Ultraschall-Doppler-Frequenzverschiebung berechnen

Er verwendet die übliche Näherung für geringe Geschwindigkeiten: delta f = 2 f0 v cos(theta) / c. Der Faktor zwei steht für den Hinweg vom Schallkopf zum Ziel und den Rückweg des Echos. Geben Sie Sendefrequenz, Zielgeschwindigkeit, Ausbreitungsgeschwindigkeit und Strahlwinkel ein, um Verschiebung, Betrag und ungefähre reflektierte Frequenz zu erhalten.

Warum ein reflektiertes Ultraschallecho doppelt Doppler-verschoben ist

Eine reflektierte Ultraschallmessung unterscheidet sich vom bekannten Einwegbeispiel eines Hörers vor einer bewegten Quelle. Zuerst trifft das bewegte Ziel die einfallende Welle mit einer veränderten Rate. Anschließend wirkt es als bewegter Reflektor und sendet das Echo zum Schallkopf zurück, wodurch eine zweite Änderung entsteht. Ist die Zielgeschwindigkeit viel kleiner als die Schallgeschwindigkeit, verbinden sich beide Änderungen zu delta f = 2 f0 v cos(theta) / c. Dabei ist f0 die Sendefrequenz, v die Zielgeschwindigkeit mit Vorzeichen, theta der Winkel zwischen Strahl und Bewegung und c die Ausbreitungsgeschwindigkeit. Der Faktor zwei ist wesentlich: Ohne ihn würde nur ein Weg modelliert und die erwartete Verschiebung halbiert. Eine positive Geschwindigkeit bezeichnet Bewegung zum Schallkopf und erhöht die Rückkehrfrequenz; eine negative bezeichnet Entfernung. Der Rechner gibt zusätzlich den absoluten Betrag aus. Die Formel ist eine technische Näherung für kohärente Reflexion bei gegenüber c kleiner Geschwindigkeit; sie ist weder die exakte relativistische Doppler-Gleichung noch ein Modell für ein verteiltes Streuerspektrum.

Verwenden Sie stimmige Einheiten für Frequenz, Tempo und Winkel

Geben Sie die Frequenz in Hertz und Ziel- sowie Wellengeschwindigkeit in Metern pro Sekunde an. Als Ausbreitungsgeschwindigkeit sind 1540 m/s voreingestellt, ein häufiger Nennwert für Weichgewebe. Der tatsächliche Wert hängt von Material und Bedingungen ab; ersetzen Sie ihn durch einen passenden Mess- oder Vorgabewert. Die Geschwindigkeit trägt ein Vorzeichen: positiv zum Schallkopf, negativ von ihm fort. Der Winkel liegt zwischen Ultraschallstrahl und Bewegungsrichtung. Bei null Grad ist der Kosinus eins und die gesamte axiale Geschwindigkeit wirkt; bei sechzig Grad wirkt die Hälfte; bei neunzig Grad ist die ideale axiale Komponente null. Der zulässige Bereich von null bis neunzig Grad hält diese Konvention eindeutig. Das Ergebnis enthält beam_velocity_m_s als v cos(theta) und reflected_frequency_hz als Sendefrequenz plus vorzeichenbehaftete Verschiebung. Halten Sie die angegebenen Einheiten ein: Der Rechner erkennt Megahertz nicht automatisch und rechnet Zentimeter pro Sekunde nicht selbst um. Geben Sie beispielsweise 5 MHz als 5000000 Hz ein.

Deuten Sie das Ergebnis und beachten Sie die Modellgrenzen

Die Hauptausgabe doppler_shift_hz behält die Bewegungsrichtung bei. Ein positiver Wert kennzeichnet ein Echo oberhalb der Sendefrequenz, ein negativer Wert eines darunter. shift_magnitude_hz entfernt das Vorzeichen für Bandbreitenplanung und Vergleiche. direction fasst die Richtung zusammen, während round_trip_factor die Berücksichtigung beider Wege bestätigt. Die Berechnung ist deterministisch und nutzt weder Netzwerk noch Zufall oder Uhr; gleiche Eingaben liefern im Browser und über die API dasselbe gerundete JSON. Ein erfolgreicher API-Aufruf kostet $0.002; eine fehlgeschlagene Prüfung ist keine gültige Berechnung. Verstehen Sie das Ergebnis als ideale Doppler-Verschiebung einer einzelnen Geschwindigkeitskomponente. Medizinische oder zerstörungsfreie Prüfgeräte können wegen vieler Streuer, endlicher Strahlbreite, Brechung, Dämpfung, Rauschen und Winkelunsicherheit einen Bereich von Verschiebungen messen. Winkelfehler sind nahe neunzig Grad besonders bedeutsam. Der Rechner schätzt keinen Blutfluss, stellt keine Diagnose, korrigiert kein Aliasing und ersetzt keine kalibrierten Geräte. Er eignet sich zum Prüfen von Gleichungen, Erstellen von Testfällen und Bewerten der Plausibilität bekannter Frequenzen, Geometrien und Geschwindigkeiten.