都卜勒效應指出，波在波源移向觀察者時接收頻率變高，而在波源遠離觀察者時接收頻率變低。這種位移現象稱為都卜勒位移。
基本介紹
- 中文名：都卜勒位移
- 外文名：Doppler shift
- 領域：光學
- 原因：都卜勒效應
- 公式：lN/(2sinθ/2)
- 相關名詞：都卜勒效應
定義,測量原理,散射面強度,關係,差分系統,
定義
都卜勒效應指出，波在波源移向觀察者時接收頻率變高，而在波源遠離觀察者時接收頻率變低。這種位移現象稱為都卜勒位移。
在日常生活中，我們都會有這種經驗：當一列鳴著汽笛的火車經過某觀察者時，他會發現火車汽笛的聲調由高變低. 為什麼會發生這種現象呢？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.這種現象稱為都卜勒效應，它是用發現者克里斯蒂安·都卜勒的名字命名的，都卜勒是奧地利物理學家和數學家.他於1842年首先發現了這種效應。為了理解這一現象，就需要考察火車以恆定速度駛近時，汽笛發出的聲波在傳播時的規律.其結果是聲波的波長縮短，好像波被壓縮了.因此，在一定時間間隔內傳播的波數就增加了，這就是觀察者為什麼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。
測量原理
散射面強度
雷射都卜勒信號的散射面是正弦信號。因為調製散射面的異常形狀，振幅正弦信號隨機變化，如圖所示。通過截取一個間隔來研究信號。在實驗中，對範圍間隔中的信號進行採樣並輸入電腦。 通過採樣，信號被轉換成n維點空間。 如果採樣後的雷射都卜勒信號可以表示為
信號丟失在n維陣列空間中可以定義雷射都卜勒信號的強度：
由於f（n）是n維數組空間的一個常數，所以表達式可以被規範的定義驗證。
關係
簡化散射光接收部分差分都卜勒光學系統如圖所示。根據斑點原理如果透鏡的面積表示為S；這個區域的斑點粒子數是N；觀察表面的光的平均強度是I；第i個斑點顆粒的面積是
，粒子光的平均功率是
，散射光的相位是
，透鏡的直徑是
，然後聚焦在光電檢測器的感光表面上的總光功率可以表示為（w是都卜勒角速度）：
通常，光電探測器的輸出V（t）與輸入功率成正比：
這裡V（t）是隨機變數，K是比例常數（它與頻譜和設備的靈敏度等有關）。
如果散射面光斑的形狀為圓形，直徑為D，則可以從斑點原理得知：
其中E是平均值符號。 K1和K2是與表面粗糙度有關係的常數。 光電檢測器的輸出均方值為：
因此，光電接收機的輸出均方根值為：
因為隨機過程V（t）是遍歷的，並且如果V（t）在被採樣之後變換成離散值，並且如果n是非常大的數，則
表示為：
均方根值為：
這是由n維陣列空間中定義的飛彈表示的都卜勒信號的強度。
因此，差分都卜勒系統信號的強度f（s）表達為：
我們可以看到收斂斑點的直徑較小，接收散射的透鏡直徑光線越大，光電接收機越敏感，都卜勒信號的強度越明顯。
差分系統
差分都卜勒光學系統套用於遠程面內位移測量如圖所示設計採用。
該系統利用高斯波束的圖像理論，使L1，L2，L3，L4和L5的圖像在L1，L4的焦平面上進行準直和擴展，然後收斂於移動物體O。參數為：入口高斯光束的腰部半徑為ω10= 1mm，焦距為F1 = F3 = 5mm，F2 = F4 = 100mm，F5 = 100m，透鏡L1-L5是校正的球面像差和塗覆的多層膜（反射鏡M1-M5），並且波長為ë= 632.8nm。該圖像距離由成像公式計算。
當被測物移動時的速度ν，散射光的都卜勒頻率被描述為：
通過對拍子信號的脈衝數N進行計數，物體O的位移x可以是：
很明顯，測量精度取決於會聚角度θ，θ越大，重疊區域的θ越小，位移測量精度越高。
