Sistema de controle de temperatura da cavidade laser de Titânio-Safira em regime femtossegundo utilizando pastilhas de Peltier

• Processo: 20/04657-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2020
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2021
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Elétrica - Eletrônica Industrial, Sistemas e Controles Eletrônicos
• Pesquisador responsável: Jarbas Caiado de Castro Neto
• Beneficiário: Iago Carvalho de Almeida
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Eletrônica industrial Sistemas lineares Sistemas de refrigeração e ar condicionado Controle Temperatura Lasers de femtossegundos Estudos experimentais
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Controle | laser | Peltier | Refrigeração a ar | Titânio-Safira | Controle de Sistemas Lineares

Resumo

Este projeto visa o desenvolvimento do sistema de refrigeração a ar da cavidade laser de Titânio-Safira para operação em regime femtossegundo através de um laser de bombeamento DPSS Verdi/Coherent 532 nm, possibilitando a marcação a laser de superfícies metálicas e a criação de nanoestruturas periódicas que contam com diversas aplicações na indústria e na medicina. O sistema de refrigeração é baseado na utilização de uma pastilha de Peltier, sendo o projeto do controle de temperatura da pastilha realizado através da resposta ao degrau do sistema térmico em malha aberta. A resposta ao degrau possibilita a estimação de uma função de transferência de primeira ordem através da ferramenta ident do software MATLAB, que, utilizando-se o método de projeto de controladores interativo rltool, possibilita a obtenção da função de transferência do controlador a ser utilizado em malha fechada através de realimentação do sinal de saída. Através de técnicas de controle digital, o controlador obtido será transferido do domínio da frequência complexa de Laplace para o domínio discreto Z, possibilitando sua descrição em termos de uma equação de diferença que pode ser implementada em um microcontrolador para a realização da lógica de controle. Ao fim do projeto do controlador, testes serão realizados através de simulações em ambiente Simulink para verificação da dinâmica obtida e, posteriormente, testes experimentais serão realizados para validação dos resultados. Quando da obtenção de resultados experimentais coerentes com os simulados, o sistema será testado com a incedência do laser no cristal de Titânio-Safira, sendo esperado que quaisquer variações na temperatura seja compensada através do sistema de controle da pastilha de Peltier, fazendo com que o cristal opere sempre na temperatura de referência desejada. O sucesso deste projeto possibilitará a substituição dos sistemas de refrigeração a água por refrigeração a ar, tornando os equipamentos mais compactos e facilitando sua mobilidade, por exemplo, no chão de fábrica de uma indústria.