Импульсный светосигнальный прибор с цилиндрической линзой
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
страняется излучение источника света; и - плоские углы, определяющие пределы распространения излучения источником света.
В нашем случае и . Следовательно, выражение для
нахождения светового потока примет следующий вид:
Вычислив данный интеграл получим:
Так как мы используем лампу, работающую в импульсном режиме, то сила света находится, как:
где - указанная сила света лампы; - эффективная сила света, t - время импульса.
Рассмотрим кривую силы света импульсного светового маяка, рассмотренную в техническом задании. Выберем нулевое направление для прибора, совпадающее с нулевым направлением ИС. Проинтерполируем данные значения из таблицы 2.1. Воспользуемся интерполяцией кубическими сплайнами. Полученный результат в виде кривой силы света представлен на рис.3.2
Рис. 3.2 Требуемая КСС импульсного маяка
Рассчитаем световой поток, который сдержит кривая силы света маяка.
Рассчитаем световой поток, даваемый выбранным источником света.
где получаем приемлемый световой поток.
3.2 Выбор формы несущего слоя
Линза должна иметь коническую форму, на наружной поверхности которой находятся призматические элементы, это необходимо для получения заданной КСС. Подобные изделия изготовляются методом прессовки, поэтому им нужно придать такую форму, которая позволила бы освободить пресс-форму и пуансон. Освобождение пуансона, имеющего вертикальное движение, обеспечивается углом раствора q конической формы линзы, значение которого равно 5 [3].
Фокусное расстояние задано и равно 42 мм. Угол охвата выбирается исходя из принятого угла раствора конической формы линзы q и допустимых значений френелевского отражения. С увеличением угла охвата растут потери на френелевское отражение, которые значительно снижают коэффициент пропускания стекла, а, следовательно, и КПД светового прибора. Угол охвата должен быть таким, чтобы при данном угле q углы падения света на первую преломляющую грань были меньше 50 [3].
Величина толщины несущего слоя определяется технологическим требованием равномерного остывания стекла после прессовки изделия. При малой толщине несущего слоя может быть большая неравномерность толщины линзы в местах основания и вершины призм, что даст неравномерное остывание изделия, а, следовательно, вредные напряжения в стекле и его короблении. Поэтому толщина несущего слоя принимается равной 4 мм.
Выбор угловой ширины кольцевого призматического элемента обусловлен светотехническими и производственными требованиями. С одной стороны, чем крупнее призмы, тем легче изготовление пресс-формы и точнее воспроизведение рассчитанного профиля призм. С другой стороны, чем крупнее призмы, тем труднее обеспечить плавное светораспределение, заполнение данной КСС, а само изделие становиться тяжелым и малотехнологичным. Угловую ширину кольцевых призм выгодно брать неравномерной. Это делается для создания одинаковой средней толщины изделия [3].
4. Метод расчета
.1 Оптический расчет цилиндрической линзы
Расчет цилиндрической линзы заключается определении ее несущего слоя и формы каждого призматического элемента, удовлетворяющего заданному светораспределению. Поэтому, прежде чем приступать к такому расчету, следует найти уравнения, определяющие геометрические параметры преломляющих элементов.
.1.1 Расчет геометрических параметров призматических элементов, расположенных выше центрального окна
Пусть призма, расположенная, как показано на рис. 4.1, должна отклонить под углом ? осевой луч, который падает на ее вершину в точку МВ.
Оптический расчет такой призмы следует начинать с определения координат точки МВ, находящейся на первой преломляющей грани призмы. Осевой луч источника, падающий в точку МВ, ориентирован углом ?хВ, поэтому координаты этой точки определяются следующими выражениями:
где f - фокусное расстояние линзы; - угол, составленный осевым лучом с осью Х.
В точке МВ углы падения и преломления (первой преломляющей гранью) определяются выражениями:
где n -показатель преломления стекла призмы.
Рис 4.1 - Оптический расчет верхнего призматического элемента.
Координаты точки , принадлежащей второй преломляющей грани, можно рассчитать, зная угол преломления :
где - толщина несущего слоя; - угол, между лучом и осью Х.
Зная координаты точки второй преломляющей грани, следует ей придать такое положение в пространстве, чтобы луч пошел после преломления по направлению ?.
Из рис. 4.1 видно, что искомый угол можно определить, если известно значение угла падения луча на вторую преломляющую грань. В этом случае
Величина находится с помощью дополнительного угла
Затем, поделив обе части равенства на получим:
Из рис. 4.1 угол находится как разность углов
и
Следовательно, преломляющий угол:
Оптический расчет призмы завершится, если определим координаты точки , принадлежащей второй преломляющей грани призмы и третьей соединительной нерабочей грани призмы. Так как координаты точек и , лежащих на вершине предыдущей призмы, известны, нахождение местоположения точки сведется ?/p>