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超音波ドップラー周波数シフト計算

この超音波ドップラー周波数シフト計算機は、移動する対象で超音波が反射したときに生じる符号付きの周波数変化を求めます。低速近似の式 delta f = 2 f0 v cos(theta) / c を使用します。係数2は、トランスデューサーから対象までの往路と、エコーが戻る復路を表します。送信周波数、対象速度、伝搬速度、ビーム角度を入力すると、シフト、その絶対値、反射周波数の近似値を確認できます。

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反射超音波のドップラーシフトが2倍になる理由

反射を利用する超音波測定は、移動音源を聴取者が受ける片道だけの例とは異なります。まず、移動対象が入射波を受ける周期が変化します。次に、その対象が移動反射体としてエコーをトランスデューサーへ返すため、もう一度変化が加わります。対象速度が音速より十分小さい通常の条件では、両方の効果が delta f = 2 f0 v cos(theta) / c にまとめられます。f0 は送信周波数、v は符号付き対象速度、theta はビームと運動方向の角度、c は媒質中の伝搬速度です。係数2を省くと片道しか表現できず、予測シフトは本来の半分になります。正の速度はトランスデューサーへ近づく運動を表し、戻る周波数を上げます。負の速度は遠ざかる運動を表します。本計算機は方向を除いた絶対値も返します。この式は c に比べて速度が小さい対象によるコヒーレント反射の工学的近似であり、厳密な相対論的ドップラー式でも、多数の散乱体が作る分布スペクトルのモデルでもありません。

周波数、速度、角度の単位をそろえてください

周波数はヘルツ、対象速度と波の速度はメートル毎秒で入力してください。伝搬速度の既定値は 1540 m/s で、軟部組織に広く使われる公称近似値です。ただし実際の速度は物質や条件に依存するため、測定値や仕様値がある場合は置き換えてください。速度には符号があり、トランスデューサーへ近づく場合は正、遠ざかる場合は負です。角度は超音波ビームと対象の運動方向の間で測ります。0度では余弦が1となり、軸方向速度の全体がシフトに寄与します。60度では半分、90度では理想的な軸方向成分が0になります。角度を0度から90度に限定することで、この符号規約を明確にしています。結果の beam_velocity_m_s は v cos(theta) なので、最終周波数を判断する前に射影成分を確認できます。reflected_frequency_hz は送信周波数に符号付きシフトを加えた値です。単位は自動判定されません。たとえば 5 MHz は 5000000 Hz として入力してください。センチメートル毎秒も自動変換されません。

結果の読み方とモデルの限界

主要な出力 doppler_shift_hz は運動方向を符号として保持します。正の値は送信周波数より高いエコー、負の値は低いエコーを示します。shift_magnitude_hz は符号を除き、帯域幅の設計や比較に利用できます。direction は方向を要約し、round_trip_factor は往復の両経路を計算したことを示します。計算は決定論的で、ネットワーク、乱数、時計を使用しません。同じ入力ならブラウザーと API で同じ丸め済み JSON が返ります。成功した API リクエストの料金は $0.002 です。検証に失敗した入力は有効な計算ではありません。結果は単一の速度成分に対する理想的なシフトとして扱ってください。実際の医療装置や非破壊検査装置では、多数の散乱体、有限のビーム幅、スペクトル拡散、屈折、減衰、雑音、角度誤差により幅のあるシフトが観測されます。特に90度付近では角度誤差の影響が大きくなります。本計算機は血流量の推定、診断、エイリアシング補正、パルス反復周波数の選定を行わず、校正済み装置の代替にもなりません。式の確認、テストデータ作成、帯域幅の概算、既知条件との整合性確認にご利用ください。

活用例

医療超音波の演習を確認する

トランスデューサー周波数、血流速度、組織内音速、入射角から、運動の符号を保った理想的なシフトを確認できます。

非破壊検査のエコーを見積もる

音響伝搬速度が既知の材料内で、移動境界面や対象から反射する周波数変化を計算できます。

再現可能な信号処理テストを作る

復調、方向判定、角度補正、帯域幅しきい値を検証する単体テスト向けに、安定した期待シフトを生成できます。

よくある質問

超音波ドップラー式に係数2があるのはなぜですか？

対象は入射経路で周波数変化を受け、トランスデューサーは反射経路でもう一度変化を受けます。対象速度が音速より十分小さい場合、両者が係数2としてまとまります。

対象速度にはどの符号を使いますか？

対象がトランスデューサーへ近づく場合は正、遠ざかる場合は負にしてください。計算結果のシフトも同じ符号になります。

ドップラー角度とは何ですか？

超音波ビームと速度方向の間の角度です。v cos(theta) を使うため、0度でシフトが最大となり、90度では理想的に0となります。

軟部組織にはどの音速を使えばよいですか？

既定値は一般的な公称近似値 1540 m/s です。精度が必要な場合は、測定済みまたは用途固有の伝搬速度をご使用ください。

送信周波数をメガヘルツで入力できますか？

先にヘルツへ変換してください。たとえば 5 MHz は 5000000 と入力します。シフトと反射周波数もヘルツで返されます。

この計算機の料金はいくらですか？

ブラウザーでは無料で実行できます。成功した API リクエスト1回の料金は $0.002 です。

開発者向け — APIアクセス

このページの機能はすべてAPIからも利用できます。自社システムに組み込みたいチーム向けのセクションです。それ以外の方は上のツールをそのままお使いください。

エンドポイント

POSThttps://api.kit.forhosting.com/optics/ultrasound-doppler-shift

Bearerトークンで認証し、POST1回でタスクをキューに登録します。結果はWebhookまたは署名付きリンクで受け取れます。

お使いのスタックから呼び出す

curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/optics/ultrasound-doppler-shift \
  -H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"frequency":5000000,"velocity":0.5}'

const res = await fetch("https://api.kit.forhosting.com/optics/ultrasound-doppler-shift", {
  method: "POST",
  headers: {
    "Authorization": `Bearer ${process.env.KIT_KEY}`,
    "Content-Type": "application/json"
  },
  body: JSON.stringify({
    "frequency": 5000000,
    "velocity": 0.5
  })
});
const { task_id } = await res.json();

import os, requests

res = requests.post(
    "https://api.kit.forhosting.com/optics/ultrasound-doppler-shift",
    headers={"Authorization": f"Bearer {os.environ['KIT_KEY']}"},
    json={
    "frequency": 5000000,
    "velocity": 0.5
},
)
task_id = res.json()["task_id"]

<?php
$res = file_get_contents("https://api.kit.forhosting.com/optics/ultrasound-doppler-shift", false, stream_context_create([
  "http" => [
    "method"  => "POST",
    "header"  => "Authorization: Bearer " . getenv("KIT_KEY") . "\r\nContent-Type: application/json",
    "content" => '{"frequency":5000000,"velocity":0.5}',
  ],
]));
$task = json_decode($res, true);

body := bytes.NewBufferString(`{"frequency":5000000,"velocity":0.5}`)
req, _ := http.NewRequest("POST", "https://api.kit.forhosting.com/optics/ultrasound-doppler-shift", body)
req.Header.Set("Authorization", "Bearer "+os.Getenv("KIT_KEY"))
req.Header.Set("Content-Type", "application/json")
res, _ := http.DefaultClient.Do(req)

リクエスト例

{
  "frequency": 5000000,
  "velocity": 0.5
}

レスポンス例

{
  "task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
  "type": "optics.ultrasound_doppler_shift",
  "status": "queued",
  "_links": {
    "result": "/tasks/tsk_…/result"
  }
}

非同期APIです。task_idは即時に返ります。ポーリングは1秒あたり1リクエストまでです。

料金

1リクエストあたり$0.002

単価はすべて公開しています。トークン換算や独自クレジットはありません。失敗したタスクは課金されません。

エラー

HTTP	コード	意味
`401`	`unauthorized`	APIキーが無効か、指定されていません。Authorizationヘッダーを確認してください。
`402`	`insufficient_balance`	残高が不足しています。チャージ後に再度お試しください。
`404`	`unknown_type`	指定されたタスクタイプは存在しません。タイプ名を確認してください。
`429`	`rate_limited`	リクエストが多すぎます。しばらく待ってから再度お試しください。

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