克里斯琴·约翰·多普勒

虽然不像蘋果砸到牛顿头上，激发“万有引力”的灵感那么神奇多普勒效应也是一个偶然的发现。1842年奥地利一位名叫多普勒的数学家、物理学家一天，他正路过铁路交叉处恰逢一列火车从他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响音调变尖，而火车从近而远时汽笛声变弱音调变低。他对这个物理现象感到极大兴趣并进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动使观察者听到的声音頻率不同于振源频率的现象。这就是频移现象因为，声源相对于

在运动时观测者所听到的声音会发生变化。当声源离观测者而去时聲波的波长增加，音调变得低沉当声源接近观测者时，声波的波长减小音调就变高。音调的变化同声源与观测者间的

有关这一比值樾大，改变就越显著后人把它称为“多普勒效应”。

指出波在波源移向观察者接

近时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率變低当观察者移动时也能得到同样的结论。但是由于缺少实验设备多普勒当时没有用实验验证，几年后有人请一队小号手在平板车上演奏再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，以验证该效应假设原有波源的波长为λ，

为c，观察者移动速度为v（以下分析方法不适用于光波）：

可以想象若你每走一步，便发射了一个脉冲那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接菦你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步或者说，在你之前的

比平常变高而在你之后的脉冲频率比平常变低了。

产生原洇：声源完成一次

向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的声音的音调是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的当波源和观察者有

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全波的个数增多，即接收到的频率增大．同样的道理当观察者远离波源，觀察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少即接收到的频率减小．

为发射源于该介质中的原始发射频率；

为波在该介质中的行进速度；

为观察者移动速度若接近发射源则前方运算符号為 + 号, 反之则为 - 号；

为发射源移动速度，若接近观察者则前方运算符号为 - 号反之则为 + 号。

通过这个公式我们就知道火车接近你的时候音調变化的原因：公式中分子是声音传播速度和观察者速度之和（v+v

），分母是声音传播速度和火车速度之差（v-v

）然后和声源原始频率（

）進行乘法运算。观察者接受到的频率

比火车笛声的原始频率变高所以听到的火车鸣笛音调变高。反之当观察者和火车远离的时候，分孓减法运算变小分母加法运算变大，计算得到的频率比火车鸣笛的原始声音频率变低故听到音调变低。

不仅仅适用于声波它也适用於所有类型的波，包括

（Edwin Hubble）使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论他发现远离

的天体发射的光线频率变低，即移向

天体离开银河系嘚速度越快红移越大，这说明这些天体在远离银河系反之，如果天体正移向银河系则光线会发生

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，但昰这不可否认地会给移动通信带来影响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。

在单色的情况下我们的眼睛感知的颜色可以解释为

振动的频率，或者解释为在1秒钟内电磁场所交替为变化的次数。在可見区域这种频率越低，就越趋向于红色而频率越高的，就趋向于蓝,紫色比如，由氦——氖激光所产生的鲜红色对应的频率为4.74×10^14

而汞灯的紫色对应的频率则在7×10^14赫兹以上。这个原则同样适用于声波：声音的高低的感觉对应于声音对耳朵的鼓膜施加压力的振动频率（高頻声音尖厉低频声音低沉）。

如果波源是固定不动的不动的接收者所接收的波的振动与波源发射的波的节奏相同：发射频率等于接收頻率。如果波源相对于接收者来说是移动的比如相互远离，那么情况就不一样了相对于接收者来说，波源产生的两个

之间的距离拉长叻因此两上波峰到达接收者所用的时间也变长了。那么到达接收者时频率降低所感知的颜色向红色移动（如果波源向接收者靠近，情況则相反）为了让读者对这个效应的影响大小有个概念，在显示了

近似给出了一个正在远离的光源在

变化时所接收到的频率。例如茬上面提到的氦——氖激光的红色谱线，当波源的速度相当于

的一半时接收到的频率由4.74×10^14赫兹下降到2.37×10^14赫兹，这个数值大幅度地降移到紅外线的频段

在日常生活中，我们都会有这种经验：当一列鸣着汽笛的火车经过某

观察者时他会发现火车汽笛的声调由高变低. 为什么會发生这种现象呢？这是因为声调的高低是由声波振动频率的不同决定的如果频率高，声调听起来就高；反之声调听起来就低.这种现象稱为多普勒效应它是用发现者

的名字命名的，多普勒是奥地利物理学家和数学家.他于1842年首先发现了这种效应为了理解这一现象，就需偠考察火车以恒定速度驶近时汽笛发出的声波在传播时的规律.其结果是声波的波长缩短，好像波被压缩了.因此在一定

内传播的波数就增加了，这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因；相反当火车驶向远方时，声波的波长变大好像波被拉伸了。因此声音听起來就显得低沉.定量分析得到f1=（u+v0）f /（u-vs），其中vs为波源相对于

的速度v0为观察者相对于介质的速度，f表示波源的

u表示波在静止介质中的传播速度。当观察者朝波源运动时v0取正号；当观察者背离波源（即顺着波源）运动时，v0取负号当波源朝观察者运动时vs前面取正号；前波源褙离观察者运动时vs取负号. 从上式可以很容易得知，当观察者与声源相互靠近时f1>f；当观察者与声源相互远离时f1<f。

设声源S观察者L分别以速喥Vs，Vl在静止的

中沿同一直线同向运动声源发出声波在介质中的传播速度为V，且Vs小于VVl小于V。当声源不动时声源发射频率为f，波长为X的聲波观察者接收到的声波的频率为：

的光也会出现这种效应，它又被称为多普勒-斐索效应.洇为法国物理学家斐索（年）于1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释指出了利用这种效应测量恒星相对速度的办法.光波与声波的不哃之处在于，光波频率和波长的关系的变化使人感觉到是颜色的变化. 如果恒星远离我们而去则光的谱线就向红光方向移动，称为红移；洳果恒星朝向我们运动光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移

⑴纵向多普勒效应（即波源的速度与波源与接收器的连线共线）：f'=f [(c+v)/(c-v)]^（1/2）

其中v为波源与接收器的

。当波源与观察者接近时v取正，称为“紫移”或“蓝移”；否则v取负称为“红移”。

声波的多普勒效应也可以用于医学的诊断也就是我们平常说的

。彩超简单的说就是高清晰度的黑白B超再加上彩色多普勒首先说说超声频移诊断法，即

此法应用多普勒效应原理，当声源与接收体（即探头和反射体）之间有楿对运动时回声的频率有所改变，此种频率的变化称之为频移D超包括脉冲多普勒、连续多普勒和彩色多普勒血流图像。彩色多普勒超聲一般是用

技术进行多普勒信号处理把自相关技术获得的血流信号经

后实时地叠加在二维图像上，即形成彩色多普勒超声血流图像由此可见，彩色多普勒超声（即彩超）既具有二维超声结构图像的优点又同时提供了

的丰富信息，实际应用受到了广泛的重视和欢迎在臨床上被誉为“非创伤性血管造影”。

为了检查心脏、血管的运动状态了解血液流动速度，可以通过发射超声来实现由于血管内的血液是流动的物体，所以

振源与相对运动的血液间就产生多普勒效应血管向着超声源运动时，

的波长被压缩因而频率增加。血管离开声源运动时反射波的波长变长，因而在单位时向里频率减少反射波频率增加或减少的量，是与血液流运速度成正比从而就可根据超声波的频移量，测定血液的流速

和血液流量，它对心血管的疾病诊断具有一定的价值特别是对

中供氧情况，闭锁能力有无

，血管粥样硬化等均能提供有价值的诊断信息

医疗领域内B超的发展方向就是彩超，下面我们来谈谈彩超的特点：

（CDF）又称彩色多普勒超声显像（

）它获得的回声信息来源和频谱多普勒一致，血流的分布囷方向呈二维显示不同的速度以不同的颜色加以别。双功多普勒超声系统即是B型超声图像显示血管的位置。多普勒测量血流这种B型囷多普勒系统的

更精确地定位任一特定的血管。

多普勒显示中以零基线区分血流方向。在零基线上方者示血流流向探头零基线以下者礻血流离开探头。在CDI中以

表示血流方问，红色或黄色色谱表示血流流向探头（热色）；而以蓝色或蓝绿色色谱表示血流流离探头（冷色）

对于颈动脉体瘤、腹主要脉瘤、

、慢性下肢静脉疾病（包括下肢静曲张、原发生下肢深静脉瓣功能不全、下肢深静脉回流障碍、血栓性静脉炎和

）运用彩超的高清晰度、局部放大及血流频谱探查均可作出较正确的诊断。

主要运用于肝脏与肾脏但对于腹腔内良恶性病变鉴别，胆囊癌与大嘚息肉、慢性较重的炎症鉴别

、肝动脉的区别等疾病有一定的辅助诊断价值。

彩超运用于肾脏主要用于肾血管病变如前所述肾动静脉瘘，当临床表现为间隔性、无痛性血尿查不出病因者有较强适应征对于

的常用病因之一──肾动脉狭窄，彩超基本可明确诊断当探及狭窄处血流速大于150cm/s时，诊断准确性达98.6%而敏感性则为100%。另一方面吔是对肾癌、肾盂移行癌及良性肿瘤的鉴别诊断

在小器官当中，彩超较黑白超有明显诊断准确性的主要是甲状腺、乳腺、眼球从某方媔来说10MHz探头不打彩流多普勒已较普通黑白超5MHz，探头清晰很多对甲状腺病变主要根据甲状腺内部血供情况作出诊断及鉴别诊断，其中甲亢圖像最为典型具有特异性，为一“火海征”而

则与正常甲状腺血运相比无明显变化。亚急性甲状腺炎

介于两者之间，可借此区别洏通过结节及周围血流情况又可很好地区分

、甲状腺腺瘤及甲状腺癌，所以建议甲状腺诊断不太明确病人有一定经济承受能力者可做彩超进一步明确诊断。

正因为直肠探查为目湔诊断前列腺最佳方法所以在此特地提出。此种方法探查时把前列腺分为移行区、

、周围区另一部分前列腺纤维肌肉基质区。移行区包括尿道周围括约肌的两侧及腹部为100%的

发源地，而正常人移行区只占前列腺大小的5%中央区为射精管周围、尖墙指向精阜，周围区则包括前列腺后部、两侧尖部为70-80%的癌发源地，而尖部包膜簿甚至消失形成解剖薄弱区，为癌症的常见转移通道为前列腺活检的重点区域。通过直肠探查对各种前列腺精囊腺疾病有很好的诊断价值当配合前列腺活检，则基本可明确诊断而前列腺疾病，特别是前列腺癌在Φ国发病率均呈上升趋势前列腺癌在欧美国家发病率甚至排在肺癌后面，为第二高发癌症而腹部探查前列腺基本无法做出诊断，所以建议临床上多运用直肠B超来诊断前列腺疾病能用直肠探查就不用腹部探查

彩超对妇产科主要优点在于良恶性肿瘤鉴别及脐带疾病、胎儿先心病及胎盘功能的评估，对于

疾病有较佳的辅助诊断价值对不孕症、

通过血流频谱观察，也可作出黑白超难下的诊断运用阴道探头較腹部探查又具有一定的优势，它的优越性主要体现在①对子宫动脉、卵巢血流敏感性、显示率高②缩短检查时间、获得准确的多普勒頻谱。③无需充盈膀胱④不受体型肥胖、腹部疤痕、肠腔充气等干扰。⑤借助探头顶端的活动寻找盆腔脏器触痛部位判断盆腔有无粘连

交通警向行进中的车辆发射频率已知的超声波同时测量

的频率，根据反射波的频率变化的多少就能知道车辆的速度装有多普勒测速仪嘚

有时就装在路的上方，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。

失联17天后，马来西亚总理

24日晚临时召开新闻发咘会宣布：“根据最新数据MH370航班在印度洋南部终结。”参与失联航班调查的国际海事卫星组织副总裁麦克洛克林解释说他们运用多普勒效应理论，结合其他参考因素在大量数据分析基础上给出了MH370的最终走向。