Украіна
КАФЕДРА КОМП'ЮТЕРИЗОВАНИХ ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ ТА ТЕХНОЛОГІЙ
Донизу

Галузь знань:  
"Електрична інженерія"

Спеціальність:   "Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка"

Освітньо-професійна програма: "Світлотехніка і джерела світла"


Світло, це основа життя!


   
Загальні відомості про освітньо-професійну програму та спеціалізацію.

Об'єктами вивчення спеціалізації визначаються:

  • Комп'ютерне проектування дизайну освітлення суспільних і промислових об'єктів, об'єктів архітектури, туризму, бізнесу, шоу-бізнесу і спортивних споруд.
  • Створення розподілених, комп’ютеризованих систем для програмно - цифрового керування джерелами світла як для об'єктів названих вище, так і для аеродромних світлотехнічних комплексів.

Багато хто думає, що професія світлотехніка бере свій початок з моменту винаходу електричної лампочки, винайденої російським електротехніком А. Н. Лодигіним, який в 1872 році продемонстрував зразок лампи розжарювання з вугільною ниткою і отримав привілей (патент) № 1847. Або з 27 січня 1880 року, коли Т. Едісон отримав патент № 223898 на винахід лампи з вугільною ниткою розжарювання, вміщеній у скляну куля з якого викачане повітря..
Насправді історія штучного освітлення почалася тоді, коли людина стала використовувати вогонь. Багаття, факел і скіпка стали першими штучними джерелами світла. Потім з'явилися масляні лампи та свічки. На початку XIX століття навчилися виділяти газ і очищені нафтопродукти, з'явилася гасова лампа, яка використовується і в сьогоднішній день. На вулицях найбільших європейських міст освітлювальні масляні ліхтарі з'явилося на початку XVIII століття. Потім масло замінили спиртово-скипидарною сумішшю. Пізніше, в якості горючої речовини, стали використовувати гас і, нарешті, світильний газ, який отримували штучним шляхом.
Найдавнішою світлотехнічної установкою відомої людству є Олександрійський маяк. Він навіть увійшов до переліку семи чудес світу. Олександрійський маяк був побудований 280 р. до н.е., на маленькому острові Фарос в Середземному морі, біля берегів Олександрії, щоб кораблі могли благополучно минути рифи на шляху в олександрійську бухту. Вночі їм допомагало в цьому відображення язиків полум'я, а вдень - стовп диму. За полум'ям маяка стояли бронзові пластини, які направляли світло в море. Загальна висота маяка становила 117 метрів. З кораблів можна було бачити цей маяк на відстані до 50 км. Це був перший у світі маяк, і простояв він 1500 років. У XIV столітті маяк був знищений землетрусом. декількома роками пізніше мусульмани використовували його уламки, щоб побудувати військовий форт. Форт згодом не раз перебудовувався і він до цих пір стоїть на місці першого в світі маяка.

Однак, технологічні завдання, які й сьогодні вирішуються за допомогою світлотехніки, сформувалися на зорі електрифікації і, в першу чергу, ці завдання зводилися до оптимізації витрат на освітлення. Такі завдання і сьогодні залишаються актуальними, оскільки вечірнє освітлення міста з двох мільйонним населенням вимагає приблизно 400 - 500 Мвт енергоспоживання, що порівнянно з половиною потужності енергоблоку атомної електростанції. Тим самим, навіть незначне збільшення коефіцієнта корисної дії джерел світла або оптимізація енерговитрат за рахунок оптимального освітлення, стають завданнями високої економічної важливості.

Однак, було б великою помилкою вважати , що і сьогодні завдання внутрішнього і зовнішнього освітлення будівель, є домінуючими у спеціальностях пов'язаних з світлотехнікою. З часом, у сферу світлотехнічних завдань були залучені практично всі завдання так чи інакше пов'язані з освітленням. Сьогодні якісне світло необхідо починаючи від освітлення різних операційних зон і завершуючи лазерним підсвічуванням цілей або скануванням істотно віддалених об'єктів.
У сферу завдань світлотехніки сьгодні також залучено освітлення та оцифровка операційних зон в медицині, біології, формування та оброгбка зображень з технологічних та науково - дослідних зон від мікро до макро розмірів, причому як стаціонарному, так і мобільному режимах.
Істотно змінилися і функціональні можливості джерел світла. Сьогодні все більшого значення набувають розподілені джерела світла (світлові профілі, світлові панелі), ведуться роботи по створенню світлопроводів , які дозволяють транспортувати потужні світлові потоки. Крім того, розвиток сучасних технологій автоматичного управління зробило значний вплив на всі розділи світлотехніки.
Сьогодні до типових об'єктах, для яких світлотехнічні технології відіграють вирішальну роль можна віднести:

  • комп'ютеризовані світлосигнальні системи аеродромів;
  • комп'ютеризовані світлотехнічні системи сонячної енергетики;
  • системи адаптивного (програмованого) внутрішнього та зовнішнього освітлення операційних зон, приміщень та будівель промислового, соціального, культурного та спортивного призначення;
  • світлотехнічні системи у складі медичних, біологічних і сільськогосподарських та інших технологій;
  • комп'ютеризовані світлотехнічні системи для наукових досліджень;
  • комп'ютеризовані системи для оцифровки поля фізичних параметрів та ії обробки у формі відповідних зображень;
  • розробка та удосконалення сучасної електронної фото- та кіно - апаратури та ії обробки у формі відповідних зображень;
  • бортові комп'ютеризовані системи управління світлом як цивільного, так і військового застосування;
  • світлотехнічні системи для реклами і шоу-бізнесу.

Важливо також підкреслити, що останнім часом у складі світлотехнічних систем все частіше застосовуються лазерні технології та лазерні джерела світла, які дозволяють не тільки створювати рухомі світлові образи, суворо дозовані силові дії світлом, а й ефективно застосовувати можливості голографії. Як наслідок, значно зросла складність світлових полів, які формуються сучасними системами управління світлом. Більше того, такі світлові поля все частіше проектуються керованими за потужністю, за спектральним складом, диаграмами спрямованості, а також характером поляризації.

Також останнім часом набувають все більшого розмаху дослідження квантових явищ повязаних з світловим та електромагнітним випромінюванням. Окремі дослідження вже мають змогу відтворитися як технічні рішення. Наприклад:

  • нано - джерела світла на квантових нано - крапках, або на нано - трубках;
  • цифрова логіка на фотоних кристалах та перші спроби створення комп'ютерих елементів на базі такої логики;
  • вже існують системи передачі даних с застосуванням заплутаних фотонів.

Наведений перелік можна досить довго подовжувати, але пора робити висновок:

Таким чином, якщо Ви вирішили стати фахівцем в області світлотехнічних систем, то Ви "спрямовані у майбутнє зі швидкістю світла" та прийняли одне з вельме важливих рішень.


   
Основні риси предметної області спеціалізації

В якості одного з прикладів складної світлотехнічної системи, можна привести сучасну світлосигнальна система аеродрому. сьогодні світлосигнальні системи аеродромів містять більше тисячі аеродромних вогнів різного функціонального призначення, розташованих практично на всій території льотного поля. Кожен вогонь являє собою комп'ютерно кероване сучасне оптичний пристрій з безліччю спеціальних характеристик, що забезпечує його видимість (а отже і безпека польоту) в умовах туману, димки, дощу і снігу, вночі і в денний час.

Як вже зазначалося, сучасні світлотехнічні системи контролюються і управляються комп'ютеризованими системами. Більше того, такі керуючі комп'ютеризовані системи відносяться до самого новому класу розподілених систем цифрового управління, до так званих, керуючих контролерних мереж. Завдяки такій архітектурі систем, можна значно підвищити їх живучість і надійність, зменшити час на пошук несправностей і ремонт, підвищити загальну якість управління. Як наслідок, фахівці з таким світлотехнічним системам, повинні на високому рівні володіти технологією проектування та обслуговування комп'ютерних мереж і глибокими знаннями з теорії управління.

Для керованого енергозабезпечення джерел світла сьогодні все частіше використовується силова напівпровідникова техніка, як правило, з вбудованим мікропроцесорним управлінням. Це дозволяє не тільки виконувати дистанційне (розподілене) управління всією світлотехнічної системою, але й здійснювати автоматичний експрес - контроль і діагностику всіх її елементів. Тим самим, за допомогою спеціального програмного забезпечення, оператор може керувати не тільки всієї світлотехнічної системою та її окремими сегментами, а й динамічно змінювати конфігурацію системи, компенсуючи ті чи інші локальні відмови, або коригувати широкий спектр параметрів джерел світла.

Одним з характерних прикладів сучасної світлотехнічної системи може служити система Євробачення-2006, яка включає: 13 метрів сцени, 500 обертових прожекторів, 12 світлових гармат, 250 квадратних метрів анімованих декорацій зі світлодіодних панелей, комп'ютерна мережа з 16 серверів , 280 ланцюгових підвісів, 200 метрів металевих ферм і 180 кілометрів кабелів. І все це в розпорядженні однієї людини - Художника по світлу.

Особливе значення, комп'ютерні можливості світлотехнічних систем, набувають для особливо відповідальних об'єктів. Наприклад, для вже згаданої світлосигнальної системи аеродрому, гнучке автоматичне обслуговування кожного вогню є основною запорукою високої безпеки польотів. Однак, аеродромний вогонь, це не тільки елемент складної системи управління. Кожен вогонь є ще надскладним джерелом світла, з безліччю специфічних світлових, конструкційних і надежностних параметрів.

Підводячи підсумок короткому огляду сучасних рис предметної області для даної спеціалізації, хочеться особливо підкреслити - сьогодні провідну роль відіграє глибоке освоєння технологій сучасного автоматизованого та автоматичного управління, управління яке широко застосовує комп'ютерні методи і забезпечення.


   
Особливості підготовки студентів на нашій кафедрі.
(розділ для абітурієнтів та їх батьків)

В пороцесі підготовки студентів викладачі ношої кафедри спираються на декілька важливих ідей або принципів:

I. Центральною ідеєю (або принципом) підготовки студентів на нашій кафедрі є створення такого інформаційного та інтелектуального простору, в якому рівень професійної та наукової підготовки студентів обмежується тільки працездатністю і бажанням самих студентів.

II. Другою ідеєю підготовки студентів на нашій кафедрі є така структуризація навчального процесу, при якій студенти отримують не тільки традиційні теоретичну плюс спеціальну (професійну) підготовку, але також проходять сучасну технологічну підготовку по створенню технічних систем, яка гостро необхідна для успішної конкуренції створюваних продуктів на внутрішніх та, що більш важливо, зовнішніх ринках.

III. Третьою, та найважливішою ідеєю підготовки студентів, є поступове включення студента у все більш високі рівні професійної діяльності починаючи з першого року навчання і закінчуючи працевлаштуванням.

Особливості підготовки та працевлаштування студентів кафедри ЕіС

  Докладніше

   
Перспективи розвитку спеціалізації..

Сьогодні фахівці в галузі світлотехніки є все більш затребуваними як в економіці, так і в науці. це легко проілюструвати хоча б кількістю світлотехнічних фірм (див. Фірми для працевлаштування ). Однак навіть за наявності "угодованої синиці в руках, небо безрадісно, якщо в ньому немає журавлів". Дійсно, які ж перспективи подальшого розвитку світлотехнічних напрямів науки і технології? Відповідаючи на це питання, особливо хочеться відзначити наступне:

Світлотехніка в медицині та біології
Мільйони років біосфера Землі (в тому числі і люди, як одна з гілок дерева життя) формувалася під впливом світла нашої зірки і завдяки цьому світлу. По суті, світло було і є нині фундаментальним системоутворюючим фактором, визначаючим розвиток всього живого на нашій планеті. З цієї причини, сьогодні, говорячи про користь світла, важко здивувати різноманітними соляріями , лазерною акупунктурою , спеціальними режимами світла для селекції або підвищення врожайності і т.п. Однак, багато в чому, потенціал застосування світлотехнічних систем в цих областях залишається або ще не повністю розкритим, або що не затребуваним у повній мірі. Це пов'язано з тим, що у розвитку суміжних наук необхідний черговий крок. Наприклад, як тільки буде зроблено наступний за МКС (Міжнародна Космічна станція) крок в освоєнні космосу (йдеться про створенні місячних баз), світлотехнічні технології стануть критично важливими для створення всіх система життєзабезпечення. В якості обгрунтування, спробуйте оцінити вартість кілограма звичайних огірків, за умови їх імпорту з поверхні Землі. Ви запитаєте мовляв причому тут світлотехніка. Та справа в тому, що сонячне світло поза дією атмосферного щита, спалить грядки наших огірків (до стану попелу ) на протязі години.
Далі ... Сучасна медицина і фізіологія все більшою мірою усвідомлюють і розшифровують складну картину нервової організації людини. На тлі цих знань, емпіричний досвід голковколювання (навіть у його лазерної формі) вже не є кращим з того, що можна запропонувати для процедур профілактики або лікування шляхом грамотного впливу на "всесвіт" нервових закінчень людини, представлених як на поверхні шкіри, так і близьких до цієї поверхні. Роль інструменту для подібного впливу природним чином буде передана світлотехнічним системам, які повинні створювати складні світлові поля з програмованими в просторі яскравістю, спектром і поляризацією.

Світлотехніка і сонцеенергетика
Про сонячні та вітрові електростанції сьогодні відомо навіть школярам молодших класів, проте ефективність цих альтернативних джерел енергії на жаль визначається погодою. У той же час , вже за межами атмосфери погода постійно сонячна , більше того , сонце на кожен квадратний метр може віддати енергію приблизно 1,4 кіловата. Це рівнозначно тому , що на кожен квадратний метр поставили по включеному прасці ;-) Отже, зовсім поряд, всього 100км але тільки строго вгору, знаходиться " енергетичне Ельдорадо". Спробуйте самостійно відповісти на питання - чи існує атмосфера над місячними базами? Втім, досить вже про космос ... Сьогодні світлотехніків чекають такі завдання як: "опріснення води у південних районах прилеглих до морів і океанів (пілотні проекти таких рішень вже обговорюються - проект "Театр води "); внутрішнє освітлення природним світлом через світлопроводів і сонцеенергетику в кожній будівлі - проекти "Екодім", і цілий ряд інших завдань. Однак важливо зовсім інше. Сьогодні ми масово застосовуємо джерела енергії, які використовують спалювання високомолекулярних вуглеводнів (нафта, вугілля, газ). Фактично, всі ці ресурси накопичила біосфера за мільйони років перетворення сонячної енергії в біомасу, як безпосередньо, так і по різних ланцюжках трансформацій. Якщо розрахувати коефіцієнт корисної дії такої енергосистеми (починаючи від сонця через ланцюжки біоперетворень і закінчуючи енергією на валу двигуна внутрішнього згоряння, то впору або сміятися або плакати ...

Світлотехніка і мікроелектроніка
Сьогодні вже не є секретом , що технологія мікроелектроніки впритул наблизилася до межі швидкості перемикання, який обумовлений неруйнівним теплообміном в системах з мільйонів напівпровідників. Як наслідок подальше підвищення продуктивності тих же мікропроцесорів досягається вже не шляхом підвищення робочої частоти, а використанням архітектурних удосконалень (багатоядерність, конвеєрні рішення, кешування і т.п.). Проте в результуючий ефект підвищення швидкодії ще вельми і дуже далекий від швидкостей, які відповідали б частоті квантів світла. Важко навіть уявити, якими б параметрами володіли процесори, у яких дистанція між активними елементами наблизиться до межатомарним відстаням, а в якості носіїв сигналів виступлять кванти світла. Ви казатиме - мовляв це вже абсолютна фантастика ... А тепер згадайте, що сьогодні нанотехнологія, це щось більше, ніж екзотичні експерименти в найдосконаліших лабораторіях світу . Більше того, приблизно 10 років тому, всі наукові журнали світу облетіла фотографія електронного мікроскопа, на якій назви фірми IBM виконано окремими атомами. Можливо світлотехнічна складова відповідних технологій отримає в майбутньому найменування "квантова світлотехніка", можливо її назвуть інакше. Однак для нас важливо інше, вже сьогодні в структурі навчальних дисциплін наша кафедра все більш пильну увагу приділяє підготовці студентів у галузі квантової фізики і фізики твердого тіла.

Голографічні системи
Раз ми торкнулися "квантової світлотехніки", до місця буде нагадати, що на нашій кафедрі вже сьогодні відкрито спеціалізацію "Волоконно-оптичні системи" , в основу технологій якій закладені квантові генератори світла або просто лазери. Однак, волоконно - оптичні системи, це тільки перший крок на дуже багатообіцяючому шляху сучасних методів передачі та обробки інформації. У міру розвитку голографії було відмічено, що голографічні образи ведуть себе по відношенню до світла подібно реальним об'єктам. Іншими словами, голографічний образ дзеркала відображає, а також фокусує світло подібно реальному плоскому або увігнутому дзеркалу. Однак на відміну від реальних дзеркал, які можливо виготовити нехай з високою, проте обмеженою точністю обробки матеріалів, голограми дзеркала можна отримати як шляхом фотографування реальних дзеркал (наслідуючи точність їх виготовлення), так і шляхом синтезу голограми на основі математичної моделі (функції), що повністю виключає помилки обробки модельованої поверхні. Подібні голографічні конструкції можна застосовувати не тільки як традиційні елементи прецизійних світлотехнічних пристроїв. Особливе значення вони набувають, якщо розглядати світло як носій двох або тривимірного сигналу (зображення), а голограми як засобу обробки цього сигналу за допомогою математичних функцій. Сьогодні розвиток цього напрямку світлотехніки стримується тільки доступністю інструментарію відповідних нанотехнологій за допомогою яких, математичні моделі голограм можна синтезувати як реальні вироби. Про перспективи, пов'язаних безпосередньо з методами обробки зображень ми розповімо далі.

Обробка і розпізнання зображень
Обробка і розпізнання зображень є відносно молодим напрямком у світлотехніки, однак, не дивлячись на свою "молодість", цей напрям вже має в своєму розпорядженні дуже потужною теоретичну платформу, яка успадкована від теорій обробки сигналів у радіотехніці, вимірювальній техніці, техніці побудови мереж передачі даних, і т.п. Отримання такої багатої спадщини обумовлено простим поданням крапок зображення (впорядкованих в просторі), як окремих значень сигналу (впорядкованих у часі). Проста заміна незалежної змінної дозволяє автоматично підключити всі основні математичні методи успадкованих теорій. Однак реальні результати і потенційні можливості застосування цих методів на новій території буквально зачаровують. Це і виділення сигналів корисних копалин на аерокосмічних знімках, це і автоматичне виявлення найдрібніших патологій або відхилень на рентгенівських або ультразвукових знімках живих і не живих об'єктів, це і виявлення тривимірної структури об'єктів на базі зображень декількох проекцій, це врешті-решт завдання автоматичного розпізнання образів. Особливо хочеться підкреслити, що таке розширення поняття "сигнал" , розширює також спектр методів його обробки та аналізу підключаючи не тільки сучасні теорії спеціальних функцій (наприклад , вавлетів), а й дає багатий матеріал для використання і розвитку таких суперсучасних розділів математики , як наприклад "фрактальна математика".

В якості перспективних напрямів розвитку світлотехніки, ми зупинилися лише на тих напрямках, які дозволяють легко показати багатомірність і необмеженість цього розвитку, а також ще раз підкреслити тезу: "Насильно навчити не можна, можна тільки усвідомлено навчитися!"

Підводячи остаточний підсумок першого знайомства з однією із спеціалізацій світлотехніки, хочеться також підкреслити, що найбільшою нагородою для викладачів будуть імена їх учнів, що віхами відзначать шлях подальшого розвитку цієї спеціальності.


Сторінка кафедри Кафедра КЕСТ
  2013, ІІДС, НАУ, Київ
На початок сторінки Догори

© ELTE WEB DESIGN,   2003-2013.