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

Processo: 20/04657-8
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de agosto de 2020
Vigência (Término): 31 de julho de 2021
Área do 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

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 incidência do laser no cristal de Titânio-Safira, sendo esperado que qualquer variação 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.