Get best of the week

Laboratórios da ITMO University: iluminação LED, optoeletrônica de microondas e telecomunicações ópticas

Mostramos o laboratório de iluminação LED . Contamos como é organizado e o que os alunos fazem nele, além de fornecer uma visão geral dos equipamentos fixos e móveis.

A propósito, já adaptamos algumas de nossas análises para a versão em inglês do Habr:


Na parte final da revisão, apresentamos uma breve história sobre outro local e equipamentos relacionados - o laboratório de optoeletrônica de microondas e telecomunicações ópticas .


Na foto: Sergey Aleksandrovich Scheglov, chefe do laboratório

Parte de pesquisa


O laboratório concentra-se em projetos científicos relacionados à transmissão em alta velocidade de dados de luz visível, estudando as propriedades e caracterização de dispositivos emissores de semicondutores, modelagem de sistemas emissores e sua verificação.

Os alunos do programa de graduação " Laser Fotônica e Optoeletrônica " e do programa de mestrado " LED Technologies and Optoelectronics " estão estudando aqui .

« « », « », « », « ». : , , ()», — .

O laboratório está dividido em duas partes: educacional e de pesquisa. No primeiro, os alunos realizam trabalhos de laboratório. No segundo, pesquisas e pesquisas estão sendo realizadas em equipamentos mais sofisticados. Eles são realizados pelos estudantes e alunos de pós-graduação mais ativos cientificamente.

Parte do trabalho de grandes projetos científicos também é realizada aqui.

Em geral, as instalações do laboratório de pesquisa são projetadas para três a quatro locais de trabalho - com computadores e suportes para medir e montar circuitos ópticos.

Quanto ao equipamento, ou seja, instalações estacionárias que não podem ser transportadas e dispositivos móveis - mostraremos um pouco mais tarde. A foto abaixo mostra o goniofotômetro de fluxo.


Na foto: goniofotômetro de linho

Esta é uma ferramenta para monitorar a radiação espacial das características de iluminação de pequenos LEDs e luzes de rua. O goniofotômetro está localizado em uma sala escura especial, com um design dobrável. A sala permite que você meça as propriedades dos sistemas ópticos e de iluminação sem "reflexos" estranhos.

O goniofotômetro inclui um goniômetro , um dispositivo para medição de ângulos de alta precisão, além de um fotodetector que registra as leituras da intensidade da luz. O sistema funciona da seguinte maneira:

  • o LED está ligado à fonte de alimentação e é medida a sua distribuição espacial da intensidade da luz, que forma o chamado corpo fotométrico;
  • o fotodetector é conectado a um controlador que transmite dados para um laptop com um software especial (o software registra um sinal quando a posição angular muda);
  • Com base nos dados obtidos, um modelo 3D da fonte de luz é compilado para o cálculo da engenharia de iluminação das instalações, por exemplo, no programa DIALux especial.

Laboratório móvel


O laboratório possui instrumentos portáteis com os quais os funcionários podem fazer medições “no campo”: para explorar o ambiente iluminado de salas e espaços urbanos.

« - « » — . «», , «» . , «» .

«» , . : « , , , — ». , « », — .

O dispositivo mencionado por Sergey é mostrado nas fotografias abaixo. Permite avaliar várias características espectrais: coordenadas de cromaticidade, qualidade de cor, transmitância. Um aplicativo móvel especial é fornecido para o gadget.


Na foto: espectrômetro compacto UPRtek MK350S


Na foto: espectrômetro compacto UPRtek MK350S O

espectrômetro portátil é armazenado em um caso especial. Ao mesmo tempo, os alunos traçaram paralelos com o programa “Revisionorro” - lá, o apresentador também pega um caso e coloca selos antes de checar. Outro dispositivo que tem sua própria mala é um medidor luminoso. É um pouco remanescente de um radar manual usado pela polícia de trânsito. Como o nome do dispositivo implica, é necessário medir o brilho (“cega / não cega”).

« «». -. , . : , , — », — .


Na foto: medidor de brilho LS-110.

Para trabalhar no projeto Lensvet, o laboratório também adquiriu um dispositivo alemão TechnoTeam. À primeira vista, esta é apenas uma câmera Canon, mas de fato - um sistema para avaliar a distribuição do brilho. É calibrado e possui seu próprio número de série.

O dispositivo digitaliza a foto com brilho e gera uma matriz de dados para processamento. Eles removeram a calçada e a estrada para determinar se existem objetos no campo de visão do motorista que ceguem, interfiram na direção. Essa abordagem acelerou significativamente o fluxo de trabalho - com um medidor de brilho convencional, mais de cem medições teriam que ser feitas, uma vez que possui uma zona de medição central muito pequena.


Na foto: LS-110 medidor brilhante

Outro instrumento de laboratório portátil é um medidor de energia. Com ele, você pode avaliar os parâmetros elétricos das fontes de luz: tensão atual, corrente, fator de potência, potência aparente, frequência da rede elétrica e tempo de operação.


Na foto: medidor de energia elétrica

Outro pequeno instrumento no arsenal do laboratório é uma câmera de imagem térmica conectada a um computador. Ele mostra a distribuição de temperatura para luminárias ou outras fontes de semicondutores: onde elas são aquecidas muito e onde - fracamente.

“Suponha que acendamos uma lâmpada, medimos seus parâmetros elétricos. Aquece por tempo suficiente por uma hora, somente depois disso você pode fazer uma medição. E aqui olhamos, onde ele tem o ponto mais quente, quais são suas temperaturas críticas ”, diz Sergey.


Na foto: um espectrômetro com uma esfera de medição integrada


Na foto: um espectrômetro com uma esfera de medição integrada

Há outra ferramenta interessante - um espectrômetro com uma esfera de medição integrada. Permite avaliar as características do LED diretamente na luminária ou no módulo LED, sem soldar dispositivos semicondutores. Também é conveniente durante experimentos.

Se você fez o cálculo, teve que obter um fluxo de luz comum do módulo, mas outro, e com a ajuda de um espectrômetro você pode verificar os LEDs individuais e entender o que deu errado. Eles colocam os LEDs errados ou não funcionam dessa maneira.

Laboratório de treinamento


O laboratório de treinamento possui um conjunto interessante de filtros de luz. Os alunos medem a transmitância e depois tentam criar cores adicionando dois ou três copos. Este é um trabalho tão criativo para obter tons diferentes.


Na foto: filtros de luz

Na foto abaixo - um goniômetro. Os alunos examinam a passagem da radiação visível de uma lâmpada através de uma fenda estreita e um prisma triangular. Após a instalação do instrumento, eles receberão um espectro de linha e decomposição do azul para o vermelho.


Na foto: goniômetro, dispositivo para medições angulares

Todos os dispositivos são simples e confiáveis ​​- é bastante difícil quebrá-los ou arruiná-los.



Mais adiante, na foto, existe um complexo baseado em uma esfera de integração com um revestimento branco especial. O escopo é necessário para avaliar os parâmetros de pequenas lâmpadas e LEDs que podem ser colocados no interior. No goniômetro, esse processo leva muito tempo, mas aqui é instantâneo: eles ligaram, fizeram medições e obtiveram o resultado.



Para os alunos, introduzimos a disciplina da atividade de design. Dentro de sua estrutura, eles devem desenvolver algum tipo de dispositivo, dispositivo ou instalação final, tendo passado por todas as etapas: desde a formação da tarefa de desenvolvimento até sua implementação.



Os caras são criativos - por exemplo, um aluno fez um sabre de luz (foto acima). Ele faz sons, toca a Marcha Imperial e pisca em contato com outros objetos. Outro projeto é um semáforo. Normalmente, os LEDs têm sua própria fiação para um determinado elemento de controle. Mas os alunos encontraram uma faixa de LED interessante na qual cada LED tem seu próprio controlador e a conectou à placa Arduino. O sinal passa de um LED para outro e os liga, dependendo da lógica prescrita.

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


O laboratório estuda a interação de radiação óptica e sinais de microondas nas condições de recepção, transmissão e processamento de informações. Três estudantes de graduação e sete estudantes de pós-graduação trabalham aqui, mas às vezes chegam novos caras, incluindo solteiros. Todos eles conduzem experimentos relacionados à sua pesquisa - alguns usando lasers, outros usando fotodetectores, outros usando LEDs.


Dentro das paredes do laboratório, projetos interinstitucionais também estão sendo implementados. Trabalhamos com colegas da Fiztekh e Polytechnic, bem como com empresas do OKB "Planet" e "Connector Optics". Este é um aspecto importante para o desenvolvimento da ciência: ajudamos a pesquisá-los e eles - para nós.


Na foto: à esquerda, a estação de sonda, à direita, o analisador de rede vetorial, e,

quanto ao equipamento de laboratório, existem dispositivos que permitem medir os parâmetros dos cristais de lasers e fotodetectores que operam na faixa de frequência de até 40 GHz.

« . . — », — .


Na foto: analisador de rede vetorial

Ao lado da estação de detecção, há um analisador de rede vetorial, que é um gerador e receptor de um sinal de alta frequência. O instrumento mede a resposta de amplitude-frequência de dispositivos de microondas passivos ou optoeletrônicos. O analisador mostra a resposta a um sinal com uma amplitude arbitrária em qualquer frequência da faixa de medição.


Na foto: analisador de espectro óptico

“Há também um analisador de espectro óptico. Um dispositivo exclusivo com uma resolução inferior a um picômetro. O dispositivo mais preciso da Rússia. A propósito, o segundo dispositivo mais preciso também está conosco. Um é projetado para a faixa de 1500-1600 nm e o segundo para a faixa de 1300 nm. Eles são usados ​​pelos modernos sistemas de telecomunicações ”, explica Olga Andreevna.

Há também um medidor de impedância em laboratório. É usado para estudar características de dispositivos e componentes passivos como resistência, capacitância e indutância. Medidas para os centésimos mais próximos de picofarads e microohms.

Temos um sistema para medir características de corrente-tensão. Não possui uma interface e se conecta a um computador. Mas, colocando o cristal na estação da sonda e conectando-se aos terminais correspondentes, podemos remover as características estáticas dos dispositivos semicondutores, ou seja, a dependência da corrente na tensão. Em sua base, o modo de operação e os valores máximos admissíveis de correntes e tensões já estão determinados.

Iluminação LED


Os laboratórios estão se desenvolvendo no campo do chamado Li-Fi - um sistema que transmite dados usando a luz (quase como o código Morse). Um dispositivo está conectado à lâmpada, o que a faz piscar com uma frequência muito alta, invisível aos olhos. Esse flicker codifica as informações necessárias. Uma das opções de implementação é o chamado código 2D (código de barras bidimensional), que pode ser considerado uma câmera de smartphone.

Os museus podem se tornar um potencial aplicativo de tecnologia. Acima de cada imagem, você pode pendurar uma lâmpada que ilumine simultaneamente uma obra de arte e transmita um código 2D. Basta que o visitante abra um aplicativo especial que reconheça o sinal e redirecione para o recurso com informações adicionais sobre a imagem. Implementou um projeto semelhantePanasonic no Museu Estadual de Belas Artes. COMO. Pushkin.

Outro caso é a navegação. As lâmpadas poderão transmitir as coordenadas exatas em uma sala, por exemplo, em um shopping center e marcar um local no mapa.



Um trabalho semelhante é realizado dentro da estrutura de P&D orientada para a prática - esses são estudos complexos relacionados à programação e processamento de sinais. Em parceria com a O2 Lighting Systems, os especialistas da ITMO University apresentaram protótipos dos módulos cliente e host para trabalhar na rede Li-Fi. Eles planejam usar a tecnologia em áreas onde o Wi-Fi é impotente - em aviões ou em objetos subaquáticos.


Nossos outros passeios fotográficos em Habré:



Nossos eventos: próximos workshops, workshops, palestras e competições .

More articles:


All Articles