Jika Anda seorang insinyur atau mahasiswa teknik, Anda tahu apa itu gelombang.
Gelombang adalah bagian penting dari banyak teknologi yang Anda gunakan setiap hari, mulai dari sinyal radio hingga pencitraan ultrasound.
Tapi pernahkah Anda berpikir tentang apa yang dilakukan gelombang ini saat bergerak menjauh dari titik awalnya? Di sinilah ide penyebaran sinar masuk.
Penyebaran sinar adalah sudut di mana sinar elektromagnetik atau akustik menjauh dari sumbu pusatnya saat bergerak melalui material.
Memahami penyebaran sinar penting untuk merancang dan memanfaatkan banyak sistem teknik, seperti pencahayaan, sonar, dan laser.
Jadi, saya akan berbicara tentang penyebaran sinar dan mengapa itu penting di bidang teknik dalam artikel ini.
Pengantar Beam Spread
Definisi formal:
Sudut divergensi dari sumbu pusat sinar elektromagnetik atau akustik saat bergerak melalui material.
Penyebaran sinar adalah jumlah sinar elektromagnetik atau akustik yang menjauh dari sumbu pusatnya saat bergerak melalui suatu material.
Biasanya diukur dalam derajat dan menunjukkan seberapa lebar pancaran dari sumber pada jarak tertentu.
Dalam teknik, penyebaran sinar adalah ide penting yang membantu mengetahui seberapa kuat dan ke arah mana cahaya, suara, dan gelombang radio berada.
Beam Spread dalam Pencahayaan
Dalam pencahayaan, penyebaran sinar adalah cara untuk mengukur seberapa jauh cahaya dari sumber dengan reflektor, seperti bola lampu, pergi.
Ini mengukur seberapa lebar sinar, yang penting untuk diketahui jika Anda ingin memutuskan berapa banyak cahaya yang menyinari suatu objek atau permukaan.
Bergantung pada seberapa besar ukurannya, lampu reflektor memiliki sinar titik atau sinar lebar.
Lebar balok inilah yang membedakan balok spot dengan balok banjir.
Gunakan rumus sederhana ini untuk mencari lebar berkas cahaya dari jarak tertentu: Penyebaran Sinar = Sudut Sinar x,018 x Jarak.
Misalnya, jika Anda ingin mengetahui seberapa jauh jangkauan cahaya lampu sorot 120 derajat dari jarak 15 kaki, Anda cukup memasukkan angka ke dalam rumus ini.
Lampu sorot dan lampu sorot sering dijelaskan oleh pabrikan dengan cara yang sedikit berbeda.
Mengetahui cara kerja penyebaran sinar akan membantu Anda memilih lampu luar ruangan yang tepat untuk proyek Anda.
Untuk jarak yang lebih jauh, sinar yang lebih sempit yang lebih jauh akan bekerja paling baik.
Jika Anda ingin menggunakan lampu sorot lebar untuk menciptakan suasana, jarak antar lampu harus sama atau lebih besar dari diameter sebaran sorot lampu.
Beam Spread di Gelombang Akustik
Penyebaran berkas juga dapat terjadi pada transduser ultrasound, yang diukur sebagai sudut antara lobus utama berkas suara di medan jauh dan lobus utama itu sendiri.
Divergensi berkas adalah cara lain untuk mengukur berapa banyak energi suara yang menyebar saat bergerak menjauh dari sumbernya.
Sangat tergantung pada seberapa sering transduser digunakan dan seberapa besar ukurannya.
Applet dapat digunakan untuk mendapatkan perkiraan kasar dari sudut divergensi berkas, yang merupakan setengah dari sudut sebaran berkas.
Hal ini dilakukan dengan memperhitungkan diameter (D), frekuensi (F), dan kecepatan suara (V) dalam media cair atau padat.
Mengapa Beam Spread Bukan Masalah Tertawa dalam Teknik
Masih sulit dimengerti? Biarkan saya mengubah sudut pandang sedikit:
Siapa yang perlu khawatir tentang hal-hal yang mengganggu seperti penyebaran sinar? Biarkan cahaya atau gelombang suara Anda terbang dengan sendirinya dan berharap yang terbaik! Lagi pula, siapa yang butuh presisi atau akurasi dalam aplikasi teknik, bukan?
Tentu saja, ini tidak benar sama sekali, seperti yang diketahui oleh setiap insinyur atau mahasiswa teknik.
Saat merancang dan mengoptimalkan berbagai teknologi, penyebaran sinar adalah salah satu hal terpenting untuk dipikirkan.
Namun terkadang kita membutuhkan sedikit humor ironis untuk memahami betapa pentingnya konsep seperti beam spread.
Sekarang mari kita kembali ke penjelasannya.
Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Beam Spread
Hal-hal yang memengaruhi cara gelombang elektromagnetik dan akustik menyebar bergantung pada jenis material yang dilaluinya.
Saat memilih transduser untuk ultrasound, sudut pancaran adalah hal penting yang harus dipikirkan.
Penyebaran sinar membuat pantulan tidak terlalu keras karena energi suara tersebar di area yang lebih luas.
Frekuensi dan diameter transduser banyak berhubungan dengan seberapa lebar pancarannya.
Ketika transduser frekuensi rendah digunakan, penyebaran pancaran lebih luas daripada ketika transduser frekuensi tinggi digunakan.
Saat diameter transduser bertambah, penyebaran sinar akan menyusut.
Ketika berkas suara tidak menyebar, laju penyebarannya ditentukan oleh koefisien difraksi D, yang terkait dengan kelengkungan permukaan frekuensi isofrekuensi.
Pilihan transduser berpengaruh besar pada sensitivitas, resolusi, penetrasi, dan penyebaran berkas.
Mengubah frekuensi operasi atau bentuk gelombang memiliki efek kecil.
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Penyebaran Sinar dalam Gelombang Cahaya
Pembiasan adalah apa yang terjadi ketika gelombang cahaya bergerak dari satu material ke material lain dan mengubah kecepatan dan arah.
Berapa banyak gelombang cahaya yang dibelokkan tergantung pada sudut di mana ia menyentuh permukaan dan indeks bias kedua bahan tersebut.
Indeks bias menunjukkan seberapa besar suatu bahan memperlambat cahaya dibandingkan dengan ruang hampa.
Ketika cahaya melewati sebuah prisma, ia dibelokkan dua kali: sekali saat masuk dan sekali lagi saat keluar.
Berapa banyak cahaya yang dibelokkan tergantung pada panjang gelombangnya, sehingga warna yang berbeda membengkok pada sudut yang berbeda.
Ini disebut dispersi.
Ketika cahaya melewati sepotong kaca, sebagian memantul dari permukaan dan sebagian langsung menembus.
Berapa banyak cahaya yang dipantulkan tergantung pada sudut di mana ia mengenai permukaan dan bagaimana udara dan kaca membelokkan cahaya.
Indeks bias kaca lebih tinggi daripada udara, jadi ketika cahaya berpindah dari udara ke kaca, ia melambat dan berbelok ke arah normal (garis imajiner tegak lurus permukaan).
Ketika cahaya berpindah dari kaca ke udara, kecepatannya bertambah dan dibelokkan menjauhi garis normal.
Singkatnya, sifat-sifat medium yang dilalui gelombang, serta frekuensi dan ukuran transduser, adalah hal utama yang mempengaruhi penyebaran gelombang elektromagnetik dan akustik.
Pembiasan mengubah kecepatan dan arah gelombang cahaya saat mereka melewati material yang berbeda.
Ini memengaruhi seberapa jauh jarak gelombang cahaya.
Mengetahui apa yang memengaruhi penyebaran sinar penting untuk memilih peralatan yang tepat dan mendapatkan hasil yang Anda inginkan dalam berbagai aplikasi teknik.
Penggunaan Beam Spread
Penyebaran sinar adalah bagian penting dari banyak aplikasi teknik, seperti pencahayaan, sistem sonar, teknologi penginderaan bawah air, dan banyak lagi.
Penting untuk mengetahui bagaimana penyebaran sinar memengaruhi teknologi ini sehingga Anda dapat memilih peralatan yang tepat dan mendapatkan hasil yang Anda inginkan.
Beam Spread dalam Pencahayaan
Dalam pencahayaan, sudut di mana cahaya keluar dari perlengkapan disebut penyebaran sinarnya.
Lebih banyak area yang menyala dengan intensitas cahaya yang lebih sedikit jika pancarannya lebih lebar.
Di sisi lain, sebaran sinar yang lebih sempit menempatkan lebih banyak cahaya di area yang lebih kecil.
Dengan multi-beam spread track head, sudut pancaran dapat diubah di tempat dengan menggerakkan lensa.
Penyebaran sinar banjir dapat digunakan untuk menerangi area yang luas, sementara penyebaran sinar titik dapat digunakan untuk menyorot bagian tertentu dari ruangan.
Jenis lampu yang berbeda memiliki pola penyebaran cahaya yang berbeda, yang dibuat untuk alasan yang berbeda.
Lampu spread beam memiliki pola pancaran sinar yang lebih lebar daripada lampu sorot, yang menghasilkan pancaran sinar lebih fokus yang dapat bergerak lebih jauh ke depan kendaraan.
Lampu kabut dapat bersinar menembus lapisan kabut, hujan, salju, atau debu di jalan karena memiliki sebaran horizontal yang lebar tetapi cut-off vertikal yang sempit.
Sistem Klasifikasi Penyebaran Balok NEMA
National Electrical Manufacturers Association (NEMA) menemukan cara untuk mengklasifikasikan bagaimana cahaya menyebar.
Sistem ini disebut penyebaran sinar NEMA.
Ini mengacu pada dua sisi di mana intensitas cahaya menyebar secara horizontal dan vertikal hingga 10% dari intensitas sinar maksimum dan berkorelasi dengan apakah keluaran cahaya sangat sempit, sangat lebar, atau di antara keduanya.
Sudut penyebaran sinar horizontal dan vertikal digunakan untuk membedakan antara jenis NEMA.
Sistem klasifikasi sudut balok NEMA standar memberi setiap orang di industri cara yang konsisten untuk mengetahui bagaimana perlengkapan menyebarkan cahaya.
Keenam jenis yang disebutkan oleh NEMA digunakan untuk hal yang berbeda.
Anda bisa mendapatkan distribusi cahaya yang tepat untuk proyek Anda dengan menggunakan perlengkapan dengan klasifikasi NEMA yang tepat.
Beam Spread di Sistem Sonar
Dalam sistem sonar, penyebaran sinar mengacu pada area jangkauan gelombang suara yang dipancarkan oleh transduser.
Sonar multibeam mengirimkan beberapa sinar sonar pada saat yang sama dalam pola berbentuk kipas yang terlihat di bawah kapal dan ke setiap sisi.
Dibandingkan dengan sonar sinar tunggal, hal ini memungkinkan untuk memindai area dasar laut yang lebih luas dengan lebih cepat dan lebih akurat.
Frekuensi yang berbeda mengungkapkan tingkat detail yang berbeda dalam data sonar.
Pulsa frekuensi tinggi menunjukkan banyak detail tetapi tidak bisa masuk jauh ke dalam air.
Pulsa frekuensi rendah, di sisi lain, masuk lebih dalam ke air tetapi kurang menunjukkan detail.
Beam Spread dalam Teknologi Penginderaan Bawah Air
Penyebaran sinar juga memengaruhi teknologi untuk penginderaan bawah air, seperti komunikasi cahaya tampak (UVLC).
UVLC menggunakan rentang frekuensi antara 450 dan 550 nm karena sinyal frekuensi radio kehilangan kekuatannya jauh lebih cepat di air laut.
Hal ini memungkinkan orang untuk berbicara di bawah air, meskipun air laut tidak selalu bersuhu sama dan lambung kapal bergerak saat ombak menghantamnya.
Singkatnya, penyebaran sinar adalah hal penting untuk dipikirkan dalam banyak aplikasi teknik, seperti pencahayaan, sistem sonar, dan teknologi untuk merasakan apa yang terjadi di bawah air.
Penting untuk mengetahui bagaimana penyebaran sinar memengaruhi teknologi ini sehingga Anda dapat memilih peralatan yang tepat dan mendapatkan hasil yang Anda inginkan.
Metode apa yang dapat digunakan untuk mengontrol atau mengubah penyebaran sinar dalam situasi yang berbeda?
Membentuk balok dan kemudi
Membentuk dan mengarahkan balok adalah teknik penting yang digunakan di banyak perangkat modern, seperti lensa kamera dan pinset optik.
Pada metode ini, berkas sinar diubah dengan berbagai cara untuk mendapatkan sebaran yang diinginkan.
Salah satu cara populer untuk mengubah bentuk sinar adalah dengan menggunakan elemen optik difraksi (DOE).
DOE dapat mengubah cara berkas disebarkan dalam hal fase dan amplitudo untuk mendapatkan penyebaran berkas yang dibutuhkan.
Juga, pinset optik holografik menggunakan hologram yang dibuat oleh komputer untuk membentuk dan mengarahkan berkas cahaya untuk membuat jebakan di ruang 3D.
Metasurface dielektrik
Dielektrik metasurfaces tipis, lapisan struktur buatan manusia yang lebih kecil dari panjang gelombang yang dapat mengubah cara cahaya berperilaku berdasarkan indeks bias, periode, sudut kejadian, dan bentuk penampang.
Mereka dapat mengubah kekuatan, fase, dan polarisasi sinar, yang memungkinkan mereka membuat pola sinar yang rumit.
Lensa, reflektor, dan kisi-kisi difraksi
Dalam beberapa situasi, lensa, reflektor, atau kisi-kisi difraksi dapat digunakan untuk mengontrol seberapa jauh sinar menyebar.
Lensa dapat mengubah bentuk sinar menjadi lebih sempit atau lebih lebar, dan reflektor dapat memutar sinar ke arah tertentu.
Kisi-kisi difraksi dapat membagi berkas menjadi lebih dari satu berkas atau membengkokkannya menjadi pola tertentu.
Bukaan atau iris
Dengan mengubah ukuran bukaan, bukaan atau iris dapat digunakan untuk mengubah ukuran sinar.
Dalam fotografi, metode ini sering digunakan untuk mengontrol seberapa banyak cahaya yang masuk ke kamera dan mendapatkan depth of field yang tepat.
Memindahkan benda kerja atau laser
Saat menggunakan laser untuk memotong atau mengelas, misalnya, sinar dapat diubah dengan menggerakkan benda kerja atau laser.
Metode ini digunakan untuk membuat potongan atau las yang sangat presisi dan untuk mengontrol seberapa jauh penyebaran balok.
Akselerator partikel
Akselerator partikel dapat mengontrol atau mengubah penyebaran sinar dalam beberapa cara.
Ini termasuk metode injeksi dan ekstraksi, pendinginan balok, transpor putaran, polarisasi, analisis putaran pertama, pendekatan nada terdekat, kompensasi resonansi penjumlahan, dan daya pancar dekat resonansi kopling.
Metode ini digunakan untuk memastikan bahwa pancaran stabil, terfokus dengan baik, dan berada di tempat yang tepat.
Kesimpulannya, ada banyak cara untuk mengontrol atau mengubah cara beam menyebar, dan cara terbaik untuk melakukannya bergantung pada aplikasi dan kebutuhan.
Penting untuk memilih teknik yang tepat untuk mendapatkan penyebaran sinar yang Anda inginkan dan memastikan aplikasi berfungsi.
Teknik untuk Mengontrol dan Memanipulasi Beam Spread
Penyebaran sinar merupakan faktor penting dalam banyak aplikasi teknik, termasuk pencahayaan, sistem sonar, dan akselerator partikel.
Aplikasi yang berbeda membutuhkan cara yang berbeda untuk mengontrol atau mengubah penyebaran sinar.
Menghitung Beam Spread
Anda dapat dengan mudah mengetahui penyebaran sinar yang tepat untuk desain pencahayaan Anda dengan mengalikan sudut sinar dengan nilai konstanta 0,018 lalu dengan jarak.
Misalnya, jika Anda ingin mengetahui cakupan area (ukuran titik) balok 10° yang dipasang 25 kaki di atas geladak (jarak lemparan), Anda dapat menggunakan rumus ini: 10° x 0,018 x 25 kaki = 4,5 kaki
Bergantung pada seberapa besar ukurannya, lampu reflektor dapat memiliki sinar titik atau sinar banjir.
Memiliki kedua jenis memberi Anda lebih banyak cara untuk menerangi properti Anda.
Saat memilih bohlam untuk ruang Anda, pikirkan suasana seperti apa yang ingin Anda ciptakan.
Lampu sorot biasanya bohlam dengan sinar sempit, seperti 12°.
Lampu banjir atau cuci adalah bohlam dengan sinar yang lebih lebar, sekitar 60° atau lebih.
Membentuk Balok dan Kemudi
Pembentuk dan kemudi balok adalah bagian penting dari banyak teknologi modern, seperti pinset optik dan lensa kamera.
Elemen optik seperti lensa, cermin, dan kisi-kisi digunakan untuk mengubah bentuk sinar dan mengarahkannya ke arah tertentu atau memfokuskannya pada target.
Metode ini juga digunakan untuk mengontrol balok dengan indeks bias, periode, sudut datang, dan bentuk penampang melintang yang berbeda dalam metasurfaces dielektrik.
Mengurangi Beam Spread
Dalam teknologi ultrasound, Anda dapat memperkecil penyebaran pancaran dengan menggunakan transduser dengan frekuensi tinggi atau dengan memperbesar diameter transduser.
Dengan menggerakkan bola mikro yang terperangkap secara optik melalui sinar, dimungkinkan untuk mengontrol bagaimana sinar bergerak dalam perangkat optofluida.
Akselerator partikel memiliki banyak cara untuk mengontrol atau mengubah penyebaran berkas, seperti metode injeksi dan ekstraksi, pendinginan berkas, transpor putaran, polarisasi, analisis putaran pertama, pendekatan nada terdekat, mengkompensasi resonansi penjumlahan, dan daya pancar dekat resonansi kopling.
Ada juga cara berikut untuk mempersempit balok:
Menggunakan beam expander: Beam expander dapat digunakan untuk mengurangi divergensi beam dan memastikan diameter beam tidak melewati batas tertentu saat beam keluaran jauh.
Dengan membuat balok lebih besar di dalam sistem, diameter input bertambah, yang membuat divergensi menjadi lebih kecil.
- Menggunakan kolimator: Kolimator dapat digunakan untuk mengurangi penyebaran sinar laser dan membuatnya lebih terkolimasi.
- Menggunakan bukaan yang lebih kecil: Ukuran lubang yang dilalui sinar laser dapat memengaruhi seberapa jauh jarak sinar tersebut.
Sebagian besar waktu, bukaan yang lebih kecil akan membuat pancaran sinar lebih sedikit.
- Menggunakan lensa dengan panjang fokus yang lebih panjang: Lensa dengan panjang fokus yang lebih panjang dapat digunakan untuk memfokuskan sinar laser ke titik yang lebih kecil, yang dapat mengurangi penyebaran sinar.
Penting untuk diingat bahwa teknik-teknik ini dapat membantu mengurangi penyebaran sinar, tetapi hanya dapat melakukan begitu banyak.
Selain itu, beberapa teknik dapat menyebabkan aberasi optik lainnya, seperti aberasi bola, yang dapat menurunkan kualitas pancaran.
Penting untuk memikirkan dengan hati-hati tentang kebutuhan sistem dan memilih cara yang tepat untuk mengurangi penyebaran sinar.
Pancaran Suara Tersebar di Medan Jauh
Beberapa hal mempengaruhi bagaimana sinar suara menyebar di medan jauh.
Ini termasuk ukuran dan bentuk sumber ultrasound, frekuensi pancaran, bagaimana pancaran difokuskan, dan ukuran atau bukaan transduser.
Padang Jauh
Bidang jauh adalah area di mana diameter balok tumbuh lebih jauh dari sumber daripada satu panjang zona dekat.
Diameter Transduser dan Frekuensi Ultrasound
Berapa banyak sinar suara menyebar di medan jauh tergantung pada ukuran transduser, yang disebut bukaan, dan frekuensi gelombang suara.
Kristal berdiameter lebih besar yang menghasilkan suara dengan frekuensi lebih tinggi menghasilkan sinar yang lebih sedikit menyimpang di medan jauh.
Kristal dengan diameter lebih kecil dan frekuensi lebih rendah membuat pancaran yang sangat tersebar di medan jauh.
Ukuran dan Bentuk Sumber Ultrasound
Lebar berkas, panjang zona Fresnel, dan sudut divergensi di luar medan dekat semuanya dipengaruhi oleh ukuran sumber ultrasound.
Untuk transduser yang tidak menerapkan pemfokusan, panjang zona Fresnel ditentukan oleh diameter transduser dan panjang gelombang.
Pemfokusan Balok
Cara sorotan difokuskan juga mengubah tampilannya di medan jauh.
Memfokuskan sinar dapat membuat sinar menyebar lebih sedikit di medan jauh.
Menggunakan transduser yang tidak memfokuskan pancaran, sebaliknya, membuat pancaran lebih menyebar.
Singkatnya, diameter atau bukaan transduser, frekuensi ultrasound, ukuran dan bentuk sumber ultrasound, dan cara pancaran difokuskan semuanya memengaruhi seberapa banyak pancaran suara menyebar di medan jauhnya.
Dengan mengetahui faktor-faktor ini, para insinyur dan peneliti dapat membuat sistem ultrasound yang bekerja paling baik untuk kebutuhan mereka.
Perhitungan Panjang Gelombang, Nearfield, Beam Spread
Tip: Nyalakan tombol keterangan jika Anda membutuhkannya. Pilih "terjemahan otomatis" di tombol pengaturan, jika Anda tidak terbiasa dengan bahasa lisan. Anda mungkin perlu mengeklik bahasa video terlebih dahulu sebelum bahasa favorit Anda tersedia untuk diterjemahkan.
Kesimpulan
Saat kita menyimpulkan diskusi tentang penyebaran sinar ini, ada baiknya meluangkan waktu sejenak untuk mempertimbangkan dampak mendalam yang dimiliki konsep ini pada dunia teknik.
Penyebaran sinar adalah konsep yang sangat penting untuk dipahami jika Anda ingin merancang sistem pencahayaan stadion, meningkatkan pencitraan sonar untuk kapal selam, atau membuat teknologi laser untuk penggunaan medis.
Insinyur dapat melakukan pekerjaan yang lebih tepat dan efisien daripada sebelumnya dengan mengontrol dan mengubah perilaku gelombang secara hati-hati saat mereka bergerak melalui material yang berbeda.
Jadi, lain kali Anda mengerjakan proyek teknik, ingatlah kekuatan penyebaran sinar dan bagaimana hal itu dapat membantu Anda mencapai tujuan.
Dengan sedikit imajinasi dan kreativitas, tidak ada batasan untuk apa yang dapat Anda lakukan.
Bagikan pada…
