Допплеровский перетворювач. Ефект доплера

У багатьох доплеровских преобразователях (Наприклад, детекторах газових бульбашок в крові) передають і приймають елементи розділені. Область простору, з якої може бути отриманий сигнал доплерівського зсуву, є спільною для ультразвукового поля, створюваного передавальним перетворювачем і для зони чувствітельності1 приймає перетворювача. Так як зона чутливості має форму і характеристики, як у пучка передавального елемента, то можна легко зобразити схему її приблизною локалізації.

Відео: Ефект Доплера. Вступ

Зазвичай передає і приймає елементи розташовують близько один до одного з таким розрахунком, щоб зона їх чутливості як можна глибше проникала в тканини. В інших випадках їх бажано розділити, щоб локалізувати зону чутливості. Найбільш яскравим прикладом такого перетворювача став прекардіальний датчик, розроблений в Інституті прикладної фізіології і медицини США в якості детектора газових бульбашок. Він сконструйований так, що, будучи розташованим на грудній клітці, сприймає сигнали, відбиті від крові і повітряних емболів саме з легеневої артерії.

Такий же керамічний елемент можна також зустріти в схемі з безперервною і одночасною передачею і прийомом ультразвуку. Подібний прилад розроблений в Інституті прикладної фізіології і медицини США для застосування в якості катетерних вимірювачів швидкості потоку. Діаметр датчиків зазначених вимірників близько 1 мм, що недостатньо для роздільного розміщення випромінювача і приймача. Але даний метод може бути з успіхом використаний в більших датчиках, коли зона чутливості поширена від робочої поверхні перетворювача на глибину, певну поглинанням ультразвуку в тканинах.

Відео: Випуск 5 - Ефект Доплера, Червоний зсув, Великий вибух

ефект Доплера

ефект Доплера притаманний і ультразвуковим хвилям. Суть його полягає в зміні частоти хвилі при переміщенні передавача, приймача або відбиває світло по відношенню один до одного. Отже, відбиті від рухомих еритроцитів і газових бульбашок сигнали мають ультразвукову частоту, відмінну від частоти передавача. Тому доплеровские вимірювачі швидкості кровотоку реагують тільки на ті відбиті сигнали, які придбали доплеровский зрушення, наприклад, газові бульбашки в крові, і абсолютно не реагують на сигнали від нерухомих структур, у яких даний зсув відсутній (нерухомі газові освіти в тканинах).

Відео: Ефект Доплера

величина допплерівського зсуву (Af, Гц), при русі відображає об`єкт з конкретною швидкістю, може бути обчислена виходячи з швидкості зміни фази хвилі в міру її-пересування від передавача до отражающему об`єкту і назад до приймача. В результаті отримуємо:
f = 2 (швидкість відбиває світло по відношенню до датчика) х (частота ультразвуку) / швидкість ультразвуку в середовищі

Коли датчик для вимірювання швидкості потоку крові розташований під кутом до провеносному судині, то це рівняння змінюється. Вдалим збігом є те, що вухо людини, як правило, вловлює частоту допплерівського зсуву. Швидкість потоку 16 см / с дає підйом частоти до звуку, який приблизно на одну октаву по основному тону вище середнього діапазону «С» на фортепіано. Чим вище швидкість, тим вище частота сигналу. Простота прослуховування доплерівських частот і здатність людського вуха і головного мозку їх розрізняти є зручним методом, що дозволяє розшифрувати багато деталей в сигналі як при дослідженні динаміки кровотоку, так і виявленні газових бульбашок.

іншим важливим моментом, який іноді не беруть до уваги, є пропорційність доплерівського зсуву частоті ультразвуку. Так, частота сигналу від вимірювача швидкості потоку, що працює на хвилі 10 МГц, в 2 рази вище, ніж від працюючого на хвилі 5 МГц. Якщо швидкість відбиває світло, дуже велика, наприклад, в артерії, то результуючий сигнал може мати надмірно високу частоту, що не дозволить його зареєструвати, відтворити або деякими операторами почути.

Як в безперервних, так і імпульсних доплерівських системах передавач спонукає перетворювач випромінювати ультразвукові хвилі певної частоти. Інший або цей же перетворювач здатний приймати ці хвилі, які потім надходять в приймач. Особливість доплеровских систем полягає в тому, що приймач отримує двасігнала: прийняту відображену хвилю і хвилю, послану з частотою передавача. Величина частоти вихідного сигналу приймача є різницею між частотами зазначених двухвходнихсігналов. Це означає, що вихідний сигнал існує тільки при відображенні ультразвуку від рухомих структур. Підсилювач низької частоти Частоти в діапазонепріблізітельно 200-20 000 Гц або трохи більше. Тому вибір смуги пропускання частот доплерівського приймача надзвичайно важливий для виключення перешкод.

Відео: 104Квантовая фізика від Стадницького. Квантовий резонанс і релятивістський ефект Доплера

Сигнал доплеровской частоти, виходить з приймача, може бути оцінений або на слух, або відображений як швидкість потоку у вигляді запису хвилеподібною форми. В останньому випадку доплеровская частотадолжнабить перетворена в напругу. Аналіз сигналів на слух зазвичай проводять за схемою, запропонованою Spencer, Johanson в 1974 р Аналогічна схема, але вдосконалена, для реєстрації амплітуди сигналу від пляшечки, числа бульбашок в систолічному викиді і відсотка систолических викидів, що містять сигнали від бульбашок, була предложенаKismanісоавт. (1978).