Акустика движущихся сред

реферат

3.1 Основные положения эффект Доплера

В отличие от эффекта Доплера для электромагнитных волн, обусловленного только относительным движением источника и приёмника, изменения частоты акустич. волны при движении источника и приёмника различны. Этот эффект появляется, если наблюдатель или источник (или они оба) движутся или если излучение от неподвижного источника к неподвижному наблюдателю приходит, отражаясь или рассеиваясь от движущегося объекта. В отличие от эффекта Доплера для электромагнитных волн, обусловленного только относительным движением источника и приёмника, изменения частоты акустич. волны при движении источника и приёмника различны.

Если источник и наблюдатель движутся вдоль одной прямой со скростями соответственно Vs и Vr , то наблюдаемая частота определяется выражением:

где fs -- частота колебаний источника, с -- скорость распространения излучения. Отсюда получаем выражение для доплеровского смещения:

В ультразвуковой доплеровской локации обычно имеются неподвижный источник (излучатель), неподвижный наблюдатель (приемный преобразователь) и движущийся отражатель (или рассеиватель) ультразвука.

При измерении скорости кровотока ультразвук рассеивается на флуктуациях плотности и сжимаемости, и принятый сигнал можно вычислить как сумму сигналов от всех элементов крови на пути ультразвукового пучка. На рис. 11.1 показан случай одного рассеивателя, движущегося со скоростью V. Доплеровский сдвиг от движущегося отражателя (или рассеивателя) можно вычислить, рассматривая его в системе наблюдателя, движущегося относительно источника (излучателя), а затем в системе источника, движущейся относительно наблюдателя (приемника). Кроме того, поскольку направления распространения падающей и рассеянной волн не совпадают с направлением движения элемента крови, уравнение доплеровского смещения нельзя использовать непосредственно -- необходимо заменить Vs и Vr составляющими этих скоростей вдоль направлений приема и излучения. Получаем следующее:

где и -- углы между вектором скорости и направлениями излучения и приема; f0 -- частота излучения.

Эффект Доплера при движении источника звука обусловлен изменением длины волны в среде, при движении приёмника -- изменением скорости звука в системе координат, связанной с приёмником, а при рассеянии движущимся телом -- обоими факторами.

Эффект Доплера можно считать также изменение частоты звука при отражении и прохождении через границу между двумя средами, к-рая движется относительно самих сред, остающихся неподвижными, напр. при прохождении звука через фронт ударной волны в газе (характеристики газа по обе стороны фронта различны) или при распространении звука вдоль частично погружённого в жидкость стержня в процессе изменения уровня жидкости (акустич. свойства погружённой части стержня изменяются под влиянием реакции окружающей жидкости). При нормальном падении волны частоты f на движущуюся границу раздела частоты f1 и f2 отражённой и прошедшей волн равны:

где v - скорость границы (положительной считается скорость в направлении падения волны), а с1 и с2 -- скорости звука в первой и во второй средах. На величине коэффициентов отражения и прохождения движение границы раздела сред не сказывается[6,7].

Делись добром ;)