No category

منابع تحقیق درباره نیروی کشش، مناسب سازی، محدودیت ها، دینامیکی

دسامبر 1, 2018

عنوان یک مشخص گر موقعیت بر پایه فوتودیود دیگر، میکروسکوپی ویدیویی با آنالیز تصویر پسین با ظهور رزولوشن بالا به وسیله دوربین های ویدیویی دیجیتالی سرعت بالا در سال های اخیر اهمیت پیدا کرده است ]۳۰[. در حالی که مشخص کردن موقعیت با ویدیو میکروسکوپی خیلی انعطاف پذیر است ( به عنوان مثال می تواند به آسانی به تله های چندگانه گسترش یابند ) دقت در مشخص کردن موقعیت معمولا در مقایسه با سازوکارهای ردگیری لیزری پایین است. همچنین رزولوشن زمانی مشخص گر موقعیت با پایه ویدیویی، هنوز حداقل یک مرتبه از نظر بزرگی پایین تر از ردگیری مستقیم باریکه لیزر می باشند.
۱-۱۸ روش های کالیبره کردن:
برای داشتن اطلاعات موقعیت ذره به دام افتاده، چندین روش برای مشخص کردن و کالیبره کردن چاه پتانسیل اپتیکی و استخراج شدت تله وجود دارد ]۲۳[. برای یک پتانسیل هارمونیک نوسانات میرایی ذره در تله اپتیکی می تواند به صورت تحلیلی توصیف شود و طیف توان دینامیکی می تواند به صورت یک توزیع لورنتسی نوشته شود:
(۱-۳۹)
اینجا ضریب کشش ویسکوزیته ذره و فرکانس کنجی که می تواند از یک مناسب سازی به طیف توان با معادله( ۱-۳۹ )به دست آید. برای کره آزاد با شعاع r به دور از هر سطح، ضریب کشش ویسکوزیته می باشد در حالی که آن باید در نزدیکی سطح به وسیله یک فاکتور وابسته به مسافت داده شده به وسیله قانون فاکسن تصحیح شود ]۹[. با یک کشش ویسکوزیته شناخته شده و فرکانس کنج تعیین شده از طیف توان، شدت تله اندازی می تواند محاسبه شود. کالیبره دقیق نیاز به در نظر گرفتن تاثیرات بیشتر روی توان، شامل وابستگی فرکانس نیروی کشش، اثرهای ناشی از فرکانس نمونه سازی محدود یا وابستگی فرکانس حسگر مشخص گر موقعیت می باشد ]۲۹[.
شدت تله اندازی می تواند به وسیله مانیتور بندی تغییرات نوسانات گرمایی ذره به دام افتاده شده تعیین شود. انرژی جنبشی گرمایی ذره را که می تواند به انرژی پتانسیل اپتیکی تله با شدت مربوط شود با تئوری قسمت بندی مساوی داده می شود ]۲۵[:
(۱-۴۰)
در عبارت بالا تغییر جابه جایی از موقعیت تعادلی است. با وجود اینکه که این روش ساده می باشد ( به ویژه مستقل از ویسکوزیته محیط که یک مزیت است) اما مشخص کردن اشتباهات سخت است. از چاه پتانسیل اپتیکی به هر حال تابع احتمال برای جابجایی یک ذره به دام افتاده می تواند استنباط شود]۱۴[:
(۱-۴۱)
در عبارت بالا مساوی اول برای هر پتانسیل معتبر است در حالی که مساوی دوم تنها برای پتانسیل های هارمونی درست است.
در سوی دیگر پتانسیل های اپتیکی همچنین می توانند به وسیله به کار بردن نیروهای شناخته شده و مانیتور بندی جابجایی برای نیروهای مختلف، اندازه گیری شود. نیروی اعمال شده معمولا نیروی کشش ویسکوزیته بر روی ذره می باشد در نتیجه همه ی ملاحظات روی نیروی کشش بحث شده در بالا معتبر هستند. به ویژه به کار بردن یک شمار گسسته از نیروهای مختلف یا انتخاب دیگر یک تابع پیوسته مانند یک نیروی متغییر سینوسی، ممکن می باشد. با توجه به تابع احتمال، روش نیروی کشش برای مشخص کردن پتانسیل های غیر هارمونیک مناسب است. از جمله این روش یک روش سرراست برای تعیین نیروی بیشینه یا عمق چاه پتانسیل به وسیله افزایش نیروی اعـمالی تا زمان فرار ذره از تله اپتیـکی ارائه می دهـد
]۲۵[.در نمونه های بیولوژیکی نوعی اغلب پارامترهای موضعی خاصی به طور مستقیم قابل دسترس نیستند. برای مثال ممکن است تعیین ویسکوزیتی محیط احاطه کننده ذره به تله افتاده در درون سلول بیولوژیکی مشکل باشد. به علاوه دمای موضعی معمولا شناخته شده نیست به طوری که کانون لیزر تله اپتیکی، انرژی گرمایی و گرمایش نمونه وابسته به خصوصیات جذبی ایجاد می کند. یک ترکیب از روش های کالیبره کردن بحث شده در بالا به هر حال می تواند پارامترهای مستقل کافی در سیستم های بیولوژیکی پیچیده ارائه دهد.
۱-۱۹ کالیبره کردن اندازه گیری نیرو:
معمولا ابعاد دانه بین هر دو تقریب پرتویی و رایلی است بنابراین قبل از تعیین نیرو، تعیین همبستگی بین نیرو و جابه جایی بین مرکز کره و کانون لیزر باید ایجاد شود. تقریب اول آن است که رابطه خطی است که یک تقریب خوب برای جابه جایی های کوچک به طور نشان داده شده در شکل۱-۱۳ می باشد. نیرو در انبرک های نوری می تواند به وسیله معادله زیر توصیف شود:
(۱-۴۲)
که در آن k شدت تله است. با درجه بندی سیستم شدت تله به دست می آید و نیروی تعیین کننده می تواند به وسیله اندازی گیری فاصله بین کانون لیزر و مرکز کره برون یابی شود.
شکل۱-۱۳: نیروی های محاسبه شده بر روی کره. باریکه گائوسی می باشد. شکل چپ نیروی عرضی روی کره به عنوان تابعی جابجایی عرضی. شکل سمت راست نیروی محوری بر روی کره به عنوان تابعی از جابجایی محوری
۱-۲۰ کالیبره کردن نیروی کشش ویسکوزیته:
در درجه بندی نیروی کشش ویسکوز یک نیروی شناخته شده بر روی ذره اعمال می شود و جابه جایی اندازه گرفته می شود سپس همبستگی بین نیرو و جابه جایی شناخته می شود. نیرو روی کره ی در محیط ویسکوز به قانون استوکس مشهور است:
(۱-۴۳)
که در آن ویسکوزیته، شعاع کره، سرعت محیط و ضریب کشش ویسکوز است. اگر سرعت مایع بتواند به وسیله اندازه گیری جابه جایی دانه در نیروهای مختلف اندازه گرفته شود، یک نیروی شناخته شده می تواند اعمال شود . یعنی در سرعت های مختلف محیط شدت تله گذاری ها به دست می آید.
۱-۲۱ کالیبره کردن حرکت براونی:
دومین روش ممکن درجه بندی که اغلب استفاده می شود، اندازه گیری حرکت براونی خارج یک دانه به دام افتاده می باشد. حرکت دانه به تله افتاده اثر نیروی ناشی از نوسانات گرمایی در محیط می باشد. ذره به وسیله معادله لانگوین توصیف می شود:
(۱-۴۴)
اندازه ذره و حقیقتی که آن در یک محیط آبی سیستم را شدیدا بیش میرا می سازد با این حقیقت ترم لختی می تواند حذف شود.
(۱-۴۵)
یک نیروی گرمایی است. میانگین زمانی این نیرو صفر است و طیف توان ثابت است.
(۱-۴۶)
در این عبارت تبدیل فوریه است. اگر تبدیل فوریه به هر دو طرف معادله ۱-۴۵ اعمال شود نتیجه زیر به دست می آید:
(۱-۴۷)
که در آن . نتیجه ترکیب معادله ۱-۴۶ و ۱-۴۷ رابطه زیر را می دهد:
(۱-۴۸)
این طیف توان فرکانس دانه به تله افتاده در انبرک های نوری است. برای فرکانس های پایین (کوچکتر از ) توان تقریبا ثابت است. در نواحی فرکانس بالا ( بالای ) دامنه با مربع فرکانس افت می کند. با اندازه گیری حرکت دانه به دلیل نوسانات گرمایی طیف توان و می تواند به دست آید، از این گراف مقدار ثابت در فرکانس های پایین تر به آسانی به دست می آید:
(۱-۴۹)
با مقدارهای و ملزم شده از گراف تعیین و ممکن می شود:
(۱-۵۰) و
مقداری از تنها برای شرایط ایده آل شده درست است که همیشه برقرار نمی باشد. یک مقدار خیلی دقیق از برای سیستم داده شده از درجه بندی برون یابی می شود.
فصل دوم:مواد و روشهای مورد استفاده تحقیق
مقدمه:
در این فصل چون گذشته از برخی مطالب تحلیلی در مورد ادامه فصل به روش عددی و محاسباتی خواهیم پرداخت می توان گفت که روش محاسباتی در واقع یک مرز مشخص و مهمی بین روش تجربی و تئوری بوجود آورده است.همانطوری که قبلا نیز اشاره کردیم امواج دارای فشار بر روی موادی هستند که برآن می تابند در اینجا اگر ما فشار نوری امواج را در نظر بگیریم.این فشار همانطوری که در فصل های قبل هم اشاره شد با داشتن گرادیان نیرو نه تنها می تواند باعث جابه جایی های خطی برای تغییرات گشتاوری نیرو نیز می تواند موثر باشد.در این مورد مطالعه سیستم های نامتقارن با ایجاد فشارهای نوری دارای سختی هایی از لحاظ ابزارهای ریاضی مورد نیاز می باشد.اما با این حال می توان گفت که یکی از روشهایی که در این راستا بسیار مناسب و موفق بوده می توان به تئوری Lorenz-mie اشاره کرد.این روش با تقریب بسیار زیادی می تواند سیستم هایی که دارای تقارن فضایی نیستد را پوشش دهد.(t-matrix method)
دام های نوری مورد بحث معمولاً از پرتوی گؤسی بهره می گیرند، که توسط یک لنز متمرکز شده است. گرچه پرتوی گؤسی دارای محدودیت هایی نیز هست. اولاً، پس از طی مسافتی به نام بازه ریلی دچار واگرایی می شود. ثانیاً، نمی توان ذراتی را بیشتر از چند میکرومتر دورتر از جهت انتشار به دام انداخت. زیرا پرتوی گؤسی پس از عبور از ذره دچار تحلیل می شود. اخیراً استفاده از پرتوهای غیر گؤسی مانند پرتوی بسل بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
۲-۱ تله اندازی نوری:
اگر باریکه ای از نور لیزری را در نظر بگیریم.دراین صورت می توانیم موج فرودی را بصورت برهم نهشتی از ضرایب بسط بصورت زیر بنویسیم
(۲-۱)
اما باید توجه داشت که در مطالعه امواج لیزری در انبرکهای نوری و یا هر وسیله دیگر امواج فرودی دارای پراکندگی هایی نیز در سیستم خواهد بود .یعنی موج فرودی به سیستم علاوه بر داشتن برهمنهشتی از موجهای موثر بر روی ذره سیستم دارای پراکندگی موجی نیز به خاطر برخورد امواج اولیه باذرات در سیستم خواهد بود .که می توان این پراکندگی را نیز بصورت زیر معرفی کرد
(۲-۲)

No Comments

Leave a Reply