束掃描的案例
HFSS仿真寶典 | 陣列天線的波束掃描
“
天線的波束掃描分為機械掃描和電掃描，后者相比于前者在掃描速度、波束數量、波束形狀等方面具有明顯優勢，控制上更為靈活。本文介紹兩種在HFSS中進行電波束掃描的仿真方法。
”
關鍵詞：陣列天線，電波束掃描
01
陣列天線的波束掃描
陣列天線是一種由多個天線單元組成的集成系統，通過波束掃描技術，改變天線單元間的相對相位和幅度，從而實現對波束的方向和形狀的控制。在雷達、通信和導航等領域，可以實現更高的信號質量和更好的目標跟蹤效果。
在波束掃描中，陣列天線的每個天線單元可以被視為一個發射機或接收機，并且可以通過改變它們之間的相位差和振幅來實現對發射波束的控制。波束掃描技術可以根據需要對天線單元進行編程，從而實現不同的波束方向和形狀。
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“
天線的波束掃描分為機械掃描和電掃描，后者相比于前者在掃描速度、波束數量、波束形狀等方面具有明顯優勢，控制上更為靈活。本文介紹兩種在HFSS中進行電波束掃描的仿真方法。
”
關鍵詞：陣列天線，電波束掃描
01
陣列天線的波束掃描
陣列天線是一種由多個天線單元組成的集成系統，通過波束掃描技術，改變天線單元間的相對相位和幅度，從而實現對波束的方向和形狀的控制。在雷達、通信和導航等領域，可以實現更高的信號質量和更好的目標跟蹤效果。
在波束掃描中，陣列天線的每個天線單元可以被視為一個發射機或接收機，并且可以通過改變它們之間的相位差和振幅來實現對發射波束的控制。波束掃描技術可以根據需要對天線單元進行編程，從而實現不同的波束方向和形狀。
展開 AR | TriLite與Dispelix合作開發AR用超緊湊微型光學顯示系統
在本次合作中，該微型顯示系統會將TriLite的Trixel 3?激光束掃描儀(LBS，Laser Beam Scanner) 與Dispelix的先進光波導技術相結合。
根據外媒eeNews報道，實際上，對于AR智能眼鏡，圖像生成單元一般都需要一個微型投影儀，例如Trixel 3。另外，它還需要一個透明的光波導，這是一種對可見光透明的薄玻璃或塑料薄片，它可以通過適當的彎曲將來自外界環境的光和圖像生成單元傳遞來的信息光組合到一起，并最終投射進入用戶眼中。
據介紹，Trixel 3是目前世界上尺寸最小的LBS投影儀。該投影儀的體積小于1立方厘米，重量僅為1.5克，作為一個微型模塊它可以實現長期的舒適佩戴。另外，傳統方案會在微型投影儀和光波導之間設計一些光學器件用于信息中繼。但是Trixel 3不需要任何這種中繼光學器件，從這點看，Trixel 3的使用有助于整個產品結構的緊湊設計。
再結合Dispelix的超薄光波導，新光學顯示系統方案將具有有史以來最緊湊結構外形，這意味著在未來越來越多不同尺寸的眼鏡都將可以搭載AR功能。
TriLite公司的首席執行官Peter Weigand表示：“Dispelix的透明光波導是目前業內最好的，我們的合作將有助于在市場上快速推出更為輕薄和高性能的AR消費設備?！?Dispelix的CRO Josh Littlefield說：“Trixel 3激光束掃描儀確實是一個工程學奇跡，其創新程度可以媲美我們的透明光波導，我們很高興TriLite將我們選為他們首選的光波導技術合作伙伴?！?/span>
展開 [VirtualLab] VirtualLab Fusion參數掃描動畫教程—以軸錐鏡-透鏡生成3D瓶束為案例
導出動畫為GIF格式或視頻格式
當軸錐鏡和透鏡的距離小于等于焦距，會出現一端閉合另一端開口的瓶束，如圖12所示：
圖12. 軸錐鏡和透鏡距離為100mm時的結果
當軸錐鏡和透鏡的距離大于焦距，比如焦距為100mm,距離為160mm時會出現兩端均閉合的3D瓶束,如圖13所示：
圖13. 軸錐鏡和透鏡距離為160mm時的結果
圖14. 導出的GIF動畫
總結
這一期首先用可編程函數對軸錐鏡-透鏡瓶束生成系統進行了建模，并使用參數掃描功能改變探測器的位置探測不同位置的光場分布，使用Animation創建動畫。VirtualLab Fusion支持多元化仿真，參數掃描功能可以助力系統優化。
展開 
SEM是掃描電鏡嗎？
SEM是掃描電鏡，英文全稱為Scanning Electron Microscope。以下是關于掃描電鏡的一些基本信息：
1、工作原理：掃描電鏡是一種利用電子束掃描樣品表面，通過檢測電子與樣品相互作用產生的各種信號來獲取樣品表面微觀結構信息的電子顯微鏡。電子槍發射出的電子束，經過電磁透鏡聚焦和加速后，形成一束高能量的細電子束，掃描線圈控制電子束在樣品表面進行逐行掃描。電子束與樣品表面的原子相互作用，會產生二次電子、背散射電子等信號，這些信號被探測器收集并轉換為電信號，再經過放大和處理后，在顯示屏上顯示出樣品表面的圖像。
2、特點
- 高分辨率：能夠達到較高的分辨率，一般可以達到納米級別，甚至在一些先進的設備中可以達到亞納米級別，能夠清晰地觀察到樣品表面的細微結構和形貌特征。
- 大景深：與光學顯微鏡相比，掃描電鏡具有很大的景深，這意味著它可以對表面起伏較大的樣品進行清晰成像，能夠呈現出樣品表面的三維立體結構，使觀察者可以直觀地了解樣品的表面形態。
- 樣品制備相對簡單：對于大多數樣品，只需要進行簡單的處理，如干燥、鍍膜等，就可以進行觀察。不像透射電鏡那樣需要對樣品進行超薄切片等復雜的制備過程，這使得掃描電鏡能夠更方便地對各種類型的樣品進行分析。
- 可進行多種分析：除了觀察樣品的形貌外，掃描電鏡還可以與其他分析儀器相結合，如能譜儀（EDS）、波譜儀（WDS）等，實現對樣品的成分分析；還可以通過電子背散射衍射（EBSD）技術進行晶體結構和取向分析等。
3、應用領域
- 材料科學：用于研究材料的表面形貌、組織結構、斷口分析等，幫助了解材料的性能與結構之間的關系，為材料的研發、制備和性能優化提供依據。
展開 德國OptrisPI08M紅外熱像儀用于3D打印、激光加工和增材制造
毫秒級響應： 傳感器響應時間可縮短至1毫秒，能夠實時捕捉激光束掃描瞬間的溫度梯度變化。
高達1kHz幀率： 設備支持子幀模式和線掃描模式，幀率最高可達1kHz（1000Hz）。這種高速性能使其能夠清晰記錄快速移動的熔池熱場，為實時調整激光功率、掃描速度等工藝參數提供數據基礎，從而有效抑制熱影響區的過度擴展，減少氣孔、裂紋等缺陷。
靈活的工業集成：從數據到決策的橋梁
PI08M不僅僅是一個監測工具，更是一個能夠無縫融入自動化生產線的智能節點。
無縫數據對接： 通過USB接口和PIXConnect軟件，工程師可以進行高級熱圖像記錄與分析。更重要的是，其模擬量輸出（0-10V/4-20mA）和數字I/O接口，支持將溫度數據直接映射為控制信號，與PLC等工業控制系統實現無縫對接，真正賦能智能制造的自動化決策。
惡劣環境適應性： 工業現場環境復雜，PI08M兼容水冷套及空氣吹掃等配件，可在高達315°C的環境溫度或多塵工況下穩定運行，確保監測任務的連續性。
德國Optris PI08M通過其獨特的短波光譜技術、高速動態響應和靈活的工業接口，成功解決了金屬增材制造中的高溫監測難題。它不僅為工藝優化提供了寶貴的數據洞察，更為實現智能制造中的實時閉環控制奠定了堅實基礎，是提升金屬3D打印良品率和生產效率不可或缺的關鍵設備。
展開 研究電子束金屬3D打?。杭蒟射線、熱成像、可見光等成像技術
電子束粉末床熔融（EB-PBF）金屬3D打印技術利用電子束對粉末床進行預熱和選擇性熔化，逐層堆積制造三維零件。由于電子束的能量轉換率高，不同材料對電子束能量的吸收率都很高，利用電子束掃描粉末床，可以預熱到1000℃，大大減小了熔融沉積過程的熱應力。
△Luis Izet Escano使用團隊開發的設備研究3D打印制造的金屬零件結構。圖片來IZET ESCANO
2022年4月19日，南極熊獲悉，威斯康星大學麥迪遜分校的工程師將特殊的高能X射線、熱成像、可見光相結合，研究新的3D打印技術，制造先進的金屬零件，以更好地了解（并改進）有前途的制造方法。
預防3D打印零件的缺陷很重要。為了更多地了解電子束粉末床融合的3D打印工藝，由助理教授陳連毅領導的威斯康星大學麥迪遜分校機械工程師團隊開創了一個新系統，允許他們使用同步加速器X射線實時觀察各個打印流程，包括正在打印的部件內部等。
“電子束金屬3D打印技術，目前發展速度非?？?，”陳連毅說?！斑@是制造航空航天零件的一項重要技術——例如，可用于制造噴氣發動機的鋁化鈦零件。目前其他的3D打印技術還無法制造這些?！?電子束粉末床熔合始于基底上的金屬粉末基底。電子束熔化并融合新的粉末層，以自下而上構建零件。雖然這個過程聽起來很簡單，但該技術還處于早期階段，還有很多問題需要研究。比如隱藏在金屬層中的缺陷，隨時可能會在沒有預兆的情況下導致故障。
△威斯康星大學麥迪遜分校機械工程師團隊所使用的增材制造裝置一角。圖片來IZET ESCANO
“這是我們第一次有能力看到表面之下發生了什么——形成缺陷的機制是什么，”陳說。“通過對打印流程的更深入了解，我們可以持續改進此技術，將質量提升到更高的水平。”
展開 詳解三維激光切割技術
三維激光切割的工作機理
激光切割是利用高功率密度的激光束掃描過材料表面，在極短時間內將材料加熱到幾千至上萬攝氏度，使材料熔化或氣化，再用高壓氣體將熔化或氣化物質從切縫中吹走，達到切割材料的目的。
三維激光切割的工作機理相對于二維激光切割，三維激光切割需不停地調整激光切割頭姿勢， 以保證激光切割頭始終與工件表面垂直， 從而獲得優良的切割質量。在實際生產中，三維激光切割程序編制需先對零件三維建模，然后導入三維編程系統生路徑，并需要根據零件特征、工裝特征進行手工調整，以避免切割頭發生碰撞，操作復雜，工作量較大。由于三維激光切割機的切割頭配有電容式傳感器，能自動適應零件形狀，始終和零件保持一定距離進行切割，因此在零件曲面變化不劇烈的情況下，僅使用三維激光切割機的二維編程系統即可滿足生產需要。
三維激光切割的應用范圍
三維激光切割廣泛應用于鈑金加工、金屬加工、廣告制作、廚具、汽車、燈具、鋸片、升降電梯、金屬工藝品、紡織機械、糧食機械、眼鏡制作、航空航天、醫療器械、儀器儀表等行業。特別是在鈑金加工行業中已取代傳統加工方式，深受行業用戶的青睞。
可加工的材料：不銹鋼、碳鋼、合金鋼、硅鋼、彈簧鋼、鋁、鋁合金、鍍鋅板、鍍鋁鋅版、酸洗板、銅、銀、金、鈦等金屬板材及管材切割。
在鋁合金動車組制造中的應用。三維激光切割主要應用于鋁合金動車組司機室蒙皮的切割套料。司機室蒙皮為空間曲面結構的鋁合金薄板件，特別適合使用三維激光進行切割。在成形后，使用三維激光切割進行套料，相比使用帶鋸機進行劃線鋸切，三維激光切割的生產效率、切割精度明顯更高。
在不銹鋼地鐵制造中的應用。三維激光切割主要應用于不銹鋼地鐵門上橫梁、端門立柱、內層筋板等的眼孔及缺口加工，盲窗筋板的套料。
展開 齒輪模具激光表面強化工藝與裝備的技術進展
3.掃描方式
激光齒輪的掃描方式主要有周向連續掃描，軸向分齒掃描。
4.齒輪激光強化的預處理技術
合適的預處理劑是保證齒輪激光強化處理的關鍵之一,一直以來也是激光加工的難點問題。合理適用的預處理劑和處理工藝，可以防止齒輪表面的淬火裂紋，降低表面燒損敏感性,保證激光處理后齒面精度,增加淬硬層厚度。
5.無搭接技術和離焦差異問題
由于齒輪工況要求，齒輪表面硬化層要求沿齒廓合理分布，而齒輪的形狀特殊，另外齒輪節圓面不能有淬火帶搭接，因此需要專用寬帶聚焦系統。
此外,由于激光束對齒面的照射不能保證齒面不同部位均有相同的離焦量，選擇焦點的照射位置是保證齒面硬度分布合理的關鍵環節。
6.激光齒輪的性能
激光齒輪的性能主要是三方面：疲勞性能；如果激光齒輪和調質齒輪均未發現有斷齒現象，證明其具有較高的抗彎曲疲勞性能；耐磨性能；使用性能
展開 VirtualLab Unity應用：F-Theta 掃描物鏡
案例說明
F-Theta 掃描物鏡廣泛應用于激光打標、激光雕刻、激光切割及三維激光掃描等工業激光加工領域。該類物鏡通過將入射激光束在掃描平面上均勻聚焦，實現掃描角度與成像位置呈線性關系（F-Theta 特性），從而保證大視場內的高精度加工與成像。在本案例中，將通過設計一個典型的 F-Theta 掃描物鏡，演示在 VLU 中的光學設計流程，包括初始系統建立、像質分析、評價函數定義、優化以及結果展示。
面向電子束熔融增材制造噴管熱輻射的仿真研究
電子束熔絲沉積成形技術中，金屬絲材通過送絲裝置送入熔池并熔化，同時熔池按照預先規劃的路徑運動使金屬材料逐層凝固堆積。電子束選區熔化成形技術中，電子束按預先規劃的路徑掃描，熔化預先鋪放的金屬粉末;完成一個層面的掃描后，工作艙下降一層高度，鋪粉器重新鋪放一層粉末，如此反復進行，層層堆積。
圖1 電子束熔融（EBM）技術示意圖 a. 電子束熔絲沉積成形， b. 電子束選區熔化成形
相比于激光熔覆技術，電子束熔覆技術具有以下優點：
1、該技術的沉積效率高。電子束可以很容易實現數大功率輸出，可以在較高功率下達到很高的沉積速率，對于大型金屬結構的成形，電子束熔絲沉積成形速度優勢十分明顯。
2、成件的內部質量好。電子束是形成的熔池相對較深，能夠消除層間未熔合現象;同時，利用電子束掃描對熔池進行旋轉攪拌，可以明顯減少氣孔等缺陷。
3、真空環境有利于零件的保護，能有效避免空氣中有害雜質(氧、氮、氫等)在高溫狀態下混入金屬零件，非常適合鈦、鋁等活性金屬的加工。無需消耗保護氣體，僅消耗電能及不多的陰極材料，且未熔化的金屬粉末可循環使用，因此可降低生產成本。
4、電子束輸出功率可在較寬的范圍內調整，并可通過電磁場實現對束流運動方式及聚焦的靈活控制，無機械運動，可靠性高，控制靈活，反應速度快。利用面掃描技術，能夠實現大面積預熱及緩冷，實時調節控制零件表面溫度，減少缺陷與變形；利用多束流分束加工技術，可以實現多束流同時工作，在同一臺設備上，既可以實現熔絲沉積成形，也可以實現深熔焊接。
利用電子束增材制造（EBAM）技術設計研制大型復雜火箭噴管目前在國內基本空缺，國際上也很難見到。
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透射電鏡（TEM）VS掃描電鏡（SEM）：高分子材料微觀結構表征該選誰？
wx_fmt=png&from=appmsg&tp=wxpic&wxfrom=10005&wx_lazy=1#imgIndex=5" alt="圖片"></p><p>（f）利用帶有掃描附件和能量色散X射線譜儀的TEM，或者利用帶有圖像過濾器的TEM，對樣品中的元素分布進行分析，確定樣品中是否有成分偏析。</p><p><br></p><p><br></p><p><strong>TEM與SEM的區別</strong></p><p><strong style="color: rgb(8, 121, 226);">2.1 核心原理與成像方式</strong></p><p>掃描電鏡SEM用聚焦電子束掃描樣品表面，電子與樣品相互作用產生多種信號，通過探測器收集信號并轉換為圖像。SEM成像依賴表面信號，可以反映樣品的表面形貌、搭配能譜儀可以反映樣品的成分分布情況等。</p><p><br></p><p>透射電鏡TEM用高能電子束穿透超薄樣品，電子與樣品發生散射，通過電磁透鏡聚焦形成透射電子圖像。成像依賴穿透電子的散射差異，可反映樣品內部晶體結構、原子排列、缺陷等。</p><p><br></p><p><strong style="color: rgb(8, 121, 226);">2.2 分辨率與放大倍數</strong></p><p>SEM的表面分辨率可以達到1-10nm，主要觀察微米至納米級的表面細節。SEM的放大倍數通常為10-105倍，覆蓋宏觀到納米的觀察范圍。</p><p><br></p><p>TEM的空間分辨率可以達到0.1-0.2nm，能直接觀察原子排列，晶格條紋等亞納米級結構。TEM的放大倍數通?？蛇_到107倍，可用于原子級別分析。
展開 超高速激光熔覆，來點不一樣的......
超高速率熔覆技術是通過同步送粉添料方式，利用高能密度的束流使添加材料與高速率運動的基體材料表面同時熔化，并快速凝固后形成稀釋率極低，與基體呈冶金結合的熔覆層，極大提高熔覆速率，顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等工藝特性的工藝方法。
適用于電力、航空、航天、兵器、核工業、汽車制造業中需要改善性能的零件。根據工件的工況要求，熔覆各種設計成分的金屬或者非金屬，制備耐熱、耐磨、耐腐蝕、抗氧化、抗疲勞或具有光、電、磁特性的表面覆層。
超高速激光熔覆技術是一種經濟效益很高的新技術，它可以在金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質，降低成本，節約貴重稀有金屬材料，因此，世界上各工業先進國家對激光熔覆技術的研究及應用都非常重視．
熔覆工藝：激光熔覆按熔覆材料的供給方式大概可分為兩大類，即預置式激光熔覆和同步式激光熔覆。
預置式激光熔覆是將熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉、絲、板的形式加入，其中以粉末的形式最為常用。
同步式激光熔覆則是將熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同時完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用線材或板材進行同步送料。
預置式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理－－－預置熔覆材料－－－預熱－－－激光熔化－－－后熱處理。
同步式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理－－－送料激光熔化－－－后熱處理。
按工藝流程，與激光熔覆相關的工藝主要是基材表面預處理方法、熔覆材料的供料方法、預熱和后熱處理。
展開 VirtualLab Unity應用：F-Theta 掃描物鏡
應用場景
F-Theta 掃描物鏡廣泛應用于激光打標、激光雕刻、激光切割及三維激光掃描等工業激光加工領域。該類物鏡通過將入射激光束在掃描平面上均勻聚焦，實現掃描角度與成像位置呈線性關系（F-Theta 特性），從而保證大視場內的高精度加工與成像。在本案例中，將通過設計一個典型的 F-Theta 掃描物鏡，演示在 VLU 中的光學設計流程，包括初始系統建立、像質分析、評價函數定義、優化以及結果展示。
案例說明
設計結果
設計結果如下，像質，系統規格、額外系統限制以及加工要求均滿足預期設計目標。
優化后系統的3D光線追跡視圖
初始系統生成
評價函數定義
優化
展開 掃描電鏡mapping圖如何助力靜電紡絲纖維結構觀察
掃描電鏡mapping圖為我們深入了解材料的微觀結構和成分分布提供了獨特視角，尤其在靜電紡絲纖維結構觀察方面，有著重要價值。
掃描電鏡mapping，專業術語稱為“X射線能譜面分布分析”或“元素分布成像”。其工作原理是基于電子與物質的相互作用。當一束高能電子束聚焦在樣品表面進行掃描時，電子與樣品中的原子相互作用，會激發出多種信號，如二次電子、背散射電子、特征X射線等。
掃描電鏡mapping圖的基本原理
掃描電鏡mapping圖主要利用特征X射線信號來生成。不同元素被激發產生的特征X射線具有特定的能量和波長，通過探測器收集這些特征X射線，并根據其能量或波長進行分析，就能確定樣品中存在的元素種類。在mapping過程中，電子束逐點掃描樣品表面，同時探測器同步收集每個點的元素信號，最終將這些信息整合，形成一幅關于樣品表面元素分布的圖像，也就是掃描電鏡mapping圖。
例如，在分析金屬合金樣品時，通過mapping圖可以清晰看到不同金屬元素在合金結構中的分布情況：
掃描電鏡mapping圖的操作步驟
1、樣品制備
將靜電紡絲得到的纖維收集在合適的基底上，如硅片或銅網。對于不導電的纖維樣品，還需進行鍍膜處理，通常采用噴金或鍍碳的方式，以提高樣品的導電性，減少電子束照射下的電荷積累，保證成像質量。
2、儀器調試
將制備好的樣品安裝在掃描電鏡的樣品臺上，調整樣品位置，使其處于電子束的有效掃描范圍內。然后，對掃描電鏡的各項參數進行調試，包括加速電壓、工作距離、電子束流等。同時，設置好X射線能譜儀的參數，如能量分辨率、采集時間等，以確保能夠準確收集和分析特征X射線信號。
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