Descrevemos um projeto muito sensível de alarme de vibrações em que o sensor faz uso de uma fibra óptica. O circuito tanto tem finalidades práticas pela sua eficiência e simplicidade como também finalidades educativas em cursos que ensinem eletrônica e também o funcionamento de fibras ópticas.
Pedaços pequenos de fibras ópticas podem ser obtidos com alguma facilidade de diversas fontes como por exemplo, como amostras de fabricantes, em abajures decorativos e outros locais (numa das feiras de eletrônica em São Paulo, um fabricante de fibras ópticas distribuiu uma enorme quantidade de pedacinhos de fibra óptica aos visitantes e que poderiam ser usados nesta montagem).
Se o leitor dispuser de um pequeno pedaço de fibra óptica comum a montagem deste aparelho não oferece maiores dificuldades.
A idéia básica do projeto é focalizar de modo crítico um feixe de luz por uma fibra óptica de modo que ele incida num foto-sensor.
Como a fibra fica suspensa por uma das extremidades, qualquer balanço a tira de posição e faz com que o sensor deixe de receber a luz, disparando assim um circuito temporizado. Na figura 1 damos uma idéia de como isso é feito.
Como o emissor (fibra e LED) e o receptor podem ficar longe do circuito de disparo, o alarme pode ser utilizado em muitas aplicações práticas que envolvam a proteção de objetos e locais.
Evidentemente, com finalidade demonstrativa todos os elementos podem ser montados no mesmo local e em lugar do relé pode-se utiliza um pequeno buzzer ou oscilador de áudio como saída.
Na figura 2 mostramos como isso pode ser feito.
O tom do oscilador dado como exemplo é ajustado por um trimpot.
COMO FUNCIONA
O LED1 é a fonte de luz que está acoplada a um pequeno pedaço de fibra óptica. A fibra óptica é colocada num pequeno furo feito no invólucro do próprio LED e presa com uma gota de cola forte de modo que a radiação aparece na sua outra extremidade.
Posicionada de modo que a extremidade livre fique alinhada com um foto-transistor, a fibra mantém este sensor iluminado e portanto em condução.
A corrente de emissor do foto-transistor é aplicada à base de um segundo transistor (Q1) de modo a mantê-lo em condução e com isso o pino 2 do circuito integrado 555 no nível alto.
Nestas condições, o circuito integrado que funciona como um monoestável se mantém desativado.
Quando uma pequena vibração que seja faz com que a fibra óptica oscile, o foco de luz deixa de incidir no sensor e com isso o foto-transistor vai ao corte.
O resultado é que Q1 tem sua corrente de emissor reduzida a ponto de levar o pino 2 do circuito integrado ao nível baixo, pois a tensão cai e com isso ocorre seu disparo.
Com o disparo, a saída do circuito integrado 555 vai ao nível alto por um intervalo de tempo que depende tanto do ajuste de p1 como do valor de C1.
Com os valores dos componentes indicados, este tempo pode chegar até a uns dois minutos. No entanto, se o leitor quiser intervalos de disparo maiores pode aumentar o capacitor C1. O valor máximo recomendado deste capacitor está em torno de 1 000 uF.
Na saída do 555 temos um transistor que, quando em condução excita a bobina de um pequeno relé. Este relé, dependendo das características de seus contatos pode disparar sistemas de aviso de grandes potências.
O circuito é alimentado por uma tensão de 6 V que pode ser fornecida por fonte ou bateria (pilhas).
Como esta bateria deve manter o LED aceso, o que significa uma corrente entre 20 e 50 mA, conforme o valor de R4 e a sensibilidade do sensor, nas aplicações em que o sistema deva ficar muito tempo ligado não se recomenda o uso de pilhas mas sim de fonte.
No entanto, em demonstrações, quando o circuito fica ligado por pouco tempo, podem ser usadas pilhas pequenas ou médias.
MONTAGEM
Na figura 3 temos o diagrama completo do alarme.
A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 4.
Os resistores são todos de 1/8 W ou maiores e os capacitores devem ter tensões de trabalho mínimas de 6 V. O trimpot pode ser substituído por um potenciômetro na montagem experimental, de modo a se conseguir a variação do tempo de disparo.
O resistor R1 pode ser alterado na faixa de 10k ohms a 100 k ohms para se obter maior sensibilidade caso haja dificuldades de focalização da fibra no foto-transistor.
Qualquer foto-transistor pode ser usado, inclusive os tipos Darlington que proporcionarão maior sensibilidade.
O relé pode ser de qualquer tipo de baixo custo, e se a base tiver formato diferente do original, alterações no desenho da placa de circuito impresso devem ser feitas.
O ponto crítico da montagem é o sensor.
No LED vermelho redondo comum o leitor deve fazer com muito cuidado um furinho com uma broca de 1 mm de espessura. Este furo deve penetrar apenas o suficiente para permitir o encaixe da fibra, não podendo de modo algum atingir a pastilha semicondutora emissora, conforme mostra a figura 5.
Encaixada a fibra ela pode ser mantida em posição com uma gota de alguma cola forte (Super Bonder, por exemplo).
Tanto o LED como o Foto-Transistor são mantidos numa plaquinha de circuito impresso. O LED deve ser posicionado de modo que a fibra fique com a sua outra extremidade alinhada com o foto-transistor como mostra a própria figura 5.
Será interessante montar este sistema protegido da luz ambiente para que se evite que ela incida no foto-sensor e com isso provoque uma perda de sensibilidade do circuito.
PROVA E USO
Para provar basta ligar o circuito e colocar inicialmente o trimpot P1 na posição de menor resistência. A fibra deve estar alinhada com o foto-sensor.
Pode ocorrer o disparo do relé no momento em que a alimentação é estabelecida, mas alguns segundos depois, incidindo luz no foto-sensor, o relé deve desativar.
Mexendo de leve na fibra ou balançando o sensor, o circuito deve disparar.
Se isso não ocorrer, altere o valor de R1. Se quiser pode utilizar um trimpot de 1 M ohm em lugar deste componente para obter um ajuste de sensibilidade.
Comprovado o funcionamento é só fazer a instalação definitiva do sensor no local em que se deseja detectar qualquer balanço.
Se o sensor tiver a parte da fibra desprotegida ele torna-se sensível também à pequenas correntes de ar e o alarme pode servir para detectar "vento".
LISTA DE MATERIAL
Semicondutores:
FT1 - Foto-transistor - ver texto
CI-1 - 555 - circuito integrado
Q1, Q2 - BC548 ou equivalente - transistor NPN de uso geral
LED1 - LED vermelho comum - ver texto
D1 - 1N4148 - diodo de uso geral
Resistores: (1/8W, 5%)
R1 - 10 k ohms - ver texto
R2 - 10 k ohms
R3, R4 - 1 k ohms
P1 - 1 M ohms
Capacitores:
C1, C2 - 100 uF/6V - eletrolíticos
Diversos:
F.O. - fibra óptica - ver texto
K1 - G1RC1 - Relé de 6 V - ver texto
S1 - Interruptor simples
B1 - 6 V - 4 pilhas ou fonte
Placa de circuito impresso, caixa para montagem, suporte de pilhas ou fonte de alimentação, fios, solda, etc.
