储（电影）回放重现及病案管理部件：
2.3.1超声图像静态、动态存储、原始数据回放重现，回放时间大于400秒。
2.3.2 内置大容量固态硬盘≥120G。
2.3.3 内置一体化工作站。
2.3.4 标配DICOM 3.0，便于图像传输
3技术参数及要求：
3.1系统通用功能：
3.1.1频率：探头频率范围1.0-15.0MHz
多普勒效应综合实验
多普勒效应综合实验
著名的多普勒效应（Doppler Effect）首次出现在1842年5月25日，在布拉格举行的皇家波希米亚学会科学分会会议上，多普勒提交了一篇题为“Ueber das farbige Licht der Doppelsterne und einiger anderer Gestirne Des Himmels”（论天体中双星和其他一些星体的彩色光）的论文。在这篇论文中，他提出了由于波源或观察者的运动而出现观测频率与波源频率不同的现象，后来称之为多普勒效应，称这一原理为多普勒原理。从论文的题目来看，他的主要出发点是要解释双星的子星和变星的颜色和大小，因为他相信这些参数都受到星体沿视线方向运动的影响。他在论文的结论部分中写道：“关于运动对光学现象的影响的认识现在可以总结为以下几点：（1）如果一个发光物体—无论它是自发光的还是纯粹被照亮的物体，在沿观察者的视线方向以可与光速相比拟的速度趋近我们，或者是向后退，那么这一运动必然导致光的颜色和强度的变化；（2）如果在另一方面一个发光物体静止不动，而代之以观察者直接朝向或背离物体非常快速地运动，那么所有这些频率变化将会随之发生；（3）如果这一‘趋近’和‘背离’不是按照上述（1）和（2）假定的那样，沿着原来视线的方向，而是沿着与视线成一夹角的方向，那么除了颜色和光强的变化，星体的方向也要变化，这样这一星体同时会在位置上发生明显变化。”
多普勒效应的提出，在当时是有相当大的风险的。因为他没有足够的实验数据作基础，没有充分的事实作依据，更没有经过适当的手段来验证，加上多普勒本人从来就没有进入过天文台，他提出星体运动的颜色变化，理所当然会遭到一些批评和反对。可见后来的实验验证有多么重要! 多普勒凭借波动理论的基础，靠着严密的数学推导，得出了这一原理，第一次向人们提出了这种效应的存在，并且正确得出了计算声学频移的公式。
全数字化彩色多普勒超声诊断仪技术参数
全数字化彩色多普勒超声诊断仪
技术参数
一、设备名称：全数字化彩色多普勒超声诊断仪
二、设备用途说明：主要用于心脏、腹部、妇产科、外周血管及小器官，腹部四维，
融合介入导航等方面的临床诊断和科研工作，必须具有世界先进水平，具备持续升级能力，能满足开展新的临床应用需求。
三、主要规格及系统概述：
3.1彩色多普勒超声波诊断仪包括：
3.1.1 高分辨率液晶显示器≥20英寸,无闪烁，不间断逐行扫描，可上下左右任意旋
转，可前后折叠。
3.1.2 操作面板具备液晶触摸屏≥10英寸,可通过手指滑动触摸屏进行翻页，直接点击触摸屏即可选择需要调节的参数，操作面板可上下左右进行高度调整及旋转，最大旋转角度达720度。
3.1.3 全新集束精准发射技术，全程动态聚焦发射声束
3.1.4 脉冲优化处理技术
3.1.5 海量并行处理技术
3.1.6 自适应增益补偿技术
3.1.7 数字化二维灰阶成像及M型显像单元；
3.1.8 解剖M型技术，可360度任意旋转M型取样线角度方便准确的进行测量
3.1.9 脉冲反向谐波成像单元；
3.1.10 彩色多普勒成像技术；
3.1.11 自适应宽频带彩色多普勒成像技术
3.1.12 彩色多普勒能量图技术；
3.1.13 方向性能量图技术
3.1.14 数字化频谱多普勒显示和分析单元(包括PW 、CW和HPRF)；
3.1.15 动态范围≥310dB
*3.1.16 数字化通道≥4,500,000
3.1.17 智能全程聚焦技术；
31.18 智能化一键图像优化技术；可自适应调整图像的增益等参数获取最佳图像
3.1.19先进的电子复合成像技术：扫描方向可偏转≥9(提供附图证明),可应用在发
FURUNO DS-80多普勒计程仪操作说明
FURUNO DS-80多普勒计程仪操作说明开关机：按PWR
航程清零:按MENU键选择DISTANCE RUN DISPLAY按ENT键,按RESET选择ON按ENT键,选择SET清零.
测试:按MENU键选择SYSTEM MENU2按ENT键,选择TEST键按ENT键进行,关电源停止测试.
PWR-电源开关MENU-菜单键ENT-确认键DISP-选择显示模式DIM-调节面板亮度*-调节对比度
屏幕上显示▲表示向前速度▼表示向后速度,STW表示对水速度
SYSTEM MENU1中的SPEED OFFSET表示速度补偿XDR OFFSET表示换能器的偏差补偿SPEED DATA SELECTION表示速度数据选择
MENU中的DEMO为示范.
辽油123
多普勒操作规程
多普勒操作规程
多普勒操作规程是一套用于指导医疗人员进行多普勒检查的操作准则。多普勒超声技术是一种无创性的诊断方法，可以实时观察和评估血流情况，广泛应用于心脏、血管和其他器官的疾病诊断和治疗。以下是多普勒操作规程的一般步骤和注意事项。
1. 准备工作
在进行多普勒检查前，需要进行一系列准备工作：
- 确定检查目的和部位，明确检查要求。
- 安装和调试多普勒设备，确保设备正常工作。
- 准备好必要的消毒、导电凝胶等材料。
- 面向患者，耐心解释检查过程和注意事项。
- 记录患者的个人信息、病史、症状和用药情况。
2. 检查仪器准备
- 打开多普勒设备，确保无误。
- 调节图像质量和超声频率。
3. 选择适当的超声探头
根据检查部位和目的选择适当的超声探头，常用的包括线性探头、凸面探头和盆腔探头。确保探头良好清洁和消毒。
4. 术前准备
- 将患者放置在舒适位置，以便进行全面和深入的检查。
- 根据需要，剃除患者身体部位的毛发，以确保探头贴合良好。
- 在需要检查的区域上涂抹适量的导电材料，以保证良好的声音传导。
5. 检查操作步骤
根据不同检查目的和部位进行相应的操作：
- 定位：使用B超模式定位检查部位。
- 彩色多普勒：观察和评估血流情况，包括血流速度和流向。
- 脉冲多普勒：测量血流速度和压力梯度。
- 普通超声：评估组织结构和器官形态。
- 额外检查：根据需要进行额外的检查，如压力测量、心脏功能评估等。
6. 结束工作
- 关闭多普勒设备并保存检查数据。
- 整理并消毒所使用的材料和设备。
- 记录患者检查结果和诊断意见。
- 向患者解释检查结果并提供相应的建议和治疗方案。
多普勒效应实验报告
专业：应用物理
题目：多普勒效应
实验目的
（1）了解多普勒效应原理，并研究相对运动的速度与接收到频率之间的关系。
（2）利用多普勒效应，研究做变速运动的物体其运动速度随时间的变化关系，以及其机械能转化的规
律。
实验仪器
ZKY-DPL-3 多普勒效应综合实验仪，电子天平，钩码等。
ZKY-DPL-3 多普勒效应综合实验仪由导轨、滑车、水平超声发射器、超声接收器组件&红外发射组件（已固定在小车上）、红外接收器、光电探头、滑车驱动电机控制器以及滑车牵引绳组成，如图所示。工作时，水平超声发射器可以发出频率为 40kHz 左右的超声波，该超声波通过滑车上的超声接收组件接收，并将超声信号调制成红外信号并通过红外发射组件发射，再由仪器另一端的红外接收器接收。滑车可以在驱动电机的作用下运动也可以在钩码的牵引下运动
主要原理
当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不相同，当波源向观察者接近时观察者所接收到的频率将变高，反之接收的频率将变低。该理论适合所有形式的波，包括声波和电磁波。
实验步骤
1. 超声的多普勒效应
当滑车在驱动电机的作用下作变速运动并掠过光电探头时，小车上的两个遮光杆分别通过光电探头并形成遮光，仪器会测量两次遮光时间并自动使用这个时间计算小车的运行速度，与此同时仪器会记录下滑车通过超声接收组件时所接收到的超声频率。
（1）按图 3.8-5 所示连接实验仪器，使滑车牵引绳绕过滑轮与滑车驱动电机后两端与滑车的前后端相连，并调整好滑车牵引绳的松紧；
（2）打开实验仪控制箱，使用 t u 将室温 tc 值调到实际室温，按“确认”键后仪器将进行自动检测压电陶瓷换能器的工作频率 f0
多普勒效应综合实验
多普勒效应综合实验
摘要：
关键词：
当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如：原子，分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽，称为多普勒增宽，在天体物理和受控热核聚变实验装置中，光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气与等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹，卫星，车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况，血液的流速等。电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器，研究物体的运动状态。
【实验目的】
1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由
f－V关系直线的斜率求声速。
2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲
线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究：
①自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。
②简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。
③匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。
④其它变速直线运动。
【实验原理】
1、超声的多普勒效应
根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为：
f = f 0（u+V 1cos α1）/（u –V 2cos α2） （1）
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ZKY-DPL-2
多普勒效应综合实验仪实验指导说明书
多普勒效应综合实验
当波源和接收器之间有相对运动时，接收器接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象称为多普勒效应。多普勒效应在科学研究，工程技术，交通管理，医疗诊断等各方面都有十分广泛的应用。例如：原子，分子和离子由于热运动使其发射和吸收的光谱线变宽，称为多普勒增宽，在天体物理和受控热核聚变实验装置中，光谱线的多普勒增宽已成为一种分析恒星大气及等离子体物理状态的重要测量和诊断手段。基于多普勒效应原理的雷达系统已广泛应用于导弹，卫星，车辆等运动目标速度的监测。在医学上利用超声波的多普勒效应来检查人体内脏的活动情况，血液的流速等。电磁波（光波）与声波（超声波）的多普勒效应原理是一致的。本实验既可研究超声波的多普勒效应，又可利用多普勒效应将超声探头作为运动传感器，研究物体的运动状态。
【实验目的】
1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f－V关系直线的斜率求声速。
2、利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，查看V－t关系曲线，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可研究：
①自由落体运动，并由V－t关系直线的斜率求重力加速度。
②简谐振动，可测量简谐振动的周期等参数，并与理论值比较。
③匀加速直线运动，测量力、质量与加速度之间的关系，验证牛顿第二定律。
④其它变速直线运动。
【实验原理】
1、超声的多普勒效应
根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为：
f = f0（u+V1cosα1）/（u–V2cosα2）（1）
式中f0为声源发射频率，u为声速，V1为接收器运动速率，α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V2为声源运动速率，α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。
若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为：
f = f0（1+V/u）（2）
当接收器向着声源运动时，V取正，反之取负。
若f0保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f —V关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为k=f0/u，由此可计算出声速u=f0/k 。
由（2）式可解出：
V = u（f/f0– 1）（3）若已知声速u及声源频率f0 ，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率f采样计数，由微处理器按（3）式计算出接收器运动速度，由显示屏显示V－t关系图，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律进行研究。
2、超声的红外调制与接收
早期产品中，接收器接收的超声信号由导线接入实验仪进行处理。由于超声接收器安装在运动体上，导线的存在对运动状态有一定影响，导线的折断也给使用带来麻烦。新仪器对接收到的超声信号采用了无线的红外调制-发射-接收方式。即用超声接收器信号对红外波进行调制后发射，固定在运动导轨一端的红外接收端接收红外信号后，再将超声信号解调出来。由于红外发射/接收的过程中信号的传输是光速，远远大于声速，它引起的多谱勒效应可忽略不计。采用此技术将实验中运动部分的导线去掉，使得测量更准确，操作更方便。信号的调制-发射-接收-解调，在信号的无线传输过程中是一种常用的技术。
【实验仪器及简介】
多普勒效应综合实验仪由实验仪，超声发射/接收器，红外发射/接收器，导轨，运动小车，支架，光电门，电磁铁，弹簧，滑轮，砝码等组成。实验仪内置微处理器，带有液晶显示屏，图1为实验仪的面板图。
实验仪采用菜单式操作，显示屏显示菜单及操作提示，由 p q t u 键选择菜单或修改参数， 按“确认”键后仪器执行。可在“查询”页面，查询到在实验时已保存的实验的数据。操作者只
须按提示即可完成操作，学生可把时间和精力用于物理概念和研究对象，不必花大量时间熟悉特定的仪器使用，提高了课时利用率。
实验 验证多普勒效应并由测量数据计算声速
让小车以不同速度通过光电门，仪器自动记录小车通过光电门时的平均运动速度及与之对应的平均接收频率。由仪器显示的f －V 关系图可看出速度与频率的关系，若测量点成直线，符合（2）式描述的规律，即直观验证了多普勒效应。用作图法或线性回归法计算f －V 直线的斜率k ，由k 计算声速u 并与声速的理论值比较，计算其百分误差。
一．仪器安装
如图2所示。所有需固定的附件均安装在导轨上，并在两侧的安装槽上固定。调节水平超声发射器的高度，使其与超声接收器（已固定在小车上）在同一个平面上，再调整红外接收器高度和方向，使其与红外发射器（已固定在小车上）在同一轴线上。将组件电缆接入实验仪的对应接口上。安装完毕后，让电磁铁吸住小车，给小车上的传感器充电，第一次充电时间约6～8秒，充满后(仪器面板充
图2 多普勒效应验证实验及测量小车水平运动安装示意图
图1 多普勒实验仪面板图
电灯变绿色)可以持续使用4～5分钟。在充电时要注意，必须让小车上的充电板和电磁铁上的充电针接触良好。
【注意事项】
① 安装时要尽量保证红外接收器、小车
上的红外发射器和超声接收器、超声发射器三者之间在同一轴线上，以保证信号传输良好；
② 安装时不可挤压连接电缆，以免导线折断；
③ 小车不使用时应立放，避免小车滚轮沾上污物，影响实验进行。
二．测量准备
1．实验仪开机后，首先要求输入室温。因为计算物体运动速度时要代入声速，而声速是温度的函数。利用 t u 将室温T 值调到实际值，按“确认”。 三．测量步骤
1．在液晶显示屏上，选中“多普勒效应验证实验”，并按“确认”； 2．利用 u 键修改测试总次数（选择范围5~10，一般选5次），按 ▼ ，选中“开始测试”； 3．准备好后，按“确认”，电磁铁释放，测试开始进行，仪器自动记录小车通过光电门时的平
均运动速度及与之对应的平均接收频率； 改变小车的运动速度，可用以下两种方式： a ．砝码牵引：利用砝码的不同组合实现；
b ．用手推动：沿水平方向对小车施以变力，使其通过光电门。 为便于操作，一般由小到大改变小车的运动速度。
4．每一次测试完成，都有“存入”或“重测”的提示，可根据实际情况选择，“确认”后回到
测试状态，并显示测试总次数及已完成的测试次数； 5．改变砝码质量（砝码牵引方式），并退回小车让磁铁吸住，按“开始”，进行第二次测试； 6．完成设定的测量次数后，仪器自动存储数据，并显示f －V 关系图及测量数据。
【注意事项】
小车速度不可太快，以防小车脱轨跌落损坏。
四．数据记录与处理
由f －V 关系图可看出，若测量点成直线，符合（2）式描述的规律，即直观验证了多普勒效应。用 u 键选中“数据”，q 键翻阅数据并记入表1中，用作图法或线性回归法计算f －V 关系直线的斜率k 。公式（4）为线性回归法计算k 值的公式，其中测量次数i ＝5 ～ n ，n ≤10。
2
2
i
i i
i i i V V f V f V k −×−×=
（4）
由k 计算声速u = f 0/k ，并与声速的理论值比较，声速理论值由u 0 = 331(1＋t/273)1/2 (米/秒)计算，t 表示室温。测量数据的记录是仪器自动进行的。在测量完成后，只需在出现的显示界面上，用 u 键选中“数据”，q 键翻阅数据并记入表1中，然后按照上述公式计算出相关结果并填入表格。
表1 多普勒效应的验证与声速的测量 f
0 =
测量数据
次数i 1 2 3 4 5 6 直线斜率
k (1/m)
声速测量值 u=f 0/k (m/s) 声速理论值u 0(m/s) 百分误差 (u-u 0)/u 0
V i (m/s)