光波多普勒效应应用设想
摘要:多普勒效应是研究波源和观察者相对关系的方法,对于光波也同样适用。多普勒效应大多在应用中用于测速和测距,但是可不可以对多普勒效应进行拓展呢?本文希望对这个问
题
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提出一些设想。
多普勒效应原理:
波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。
多普勒效应运算公式:
1.波源和观察者都相对于介质静止(
):
2.波源静止,观察者以速度
相对于介质运动(
):
,
,
3.观察者静止,波源以速度
相对于介质运动(
):
,
4.观察者以速度
和波源以速度
相对于介质运动(
):
,
,
由此可分析得知,当波源不动时,观察者向波源移动波频率增大,反之减小;
当观察者不动时,波源向观察者移动波频率增大,反之减小;
当波源和观察者都在移动时,二者相互靠近则波频率增大,反之减小。
综上所述,当波源和观察者之间的距离减小时,波频率增大,反之减小。
多普勒效应的应用:
多普勒效应研究的是波源和观察者之间的关系,所以多普勒效应的应用大多在测速和测距领域。其中多普勒雷达的工作原理较为典型:雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描, 多普勒雷达如遇到活动目标,回波的频率与发射波的频率出现频率差,称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小,可测出目标对雷达的径向相对运动速度;根据发射脉冲和接收的时间差,可以测出目标的距离。同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线,滤除干扰杂波的谱线,可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。由于多普勒雷达的这种工作原理,较之普通雷达有较强的抗杂波干扰能力,能探测出隐蔽在背景中的活动目标。
在医学领域,多普勒效应有较为实用的应用,其中,多普勒彩超仪是较为先进的一种医学应用仪器。这种仪器通过探头发出固定的脉冲波,再接受反射波,经过分析将接收到的频率转化为彩色图像呈现在屏幕上,可以让我们清晰的分辨出探测部位的情况,不但如此,还可以看到血流方向等具体情况。
推想:
由以上原理和应用实例,我推想,既然多普勒效应可以探测出波源的速度和距离,通过不同的频率将这些信息转换成视觉信号,那么可不可以将视觉信号通过多普勒效应进行转换呢?
理论支持:
光波的多普勒效应:光波在传播过程中也会产生多普勒效应,根据以上推导得知,若固定观察点,当光源靠近时,接收到的光波频率增大,当光源远离时,接收到的光波频率减小。若光波恰巧在可见光波段,则当光源靠近时光线“变蓝”,光源远离时光线“变红”,在物理学上称之为“蓝移”和“红移”。
应用设想:
接受物体发射出的光线,按照光波的频率,利用多普勒效应反解出波源移动的速度,利用速度信息进行编码,可以将光信号转换为数字信号。将数字信息传递到接受装置中,由解码器将数字信号转化为电信号,再利用光波源的移动速度的改变将信号还原为可见光的形式,在屏幕上显示。
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
:
本装置分为三个部分:接受装置,传输装置,转换装置。其中传输装置在现实生活中已经有了很好的实例,所以不再赘述,重点提出接受装置和转换装置。
接收装置:物体发出的光波已经有比较成熟的方法计算出光波的频率,我们假设观察者不动的情况,通过上述公式,计算出光波的速度,每一时刻的速度都可以记录并编码成数字信号。
转化装置:我们预设转换装置分为两部分,波源发生器和接受显示屏。
发生器为一个可以移动的波源,发出确定频率的光波。解码器解读接受到的信号,随时间改变发生器的运动速度。接受显示屏接受发生器发出的光波,在直接在显示屏上显示出来。
理论补充:
1.发生器的波源频率需要固定。显示色彩可以是原物体发出的光波,也可以是经过改进的,可以通过这种方式将光波频率不可见的物体
表
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示出来。
2.由于光波的频率是固定的,所以显示出的光波频率也是整体增大或者减小,但是能够客观的反映出物体发射出的光波的分布情况。
应用:
发光物体的光可能发出的光波为不可见波,也可能由于某种原因不能直接观察,通过这种装置可以对所需要观察的光波有一个直观的观察。
装置改进:
波源设置运动需要一定的空间,但是装置的空间有限,所以可以设计两个波源一次交替发射光波,不影响显示屏上的成像。