مختبرات جامعة ITMO: إضاءة LED وإلكترونيات بصرية تعمل بالموجات الدقيقة والاتصالات الضوئية

نعرض مختبر إضاءة LED . نقول كيف يتم ترتيبه وما يفعله الطلاب فيه ، بالإضافة إلى تقديم نظرة عامة على المعدات الثابتة والمتنقلة.

بالمناسبة ، لقد قمنا بالفعل بتكييف بعض مراجعاتنا للنسخة الإنجليزية من هبر:


في الجزء الأخير من المراجعة ، نقدم قصة موجزة عن موقع آخر والمعدات ذات الصلة - مختبر الإلكترونيات الضوئية الدقيقة بالموجات الدقيقة والاتصالات البصرية .


في الصورة: سيرجي ألكسندروفيتش شيغلوف ، رئيس المختبر

جزء البحث


يركز المختبر على المشاريع العلمية المتعلقة بنقل بيانات الضوء المرئي بسرعة عالية ، ودراسة خصائص وتوصيف أجهزة بث أشباه الموصلات ، ونمذجة أنظمة البث والتحقق منها.

يدرس هنا طلاب من برنامج البكالوريوس " الضوئيات الضوئية والإلكترونيات الضوئية " وبرنامج الماجستير " تقنيات LED والإلكترونيات الضوئية ".

« « », « », « », « ». : , , ()», — .

ينقسم المختبر إلى قسمين: التعليم والبحث. في البداية ، يقوم الطلاب بعمل المختبر. في الثانية ، يجري البحث والبحوث على معدات أكثر تعقيدا. يتم تنفيذها من قبل الطلاب الأكثر نشاطًا علمياً وطلاب الدراسات العليا.

يتم أيضًا تنفيذ جزء من عمل المشاريع العلمية الكبيرة هنا.

بشكل عام ، تم تصميم مباني مختبر البحث لثلاثة إلى أربعة أماكن عمل - مع أجهزة كمبيوتر وحوامل لقياس وتجميع الدوائر البصرية.

أما بالنسبة للمعدات ، أي المنشآت الثابتة التي لا يمكن حملها والأجهزة المحمولة - فسنعرضها بعد ذلك بقليل. توضح الصورة أدناه مقياس تدفق الجريان.


في الصورة: مقياس ضوئي لبذور الكتان

هذه أداة لرصد الإشعاع المكاني لخصائص الإضاءة لكل من مصابيح LED الصغيرة وأضواء الشوارع. يقع مقياس goniophotometer في غرفة مظلمة خاصة ، وهو تصميم قابل للطي. تسمح لك الغرفة بقياس خصائص الأنظمة الضوئية والإضاءة دون "توهج" غريب.

يتضمن مقياس goniophotometer مقياس الزوايا ، وجهازًا لقياس الدقة العالية للزوايا ، بالإضافة إلى كاشف ضوئي يسجل قراءات شدة الضوء. ويعمل هذا النظام على النحو التالي:

  • يتم توصيل LED بمصدر الطاقة ويتم قياس التوزيع المكاني لشدة الضوء ، التي تشكل ما يسمى الجسم الفوتومتري ؛
  • يتم توصيل جهاز الكشف الضوئي بجهاز تحكم ينقل البيانات إلى كمبيوتر محمول ببرنامج خاص (يقوم البرنامج بتسجيل إشارة عند تغير الموضع الزاوي) ؛
  • على أساس البيانات التي تم الحصول عليها ، تم تجميع نموذج ثلاثي الأبعاد لمصدر الضوء لحساب هندسة الإضاءة للمباني ، على سبيل المثال ، في برنامج DIALux الخاص.

مختبر متنقل


يحتوي المختبر على أدوات محمولة يمكن للموظفين من خلالها أخذ القياسات "في الميدان": لاستكشاف البيئة الخفيفة للغرف والمساحات الحضرية.

« - « » — . «», , «» . , «» .

«» , . : « , , , — ». , « », — .

يظهر الجهاز الذي يذكره سيرجي في الصور أدناه. يسمح لك بتقييم الخصائص الطيفية المختلفة: إحداثيات اللونية ، جودة اللون ، النفاذية. يتم توفير تطبيق خاص للأجهزة المحمولة للأداة.


في الصورة: مطياف مضغوط UPRtek MK350S


في الصورة: مطياف مضغوط UPRtek MK350S

يتم تخزين مطياف محمول في حالة خاصة. في وقت من الأوقات ، رسم الطلاب أوجه تشابه مع برنامج "Revisionorro" - حيث يقوم مقدم العرض أيضًا بإخراج حالة ووضع أختام قبل التحقق. جهاز آخر له حقيبة خاصة به هو عداد مشرق. إنه يذكرنا إلى حد ما بالرادار اليدوي الذي تستخدمه شرطة المرور. كما يوحي اسم الجهاز ، من الضروري قياس السطوع ("الستائر / لا أعمى").

« «». -. , . : , , — », — .


في الصورة: مقياس سطوع LS-110

للعمل في مشروع Lensvet ، حصل المختبر أيضًا على جهاز تكنو تيم ألماني. للوهلة الأولى ، هذه مجرد كاميرا Canon ، ولكنها في الواقع - نظام لتقييم توزيع السطوع. تتم معايرتها ولها رقم تسلسلي خاص بها.

يقوم الجهاز برقمنة الصورة بالسطوع ويولد مجموعة من البيانات للمعالجة. أزالوا الرصيف والطريق لتحديد ما إذا كانت هناك أي أشياء في مجال رؤية السائق عمياء ، وتتداخل مع القيادة. أدى هذا النهج إلى تسريع سير العمل بشكل كبير - مع مقياس السطوع التقليدي ، يجب إجراء أكثر من مائة قياس ، نظرًا لأنه يحتوي على منطقة قياس مركزية صغيرة جدًا.


في الصورة: LS-110 متر مشرق

أداة مخبرية محمولة أخرى هي عداد طاقة. باستخدامه ، يمكنك تقييم المعلمات الكهربائية لمصادر الضوء: الجهد الحالي ، التيار ، عامل الطاقة ، الطاقة الظاهرة ، تردد التيار ووقت التشغيل.


في الصورة: عداد الطاقة الكهربائية ، أداة

صغيرة أخرى في ترسانة المختبر هي كاميرا تصوير حراري متصلة بجهاز كمبيوتر. يظهر توزيع درجة الحرارة للمصابيح أو مصادر أشباه الموصلات الأخرى: حيث يتم تسخينها بقوة ، وحيث تكون ضعيفة.

"لنفترض أننا أشعلنا مصباحًا ، وقياسنا معلماته الكهربائية. يسخن لفترة طويلة بما يكفي لمدة ساعة ، فقط بعد ذلك يمكنك إجراء قياس. وهنا ننظر ، حيث لديه أكثر النقاط حرارة ، ما هي درجات الحرارة الحرجة ، "يقول سيرجي.


في الصورة: مطياف مع كرة قياس مدمجة


في الصورة: مطياف مع كرة قياس مدمجة

هناك أداة أخرى مثيرة للاهتمام - مطياف مع كرة قياس مدمجة. يسمح لك بتقييم خصائص LED مباشرة في وحدة الإنارة أو LED ، بدون لحام أشباه الموصلات. كما أنها مريحة أثناء التجارب.

إذا أجريت الحساب ، كان عليك الحصول على تدفق ضوئي مشترك واحد من الوحدة ، ولكن حصلت على آخر ، ثم بمساعدة مطياف يمكنك التحقق من مصابيح LED الفردية وفهم الخطأ الذي حدث. إما أن يضعوا مصابيح LED خاطئة ، أو أنهم لا يعملون بهذه الطريقة.

معمل تدريب


يحتوي مختبر التدريب على مجموعة مثيرة للاهتمام من مرشحات الضوء. يقيس الطلاب النفاذية ، ثم يحاولون صنع بعض الألوان بإضافة كأسين أو ثلاثة أكواب. هذا عمل إبداعي للحصول على ظلال مختلفة.


في الصورة: مرشحات الضوء

في الصورة أدناه - مقياس الزوايا. يقوم الطلاب بفحص مرور الإشعاع المرئي من المصباح من خلال شق ضيق ومنشور مثلث. بعد إعداد الجهاز ، سيتلقون طيف الخط والتحلل من الأزرق إلى الأحمر.


في الصورة: مقياس الزوايا ، جهاز لقياس الزوايا ،

جميع الأجهزة بسيطة وموثوقة - من الصعب كسرها أو إتلافها.



علاوة على الصورة ، يوجد مجمع يعتمد على كرة مدمجة مع طلاء أبيض خاص. النطاق مطلوب لتقييم معلمات المصابيح الصغيرة ومصابيح LED التي يمكن وضعها في الداخل. على مقياس الزوايا ، تستغرق هذه العملية وقتًا طويلاً ، ولكنها هنا لحظية: قاموا بتشغيلها ، وأخذوا القياسات ، وحصلوا على النتيجة.



للطلاب ، قدمنا ​​الانضباط من نشاط التصميم. في إطارها ، يجب عليهم تطوير نوع من الجهاز النهائي أو الجهاز أو التثبيت ، بعد أن مروا بجميع المراحل: من تشكيل مهمة التطوير إلى تنفيذها.



الرجال مبدعون - على سبيل المثال ، قام أحد الطلاب بعمل السيف الضوئي (في الصورة أعلاه). يصدر أصواتًا ، ويلعب المسيرة الإمبراطورية ، ويومض في اتصال بأشياء أخرى. مشروع آخر هو إشارة ضوئية. عادة ، تحتوي مصابيح LED على الأسلاك الخاصة بها لعنصر تحكم معين. لكن الطلاب وجدوا شريط LED مثير للاهتمام يحتوي كل مصباح LED على وحدة تحكم خاصة به ، وربطه بلوحة Arduino. تنتقل الإشارة من مصباح LED إلى آخر وتقوم بتشغيلها ، اعتمادًا على المنطق الموصوف.

« , , , — — . , , , : « ». — - , - , - . », — .


يدرس المختبر تفاعل الإشعاع البصري وإشارات الموجات الدقيقة في ظروف استقبال وإرسال ومعالجة المعلومات. يعمل هنا ثلاثة طلاب جامعيين وسبعة طلاب دراسات عليا ، ولكن في بعض الأحيان يأتي رجال جدد ، بما في ذلك العزاب. كلهم يجرون تجارب تتعلق بأبحاثهم - بعضها يستخدم الليزر ، والبعض الآخر يستخدم أجهزة الكشف الضوئي ، والبعض الآخر يستخدم مصابيح LED.


داخل جدران المختبر ، يتم أيضًا تنفيذ المشاريع المشتركة بين المؤسسات. نحن نعمل مع زملاء من Fiztekh و Polytechnic ، وكذلك مع شركات OKB "Planet" و "Connector Optics". هذا جانب مهم لتطوير العلوم: نحن نساعد في البحث عنها وهم - لنا.


في الصورة: على اليسار هي محطة التحقيق ، على اليمين هو محلل شبكة المتجه.

أما بالنسبة لمعدات المختبر ، فهناك أدوات تسمح بقياس معلمات بلورات الليزر وأجهزة الكشف الضوئي التي تعمل في نطاق تردد يصل إلى 40 جيجاهرتز.

« . . — », — .


في الصورة: محلل شبكة المتجه

بجوار محطة المسبار يوجد محلل شبكة متجه ، وهو مولد واستقبال إشارة عالية التردد. يقيس الجهاز استجابة تردد السعة لأجهزة الميكروويف السلبية أو الأجهزة الإلكترونية البصرية. يُظهر المحلل الاستجابة لإشارة ذات سعة اعتباطية عند أي تردد من نطاق القياس.


في الصورة: محلل الطيف البصري

"هناك أيضًا محلل طيف ضوئي. جهاز فريد بدقة أقل من picometer. الجهاز الأكثر دقة في روسيا. بالمناسبة ، الجهاز الثاني الأكثر دقة هو أيضًا معنا. الأول مصمم لنطاق 1500-1600 نانومتر ، والثاني - لنطاق 1300 نانومتر. تشرح أولغا أندريفنا أنها تستخدم من قبل أنظمة الاتصالات الحديثة.

يوجد أيضًا مقياس مقاومة في المختبر. يتم استخدامه لدراسة خصائص الأجهزة والمكونات السلبية مثل المقاومة والسعة والحث. تدابير لأقرب مئات من picofarads و microohms.

لدينا نظام لقياس خصائص الجهد الحالي. ليس لديه واجهة ويتصل بجهاز الكمبيوتر. ولكن من خلال وضع البلورة على محطة المسبار والاتصال بالمطاريف المقابلة ، يمكننا إزالة الخصائص الثابتة لأجهزة أشباه الموصلات ، أي اعتماد التيار على الجهد. على أساسها ، تم تحديد وضع التشغيل والقيم القصوى المسموح بها للتيارات والجهود.

الإنارة بالصمام المضيء


تتطور المختبرات في مجال ما يسمى Li-Fi - نظام ينقل البيانات باستخدام الضوء (مثل شفرة مورس تقريبًا). جهاز متصل بالمصباح ، مما يجعله يومض بتردد عالي جدًا ، غير مرئي للعين. هذا الوميض يشفر المعلومات الضرورية. أحد خيارات التنفيذ هو ما يسمى رمز ثنائي الأبعاد (رمز شريطي ثنائي الأبعاد) ، والذي يمكن اعتباره كاميرا هاتف ذكي.

يمكن أن تصبح المتاحف تطبيقًا تقنيًا محتملاً. فوق كل صورة ، يمكنك تعليق مصباح يضيء في نفس الوقت عملًا فنيًا ويبث رمزًا ثنائي الأبعاد. يكفي للزائر أن يفتح تطبيقًا خاصًا يتعرف على الإشارة ويعيد التوجيه إلى المورد بمعلومات إضافية حول الصورة. نفذت مشروع مماثلباناسونيك في متحف الدولة للفنون الجميلة. مثل. بوشكين.

حالة أخرى هي الملاحة. ستتمكن المصابيح من إرسال الإحداثيات الدقيقة في غرفة ، على سبيل المثال ، مركز تسوق ، ووضع علامة على مكان على الخريطة.



يتم تنفيذ عمل مماثل في إطار البحث والتطوير الموجه نحو الممارسة - وهي دراسات معقدة تتعلق بالبرمجة ومعالجة الإشارات. في شراكة مع O2 Lighting Systems ، قدم خبراء جامعة ITMO نماذج أولية للوحدات المضيفة والعملاء للعمل في شبكة Li-Fi. يخططون لاستخدام التكنولوجيا في المناطق التي تكون فيها شبكة Wi-Fi ضعيفة - في الطائرات أو على الأجسام تحت الماء.



جولاتنا الصورية الأخرى على حبري:




فعالياتنا: ورش العمل وورش العمل والمحاضرات والمسابقات القادمة .



All Articles