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多普勒效應是1842年奧地利物理學家多普勒提出的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象后來被廣泛應用于醫(yī)學、軍事、交通等領域。在醫(yī)學上，多普勒效應被用來制作彩超，通過探測聲波的多普勒頻移，可以獲得人體內(nèi)部器官的運動信息，如心臟的跳動、血液的流速等。在軍事上，多普勒效應被用來探測目標的運動信息，如敵方坦克的移動、飛行器的軌跡等。在交通上，多普勒效應被用來制作雷達測速儀，用來探測車輛的速度，防止超速行駛。 在生活中，我們也可以看到多普勒效應的體現(xiàn)。例如，當一輛救護車迎面駛來時，我們會覺得救護車的聲音比平時更高，這是因為救護車駛向我們時，聲波的頻率會發(fā)生變化，使我們聽到聲音的頻率也會發(fā)生變化，感覺聲音變高了。而當救護車離去時，我們會覺得聲音比平時更低，這是因為救護車離我們遠去時，聲波的頻率會發(fā)生變化，使我們聽到聲音的頻率也會發(fā)生變化，感覺聲音變低了。 總之，多普勒效應是一個非常有趣的現(xiàn)象，它在生活中隨處可見，也在醫(yī)學、軍事、交通等領域發(fā)揮著重要的作用。多普勒效應
1842年多普勒提出的理論
發(fā)現(xiàn)
雖然不像蘋果砸到牛頓頭上，激發(fā)“萬有引力”的靈感那么神奇，多普勒效應也是一個偶然的發(fā)現(xiàn)。1842年奧地利一位名叫多普勒的數(shù)學家、物理學家。一天，他正路過鐵路交叉處，恰逢一列火車從他身旁馳過，他發(fā)現(xiàn)火車從遠而近時汽笛聲變響，音調變尖，而火車從近而遠時汽笛聲變?nèi)?，音調變低。他對這個物理現(xiàn)象感到極大興趣，并進行了研究。發(fā)現(xiàn)這是由于振源與觀察者之間存在著相對運動，使觀察者聽到的聲音頻率不同于振源頻率的現(xiàn)象。這就是頻移現(xiàn)象。因為，聲源相對于觀測者在運動時，觀測者所聽到的聲音會發(fā)生變化。當聲源離觀測者而去時，聲波的波長增加，音調變得低沉，當聲源接近觀測者時，聲波的波長減小，音調就變高。音調的變化同聲源與觀測者間的相對速度和聲速的比值有關。這一比值越大，改變就越顯著，后人把它稱為“多普勒效應”。
原理
多普勒效應指出，波在波源移向觀察者接近時接收頻率變高，而在波源遠離觀察者時接收頻率變低。當觀察者移動時也能得到同樣的結論。但是由于缺少實驗設備，多普勒當時沒有用實驗驗證，幾年后有人請一隊小號手在平板車上演奏，再請訓練有素的音樂家用耳朵來辨別音調的變化，以驗證該效應。假設原有波源的波長為λ，波速為c，觀察者移動速度為v：
當觀察者走近波源時觀察到的波源頻率為
一個常被使用的例子是火車的汽笛聲，當火車接近觀察者時，如果觀察者遠離波源，其汽鳴聲會比平常更刺耳。你可以在火車經(jīng)過時聽出刺耳聲的變化。同樣的情況還有：警車的警報聲和賽車的發(fā)動機聲。
如果把聲波視為有規(guī)律間隔發(fā)射的脈沖，可以想象若你每走一步，便發(fā)射了一個脈沖，那么在你之前的每一個脈沖都比你站立不動時更接近你自己。而在你后面的聲源則比原來不動時遠了一步?；蛘哒f，在你之前的脈沖頻率比平常變高，而在你之后的脈沖頻率比平常變低了。
產(chǎn)生原因：聲源完成一次全振動，向外發(fā)出一個波長的波，頻率表示單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)，因此波源的頻率等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù)，而觀察者聽到的聲音的音調，是由觀察者接受到的頻率，即單位時間接收到的完全波的個數(shù)決定的。當波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到的頻率會改變．在單位時間內(nèi)，觀察者接收到的完全波的個數(shù)增多，即接收到的頻率增大．同樣的道理，當觀察者遠離波源，觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)減少，即接收到的頻率減?。?/span>
公式
觀察者 (Observer) 和發(fā)射源 (Source) 的頻率關系為：
通過這個公式，我們就知道火車接近你的時候音調變化的原因：公式中分子是聲音傳播速度和觀察者速度之和（v+
適用
多普勒效應不僅僅適用于聲波，它也適用于所有類型的波，包括電磁波?？茖W家愛德文·哈勃（Edwin Hubble）使用多普勒效應得出宇宙正在膨脹的結論。他發(fā)現(xiàn)遠離銀河系的天體發(fā)射的光線頻率變低，即移向光譜的紅端，稱為紅移，天體離開銀河系的速度越快紅移越大，這說明這些天體在遠離銀河系。反之，如果天體正移向銀河系，則光線會發(fā)生藍移。
在移動通信中，當移動臺移向基站時，頻率變高，遠離基站時，頻率變低，所以我們在移動通信中要充分考慮多普勒效應。當然，由于日常生活中，我們移動速度的局限，不可能會帶來十分大的頻率偏移，但是這不可否認地會給移動通信帶來影響，為了避免這種影響造成我們通信中的問題，我們不得不在技術上加以各種考慮。也加大了移動通信的復雜性。
在單色的情況下，我們的眼睛感知的顏色可以解釋為光波振動的頻率，或者解釋為，在1秒鐘內(nèi)電磁場所交替為變化的次數(shù)。在可見區(qū)域，這種頻率越低，就越趨向于紅色，而頻率越高的，就趨向于藍，紫色。比如，由氦——氖激光所產(chǎn)生的鮮紅色對應的頻率為
如果波源是固定不動的，不動的接收者所接收的波的振動與波源發(fā)射的波的節(jié)奏相同：發(fā)射頻率等于接收頻率。如果波源相對于接收者來說是移動的，比如相互遠離，那么情況就不一樣了。相對于接收者來說，波源產(chǎn)生的兩個波峰之間的距離拉長了，因此兩上波峰到達接收者所用的時間也變長了。那么到達接收者時頻率降低，所感知的顏色向紅色移動（如果波源向接收者靠近，情況則相反）。為了讓讀者對這個效應的影響大小有個概念，在顯示了多普勒頻移，近似給出了一個正在遠離的光源在相對速度變化時所接收到的頻率。例如，在上面提到的氦——氖激光的紅色譜線，當波源的速度相當于光速的一半時，接收到的頻率由
體現(xiàn)
聲波的多普勒效應
在日常生活中，我們都會有這種經(jīng)驗：當一列鳴著汽笛的火車經(jīng)過某觀察者時，他會發(fā)現(xiàn)火車汽笛的聲調由高變低. 為什么會發(fā)生這種現(xiàn)象呢？這是因為聲調的高低是由聲波振動頻率的不同決定的，如果頻率高，聲調聽起來就高；反之聲調聽起來就低。這種現(xiàn)象稱為多普勒效應，它是用發(fā)現(xiàn)者克里斯蒂安·多普勒的名字命名的，多普勒是奧地利物理學家和數(shù)學家。他于1842年首先發(fā)現(xiàn)了這種效應。為了理解這一現(xiàn)象，就需要考察火車以恒定速度駛近時，汽笛發(fā)出的聲波在傳播時的規(guī)律。其結果是聲波的波長縮短，好像波被壓縮了。因此，在一定時間間隔內(nèi)傳播的波數(shù)就增加了，這就是觀察者為什么會感受到聲調變高的原因；相反，當火車駛向遠方時，聲波的波長變大，好像波被拉伸了。因此，聲音聽起來就顯得低沉。定量分析得到
設聲源S，觀察者L分別以速度
f'=
所以得
⑴當觀察者和波源都不動時，
⑵當觀察者不動，聲源接近觀察者時，觀察者接收到的頻率為F=
顯然此時頻率大于原來的頻率
由上面的式子可以得到多普勒效應的所有表現(xiàn)。
光波的多普勒效應
具有波動性的光也會出現(xiàn)這種效應，它又被稱為多普勒-斐索效應。因為法國物理學家斐索（1819~1896年）于1848年獨立地對來自恒星的波長偏移做了解釋，指出了利用這種效應測量恒星相對速度的辦法。光波與聲波的不同之處在于，光波頻率的變化使人感覺到是顏色的變化. 如果恒星遠離我們而去，則光的譜線就向紅光方向移動，稱為紅移；如果恒星朝向我們運動，光的譜線就向紫光方向移動，稱為藍移。
光（電磁波）的多普勒效應計算公式分為以下三種：
⑵橫向多普勒效應（即波源的速度與波源與接收器的連線垂直）：f'=
⑶普遍多普勒效應（多普勒效應的一般情況）：f'=
其中β=
應用分類
醫(yī)學應用
聲波的多普勒效應也可以用于醫(yī)學的診斷，也就是我們平常說的彩超。彩超簡單的說就是高清晰度的黑白B超再加上彩色多普勒，首先說說超聲頻移診斷法，即D超，此法應用多普勒效應原理，當聲源與接收體（即探頭和反射體）之間有相對運動時，回聲的頻率有所改變，此種頻率的變化稱之為頻移，D超包括脈沖多普勒、連續(xù)多普勒和彩色多普勒血流圖像。彩色多普勒超聲一般是用自相關技術進行多普勒信號處理，把自相關技術獲得的血流信號經(jīng)彩色編碼后實時地疊加在二維圖像上，即形成彩色多普勒超聲血流圖像。由此可見，彩色多普勒超聲（即彩超）既具有二維超聲結構圖像的優(yōu)點，又同時提供了血流動力學的豐富信息，實際應用受到了廣泛的重視和歡迎，在臨床上被譽為“非創(chuàng)傷性血管造影”。
為了檢查心臟、血管的運動狀態(tài)，了解血液流動速度，可以通過發(fā)射超聲來實現(xiàn)。由于血管內(nèi)的血液是流動的物體，所以超聲波振源與相對運動的血液間就產(chǎn)生多普勒效應。血管向著超聲源運動時，反射波的波長被壓縮，因而頻率增加。血管離開聲源運動時，反射波的波長變長，因而在單位時向里頻率減少。反射波頻率增加或減少的量，是與血液流運速度成正比，從而就可根據(jù)超聲波的頻移量，測定血液的流速。
我們知道血管內(nèi)血流速度和血液流量，它對心血管的疾病診斷具有一定的價值，特別是對循環(huán)過程中供氧情況，閉鎖能力，有無紊流，血管粥樣硬化等均能提供有價值的診斷信息。
超聲多普勒法診斷心臟過程是這樣的：超聲振蕩器產(chǎn)生一種高頻的等幅超聲信號，激勵發(fā)射換能器探頭，產(chǎn)生連續(xù)不斷的超聲波，向人體心血管器官發(fā)射，便產(chǎn)生多普勒效應，當超聲波束遇到運動的臟器和血管時，反射信號就為換能器所接受，就可以根據(jù)反射波與發(fā)射的頻率差異求出血流速度，根據(jù)反射波以頻率是增大還是減小判定血流方向。為了使探頭容易對準被測血管，通常采用一種板形雙疊片探頭。
彩色多普勒超聲
補充：多普勒效應也可以用波在介質中傳播的衰減理論解釋. 波在介質中傳播，會出現(xiàn)頻散現(xiàn)象，隨距離增加，高頻向低頻移動.
其主要優(yōu)點是：①能快速直觀顯示血流的二維平面分布狀態(tài)。②可顯示血流的運行方向。③有利于辨別動脈和靜脈。④有利于識別血管病變和非血管病變。⑤有利于了解血流的性質。⑥能方便了解血流的時相和速度。⑦能可靠地發(fā)現(xiàn)分流和返流。⑧能對血流束的起源、寬度、長度、面積進行定量分析。
但彩超采用的相關技術是脈沖波，對檢測物速度過高時，彩流顏色會發(fā)生差錯，在定量分析方面明顯遜色于頻譜多普勤，現(xiàn)今彩色多普勒超聲儀均具有頻譜多普勒的功能，即為彩色──雙功能超聲。
彩色多普勒超聲血流圖（CDF）又稱彩色多普勒超聲顯像（CDI），它獲得的回聲信息來源和頻譜多普勒一致，血流的分布和方向呈二維顯示，不同的速度以不同的顏色加以別。雙功多普勒超聲系統(tǒng)，即是B型超聲圖像顯示血管的位置。多普勒測量血流，這種B型和多普勒系統(tǒng)的結合能更精確地定位任一特定的血管。
1．血流方向 在頻譜多普勒顯示中，以零基線區(qū)分血流方向。在零基線上方者示血流流向探頭，零基線以下者示血流離開探頭。在CDI中，以彩色編碼表示血流方問，紅色或黃色色譜表示血流流向探頭（熱色）；而以藍色或藍綠色色譜表示血流流離探頭（冷色）。
2．血管分布CDI顯示血管管腔內(nèi)的血流，因而屬于流道型顯示，它不能顯示血管壁及外膜。
3．鑒別癌結節(jié)的血管種類 用CDI可對肝癌結節(jié)的血管進行分類。區(qū)分其為結節(jié)周圍繞血管、給節(jié)內(nèi)緣弧形血管。結節(jié)的流人血管、結節(jié)內(nèi)部血管及結節(jié)流出血管等。
彩超的臨床應用
（一）血管疾病
運用10MHz高頻探頭可發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)小于1mm的鈣化點，對于頸動脈硬化性閉塞病有較好的診斷價值，還可利用血流探查局部放大判斷管腔狹窄程度，栓子是否有脫落可能，是否產(chǎn)生了潰瘍，預防腦栓塞的發(fā)生。
彩超對于各類動靜脈瘺可謂最佳診斷方法，當探查到五彩鑲嵌的環(huán)狀彩譜即可確診。
對于頸動脈體瘤、腹主要脈瘤、血管閉塞性脈管炎、慢性下肢靜脈疾病（包括下肢靜曲張、原發(fā)生下肢深靜脈瓣功能不全、下肢深靜脈回流障礙、血栓性靜脈炎和靜脈血栓形成）運用彩超的高清晰度、局部放大及血流頻譜探查均可作出較正確的診斷。
（二）腹腔臟器
對于肝硬化彩超可從肝內(nèi)各種內(nèi)流速快慢、血管管腔大小、方向及側支循環(huán)的建立作出較佳的判斷。對于黑白超難區(qū)分的結節(jié)性硬化、彌漫性肝癌，可利于高頻探查、血流頻譜探查作出鑒別診斷。
彩超運用于腎臟主要用于腎血管病變，如前所述腎動靜脈瘺，當臨床表現(xiàn)為間隔性、無痛性血尿查不出病因者有較強適應征。對于繼發(fā)性高血壓的常用病因之一──腎動脈狹窄，彩超基本可明確診斷，當探及狹窄處血流速大于150cm/s時，診斷準確性達98.6%，而敏感性則為100%。另一方面也是對腎癌、腎盂移行癌及良性腫瘤的鑒別診斷。
（三）小器官
在小器官當中，彩超較黑白超有明顯診斷準確性的主要是甲狀腺、乳腺、眼球，從某方面來說10MHz探頭不打彩流多普勒已較普通黑白超5MHz，探頭清晰很多，對甲狀腺病變主要根據(jù)甲狀腺內(nèi)部血供情況作出診斷及鑒別診斷，其中甲亢圖像最為典型，具有特異性，為一“火海征”。而單純性甲狀腺腫則與正常甲狀腺血運相比無明顯變化。亞急性甲狀腺炎，橋本氏甲狀腺炎介于兩者之間，可借此區(qū)別，而通過結節(jié)及周圍血流情況又可很好地區(qū)分結節(jié)性甲狀腺腫、甲狀腺腺瘤及甲狀腺癌，所以建議甲狀腺診斷不太明確，病人有一定經(jīng)濟承受能力者可做彩超進一步明確診斷。
（四）前列腺及精囊
正因為直腸探查為目前診斷前列腺最佳方法，所以在此特地提出。此種方法探查時把前列腺分為移行區(qū)、中央?yún)^(qū)、周圍區(qū)，另一部分前列腺纖維肌肉基質區(qū)。移行區(qū)包括尿道周圍括約肌的兩側及腹部，為100%的良性前列腺增生發(fā)源地，而正常人移行區(qū)只占前列腺大小的5%。中央?yún)^(qū)為射精管周圍、尖墻指向精阜，周圍區(qū)則包括前列腺后部、兩側尖部，為70-80%的癌發(fā)源地，而尖部包膜簿甚至消失，形成解剖薄弱區(qū)，為癌癥的常見轉移通道，為前列腺活檢的重點區(qū)域。通過直腸探查對各種前列腺精囊腺疾病有很好的診斷價值，當配合前列腺活檢，則基本可明確診斷，而前列腺疾病，特別是前列腺癌在中國發(fā)病率均呈上升趨勢，前列腺癌在歐美國家發(fā)病率甚至排在肺癌后面，為第二高發(fā)癌癥，而腹部探查前列腺基本無法做出診斷，所以建議臨床上多運用直腸B超來診斷前列腺疾病能用直腸探查就不用腹部探查。
（五）婦產(chǎn)科
彩超對婦產(chǎn)科主要優(yōu)點在于良惡性腫瘤鑒別及臍帶疾病、胎兒先心病及胎盤功能的評估，對于滋養(yǎng)細胞疾病有較佳的輔助診斷價值，對不孕癥、盆腔靜脈曲張通過血流頻譜觀察，也可作出黑白超難下的診斷。運用陰道探頭較腹部探查又具有一定的優(yōu)勢，它的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在①對子宮動脈、卵巢血流敏感性、顯示率高。②縮短檢查時間、獲得準確的多普勒頻譜。③無需充盈膀胱。④不受體型肥胖、腹部疤痕、腸腔充氣等干擾。⑤借助探頭頂端的活動尋找盆腔臟器觸痛部位判斷盆腔有無粘連。
交通應用
交通警向行進中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波同時測量反射波的頻率，根據(jù)反射波的頻率變化的多少就能知道車輛的速度。裝有多普勒測速儀的監(jiān)視器有時就裝在路的上方，在測速的同時把車輛牌號拍攝下來，并把測得的速度自動打印。
航空應用
2014年3月8日馬航MH370失聯(lián)，17天后，馬來西亞總理納吉布24日晚臨時召開新聞發(fā)布會宣布：“根據(jù)最新數(shù)據(jù)，MH370航班在印度洋南部終結?！眳⑴c失聯(lián)航班調查的國際海事衛(wèi)星組織副總裁麥克洛克林解釋說，他們運用多普勒效應理論，結合其他參考因素，在大量數(shù)據(jù)分析基礎上給出了MH370的最終走向。
相關事件
2014年3月24日10點，馬來西亞總理納吉布召開緊急新聞發(fā)布會，他表示，根據(jù)新的數(shù)據(jù)分析，MH370航班在南印度洋墜毀。
國際海事衛(wèi)星組織24日解釋說，他們運用多普勒效應理論分析馬航MH370航班發(fā)出的信號，認為飛機落入南印度洋。
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作者
