范文一:[教学设计]什么是压电效应
1.
什么是压电效应,简述利用压电传感器测量压力的工作原理,
答:某些物质、如石英、钛酸钡等,当受到外力作用时,不仅几何尺寸发生变化,而且内部极化,表面上有电荷出现,形成电场。当外力去掉时,又重新回复到原不带电状态,这种现象称为压电效应。实验证明,在极板上积聚的电荷q与晶片所受的作用力F成正比,即q=DF,电荷由导线引出接入测量电路,测得电荷的多少级可测量出压力。
3.测试系统满足不失真的测量条件是什么,
答:测试系统满足不失真的条件是测试装置的幅频特性应为常数,相频特性应为直线。
4.什么是频混现象,怎样才能避免频谱混叠,
答:频混现象:又称频谱混叠效应,它是由于采样信号频谱发生变化,而出现高、低频成分发生混淆的一种现象。使采样频率满足采样定理即可。
5.什么是霍尔效应,试举2例,答:金属或半导体薄片置于磁场中,当有电流流过时,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势,这种现象称为霍尔效应。
(1)霍尔线位移传感器,在两个反向放置的磁铁中放置霍尔片。当霍尔片处于平衡位置,初始输出电动势为零。当霍尔片作横向位移时,霍尔传感器总输出电动势为位移的函数。 (2)测角位移的霍尔传感器,在一均匀的磁场中放置一霍尔元件,当转动霍尔元件时,通过霍尔片磁通量
,变化,产生的霍尔电势与元件和磁场的夹角有关。即,利用上式关系,就可以测U,KIBsin,HH
=0.6-0.7时,在0-0.58n量角位移。5试说明二阶装置的阻尼比多采用0.6-0.7的原因, 对于二阶装置在,,
的频率范围内,幅频特性A()的变化不超过5%,同时相频特性也接近直线,可认为满足不失,,,,,
真条件。因此二阶装置的阻尼比多采用0.6-0.7 。6电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别,各有何优点,答:两种应变片的主要区别:电阻丝应变片主要利用导体形变引起电阻的变化,而半导体应变片利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。电阻丝应变片随温度变化小,半导体应变片的灵敏度大。
1. 传感器的作用是什么,试举出三个身边使用传感器的例子。
传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息,并按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的
装置。从狭义上讲,传感器是把外接输入的非电信号转换成电信号的装置。如:温度计,声控灯,摄
像头
2. 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别,各有何优点,
两种应变片的主要区别:电阻丝应变片主要是利用导体的形变引起的电阻的变化,而半导体应变片利
用半导体电阻率的变化引起的电阻的变化。电阻丝随温度的变化小,半导体的灵敏度高 3. 直流电桥平衡的条件是什么,交流电桥平衡条件是什么,
直流电桥平衡的条件是两队桥臂电阻的乘积相等。交流电桥平衡的条件满足相对的桥臂阻抗模的乘积
相等、阻抗角之和相等两个条件。
4. 测试系统实现不失真测量的条件是什么,
若测试信号实现不失真测量,则该装置的幅频特性A( 实数形式表达式
直流分量幅值为
各余弦分量幅值为
各正弦分量幅值为
复数表达形式:
(1.5分)
5.分别写出周期函数的实数形式与复数形式的傅里叶级数展开式(包括各参数表达式)。 若测试装置实现不失真测量,则该装置的幅频特性A(ω)为常数,该装置的相频特性是θ(ω)=-tω
1、 简述线性测试系统的频率保持特性,说明其工程应用意义。 答:频率不变性。频率不变性又称频率保持性,它表明系统的输入为某一频率的简谐(正弦或余弦)信号时,则系统的输出将有、而且也只能有与该信号同一频率的信号线性时不变系统的频率不变性在动态测试中具有重要的作用。例如,已经知道测试系统是线性的,其输入信号的频率也已知,那么,在测得的输出信号中就只有与输入信号频率相同的成分才可能是由输入引起的响应;其他的频率成分都是干扰噪声。利用这一特性,就可以采用相应的滤波技术,在有很强的噪声干扰情况下,也能将有用的信息提取出来。
2、 频域描述采用的数学工具是什么,说明周期信号和非周期信号频谱的特点 答:频域采用的数学工具是傅里叶变换,周期信号频谱的特点是离散性、收敛性、谐波性,非周期信号的频谱特点是连续且延伸至无限频率。
3、 利用数学表达式说明调幅信号的同步解调原理。.答:设调制信号为,载波信号为
,已调信号为 对上式两边取傅里叶变换得
记 ,傅里叶变换的性质可得
称 与 为已调波和调制波的频谱函数。可见,从频域看,调幅是将原信号的频谱由原点平移至载波频率处,如图所示。为保证频移后的频谱不失真,载波频率 要大于或等于两倍调制信号的最高频率 ,通常取数倍至数十倍的 。将调幅波与载波再次相乘,得
对上式两边作傅里叶变换,得
再用低通滤波器滤除中心频率为2 的高频成分,将只剩下原调制信号的频谱,即恢复原调制信号(幅值仅为原来的一半,可通过放大来补偿)4简述利用自相关函数检测信号周期成分的方法。答:若x(t)为周期信号,周期为T,则自相关函数也为同一周期的周期函数,这是自相关函数的频率保持性,我们可以利用这一性质来检测信号中的周期成分。5交流电桥平衡条件是什么,两个具有相同性质的阻抗在交流电桥应如何接才可使电桥平衡,答:交流电桥桥臂上的阻抗元件可以有不同的组合,但各种组合方式除了要满足阻抗模的平衡条件外,还应注意阻抗元件的配合,以满足阻抗角的平衡条件。Z1Z3=Z2Z4上式就是交流电桥的平衡条件,它说明:当交流电桥达到平衡时,相对桥臂的阻抗的乘积相等。若电桥的相邻臂为纯电阻,则其它两臂必同为电感或同为电容,若电桥的相对两臂为纯电阻,则其另一对角两臂必须一为电感,另一为电容。1窗函数在时域变窄,则其频域的频带变宽_。2、周期信号的频谱具有三个特点:离散性 , 谐波性 ,收敛性。3、调制的种类有:幅度凋制(AM)、频率调制(FM) 相位调制(PM)。4、一阶系统的动特性参数是时间常数,为使动态响应快,该参数越小越好。5滤波器根据选频作用分为:低通滤波器、高通滤波器 、带通滤波器 、带阻滤波器6、电感式传感器是基于电磁感应原理;涡电流式传感器的工作原理是利用金属导体在交变磁场中的电涡流效应;压电式传感器的工作原理是利用某些材料的压电效应。7、带通滤波器的上截止频率fc1 ,下截止频率fc2,其中心频率fc=。8、频率不同的两个正弦信号,其互相关函数Rxy(η)=_0_。9、电桥按f,fc1c2
照激励电压性质不同可分为直流电桥和交流电桥。1. 二阶测试系统的频率特性不仅与固有频率有关,
测试装置在稳态下,输出信号变化量和输入信号变化量之比称之为装还受到_ 阻尼率______影响。2.
置的__灵敏度__。输出信号的拉氏变换和输入信号的拉氏变换之比称为装置的___传递函数____。输出信号的付里叶变换和输入信号的付里叶变换之比称为装置的__频率响应函数___。3. 电容器的电容量C=ε0εA/δ,极距变化型的电容传感器其灵敏度s=________。4. 涡电流式传感器的工作原理是利用金属导体在交变磁场中的__涡流____效应。光敏电阻的工作原理是基于光照射后电阻值发生改变的___光电导______效应。5. 调频波是载波____频率___随调制信号_幅值______而变。6. 数字信号是指明时间和幅值都具有_离散_______特性的信号。7. 描述非周期信号的数学工具是___傅立叶变换_。描述周期信号的数学工具是__傅立叶级数____。8. 时域扩展对应频域__压缩_____,时域乘积对应频域____卷积____。9. 自相关函数是____偶(奇或偶)函数,其最大值发生在η=_0__时刻,当时延趋于无穷大时,周期信号的自相关函数仍然是同 _周期___的___信号______。10. 能用确切数学式表达的信号称为确定性信号,不能用确切数学表达的信号称为非确定性_信号。
1、 测试系统通常由传感器、中间变换装置和显示记录装置等环节组成。
2、 傅立叶变换是将时间信号变换成频域信号,突出信号的频率特征。
3、 周期信号频谱的特点为离散性、谐波性和收敛性。
4、 各态历经随机过程任一单个样本函数的(时间)平均统计特征等于该过程的时间、集合平均统
计特征。
5、 物性型传感器是利用敏感器件材料本身物理性质的变化原理,它具有敏感度高特点,例如压电
传感器属于物性型传感器。
变气隙长度型电感传感
6、 器的灵敏度与气隙长度变化的关系为灵敏度S与气隙长度ζ的平方成反比
7、 全桥的各桥臂上各并联一只相同参数的应变片,其灵敏度不变 8、 测试系统实现不失真测试的条件测试装置的幅频特性应为常数为和相频特性应为直线。
9、 传递函数的分母取决于系统的结构 。
10、 频率不同的两个正弦信号,其互相关函数R(η)=0。 xy
11、 将信号在时域进行扩展,则信号在频域将压缩。
范文二:什么是 多普勒效应
什么是 多普勒效应
多普勒效应(Dopplereffect)是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴?约翰?多普勒(ChristianJohannDoppler)而命名的,他于1842年首先提出了这一理论。多普勒认为,物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高(蓝移(blueshift))。在运动的波源后面,产生相反的效应。波长变得较长,频率变得较低(红移(redshift))。波源的速度越高,所产生的效应越大。根据光波红/蓝移的程度,可以计算出波源循着观测方向运动的速度。恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度。除非波源的速度非常接近光速,否则多普勒位移的程度一般都很小。所有波动现象(包括光波)都存在多普勒效应。
1842年奥地利一位名叫多普勒的数学家。一天,他正路过铁路交叉处,恰逢一列火车从他身旁驰过,他发现火车从远而近时汽笛声变响,音调变尖,而火车从近而远时汽笛声变弱,音调变低。他对这个物理现象感到极大兴趣,并进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动,使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象。这就是频移现象。因为是多普勒首先提出来的,所以称为多普勒效应。
多普勒效应
多普勒效应指出,波在波源移向观察者时接收频率变高,而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。但是由于缺少实验设备,多普勒当时没有用实验验证、几年后有人请一队小号手在平板车上演奏,再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化,以验证该效应。假设原有波源的波长为λ,波速为c,观察者移动速度为v:
当观察者走近波源时观察到的波源频率为(c+v)/λ,如果观察者远离波源,则观察到的波源频率为(c-v)/λ。
一个常被使用的例子是火车的汽笛声,当火车接近观察者时,其汽鸣声会比平常更刺耳.你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。同样的情况还有:警车的警报声和赛车的发动机声。
如果把声波视为有规律间隔发射的脉冲,可以想象若你每走一步,便发射了一个脉冲,那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说,在你之前的脉冲频率比平常变高,而在你之后的脉冲频率比平常变低了。
多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于所有类型的波,包括电磁波。科学家爱德文?哈勃(EdwinHubble)使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。他发现远离银河系的天体发射的光线频率变低,即移向光谱的红端,称为红移,天体离开银河系的速度越快红移越大,这说明这些天体在远离银河系。反之,如果天体正移向银河系,则光线会发生蓝移。
在移动通信中,当移动台移向基站时,频率变高,远离基站时,频率变低,所以我们在移动通信中要充分考虑多普勒效应。当然,由于日常生活中,我们移动速度的局限,不可能会带来十分大的频率偏移,但是这不可否认地会给移动通信带来影响,为了避免这种影响造成我们通信中的问题,我们不得不在技术上加以各种考虑。也加大了移动通信的复杂性。
在单色的情况下,我们的眼睛感知的颜色可以解释为光波振动的频率,或者解释为,在1秒钟内电磁场所交替为变化的次数。在可见区域,这种效率越低,就越趋向于红色,频率越高的,就趋向于蓝色--紫色。比如,由氦--氖激光所产生的鲜红色对应的频率为4.74×10^14赫兹,而汞灯的紫色对应的频率则在7×10^14赫兹以上。这个原则同样适用于声波:声音的高低的感觉对应于声音对耳朵的鼓膜施加压力的振动频率(高频声音尖厉,低频声音低沉)。
如果波源是固定不动的,不动的接收者所接收的波的振动与波源发射的波的节奏相同:发射频率等于接收频率。如果波源相对于接收者来说是移动的,比如相互远离,那么情况就不一样了。相对于接收者来说,波源产生的两个波峰之间的距离拉长了,因此两上波峰到达接收者所用的时间也变长了。那么到达接收者时频率降低,所感知的颜色向红色移动(如果波源向接收者靠近,情况则相反)。为了让读者对这个效应的影响大小有个概念,在显示了多普勒频移,近
似给出了一个正在远离的光源在相对速度变化时所接收到的频率。例如,在上面提到的氦--氖激光的红色谱线,当波源的速度相当于光速的一半时,接收到的频率由4.74×10^14赫兹下降到2.37×10^14赫兹,这个数值大幅度地降移到红外线的频段。
在日常生活中,我们都会有这种经验:当一列鸣着汽笛的火车经过某观察者时,他会发现火车汽笛的声调由高变低.为什么会发生这种现象呢?这是因为声调的高低是由声波振动频率的不同决定的,如果频率高,声调听起来就高;反之声调听起来就低.这种现象称为多普勒效应,它是用发现者克里斯蒂安?多普勒的名字命名的,多普勒是奥地利物理学家和数学家.他于1842年首先发现了这种效应。为了理解这一现象,就需要考察火车以恒定速度驶近时,汽笛发出的声波在传播时的规律.其结果是声波的波长缩短,好像波被压缩了.因此,在一定时间间隔内传播的波数就增加了,这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因;相反,当火车驶向远方时,声波的波长变大,好像波被拉伸了。因此,声音听起来就显得低沉.定量分析得到f1=(u+v0)/(u-vs)f,其中vs为波源相对于介质的速度,v0为观察者相对于介质的速度,f表示波源的固有频率,u表示波在静止介质中的传播速度.当观察者朝波源运动时,v0取正号;当观察者背离波源(即顺着波源)运动时,v0取负号.当波源朝观察者运动时vs前面取负号;前波源背离观察者运动时vs取正号.从上式易知,当观察者与声源相互靠近时,f1>f;当观察者与声源相互远离时。f1
设声源S,观察者L分别以速度Vs,Vl在静止的介质中沿同一直线同向运动,声源发出声波在介质中的传播速度为V,且Vs小于V,Vl小于V。当声源不动时,声源发现频率为f,波长为X的声波,观察者接受到的声波的频率为:
f'=(V-Vl)V/[(V-Vs)X]=(V-Vl)f/(V-Vs)
所以得(1)当观察者和波源都不动时,Vs=0,Vl=0,由上式得f'=f
(2)当观察者不动,声源接近观察者时,观察者接受到的频率为
F=Vf/(V-Vs)显然此时频率大于原来的频率
由上面的式子可以得到多普勒效应的所有表现。
具有波动性的光也会出现这种效应,它又被称为多普勒-斐索效应.因为法国物理学家斐索(1819~1896年)于1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释,指出了利用这种效应测量恒星相对速度的办法.光波与声波的不同之处在于,光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化.如果恒星远离我们而去,则光的谱线就向红光方向移动,称为红移;如果恒星朝向我们运动,光的谱线就向紫光方向移动,称为蓝移。
声波的多普勒效应也可以用于医学的诊断,也就是我们平常说的彩超。彩超简单的说就是高清晰度的黑白B超再加上彩色多普勒,首先说说超声频移诊断法,即D超,此法应用多普勒效应原理,当声源与接收体(即探头和反射体)之间有相对运动时,回声的频率有所改变,此种频率的变化称之为频移,D超包括脉冲多普勒、连续多普勒和彩色多普勒血流图像。彩色多普勒超声一般是用自相关技术进行多普勒信号处理,把自相关技术获得的血流信号经彩色编码后实时地叠加在二维图像上,即形成彩色多普勒超声血流图像。由此可见,彩色多普勒超声(即彩超)既具有二维超声结构图像的优点,又同时提供了血流动力学的丰富信息,实际应用受到了广泛的重视和欢迎,在临床上被誉为"非创伤性血管造影"。
为了检查心脏、血管的运动状态,了解血液流动速度,可以通过发射超声来实现。由于血管内的血液是流动的物体,所以超声波振源与相对运动的血液间就产生多普勒效应。血管向着超声源运动时,反射波的波长被压缩,因而频率增加。血管离开声源运动时,反射波的波长变长,因而在单位时向里频率减少。反射波频率增加或减少的量,是与血液流运速度成正比,从而就可根据超声波的频移量,测定血液的流速。
我们知道血管内血流速度和血液流量,它对心血管的疾病诊断具有一定的价值,特别是对循环过程中供氧情况,闭锁能力,有无紊流,血管粥样硬化等均能提供有价值的诊断信息。
超声多普勒法诊断心脏过程是这样的:超声振荡器产生一种高频的等幅超声信号,激励发射换能器探头,产生连续不断的超声波,向人体心血管器官发射,当超声波束遇到运动的脏器和血管时,便产生多普勒效应,反射信号就为换能器所接受,就可以根据反射波与发射的频率差异求出血流速度,根据反射波以
频率是增大还是减小判定血流方向。为了使探头容易对准被测血管,通常采用一种板形双叠片探头。
交通警向行进中的车辆发射频率已知的超声波同时测量反射波的频率,根据反射波的频率变化的多少就能知道车辆的速度。装有多普勒测速仪的监视器有时就装在路的上方,在测速的同时把车辆牌号拍摄下来,并把测得的速度自动打印在照片上。
补充:多普勒效应也可以用波在介质中传播的衰减理论解释.波在介质中传
会出现频散现象,随距离增加,高频向低频移动. 播,
编辑词条彩超
目前,医疗领域内B超的发展方向就是彩超,下面我们来谈谈彩超的特点:
彩超简单的说就是高清晰度的黑白B超再加上彩色多普勒,首先说说超声频移诊断法,即D超,此法应用多普勒效应原理,当声源与接收体(即探头和反射体)之间有相对运动时,回声的频率有所改变,此种频率的变化称之为频移,D超包括脉冲多普勒、连续多普勒和彩色多普勒血流图像。
彩色多普勒超声一般是用自相关技术进行多普勒信号处理,把自相关技术获得的血流信号经彩色编码后实时地叠加在二维图像上,即形成彩色多普勒超声血流图像。由此可见,彩色多普勒超声(即彩超)既具有二维超声结构图像的优点,又同时提供了血流动力学的丰富信息,实际应用受到了广泛的重视和欢迎,在临床上被誉为"非创伤性血管造影"。其主要优点是:?能快速直观显示血流的二维平面分布状态。?可显示血流的运行方向。?有利于辨别动脉和静脉。?有利于识别血管病变和非血管病变。?有利于了解血流的性质。?能方便了解血流的时相和速度。?能可靠地发现分流和返流。?能对血流束的起源、宽度、长度、面积进行定量分析。
但彩超采用的相关技术是脉冲波,对检测物速度过高时,彩流颜色会发生差错,在定量分析方面明显逊色于频谱多普勤,现今彩色多普勒超声仪均具有频谱多普勒的功能,即为彩色??双功能超声。
彩色多普勒超声血流图(CDF)又称彩色多普勒超声显像(CDI),它获得的回声信息来源和频谱多普勒一致,血流的分布和方向呈二维显示,不同的速度以不同的颜色加以别。双功多普勒超声系统,即是B型超声图像显示血管的位置。多普勒测量血流,这种B型和多普勒系统的结合能更精确地定位任一特定的血管。
1.血流方向在频谱多普勒显示中,以零基线区分血流方向。在零基线上方者示血流流向探头,零基线以下者示血流离开探头。在CDI中,以彩色编码表示血流方问,红色或黄色色谱表示血流流向探头(热色);而以蓝色或蓝绿色色谱表示血流流离探头(冷色)。
2.血管分布CDI显示血管管腔内的血流,因而属于流道型显示,它不能显示血管壁及外膜。
3.鉴别癌结节的血管种类用CDI可对肝癌结节的血管进行分类。区分其为结节周围绕血管、给节内缘弧形血管。结节的流人血管、结节内部血管及结节流出血管等。
彩超的临床应用
(一)血管疾病
运用10MHz高频探头可发现血管内小于1mm的钙化点,对于颈动脉硬化性闭塞病有较好的诊断价值,还可利用血流探查局部放大判断管腔狭窄程度,栓子是否有脱落可能,是否产生了溃疡,预防脑栓塞的发生。
彩超对于各类动静脉瘘可谓最佳诊断方法,当探查到五彩镶嵌的环状彩谱即可确诊。
对于颈动脉体瘤、腹主要脉瘤、血管闭塞性脉管炎、慢性下肢静脉疾病(包括下肢静曲张、原发生下肢深静脉瓣功能不全、下肢深静脉回流障碍、血栓性静脉炎和静脉血栓形成)运用彩超的高清晰度、局部放大及血流频谱探查均可作出较正确的诊断。
(二)腹腔脏器
主要运用于肝脏与肾脏,但对于腹腔内良恶性病变鉴别,胆囊癌与大的息肉、慢性较重的炎症鉴别,胆总管、肝动脉的区别等疾病有一定的辅助诊断价值。
对于肝硬化彩超可从肝内各种血管管腔大小、内流速快慢、方向及侧支循环的建立作出较佳的判断。对于黑白超难区分的结节性硬化、弥漫性肝癌,可利于高频探查、血流频谱探查作出鉴别诊断。
对于肝内良恶性占位病变的鉴别,囊肿及各种动静脉瘤的鉴别诊断有较佳诊断价值,原发性肝癌与继发性肝癌也可通过内部血供情况对探查作出区分。
彩超运用于肾脏主要用于肾血管病变,如前所述肾动静脉瘘,当临床表现为间隔性、无痛性血尿查不出病因者有较强适应征。对于继发性高血压的常用病因之一??肾动脉狭窄,彩超基本可明确诊断,当探及狭窄处血流速大于150cm/s时,诊断准确性达98.6%,而敏感性则为100%。另一方面也是对肾癌、肾盂移行癌及良性肿瘤的鉴别诊断。
(三)小器官
在小器官当中,彩超较黑白超有明显诊断准确性的主要是甲状腺、乳腺、眼球,从某方面来说10MHz探头不打彩流多普勒已较普通黑白超5MHz,探头清晰很多,对甲状腺病变主要根据甲状腺内部血供情况作出诊断及鉴别诊断,其中甲亢图像最为典型,具有特异性,为一"火海征"。而单纯性甲状腺肿则与正常甲状腺血运相比无明显变化。亚急性甲状腺炎,桥本氏甲状腺炎介于两者之间,可借此区别,而通过结节及周围血流情况又可很好地区分结节性甲状腺肿、甲状腺腺瘤及甲状腺癌,所以建议甲状腺诊断不太明确,病人有一定经济承受能力者可做彩超进一步明确诊断。
乳腺彩超主要用于乳腺纤维瘤及乳腺癌鉴别诊断,而眼球主要对眼球血管病变有较佳诊断价值。
(四)前列腺及精囊
正因为直肠探查为目前诊断前列腺最佳方法,所以在此特地提出。此种方法探查时把前列腺分为移行区、中央区、周围区,另一部分前列腺纤维肌肉基
质区。移行区包括尿道周围括约肌的两侧及腹部,为100%的良性前列腺增生发源地,而正常人移行区只占前列腺大小的5%。中央区为射精管周围、尖墙指向精阜,周围区则包括前列腺后部、两侧尖部,为70-80%的癌发源地,而尖部包膜簿甚至消失,形成解剖薄弱区,为癌症的常见转移通道,为前列腺活检的重点区域。通过直肠探查对各种前列腺精囊腺疾病有很好的诊断价值,当配合前列腺活检,则基本可明确诊断,而前列腺疾病,特别是前列腺癌在我国发病率均呈上升趋势,前列腺癌在欧美国家发病率甚至排在肺癌后面,为第二高发癌症,而腹部探查前列腺基本无法做出诊断,所以建议临床上多运用直肠B超来诊断前列腺疾病能用直肠探查就不用腹部探查。
(五)妇产科
彩超对妇产科主要优点在于良恶性肿瘤鉴别及脐带疾病、胎儿先心病及胎盘功能的评估,对于滋养细胞疾病有较佳的辅助诊断价值,对不孕症、盆腔静脉曲张通过血流频谱观察,也可作出黑白超难下的诊断。运用阴道探头较腹部探查又具有一定的优势,它的优越性主要体现在?对子宫动脉、卵巢血流敏感性、显示率高。?缩短检查时间、获得准确的多普勒频谱。?无需充盈膀胱。?不受体型肥胖、腹部疤痕、肠腔充气等干扰。?借助探头顶端的活动寻找盆腔脏器触痛部位判断盆腔有无粘连。
范文三:什么是霍尔效应
什么是霍尔效应
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美国物理学家霍尔(Hall,Edwin Herbert,1855-1938)于1879年在实验中发现,当电流垂直于外磁场通过导体时,在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差,这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。
霍尔效应是磁电效应的一种,这一现象是霍尔(A.H.Hall,1855—1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应,而半导体的霍尔效应比金属强得多,利用这现象制成的各种霍尔元件,广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数,能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。
1( 霍尔效应
将一块半导体或导体材料,沿Z方向加以磁场B ,沿X方向通以工作电流I,则在Y方向产生出电动势Vh,如图1所示,这现象称为霍尔效应。Vh称为霍尔电压。
图1 霍尔效应原理图
实验表明,在磁场不太强时,电位差Vh与电流强度I和磁感应强度B成正比,与板的厚度d成反比,即
或
式(1)中Rh称为霍尔系数,式(2)中Kh称为霍尔元件的灵敏度,单位为mv / (mA?T)。产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子(N型半导体中的载流子是带负电荷的电子,P型半导体中的载流子是带正电荷的空穴)在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。
如图1(a)所示,一快长为l、宽为b、厚为d的N型单晶薄片,置于沿Z轴方向的磁场 中,在X轴方向通以电流I,则其中的载流子——电子所受到的洛仑兹力为
式中V为电子的漂移运动速度,其方向沿X轴的负方向。e为电子的电荷量。Fm指向Y轴的负方向。自由电子受力偏转的结果,向A侧面积聚,同时在B侧面上出现同数量的正电荷,在两侧面间形成一个沿Y轴负方向上的横向电场Eh(即霍尔电场),使运动电子受到一个沿Y轴正方向的电场力Fe,A、B面之间的电位差为Vh(即霍尔电压),则 (4)
将阻碍电荷的积聚,最后达稳定状态时有
式中
称为霍尔元件的灵敏度,一般地说, Kh愈大愈好,以便获得较大的霍尔电压Vh 。因 和载流子浓度n成反比,而半导体的载流子浓度远比金属的载流子浓度小,所以采用半导体材料作霍尔元件灵敏度较高。又因Kh和样品厚度d成反比,所以霍尔片都切得很薄,一般d?0.2mm。
上面讨论的是N型半导体样品产生的霍尔效应,B侧面电位比A侧面高;对于P型半导体样品,由于形成电流的载流子是带正电荷的空穴,与N型半导体的情况相反,A侧面积累正电荷,B侧面积累负电荷,如图1(b)所示,此时,A侧面电位比B侧面高。由此可知,根据A、B两端电位的高低,就可以判断半导体材料的导电类型是P型还是N型。
由(7)式可知,如果霍尔元件的灵敏度Rh已知,测得了控制电流I和产生的霍尔电压Vh ,则可测定霍尔元件所在处的磁感应强度为
高斯计就是利用霍尔效应来测定磁感应强度B值的仪器。它是选定霍尔元件,即Kh已确定,保持控制电流I不变,则霍尔电压Vh与被测磁感应强度B成正比。如按照霍尔电压的大小,预先在仪器面板上标定出高斯刻度,则使用时由指针示值就可直接读出磁感应强度B值。
由(7)式知
因此将待测的厚度为d的半导体样品,放在均匀磁场中,通以控制电流I,测出霍尔电压 ,再用高斯计测出磁感应强度B值,就可测定样品的霍尔系数 。又因
(或 ),故可以通过测定霍尔系数来确定半导体材料的载流子浓度n(或p)(n和p分别为电子浓度和空穴浓度)。
严格地说,在半导体中载流子的漂移运动速度并不完全相同,考虑到载流子速度的统计分布,并认为多数载流子的浓度与迁移率之积远大于少数载流子的浓度与迁移
率之积,可得半导体霍尔系数的公式中还应引入一个霍尔因子Rh,即普通物
理实验中常用N型Si、N型Ge、InSb和InAs等半导体材料的霍尔元件在室温
下测量,霍尔因子,所以
范文四:什么是焚风效应
什么是焚风效应和雨影效应?
(2008-10-18 13:46:00)
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杂谈
雨影效应:山脉高峻能阻隔季风,形成雨影效应。在迎风坡一面降水增多,背风坡降水较少
焚风效应:气流翻过山岭时在背风坡绝热下沉而形成干热的风。J.汉恩是最先解释并研究了这种现象。当气流经过山脉时,沿迎风坡上升冷却,在所含水汽达饱和之前按干绝热过程降温,达饱和后,按湿绝热直减率降温,并因发生降水而减少水分。过山后空气沿背风坡下沉,按干绝热直减率增温,故气流过山后的温度比山前同高度上的温度高得多,湿度也显著减少。亚洲的阿尔泰山、欧洲的阿尔卑斯山、北美的落基山东坡等都是著名的焚风出现区。中国不少地区有焚风,比较明显的如天山南坡,太行山东坡,大兴安岭东坡的焚风现象,其增温影响甚至在多年月平均气温直减率上也可促使作物、水果早熟,强大的焚风可造成干热风害和森林火灾。冬季强焚风可引起山区雪崩等。
焚风, 其英文名称直接借用德文源词,最早是指气流越过阿尔卑斯山后在德国、奥地利和瑞士山谷的一种热而干燥的风。实际上在世界其他地区也有焚风,如北美的落基山、中亚西亚山地、高加索山、中国新疆吐鲁番盆地,甚至太行山东麓也曾出现过焚风
焚风的概念
焚风(Föhn wind)是出现在山脉背面,由山地引发的一种局部范围内的空气运动形式——过山气流在背风坡下沉而变得干热的一种地方性风。焚风往往以阵风形式出现,从山上沿山坡向下吹。焚风这个名称来自拉丁语中的favonius(温暖的西风),德语中演变为Föhn,最早主要用来指越过阿尔卑斯山后在德国、奥地利谷地变得干热的气流。
焚风的别名
在世界各地山脉几乎都有类似的风,对类似的现象还有类似的地区性的称呼,比如在智利的安第斯山脉这样的焚风被称为帕尔希风(Puelche),在阿根廷同样的焚风被称为Zonda,美国落基山脉东侧的焚风叫钦诺克风(Chinook),在加利福尼亚州南部被称为圣安娜风(Santa Ana),在墨西哥被称为仓裘风(Chanduy)。此外在其它许多地区还有许多不同的称呼。
布拉风是一种类似焚风的冷风,布拉风的名字来源于克罗地亚和黑山的爱琴海岸。
分布与作用
一般来说,在中纬度相对高度不低于800~1000米的任何山地都会出现焚风现象,甚至更低的山地也会产生焚风效应。1956年11月13、14日太行山东麓石家庄气象站曾观测到在短时间内气温升高10.9?的焚风现象。焚风可以促进春雪消融,作物早熟;同时,也易引起森林火灾、干旱等自然灾害。
“焚风”在世界很多山区都能见到,但以欧洲的阿尔卑斯山,美洲的落基山,原苏联的高加索最为有名。阿尔卑斯山脉在刮焚风的日子里,白天温度可突然升高20?以上,初春的天气会变得像盛夏一样,不仅热,而且十分干燥,经常发生火灾。强烈的焚风吹起来,能使树木的叶片焦枯,土地龟裂,造成严重旱灾。
焚风有时也能给人们带来益处。北美的落基山,冬季积雪深厚,春天焚风一吹,不要多久,积雪会全部融化,大地长满了茂盛的青草,为家畜提供了草场,因而当地人把它称为“吃雪者”。程度较轻的焚风,能增高当地热量,可以提早玉米和果树的成熟期,所以原苏联高加索和塔什干绿洲的居民,干脆把它叫做“玉蜀黍风”。
在中国,焚风地区也到处可见,但不如上述地区明显。如天山南北、秦岭脚下、川南丘陵、金沙江河谷、大小兴安岭、太行山下、皖南山区都能见到其踪迹。焚风的形成
焚风是如何形成的呢,气象专家介绍,焚风是山区特有的天气现象。它是由于气流越过高山后下沉造成的。当一团空气从高空下沉到地面时,每下降1000米,温度平均升高6.5摄氏度。这就是说,当空气从海拔四千至五千米的高山下降至地面时,温度会升高20摄氏度以上,使凉爽的气候顿时热起来,这就是“焚风”产生的原因。上面提到的台湾台东市焚风,它的形成就是西南气流在越过中央山脉后,湿气遭到阻挡,水汽蒸发从而形成了干热的焚风。
造成的灾害
焚风的害处很多。它常常使果木和农作物干枯,降低产量,使森林和村镇的火灾蔓延并造成损失。十九世纪,阿尔卑斯山北坡几场著名的大火灾,都是发生在焚风盛行时期的。焚风在高山地区可大量融雪,造成上游河谷洪水泛滥;有时能引起雪崩。如果地形适宜,强劲的焚风又可造成局部风灾,刮走山间农舍屋顶,吹倒庄稼,拔起树木,伤害森林,甚至使湖泊水面上的船只发生事故。
2002年11月14日夜间,焚风在奥地利部分地区形成强烈风暴,并以高达160公里的时速袭击了所有农田和村庄。焚风暴所过之处,数百栋民房屋顶被风刮跑或压垮,许多大树被连根拔起或折断,电力供应和电话通讯中断,公路铁路交通受阻。此次焚风造成二人丧生,以及数百万欧元经济损失。
2004年5月11日,台湾的台东市刮起焚风,40.2摄氏度的高温创下了台东百年纪录。当日中午12时57分,台东市区突然刮起强烈的焚风,室内外温度如烤箱般急速上升。至13时14分,气温飙升到40.2摄氏度,当地居民苦不堪言。有些民众打开冷气,躲在屋内,有些民众带着小孩,跑到郊外清澈的溪流里消暑。农民们更是叫苦连天,因为最怕热的荖叶和茶树在劲吹的焚风中慢慢枯萎。
在高山地区,焚风还会造成融雪,使上游河谷洪水泛滥,有时还会导致雪崩。
此外,焚风天气出现时,许多人会出现不适症状,如疲倦、抑郁、头痛、脾气暴躁、心悸和浮肿等。医学气象学家认为,这是由焚风的干热特性以及大气电特性的变化对人体影响引起的。当然,焚风有时也能带来益处。如北美的落基山,冬季积雪深厚,春天焚风一吹,积雪很快消融,雪水使大地长满茂盛的青草,为家畜提供了草场,因而当地人把焚风称为“吃雪者”。一些程度较轻的焚风,能增高当地热量,提早玉米和果树的成熟期,如前苏联高加索和塔什干绿洲的居民,便把焚风称为“玉蜀黍风”。
热力学理论解释
按照热力学理论焚风与其它风一样是由于气压不同而形成的,山背风面的气压低。在迎风面空气上升,温度干绝热下降(随气压的下降温度下降,热量不散发),这个下降速度约为每上升100米气温下降1摄氏度。当气温下降到露点时空气的相对湿度达到100%,在这种情况下空气继续上升就开始进入湿绝热降温的过程了。在这个过程中水不断凝结出来,而空气的相对湿度保持在100%。这个过程中气温下降的速度为约0.6度/100米。凝结出来的水在山的迎风面形成云,假如空气继续不断上升会产生雨和雪。从山的背风面看上去可以看到山脊上形成一堵云墙,而它的后面则是蓝天。假如焚风非常强的话,也有可能将降雨区带道背风面。
在山脊背后空气开始下降,按照这个理论空气下降的原因是山两边的气压差。在下降过程中空气隔热升温(随气压上升而温度上升,不吸收热),但由于空气的相对湿度随温度上升而下降,这个升温过程完全是干的,没有水蒸发的过程,因此升温的速度是1度/100米,比空气在迎风面上升时要高。同时空气的相对湿度不断降低,造成了干燥的热风。
热力学理论的缺陷
热力学理论非常形象地解释了焚风形成的原因,因此它也常常被列入教科书中。但是这个理论有许多不足之处,比如:
1. 有时焚风在迎风面没有形成云或降水的情况下也会形成;
2. 有时迎风面上升的空气并不是在背风面下降的空气,有时迎风面上升的空气甚至会流回。
此外热空气下降也是一个不容易理解的事
动力学理论解释
虽然空气是气体,但是有时空气也显示出液体的特性。在许多情况下空气中会形成大气波。大气波是许多不同的力,比如大气压力差、科里奥利力、引力和阻力相互影响造成的。在许多大气不稳定状态下会有大气波产生。今天对焚风的解释主要是一个流体力学的动态学理论。
福禄数
最好的焚风的解释是一个三维的流体力学模型,在这个模型里山谷起一个重要的作用。山谷造成的横向的压缩对于焚风的形成是非常关键的。
在这个模型中福禄数F是一个关键的数据。这个数体现出一个流体系统中惯性力与重力之间的关系。
? F=1的流体称为临界流,在这种情况下产生地形波的可能性非常高
? F<1的流体称为亚临界流,气流无法越过障碍物>1的流体称为亚临界流,气流无法越过障碍物>
? F>1的流体称为超临界流,气流没有大的震荡就可以越过障碍物
1. 亚临界流里的惯性力占支配地位,在障碍物前流体升高,流速降低,流体的动力能转化为势能。流体越过障碍物后势能又回转为动能,流体的流速沿障碍物向下加快
2. 超临界流里流体在障碍物上方被压缩,流体的流速因此加快,它的势能转化为动能,在越过障碍物后它的动能回转为势能
假如气流获得足够的加速度,以及阻挡气流的障碍物足够大,所以气流被足够强地压缩的话,那么本来的亚临界流可以变成超临界流,在障碍物的背风面这个超临界流就会以极高的速度冲下山坡。冲下山坡后它会遇到山坡下本来处于亚临界流的气流,从而又转变为亚临界流,这个转变是一个断续过程,在超临界流和亚临界流之间会造成激波。这个激波现象实际上每个人都观察到过:水龙头里
的水高速冲击到面盆里后会以超临界流的方式向四方冲流,这个冲流是相当平的,其中几乎没有漩涡。但是冲到了一定的距离后它会遇到周围的亚临界流流体,造成一个几乎圆形的激波,这个激波里有非常激烈的漩涡。大气里的气流也是这样的。不同的是,水流在从超临界流过渡到亚临界流时会将其动能施放为热能,而气流则保存这个动能,将它转化为内能。刮焚风的时候可以测量到与上述水龙头的例子相似的漩涡,说明在刮焚风时地确有超临界流存在。
驻波
山等地面障碍物可以在大气中导致地形波。地形波是一种重力波。假如在高空有比较密集的气流(比如因为山的影响),它们会受重力影响下沉,由于惯性的作用会下沉到周围空气比它密集的地方,这样它会受浮力上升,又由于惯性的作用上浮到周围空气比它疏散的地方,再次下沉。这样的地形波的三维形状不变,但波内的气流是在不断流动的,因此它是一种驻波。
缺口动态
缺口动态是焚风中的一个关键元素。假如一座山脉的山脊到处一样高的话,那么这个问题是一个二维的问题,但是几乎所有有强的焚风的山脉比如卡斯凯德山脉、喜马拉雅山脉、阿尔卑斯山脉等都有通风的山谷。假如气流的福禄数不足以使得气流越过山脊的话,那么气流会通过这些山谷流过。
今天的解释焚风是这样的:一开始的时候在山脉的两侧和周围的气象条件是一个几乎平行的逆温气象。一个低压靠近山脉的一侧(背风侧),开始吸引山脉这一侧的地面冷空气,并通过山谷吸引迎风侧的地面冷空气和山上的热空气。山谷里的气流速度不断提高。假如低压的吸引力足够强的话,那么在山谷周围迟早会形成超临界流,山谷对气流的压缩更加加强这个效应。很快山谷里的气流就达到了其最高速度。上方的热空气也被吸引下沉,在背风的山坡上会形成超临界流。这个效应不断向山脊扩展,最后整个山脊上都会形成超临界流。焚风从山谷开始,扩展到整个山脊。
“梵风”是一种由高原或山脉吹向低地的风,“梵风效应”主要表现为气流下层绝热增温,而且是又干又热。
在山区,有时会产生一种奇怪的天气现象,在高山背风玻的山麓地带形成一股干燥而炎热的下沉气流,使农作物干枯或者死亡,甚至还能引起森林火灾。气象学上称这种气流为焚风,称这种现象为焚风现象。
焚风是怎样形成的呢,这是由于比较潮湿的空气在迎风山坡上升时,水汽凝结成云雨,到山顶后空气已变得比较干燥,然后沿着背风坡下沉增温,此时空气便变得更加干燥和炎热,这股又干又炎热的气流便是焚风。例如,有一潮湿气团在山的迎风坡上升时温度为15?,越过一座相对高度为4000米的山脉。如果水汽的凝结高度为1000米,在凝结高度以下,气流上升其温度逐渐降低,每上升100米,约下降 1.0?(气象学上称之为干绝热递减),当气流升到 1000米时,这
时空气温度只有 5.0?。以后再上升,因水汽凝结要放出潜热能,上升气流温度降低将减慢,每上升 100米,温度约降低0.6?(湿绝热递减)。这样气流升到了 4000米处,其温度降为-13.0?。当上升气流中水汽大部分或全部凝结并降落在山的迎风面以后,便成为比较平的空气,它在山脊的背风面按干绝热递增率下沉增温,即每下降 100米大约要升高1(0?。所以当气流下沉到山谷时,它的温度可达27C(即- 13.O,40.0C=27.O?),比迎风面上同一高度处的温度增高了12(OC,加之此时空气干燥,气流就变成了干热气流,这种干热气流也称为焚风效应。
我国境内高山峻岭很多,不少地方会出现焚风现象。例如河北省石家庄地区,位于太行山东麓,海拔高度相差1000米以上,当气流越过太行山下降时,石家庄地区常出现焚风效应,日平均气温比正常时偏高10?以上,有时比离山麓较远的东南部市县(无焚风效应地区)要高出10?以上。
范文五:什么是双耳效应
耳朵是用来听声音的(如图1)。既然一只耳朵就能够听见声音。为什么要用两只耳朵听声音呢? 头的形状像一个球体。两只耳朵对称地位于头的两侧。如果声音不是来自听者的正前方或正后方。声音到达两耳的时间、响度等就会有细微差异,人们把这种细微的差异与原来存储于大脑中的听觉经验进行比较。就可以辨别出声音的方位了。例如。当有人叫你时,你感受到某方位传来的声波。就会把头转向那个方向。但如果把一只耳朵捂住。只用另一只耳朵听声音。就不能够辨别声源的方位了。这种现象叫作“双耳效应”。这是人耳的神奇功能! 由于人们左、右耳之间有一定的距离。除了来自正前方和正后方的声音之外。从其他方向传来的声音到达两耳的时间并不相等。如图2。声源在右方。右耳离声源近。右耳先听到声音,左耳后听到声音,从而造成了时间差。声源越是偏向一侧。时间差也越大。人耳根据时间差。即可辨别声源方位。时间差别越大。越易辨别声源方位。大象的两只耳朵间的距离比人大得多。所以大象的双耳效应更明显! 另外。由于能量在传递过程中会有损失,所以不在正前方或正后方的声音到达两耳的响度也是不同的。如图2。声源在右方。则右耳听到的声音就比左耳听到的强。根据声音到达两耳的响度的差别。人就能辨别声源的方位。 声音是一种波。它以疏密相间的波动形式向前传播。声音在空间不同位置的振动步调是不同的。如果声源不在正前方或者正后方,同一个声音到达两耳的时间会不同。振动步调就会不同(除非刚好相距一个波长)。耳朵内的鼓膜会随声波振动而振动的。振动的步调差就会引起方向感。 但是。如果声源来自听者的正前方或正后方,声音到达听者两只耳朵的距离相等。时间、响度及振动步调都基本相同。所以人耳对正前方或正后方声源方位的分辨能力低一些。这是人们双耳效应的缺点。 有些动物的双耳位置不完全对称。就没有人的双耳效应的缺点。例如,猫头鹰(如图3)的两只耳朵一高一低。即使老鼠在正前方活动发声。声音到达两耳朵的时刻也有先后。响度也不相同。猫头鹰可以凭借这种差异确定老鼠的位置。 责任编辑 林洋
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