Εάν είστε μηχανικός ή φοιτητής μηχανικής, ξέρετε τι είναι τα κύματα.
Τα κύματα αποτελούν σημαντικό μέρος πολλών από τις τεχνολογίες που χρησιμοποιείτε καθημερινά, από τα ραδιοσήματα μέχρι την απεικόνιση υπερήχων.
Αλλά έχετε σκεφτεί ποτέ τι κάνουν αυτά τα κύματα καθώς απομακρύνονται από το σημείο που ξεκινούν; Εδώ μπαίνει η ιδέα της εξάπλωσης δοκών.
Η διασπορά δέσμης είναι η γωνία με την οποία μια ηλεκτρομαγνητική ή ακουστική δέσμη απομακρύνεται από τον κεντρικό άξονά της καθώς κινείται μέσα από ένα υλικό.
Η κατανόηση της εξάπλωσης δέσμης είναι σημαντική για το σχεδιασμό και την καλύτερη χρήση πολλών μηχανικών συστημάτων, όπως φωτισμού, σόναρ και λέιζερ.
Έτσι, θα μιλήσω για την εξάπλωση δοκών και γιατί είναι σημαντική στον τομέα της μηχανικής σε αυτό το άρθρο.
Εισαγωγή στο Beam Spread
Επίσημος ορισμός:
Η γωνία απόκλισης από τον κεντρικό άξονα μιας ηλεκτρομαγνητικής ή ακουστικής δέσμης καθώς ταξιδεύει μέσα από ένα υλικό.
Η διασπορά δέσμης είναι η ποσότητα που μια ηλεκτρομαγνητική ή ακουστική δέσμη απομακρύνεται από τον κεντρικό άξονά της καθώς κινείται μέσα από ένα υλικό.
Συνήθως μετριέται σε μοίρες και δείχνει πόσο πλάτος είναι η δέσμη από την πηγή σε μια ορισμένη απόσταση.
Στη μηχανική, η εξάπλωση δέσμης είναι μια σημαντική ιδέα που βοηθά να καταλάβουμε πόσο ισχυρό και προς ποια κατεύθυνση είναι το φως, ο ήχος και τα ραδιοκύματα.
Απλώνεται Δοκός στο Φωτισμό
Στον φωτισμό, η διασπορά δέσμης είναι ένας τρόπος για να μετρήσετε πόσο μακριά πηγαίνει το φως από μια πηγή με ανακλαστήρα, όπως ένας λαμπτήρας.
Μετρά πόσο φαρδιά είναι η δέσμη, κάτι που είναι σημαντικό να γνωρίζετε εάν θέλετε να αποφασίσετε πόσο φως θα λάμπει σε ένα αντικείμενο ή επιφάνεια.
Ανάλογα με το πόσο μεγάλο είναι, οι λαμπτήρες ανακλαστήρα έχουν είτε σποτ είτε ευρεία δέσμη.
Το πλάτος της δοκού είναι αυτό που κάνει μια δέσμη σημείων διαφορετική από μια δέσμη πλημμύρας.
Χρησιμοποιήστε αυτόν τον απλό τύπο για να βρείτε το πλάτος μιας δέσμης φωτός από μια δεδομένη απόσταση: Διάδοση δέσμης = Γωνία δέσμης x.018 x Απόσταση.
Για παράδειγμα, εάν θέλετε να μάθετε πόσο μακριά θα φτάσει το φως ενός προβολέα 120 μοιρών από 15 πόδια μακριά, μπορείτε απλώς να συνδέσετε τους αριθμούς σε αυτόν τον τύπο.
Τα σποτ και τα φώτα καταιγίδας περιγράφονται συχνά από τους κατασκευαστές με ελαφρώς διαφορετικούς τρόπους.
Γνωρίζοντας πώς λειτουργεί η διασπορά δέσμης θα σας βοηθήσει να επιλέξετε το σωστό εξωτερικό φως για το έργο σας.
Για μεγαλύτερες αποστάσεις, μια στενότερη δέσμη που πηγαίνει πιο μακριά θα λειτουργήσει καλύτερα.
Εάν θέλετε να χρησιμοποιήσετε φώτα μεγαλύτερης δέσμης για να δημιουργήσετε μια ατμόσφαιρα, η απόσταση μεταξύ των φώτων πρέπει να είναι ίση ή μεγαλύτερη από τη διάμετρο της διάδοσης της δέσμης του φωτός.
Εξάπλωση δέσμης σε ακουστικά κύματα
Η εξάπλωση της δέσμης μπορεί επίσης να συμβεί σε μετατροπείς υπερήχων, όπου μετράται ως η γωνία μεταξύ του κύριου λοβού της ηχητικής δέσμης στο μακρινό πεδίο και του ίδιου του κύριου λοβού.
Η απόκλιση δέσμης είναι ένας άλλος τρόπος για να μετρήσετε πόση ηχητική ενέργεια εξαπλώνεται καθώς απομακρύνεται από την πηγή της.
Εξαρτάται πολύ από το πόσο συχνά χρησιμοποιείται ο μορφοτροπέας και πόσο μεγάλος είναι.
Μια μικροεφαρμογή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ληφθεί μια χονδρική εκτίμηση της γωνίας απόκλισης δέσμης, η οποία είναι η μισή της γωνίας διασποράς δέσμης.
Αυτό γίνεται λαμβάνοντας υπόψη τη διάμετρο (D), τη συχνότητα (F) και την ταχύτητα του ήχου (V) σε υγρό ή στερεό μέσο.
Γιατί το Beam Spread δεν είναι γέλιο στη μηχανική
Ακόμα είναι δύσκολο να το καταλάβεις; Να αλλάξω λίγο την άποψη:
Ποιος πρέπει να ανησυχεί για ενοχλητικά πράγματα όπως η εξάπλωση της δέσμης; Απλώς αφήστε το φως ή τα ηχητικά σας κύματα να πετάξουν θέλοντας και μη και ελπίζετε για το καλύτερο! Τελικά, ποιος χρειάζεται ακρίβεια ή ακρίβεια στις εφαρμογές μηχανικής, σωστά;
Φυσικά, αυτό δεν ισχύει καθόλου, όπως γνωρίζει κάθε μηχανικός ή φοιτητής μηχανικός.
Κατά το σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση διαφορετικών τεχνολογιών, η διασπορά δέσμης είναι ένα από τα πιο σημαντικά πράγματα που πρέπει να σκεφτείτε.
Αλλά μερικές φορές χρειαζόμαστε λίγο ειρωνικό χιούμορ για να καταλάβουμε πόσο σημαντική είναι μια έννοια όπως το beam spread.
Τώρα ας επιστρέψουμε στην εξήγηση.
Παράγοντες που επηρεάζουν την εξάπλωση δοκών
Τα πράγματα που επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο εξαπλώνονται τα ηλεκτρομαγνητικά και ακουστικά κύματα εξαρτώνται από τον τύπο του υλικού μέσα στο οποίο ταξιδεύουν.
Όταν επιλέγετε έναν μορφοτροπέα για υπερήχους, η γωνία δέσμης είναι ένα σημαντικό πράγμα που πρέπει να σκεφτείτε.
Η εξάπλωση της δέσμης κάνει τις αντανακλάσεις λιγότερο δυνατές επειδή η ηχητική ενέργεια απλώνεται σε μεγαλύτερη περιοχή.
Η συχνότητα και η διάμετρος του μορφοτροπέα έχουν να κάνουν πολύ με το πόσο φαρδιά είναι η δέσμη.
Όταν χρησιμοποιείται μορφοτροπέας χαμηλής συχνότητας, η διασπορά δέσμης είναι ευρύτερη από ό,τι όταν χρησιμοποιείται μορφοτροπέας υψηλής συχνότητας.
Καθώς η διάμετρος του μορφοτροπέα μεγαλώνει, η εξάπλωση της δέσμης θα συρρικνωθεί.
Όταν οι ηχητικές δέσμες δεν εξαπλώνονται, ο ρυθμός με τον οποίο εξαπλώνονται καθορίζεται από τον συντελεστή περίθλασης D, ο οποίος σχετίζεται με την καμπυλότητα της επιφάνειας της ισοσυχνότητας.
Η επιλογή του μορφοτροπέα έχει μεγάλη επίδραση στην ευαισθησία, την ανάλυση, τη διείσδυση και την εξάπλωση της δέσμης.
Η αλλαγή της συχνότητας λειτουργίας ή της κυματομορφής έχει μικρό αποτέλεσμα.
Παράγοντες που επηρεάζουν την εξάπλωση της δέσμης σε κύματα φωτός
Διάθλαση είναι αυτό που συμβαίνει όταν ένα φωτεινό κύμα μετακινείται από το ένα υλικό στο άλλο και αλλάζει ταχύτητα και κατεύθυνση.
Το πόσο κάμπτεται το φωτεινό κύμα εξαρτάται από τη γωνία με την οποία προσκρούει στην επιφάνεια και από τους δείκτες διάθλασης των δύο υλικών.
Ο δείκτης διάθλασης δείχνει πόσο ένα υλικό επιβραδύνει το φως σε σύγκριση με το κενό.
Όταν το φως διέρχεται από ένα πρίσμα, κάμπτεται δύο φορές: μία φορά καθώς μπαίνει και ξανά καθώς βγαίνει.
Το πόσο κάμπτεται το φως εξαρτάται από το μήκος κύματός του, επομένως διαφορετικά χρώματα κάμπτονται σε διαφορετικές γωνίες.
Αυτό ονομάζεται διασπορά.
Όταν το φως περνά μέσα από ένα κομμάτι γυαλιού, ένα μέρος του αναπηδά από την επιφάνεια και ένα μέρος του περνά κατευθείαν.
Το πόσο φως ανακλάται εξαρτάται από τη γωνία με την οποία προσκρούει στην επιφάνεια και από το πώς ο αέρας και το γυαλί κάμπτουν το φως.
Ο δείκτης διάθλασης του γυαλιού είναι υψηλότερος από αυτόν του αέρα, οπότε όταν το φως πηγαίνει από τον αέρα στο γυαλί, επιβραδύνεται και κάμπτεται προς το κανονικό (μια νοητή γραμμή κάθετη στην επιφάνεια).
Όταν το φως πηγαίνει από το γυαλί στον αέρα, επιταχύνεται και κάμπτεται μακριά από το κανονικό.
Εν ολίγοις, οι ιδιότητες του μέσου μέσα στο οποίο ταξιδεύει το κύμα, καθώς και η συχνότητα και το μέγεθος του μορφοτροπέα, είναι τα κύρια πράγματα που επηρεάζουν την εξάπλωση των ηλεκτρομαγνητικών και ακουστικών κυμάτων.
Η διάθλαση αλλάζει την ταχύτητα και την κατεύθυνση των κυμάτων φωτός καθώς περνούν μέσα από διαφορετικά υλικά.
Αυτό επηρεάζει την απόσταση μεταξύ των φωτεινών κυμάτων.
Το να γνωρίζετε τι επηρεάζει την εξάπλωση της δέσμης είναι σημαντικό για την επιλογή του σωστού εξοπλισμού και τη λήψη των αποτελεσμάτων που θέλετε σε διαφορετικές εφαρμογές μηχανικής.
Χρήσεις Απλώματος Δοκών
Η εξάπλωση δέσμης είναι ένα σημαντικό μέρος πολλών εφαρμογών μηχανικής, όπως ο φωτισμός, τα συστήματα σόναρ, οι τεχνολογίες υποβρύχιας ανίχνευσης και πολλά άλλα.
Είναι σημαντικό να γνωρίζετε πώς η διάδοση δέσμης επηρεάζει αυτές τις τεχνολογίες, ώστε να μπορείτε να επιλέξετε τον σωστό εξοπλισμό και να έχετε τα αποτελέσματα που θέλετε.
Απλώνεται Δοκός στο Φωτισμό
Στο φωτισμό, η γωνία με την οποία το φως βγαίνει από ένα εξάρτημα ονομάζεται διασπορά δέσμης του.
Περισσότερη περιοχή φωτίζεται με λιγότερη ένταση φωτός εάν η δέσμη είναι ευρύτερη.
Από την άλλη πλευρά, μια δέσμη που απλώνεται πιο στενή δίνει περισσότερο φως σε μια μικρότερη περιοχή.
Με τις κεφαλές τροχιάς πολλαπλής δέσμης, η γωνία δέσμης μπορεί να αλλάξει επιτόπου μετακινώντας τον φακό.
Οι απλώσεις δέσμης πλημμύρας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να φωτίσουν μια μεγάλη περιοχή, ενώ οι απλές δέσμες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να τονίσουν ορισμένα μέρη ενός δωματίου.
Διαφορετικά είδη φώτων έχουν διαφορετικά σχέδια για το πώς εξαπλώνεται το φως τους, τα οποία κατασκευάζονται για διαφορετικούς λόγους.
Τα φώτα διαδεδομένης δέσμης έχουν μεγαλύτερη δέσμη από τους προβολείς, τα οποία παράγουν μια πιο εστιασμένη δέσμη φωτός που μπορεί να ταξιδέψει πιο μακριά μπροστά από το όχημα.
Τα φώτα ομίχλης μπορούν να λάμπουν μέσα από στρώματα ομίχλης, βροχής, χιονιού ή σκόνης στο δρόμο επειδή έχουν μεγάλη οριζόντια διάδοση αλλά στενή κατακόρυφη αποκοπή.
Σύστημα ταξινόμησης δοκού NEMA
Η National Electrical Manufacturers Association (NEMA) βρήκε έναν τρόπο να ταξινομήσει τον τρόπο διάδοσης του φωτός.
Αυτό το σύστημα ονομάζεται διάδοση δέσμης NEMA.
Αναφέρεται στις δύο άκρες όπου η ένταση του φωτός εξαπλώνεται οριζόντια και κάθετα στο 10% της μέγιστης έντασης δέσμης και σχετίζεται με το αν η έξοδος φωτός είναι πολύ στενή, πολύ ευρεία ή κάπου ενδιάμεσα.
Οι γωνίες οριζόντιας και κατακόρυφης διασποράς δέσμης χρησιμοποιούνται για να διακρίνουν τη διαφορά μεταξύ των τύπων NEMA.
Το τυποποιημένο σύστημα ταξινόμησης γωνίας δέσμης NEMA δίνει σε όλους τους κλάδους έναν συνεπή τρόπο να καταλάβουν πώς τα φωτιστικά διαχέουν το φως.
Οι έξι τύποι που ονομάζονται από τη NEMA χρησιμοποιούνται για διαφορετικά πράγματα.
Μπορείτε να αποκτήσετε τη σωστή κατανομή φωτός για το έργο σας χρησιμοποιώντας φωτιστικά με τη σωστή ταξινόμηση NEMA.
Διάδοση δέσμης σε συστήματα βυθομέτρου
Στα συστήματα σόναρ, η διασπορά δέσμης αναφέρεται στην περιοχή κάλυψης των ηχητικών κυμάτων που εκπέμπονται από έναν μορφοτροπέα.
Το σόναρ πολλαπλών ακτίνων εκπέμπει πολλαπλές δέσμες βυθομέτρου ταυτόχρονα σε ένα μοτίβο σε σχήμα ανεμιστήρα που φαίνεται κάτω από το πλοίο και σε κάθε πλευρά.
Σε σύγκριση με το σόναρ μονής δέσμης, αυτό καθιστά δυνατή τη σάρωση μεγαλύτερης περιοχής του βυθού ταχύτερα και με μεγαλύτερη ακρίβεια.
Οι διαφορετικές συχνότητες αποκαλύπτουν διαφορετικά επίπεδα λεπτομέρειας στα δεδομένα σόναρ.
Οι παλμοί υψηλής συχνότητας δείχνουν πολλές λεπτομέρειες αλλά δεν μπορούν να μπουν βαθιά στο νερό.
Οι παλμοί χαμηλής συχνότητας, από την άλλη πλευρά, πηγαίνουν πιο βαθιά στο νερό αλλά δείχνουν λιγότερες λεπτομέρειες.
Εξάπλωση δέσμης σε τεχνολογίες υποβρύχιας ανίχνευσης
Η εξάπλωση δέσμης επηρεάζει επίσης τεχνολογίες για υποβρύχια ανίχνευση, όπως η επικοινωνία ορατού φωτός (UVLC).
Το UVLC χρησιμοποιεί ένα εύρος συχνοτήτων μεταξύ 450 και 550 nm επειδή τα σήματα ραδιοσυχνοτήτων χάνουν τη δύναμή τους πολύ πιο γρήγορα στο θαλασσινό νερό.
Αυτό δίνει τη δυνατότητα στους ανθρώπους να μιλούν υποβρύχια, παρόλο που το θαλασσινό νερό δεν έχει πάντα την ίδια θερμοκρασία και το κύτος κινείται όταν το χτυπούν τα κύματα.
Εν ολίγοις, η εξάπλωση δέσμης είναι ένα σημαντικό πράγμα που πρέπει να σκεφτείτε σε πολλές εφαρμογές μηχανικής, όπως ο φωτισμός, τα συστήματα σόναρ και οι τεχνολογίες για την αίσθηση του τι συμβαίνει κάτω από το νερό.
Είναι σημαντικό να γνωρίζετε πώς η διάδοση δέσμης επηρεάζει αυτές τις τεχνολογίες, ώστε να μπορείτε να επιλέξετε τον σωστό εξοπλισμό και να έχετε τα αποτελέσματα που θέλετε.
Ποιες μέθοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο ή την αλλαγή της διασποράς μιας δοκού σε διαφορετικές καταστάσεις;
Διαμόρφωση δοκού και διεύθυνση
Η διαμόρφωση δέσμης και το τιμόνι είναι μια σημαντική τεχνική που χρησιμοποιείται σε πολλές σύγχρονες συσκευές, όπως οι φακοί κάμερας και τα οπτικά τσιμπιδάκια.
Σε αυτή τη μέθοδο, η δοκός αλλάζει με διαφορετικούς τρόπους για να πάρει το άπλωμα που θέλετε.
Ένας δημοφιλής τρόπος αλλαγής του σχήματος της δέσμης είναι η χρήση διαθλαστικών οπτικών στοιχείων (DOEs).
Οι DOE μπορούν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο απλώνεται η δέσμη όσον αφορά τη φάση και το πλάτος για να λάβουν την απαραίτητη διάδοση δέσμης.
Επίσης, τα ολογραφικά οπτικά τσιμπιδάκια χρησιμοποιούν ολογράμματα που κατασκευάζονται από υπολογιστή για να διαμορφώσουν και να κατευθύνουν δέσμες φωτός για να δημιουργήσουν παγίδες στον τρισδιάστατο χώρο.
Διηλεκτρικές μεταεπιφάνειες
Οι διηλεκτρικές μεταεπιφάνειες είναι λεπτά, τεχνητά στρώματα δομών μικρότερων από ένα μήκος κύματος που μπορούν να αλλάξουν τον τρόπο συμπεριφοράς του φωτός με βάση τον δείκτη διάθλασης, την περίοδο, τη γωνία πρόσπτωσης και το σχήμα της διατομής του.
Μπορούν να αλλάξουν την ισχύ, τη φάση και την πόλωση της δέσμης, γεγονός που τους επιτρέπει να κάνουν πολύπλοκα σχέδια δέσμης.
Φακοί, ανακλαστήρες και πλέγματα περίθλασης
Σε ορισμένες περιπτώσεις, φακοί, ανακλαστήρες ή πλέγματα περίθλασης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο της απόστασης μιας δέσμης.
Οι φακοί μπορούν να αλλάξουν το σχήμα της δέσμης για να την καταστήσουν στενότερη ή ευρύτερη και οι ανακλαστήρες μπορούν να στρέψουν τη δέσμη προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.
Οι σχάρες περίθλασης μπορούν να χωρίσουν τη δέσμη σε περισσότερες από μία δοκούς ή να την κάμψουν σε ένα συγκεκριμένο σχέδιο.
Διάφραγμα ή ίριδα
Αλλάζοντας το μέγεθος του ανοίγματος, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα άνοιγμα ή ίριδα για την αλλαγή του μεγέθους της δοκού.
Στη φωτογραφία, αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συχνά για τον έλεγχο του φωτός που εισέρχεται στην κάμερα και για τη λήψη του σωστού βάθους πεδίου.
Μετακίνηση του τεμαχίου εργασίας ή του λέιζερ
Όταν χρησιμοποιείτε λέιζερ για κοπή ή συγκόλληση, για παράδειγμα, η δέσμη μπορεί να αλλάξει μετακινώντας το τεμάχιο εργασίας ή το λέιζερ.
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για την πραγματοποίηση τομών ή συγκολλήσεων που είναι πολύ ακριβείς και για τον έλεγχο της έκτασης της δοκού.
Επιταχυντές σωματιδίων
Οι επιταχυντές σωματιδίων μπορούν να ελέγξουν ή να αλλάξουν την εξάπλωση της δέσμης με διάφορους τρόπους.
Αυτές περιλαμβάνουν μεθόδους έγχυσης και εξαγωγής, ψύξη δέσμης, μεταφορά σπιν, πόλωση, ανάλυση πρώτης στροφής, προσέγγιση πλησιέστερου συντονισμού, αντιστάθμιση του αθροίσματος συντονισμού και εκπομπή κοντά στον συντονισμό σύζευξης.
Αυτές οι μέθοδοι χρησιμοποιούνται για να διασφαλιστεί ότι η δοκός είναι σταθερή, καλά εστιασμένη και στη σωστή θέση.
Συμπερασματικά, υπάρχουν πολλοί τρόποι ελέγχου ή αλλαγής του τρόπου με τον οποίο απλώνεται μια δέσμη και ο καλύτερος τρόπος για να γίνει αυτό εξαρτάται από την εφαρμογή και τις ανάγκες.
Είναι σημαντικό να επιλέξετε τη σωστή τεχνική για να πετύχετε το άνοιγμα δοκού που θέλετε και να βεβαιωθείτε ότι η εφαρμογή λειτουργεί.
Τεχνικές για τον έλεγχο και τον χειρισμό της διασποράς δοκών
Η εξάπλωση δέσμης είναι ένας κρίσιμος παράγοντας σε πολλές εφαρμογές μηχανικής, συμπεριλαμβανομένων του φωτισμού, των συστημάτων σόναρ και των επιταχυντών σωματιδίων.
Διαφορετικές εφαρμογές απαιτούν διαφορετικούς τρόπους ελέγχου ή αλλαγής της διασποράς δέσμης.
Υπολογισμός διασποράς δοκών
Μπορείτε εύκολα να υπολογίσετε τη σωστή διασπορά δέσμης για το σχεδιασμό του φωτισμού σας πολλαπλασιάζοντας τη γωνία της δέσμης με μια σταθερή τιμή 0,018 και στη συνέχεια με την απόσταση.
Για παράδειγμα, εάν θέλετε να υπολογίσετε την περιοχή κάλυψης (μέγεθος σημείου) μιας δοκού 10° που είναι τοποθετημένη 25 πόδια πάνω από το κατάστρωμα (η απόσταση ρίψης), μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτόν τον τύπο: 10° x 0,018 x 25 πόδια = 4,5 πόδια
Ανάλογα με το πόσο μεγάλο είναι, οι λαμπτήρες ανακλαστήρα μπορούν να έχουν είτε μια δέσμη σημείου είτε μια δέσμη πλημμύρας.
Η ύπαρξη και των δύο τύπων σάς δίνει περισσότερους τρόπους για να φωτίσετε την ιδιοκτησία σας.
Όταν επιλέγετε μια λάμπα για τον χώρο σας, σκεφτείτε τι είδους ατμόσφαιρα θέλετε να δημιουργήσετε.
Τα σποτ φώτα είναι συνήθως λαμπτήρες με στενή δέσμη, όπως 12°.
Τα φώτα πλύσης ή πλύσης είναι λαμπτήρες με ευρύτερη δέσμη, όπως 60° περίπου.
Διαμόρφωση δοκού και διεύθυνση
Η διαμόρφωση δέσμης και το σύστημα διεύθυνσης είναι βασικό μέρος πολλών σύγχρονων τεχνολογιών, όπως τα οπτικά τσιμπιδάκια και οι φακοί κάμερας.
Οπτικά στοιχεία όπως φακοί, καθρέφτες και σχάρες χρησιμοποιούνται για να αλλάξουν το σχήμα της δέσμης και να την κατευθύνουν σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση ή να την εστιάσουν σε έναν στόχο.
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται επίσης για τον έλεγχο δοκών με διαφορετικούς δείκτες διάθλασης, περιόδους, γωνίες πρόσπτωσης και σχήματα διατομής σε διηλεκτρικές μεταεπιφάνειες.
Μείωση της διασποράς δοκών
Στην τεχνολογία υπερήχων, μπορείτε να κάνετε τη δέσμη να απλώνεται μικρότερη χρησιμοποιώντας έναν μορφοτροπέα υψηλής συχνότητας ή κάνοντας τη διάμετρο του μορφοτροπέα μεγαλύτερη.
Μετακινώντας μια οπτικά παγιδευμένη μικροσφαίρα μέσα από μια δέσμη φωτός, είναι δυνατός ο έλεγχος του τρόπου με τον οποίο μια δέσμη κινείται σε μια οπτικορευστική συσκευή.
Οι επιταχυντές σωματιδίων έχουν πολλούς τρόπους για να ελέγξουν ή να αλλάξουν τη διασπορά δέσμης, όπως μεθόδους έγχυσης και εξαγωγής, ψύξη δέσμης, μεταφορά περιστροφής, πόλωση, ανάλυση πρώτης στροφής, προσέγγιση πλησιέστερου συντονισμού, αντιστάθμιση του συντονισμού αθροίσματος και συντονισμό εκπομπής κοντά στη σύζευξη.
Υπάρχουν επίσης οι ακόλουθοι τρόποι για να περιορίσετε τη δοκό:
Χρήση διαστολέα δέσμης: Οι διαστολείς δέσμης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μείωση της απόκλισης δέσμης και για να βεβαιωθείτε ότι η διάμετρος της δέσμης δεν υπερβαίνει ένα συγκεκριμένο όριο όταν η δέσμη εξόδου είναι μακριά.
Κάνοντας τη δέσμη μεγαλύτερη στο εσωτερικό του συστήματος, η διάμετρος εισόδου αυξάνεται, γεγονός που καθιστά την απόκλιση μικρότερη.
- Χρήση ρυθμιστή: Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας ρυθμιστής για να μειώσει την εξάπλωση της δέσμης λέιζερ και να την κάνει πιο ευθυγραμμισμένη.
- Χρήση μικρότερου ανοίγματος: Το μέγεθος της οπής από την οποία περνά η δέσμη λέιζερ μπορεί να επηρεάσει την απόσταση μεταξύ τους.
Τις περισσότερες φορές, ένα μικρότερο άνοιγμα θα κάνει τη δέσμη να απλώνεται λιγότερο.
- Χρήση φακού με μεγαλύτερη εστιακή απόσταση: Ένας φακός με μεγαλύτερη εστιακή απόσταση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εστίαση της δέσμης λέιζερ σε ένα μικρότερο σημείο, το οποίο μπορεί να μειώσει την εξάπλωση της δέσμης.
Είναι σημαντικό να έχετε κατά νου ότι αυτές οι τεχνικές μπορούν να βοηθήσουν στη μείωση της εξάπλωσης της δέσμης, αλλά μπορούν να κάνουν μόνο τόσα πολλά.
Επίσης, ορισμένες τεχνικές μπορούν να προκαλέσουν άλλες οπτικές εκτροπές, όπως η σφαιρική εκτροπή, η οποία μπορεί να μειώσει την ποιότητα της δέσμης.
Είναι σημαντικό να σκεφτείτε προσεκτικά τις ανάγκες του συστήματος και να επιλέξετε τον σωστό τρόπο μείωσης της διάδοσης της δέσμης.
Ηχητική δέσμη απλώνεται στο μακρινό πεδίο
Πολλά πράγματα επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο μια ηχητική δέσμη εξαπλώνεται στο μακρινό πεδίο.
Αυτά περιλαμβάνουν το μέγεθος και το σχήμα της πηγής υπερήχων, τη συχνότητα της δέσμης, τον τρόπο εστίασης της δέσμης και το μέγεθος ή το άνοιγμα του μορφοτροπέα.
Το Μακρινό Πεδίο
Το μακρινό πεδίο είναι η περιοχή όπου η διάμετρος της δέσμης μεγαλώνει πιο μακριά από την πηγή από το μήκος μιας κοντινής ζώνης.
Διάμετρος μορφοτροπέα και συχνότητα υπερήχων
Το πόσο μια ηχητική δέσμη απλώνεται στο μακρινό πεδίο εξαρτάται από το μέγεθος του μορφοτροπέα, που ονομάζεται διάφραγμα, και τη συχνότητα των ηχητικών κυμάτων.
Κρύσταλλοι μεγαλύτερης διαμέτρου που παράγουν ήχο υψηλότερης συχνότητας παράγουν δέσμες που αποκλίνουν λιγότερο στο μακρινό πεδίο.
Κρύσταλλοι με μικρότερη διάμετρο και χαμηλότερη συχνότητα δημιουργούν δέσμες που απλώνονται πολύ στο μακρινό πεδίο.
Μέγεθος και σχήμα της πηγής υπερήχων
Το πλάτος της δέσμης, το μήκος της ζώνης Fresnel και η γωνία απόκλισης πέρα από το κοντινό πεδίο επηρεάζονται όλα από το μέγεθος της πηγής υπερήχων.
Για έναν μορφοτροπέα στον οποίο δεν εφαρμόζεται εστίαση, το μήκος της ζώνης Fresnel καθορίζεται από τη διάμετρο του μορφοτροπέα και το μήκος κύματος.
Εστίαση δέσμης
Ο τρόπος εστίασης της δέσμης αλλάζει επίσης την εμφάνισή της στο μακρινό πεδίο.
Η εστίαση της δέσμης μπορεί να κάνει τη δέσμη να απλώνεται λιγότερο στο μακρινό πεδίο.
Η χρήση ενός μορφοτροπέα που δεν εστιάζει τη δέσμη, από την άλλη πλευρά, κάνει τη δέσμη να απλώνεται περισσότερο.
Εν ολίγοις, η διάμετρος ή το άνοιγμα του μορφοτροπέα, η συχνότητα του υπερήχου, το μέγεθος και το σχήμα της πηγής υπερήχων και ο τρόπος εστίασης της δέσμης επηρεάζουν το πόσο μια ηχητική δέσμη απλώνεται στο μακρινό της πεδίο.
Γνωρίζοντας αυτούς τους παράγοντες, οι μηχανικοί και οι ερευνητές μπορούν να κατασκευάσουν συστήματα υπερήχων που λειτουργούν καλύτερα για τις ανάγκες τους.
Υπολογισμοί μήκους κύματος, κοντινού πεδίου, διασποράς δέσμης
Συμβουλή: Ενεργοποιήστε το κουμπί υπότιτλων εάν το χρειάζεστε. Επιλέξτε «αυτόματη μετάφραση» στο κουμπί ρυθμίσεων, εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με την ομιλούμενη γλώσσα. Ίσως χρειαστεί να κάνετε πρώτα κλικ στη γλώσσα του βίντεο προτού η αγαπημένη σας γλώσσα γίνει διαθέσιμη για μετάφραση.
συμπέρασμα
Καθώς ολοκληρώνουμε αυτή τη συζήτηση σχετικά με την εξάπλωση δέσμης, αξίζει να αφιερώσετε λίγο χρόνο για να εξετάσετε τη βαθιά επίδραση που έχει αυτή η ιδέα στον κόσμο της μηχανικής.
Η εξάπλωση δέσμης είναι μια πολύ σημαντική ιδέα για να κατανοήσετε εάν θέλετε να σχεδιάσετε συστήματα φωτισμού για ένα στάδιο, να βελτιώσετε την απεικόνιση σόναρ για υποβρύχια ή να δημιουργήσετε τεχνολογία λέιζερ για ιατρικές χρήσεις.
Οι μηχανικοί μπορούν να κάνουν εργασίες που είναι πιο ακριβείς και αποτελεσματικές από ποτέ ελέγχοντας και αλλάζοντας προσεκτικά τον τρόπο συμπεριφοράς των κυμάτων καθώς κινούνται μέσα από διαφορετικά υλικά.
Έτσι, την επόμενη φορά που θα εργάζεστε σε ένα έργο μηχανικής, να έχετε κατά νου τη δύναμη της διάδοσης της δέσμης και πώς μπορεί να σας βοηθήσει να πετύχετε τους στόχους σας.
Με λίγη φαντασία και δημιουργικότητα, δεν υπάρχουν πραγματικά όρια σε αυτό που μπορείτε να κάνετε.
Κοινοποίηση στο…
