Doppleranalyysi

Doppleranalyysi on mittaus- ja tulkintamenetelmä, jolla tutkitaan liikettä ja nopeuksia taajuusmuutosten kautta syntyvien Doppler-efektien perusteella. Kun aallonlähde ja vastaanotin liikkuvat suhteessa toisiinsa, havaittu taajuus poikkeaa alkuperäisestä taajuudesta. Tämä taajuusmuutos on suhteessa kohteen nopeuteen, suuntaan sekä aallon kulkuun ja medioon.

Perusperiaate: Dopplerin ilmiö kertoo, että taajuus, jonka havaitaan vastaanotettavan aallon komponentissa, muuttuu kohteen liikkuessa. Esimerkiksi takaisinheijastuvassa signaalissa taajuusmuutos Δf on noin proportionalinen kohteen nopeuden v ja alkuperäisen taajuuden f0 kanssa, sekä riippuu kulmasta θ ja medioon kuuluvasta nopeudesta c (esim. ääni- tai valottomedialla). Usein käytetty muoto on Δf ≈ (2 f0 v cos θ)/c pulssidopplerissa tai CW-Dopplerissa.

Menetelmät ja tulkinta: Doppler-analyysi voidaan toteuttaa kontinuaalisesti (continuous wave, CW) tai pulssidopplerina, jolloin voidaan erotella eri etäisyyksiltä tulevat signaalit. Signaaleista tehdään usein spektrianalyysejä (esim. Fourier- tai spektrogrammi) sekä aikaintervalli- ja kvantitatiivisia virtausarvioita. Yleisimmät sovellukset lääketieteessä (color Doppler, pulsed wave Doppler, tissue Doppler), mutta sitä käytetään myös meteorologiassa (radaaritutkijat tuulen nopeudet) ja valvonta- sekä teollisuusmittauksissa.

Sovellukset ja rajoitteet: Doppleranalyysi tuottaa kohteen liikkeen nopeuden tai virtausnopeuden suuruuden sekä suunnan suhteessa havaitsijaan. Se antaa vain linjakohtaisen nopeuden, ja tulkinta vaatii geometriaa sekä väliaineen ominaisuuksia. Rajoituksia ovat kulma-epävarmuudet, aliaseeraus pulssidopplerissa ja signaalin laadun vaikutus.

Kehitys ja tulevaisuus: Uudet tekniikat, kuten vector- ja 3D-Doppler sekä korkean resoluution ilmaisimet, parantavat liikkuvan kohteen nopeus- ja suunnanselvyyttä sekä mahdollistavat monimutkaisempien virtauksen kuvauksen.