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ITMO University Laboratories: LED-Beleuchtung, Mikrowellenoptoelektronik und optische Telekommunikation

Wir zeigen das Labor für LED-Beleuchtung . Wir erzählen, wie es angeordnet ist und was die Schüler darin machen, und geben einen Überblick über stationäre und mobile Geräte.

Übrigens haben wir bereits einige unserer Bewertungen für die englische Version von Habr angepasst:


Im letzten Teil der Überprüfung geben wir eine kurze Geschichte über einen anderen Standort und verwandte Geräte - das Labor für Mikrowellenoptoelektronik und optische Telekommunikation .


Auf dem Foto: Sergey Aleksandrovich Scheglov, Leiter des Labors

Forschungsteil


Das Labor konzentriert sich auf wissenschaftliche Projekte im Zusammenhang mit der Hochgeschwindigkeitsübertragung von Daten mit sichtbarem Licht, der Untersuchung der Eigenschaften und der Charakterisierung von Halbleiter emittierenden Bauelementen, der Modellierung emittierender Systeme und deren Verifizierung.

Hier studieren Studierende des Bachelor-Studiengangs " Laserphotonik und Optoelektronik " und des Masterstudiengangs " LED-Technologien und Optoelektronik ".

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Das Labor ist in zwei Teile gegliedert: Bildung und Forschung. In der ersten führen die Studenten Laborarbeiten durch. Im zweiten Fall werden Forschung und Forschung an anspruchsvolleren Geräten durchgeführt. Sie werden von den wissenschaftlich aktivsten Studenten und Doktoranden durchgeführt.

Hier wird auch ein Teil der Arbeit großer wissenschaftlicher Projekte ausgeführt.

Im Allgemeinen sind die Räumlichkeiten des Forschungslabors für drei bis vier Arbeitsplätze ausgelegt - mit Computern und Ständern zum Messen und Zusammenbauen optischer Schaltkreise.

Die Ausrüstung, dh sowohl stationäre Installationen, die nicht transportiert werden können, als auch mobile Geräte - wir werden sie etwas später zeigen. Das Foto unten zeigt das Flux-Goniophotometer.


Auf dem Foto: Flachs-Goniophotometer

Dies ist ein Werkzeug zur Überwachung der räumlichen Strahlung der Beleuchtungseigenschaften von kleinen LEDs und Straßenlaternen. Das Goniophotometer befindet sich in einem speziellen dunklen Raum, der zusammenklappbar ist. In diesem Raum können Sie die Eigenschaften von optischen Systemen und Beleuchtungssystemen ohne unnötiges "Aufflackern" messen.

Das Goniophotometer umfasst ein Goniometer , ein Gerät zur hochpräzisen Winkelmessung sowie einen Fotodetektor, der die Lichtintensitätswerte aufzeichnet. Das System funktioniert wie folgt:

  • Die LED wird an die Stromversorgung angeschlossen und ihre räumliche Verteilung der Lichtintensität, die den sogenannten photometrischen Körper bildet, gemessen.
  • Der Fotodetektor ist mit einer Steuerung verbunden, die Daten mit einer speziellen Software an einen Laptop überträgt (die Software registriert ein Signal, wenn sich die Winkelposition ändert).
  • Auf Basis der erhaltenen Daten wird beispielsweise im speziellen DIALux-Programm ein 3D-Modell der Lichtquelle für die lichttechnische Berechnung der Räumlichkeiten erstellt.

Mobiles Labor


Das Labor verfügt über tragbare Instrumente, mit denen Mitarbeiter Messungen „vor Ort“ durchführen können: um die Lichtumgebung von Räumen und städtischen Räumen zu erkunden.

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Das von Sergey erwähnte Gerät ist auf den folgenden Fotos dargestellt. Sie können verschiedene spektrale Eigenschaften bewerten: Farbartkoordinaten, Farbqualität, Durchlässigkeit. Für das Gadget wird eine spezielle mobile Anwendung bereitgestellt.


Auf dem Foto: UPRtek MK350S Kompaktspektrometer.


Auf dem Foto: UPRtek MK350S Kompaktspektrometer. Das

tragbare Spektrometer wird in einem Sonderfall aufbewahrt. Zu einer Zeit zogen die Schüler Parallelen zum „Revisionorro“ -Programm - dort nimmt der Moderator auch einen Fall heraus und legt vor der Überprüfung Siegel an. Ein weiteres Gerät mit eigenem Koffer ist ein Hellmesser. Es erinnert ein wenig an ein manuelles Radar der Verkehrspolizei. Wie der Name des Geräts andeutet, ist es zur Messung der Helligkeit erforderlich („Jalousien / nicht blind“).

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Auf dem Foto: LS-110 Helligkeitsmesser.

Für die Arbeit am Lensvet-Projekt erwarb das Labor auch ein deutsches TechnoTeam-Gerät. Auf den ersten Blick ist dies nur eine Canon-Kamera, aber tatsächlich ein System zur Beurteilung der Helligkeitsverteilung. Es ist kalibriert und hat eine eigene Seriennummer.

Das Gerät digitalisiert das Foto nach Helligkeit und generiert eine Reihe von Daten zur Verarbeitung. Sie entfernten den Bürgersteig und die Fahrbahn, um festzustellen, ob sich im Sichtfeld des Fahrers Objekte befinden, die blind sind und das Fahren beeinträchtigen. Dieser Ansatz beschleunigte den Arbeitsablauf erheblich - mit einem herkömmlichen Helligkeitsmesser müssten mehr als einhundert Messungen durchgeführt werden, da er eine sehr kleine zentrale Messzone hat.


Auf dem Foto: LS-110 Hellmesser

Ein weiteres tragbares Laborinstrument ist ein Leistungsmesser. Damit können Sie die elektrischen Parameter von Lichtquellen auswerten: Stromspannung, Strom, Leistungsfaktor, Scheinleistung, Netzfrequenz und Betriebszeit.


Auf dem Foto: Stromzähler.

Ein weiteres kleines Instrument im Arsenal des Labors ist eine Wärmebildkamera, die an einen Computer angeschlossen ist. Es zeigt die Temperaturverteilung für Leuchten oder andere Halbleiterquellen: wo sie sehr stark erwärmt werden und wo - schwach.

„Angenommen, wir haben eine Lampe angezündet und ihre elektrischen Parameter gemessen. Es erwärmt sich lange genug für eine Stunde, erst danach können Sie eine Messung durchführen. Und hier schauen wir, wo er den heißesten Punkt hat, was seine kritischen Temperaturen sind “, sagt Sergey.


Auf dem Foto: ein Spektrometer mit integrierter Messkugel


Auf dem Foto: ein Spektrometer mit integrierter Messkugel

Es gibt ein weiteres interessantes Werkzeug - ein Spektrometer mit integrierter Messkugel. Damit können Sie die Eigenschaften von LED direkt in der Leuchte oder im LED-Modul bewerten, ohne Halbleiterbauelemente zu löten. Es ist auch während der Experimente bequem.

Wenn Sie die Berechnung durchgeführt haben, mussten Sie einen gemeinsamen Lichtfluss vom Modul erhalten, aber einen anderen. Mit Hilfe eines Spektrometers können Sie einzelne LEDs überprüfen und verstehen, was schief gelaufen ist. Entweder setzen sie die falschen LEDs oder sie funktionieren nicht so.

Trainingslabor


Das Trainingslabor verfügt über einen interessanten Satz von Lichtfiltern. Die Schüler messen die Durchlässigkeit und versuchen dann, durch Hinzufügen von zwei oder drei Gläsern etwas Farbe zu erzeugen. Dies ist eine so kreative Arbeit, um verschiedene Farben zu bekommen.


Auf dem Foto: Lichtfilter

Auf dem Foto unten - ein Goniometer. Die Schüler untersuchen den Durchgang sichtbarer Strahlung von einer Lampe durch einen schmalen Schlitz und ein dreieckiges Prisma. Nach dem Einrichten des Instruments erhalten sie ein Linienspektrum und eine Zerlegung von blau nach rot.


Auf dem Foto: Goniometer, Gerät für Winkelmessungen.

Alle Geräte sind einfach und zuverlässig - es ist ziemlich schwierig, sie zu zerbrechen oder zu zerstören.



Weiter auf dem Foto befindet sich ein Komplex, der auf einer integrierenden Kugel mit einer speziellen weißen Beschichtung basiert. Der Umfang wird benötigt, um die Parameter kleiner Lampen und LEDs zu bewerten, die im Inneren platziert werden können. Auf dem Goniometer dauert dieser Vorgang lange, aber hier ist er augenblicklich: Sie haben ihn eingeschaltet, Messungen durchgeführt und das Ergebnis erhalten.



Für Studenten haben wir die Disziplin der Designaktivität eingeführt. Innerhalb ihres Rahmens müssen sie eine Art Endgerät, Gerät oder Installation entwickeln, die alle Phasen durchlaufen haben: von der Bildung der Entwicklungsaufgabe bis zu ihrer Implementierung.



Die Jungs sind kreativ - zum Beispiel hat ein Schüler ein Lichtschwert gemacht (siehe Abbildung oben). Er macht Geräusche, spielt den kaiserlichen Marsch und blinkt in Kontakt mit anderen Objekten. Ein weiteres Projekt ist eine Ampel. In der Regel haben LEDs eine eigene Verkabelung zu einem bestimmten Steuerelement. Die Schüler fanden jedoch einen interessanten LED-Streifen, in dem jede LED einen eigenen Controller hat, und verbanden ihn mit der Arduino-Platine. Das Signal geht von einer LED zur anderen und schaltet sie je nach vorgeschriebener Logik ein.

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Das Labor untersucht die Wechselwirkung von optischer Strahlung und Mikrowellensignalen unter den Bedingungen des Empfangs, der Übertragung und der Verarbeitung von Informationen. Drei Studenten und sieben Doktoranden arbeiten hier, aber manchmal kommen neue Leute, einschließlich Junggesellen. Sie alle führen Experimente im Zusammenhang mit ihrer Forschung durch - einige mit Lasern, andere mit Fotodetektoren, andere mit LEDs.


Innerhalb der Wände des Labors werden auch interinstitutionelle Projekte durchgeführt. Wir arbeiten mit Kollegen von Fiztekh und Polytechnic sowie mit den Unternehmen der OKB "Planet" und "Connector Optics" zusammen. Dies ist ein wichtiger Aspekt für die Entwicklung der Wissenschaft: Wir helfen, sie zu erforschen, und sie - für uns.


Auf dem Foto: links die Sondenstation, rechts der Vektornetzwerkanalysator.

Bei den Laborgeräten gibt es Instrumente, mit denen die Parameter von Laserkristallen und Fotodetektoren im Frequenzbereich bis 40 GHz gemessen werden können.

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Auf dem Foto: Vektornetzwerkanalysator

Neben der Sondenstation befindet sich ein Vektornetzwerkanalysator, der ein Generator und Empfänger eines Hochfrequenzsignals ist. Das Instrument misst den Amplituden-Frequenzgang von passiven Mikrowellengeräten oder optoelektronischen Geräten. Der Analysator zeigt die Reaktion auf ein Signal mit einer beliebigen Amplitude bei einer beliebigen Frequenz aus dem Messbereich.


Auf dem Foto: optischer Spektrumanalysator

„Es gibt auch einen optischen Spektrumanalysator. Ein einzigartiges Gerät mit einer Auflösung von weniger als einem Pikometer. Das genaueste Gerät in Russland. Das zweitgenaueste Gerät ist übrigens auch bei uns. Einer ist für den Bereich von 1500–1600 nm ausgelegt, der zweite für den Bereich von 1300 nm. Sie werden von modernen Telekommunikationssystemen verwendet “, erklärt Olga Andreevna.

Es gibt auch einen Impedanzmesser im Labor. Es wird verwendet, um Eigenschaften von Geräten und passiven Komponenten wie Widerstand, Kapazität und Induktivität zu untersuchen. Misst auf die nächsten Hundertstel Picofarad und Mikroohm.

Wir haben ein System zur Messung der Strom-Spannungs-Eigenschaften. Es hat keine Schnittstelle und stellt eine Verbindung zu einem Computer her. Indem wir den Kristall auf die Sondenstation legen und an die entsprechenden Anschlüsse anschließen, können wir die statischen Eigenschaften von Halbleiterbauelementen entfernen, dh die Abhängigkeit des Stroms von der Spannung. Auf ihrer Basis sind bereits die Betriebsart und die maximal zulässigen Werte von Strömen und Spannungen festgelegt.

LED-Beleuchtung


Die Labore entwickeln sich auf dem Gebiet des sogenannten Li-Fi - eines Systems, das Daten mit Licht überträgt (fast wie Morsecode). An die Lampe ist ein Gerät angeschlossen, das sie mit einer sehr hohen Frequenz blinken lässt, die für das Auge unsichtbar ist. Dieses Flimmern verschlüsselt die notwendigen Informationen. Eine der Implementierungsoptionen ist der sogenannte 2D-Code (zweidimensionaler Barcode), der als Smartphone-Kamera betrachtet werden kann.

Museen können zu einer potenziellen Technologieanwendung werden. Über jedem Bild können Sie eine Lampe aufhängen, die gleichzeitig ein Kunstwerk beleuchtet und einen 2D-Code sendet. Es reicht aus, wenn der Besucher eine spezielle Anwendung öffnet, die das Signal erkennt und mit zusätzlichen Informationen zum Bild zur Ressource umleitet. Ein ähnliches Projekt implementiertPanasonic im Staatlichen Museum der Schönen Künste. WIE. Puschkin.

Ein anderer Fall ist die Navigation. Lampen können die genauen Koordinaten in einem Raum, beispielsweise einem Einkaufszentrum, übertragen und einen Ort auf der Karte markieren.



Ähnliche Arbeiten werden im Rahmen praxisorientierter F & E durchgeführt - dies sind komplexe Studien zur Programmierung und Signalverarbeitung. In Zusammenarbeit mit O2 Lighting Systems präsentierten Experten der ITMO University Prototypen der Client- und Host-Module für die Arbeit im Li-Fi-Netzwerk. Sie planen, die Technologie in Bereichen einzusetzen, in denen WLAN nicht verfügbar ist - in Flugzeugen oder auf Unterwasserobjekten.


Unsere anderen Fototouren auf Habré:



Unsere Veranstaltungen: anstehende Workshops, Workshops, Vorträge und Wettbewerbe .

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