Uma barreira de radiações inofensivas, invisíveis e inaudíveis, protegerão sua casa, sua loja, ou outro local, avisando imediatamente se algum objeto se movimentar ou se alguma pessoa entrar. Este interessante aparelho pode ser facilmente aperfeiçoado para proteger grandes ambientes ou para outras aplicações que exigem maiores frequências do que a que empregamos.
Transdutores ultrassônicos não são muito fáceis de serem encontrados no nosso comércio, o que dificulta a realização de certas experiências com esta forma de energia. No entanto, os tweeters piezoelétricos comuns alcançam facilmente os 20 kHz e como não podemos ouvir estas frequências, temos a possibilidade de usar estes transdutores em interessantes projetos envolvendo ultrassons.
De fato, um tweeter piezoelétrico não só se constitui num excelente emissor de ultrassons para a faixa indicada de frequência como também pode funcionar como um receptor, bastando para isso, algumas pequenas modificações no seu interior, ou seja, a eliminação do pequeno transformador para casar impedâncias que lá existe.
Usando então dois tweeters, um no emissor outro no receptor, descrevemos neste artigo a montagem de uma interessante barreira ultrassônica, de grande sensibilidade e que opera na faixa dos 18 aos 20 kHz, e até um pouco mais. A ideia básica desta barreira invisível é simples de ser entendida: temos um emissor de ultrassons que envia seus sons inaudíveis para o ouvido humano, para um receptor que pode ser colocado diretamente na sua direção, ou de tal modo que capte os sons refletidos num obstáculo, como mostra a figura 1.
Se algum objeto ou pessoa no "campo" dos sinais ultrassônicos se movimentar, ele perturbará sua propagação o que será sentido imediatamente pelo receptor. O receptor, do tipo sintonizado, percebe qualquer anormalidade no sinal que recebe e quando isso ocorre ele dispara um relé temporizado, o, qual pode servir para tocar um alarme, acender uma luz ou mesmo ativar algum outro tipo de dispositivo de segurança (fechar portas e janelas). Os ultrassons têm muitas vantagens na utilização em relação aos sistemas fotoelétricos. A primeira está no fato de que eles não podem ser percebidos, o que não ocorre nos sistemas por luz que; se for visível pode ser facilmente detectada pelo intruso.
A segunda está no fato de que eles refletem em muitos objetos e na reflexão não formam qualquer padrão visível, o que não ocorre com a luz. Uma parede é um excelente refletor para os sinais e desta forma possibilita sua utilização como elemento do próprio sistema de alarme. A distância máxima que o transmissor pode ser colocado do receptor é da ordem de 15 metros, mas isso variará sensivelmente em função das condições dos locais a serem protegidos.
As principais características do projeto são:
• Tensão de alimentação do transmissor: 6 a 12 volts
• Tensão de alimentação do receptor: 12 volts
• Faixa de frequências: 18 a 22 kHz
• Temporização: até 15 minutos • Potência do transmissor: 200 mW (aprox.)
• Corrente máxima do alarme: 2 A
COMO FUNCIONA
O transmissor é bastante simples. Consiste num integrado 4093B que tem 4 portas disparadoras NAND, das quais uma é usada como oscilador ajustável por meio de P1 e as outra três como buffers ou amplificadores digitais que excitam diretamente, um transistor de potência. No circuito de coletor de transistor de potência temos o tweeter que é o emissor de ultrassons.
Este transmissor pode ser alimentado com tensões entre 6 e 12 volts, e consumirá uma corrente na faixa dos 50 aos 200 mA dependendo da tensão de alimentação. Na figura 2 temos a forma de onda gerada no tweeter. Um LED indicador junto a fonte de alimentação indica a operação do transmissor.
O receptor tem um circuito mais complexo que pode ser separado em blocos funcionais conforme a figura 3.
No primeiro bloco temos um transistor amplificador que tem na sua entrada um tweeter piezoelétrico que funciona como microfone. Retirando-se o pequeno transformador interno deste componente, que casa a baixa impedância de saída dos amplificadores com a elevada impedância da cápsula cerâmica, temos um sensível microfone cerâmico com elevada impedância de entrada.
Esta cápsula pode, em teoria responder à mesma faixa de frequência que reproduz, e realmente constatamos que na prática isso ocorre na faixa em que pretendemos usá-la, ou seja, entre 18 e 22 kHz.
A operação de retirar o transformador é simples, bastando para isso que o leitor tire os 4 parafusos da tampa traseira do componente e depois levante-os com cuidado, conforme mostra a figura 4. Bastará então, dessoldar os fios do transformador e em seu lugar, nos terminais da cápsula soldar novos fios de ligação. Não será conveniente retirar totalmente o transformador pois poderemos usar novamente o mesmo tweeter nas suas funções normais.
C1 e C2 funcionam como uma espécie de filtro passa altas, evitando que o circuito responda a ruídos ambientes como a própria voz humana. Se o leitor quiser má, experimentar colocar em paralelo com o tweeter uma bobina de saída horizontal de TV e sintonizá-la de modo a aumentar ainda mais a seletividade do circuito, mas na prática, na maioria das aplicações isso não será necessário. O sinal amplificado, captado pelo tweeter é obtido no coletor do transistor e via C3 aplicado ao segundo bloco do aparelho.
Este segundo bloco consiste num PLL (Phase-Locked Loop) que em termos mais simples pode ser descrito como um filtro que "amarra" o sinal fornecendo uma saída, se sua frequência coincidir com a de um ajuste interno. (Futuramente voltaremos com um artigo completo sobre os PLLs, especificamente o 567, já que existem projetos maravilhosos que podem ser feitos com este componente).
Em termos simples, se o sinal captado pelo tweeter coincidir com o ajuste de P1, o PLL é ativado e o LED 1 acende, pois, sua saída vai ao nível baixo. Se por qualquer motivo o sinal sofrer uma alteração que interrompa sua propagação ou altere sua frequência, o PLL sai de sintonia e o LED apaga. A saída do LED que detecta o sinal está conectada a um transistor (Q2) que dispara o terceiro bloco do projeto, um timer 555. Quando há som no receptor, a saída do 567 se mantém no nível baixo e com isso o transistor Q2 no corte, não conduz. Nestas condições o pino 2 do 555, que é o seu pino de disparo se mantém positivo e nada acontece. Quando o som sofre interrupção ou perturbação, o pino 8 do 567 vai ao nível alto e com isso, o Q2 satura, conduz. Isso faz com que momentaneamente, pela presença de C7, o pino 2 do 555 vá ao nível baixo, o que é suficiente para dispará-lo.
Quando o 555 dispara sua saída (pino 3) que estava no nível baixo e vai ao nível alto e com isso o quarto bloco do aparelho, o acionador de relé, é energizado. O tempo que a saída do 555 fica no nível alto depende do ajuste de P2 e do valor de C8. Se o leitor vai trabalhar com toques curtos como, por exemplo, para anunciar a entrada de pessoas numa loja, opere com C2 entre 10 µF e 47 µF. Se vai usar o aparelho como alarme com toques longos, use valores entre 200 µF e 1 000 µF. Com 1 000 µF e 1M obtemos um toque da ordem de 16 minutos.
O último bloco, que tem o relé, controla a carga externa que pode ser qualquer dispositivo, alimentado, ou não pela rede local, desde que sua corrente não seja maior que 2 amperes. Se o leitor usar o G1RC2 no lugar do relé indicado, a corrente pode ser de até 6 ampères.
Na figura 5 temos sugestão de fontes de alimentação que servem para o transmissor e para o receptor. É importante observar que existem animais que ouvem frequências superiores aos 15 kHz que é o nosso limite normal, e que, portanto, podem se sentir incomodados com este aparelho. Desta forma, não recomendamos sua utilização em locais que tenham animais domésticos, como por exemplo: Cães, que poderiam se sentir bastante incomodados com este tipo de alarme. É claro que o local menos recomendado para se usar esta barreira seria uma loja de animais.
MONTAGEM
Na figura 6 temos o diagrama completo do transmissor, sem sua fonte de alimentação.
Como o consumo de energia do emissor é alto, somente para aplicações em que ele fique por curtos intervalos de tempo acionado é que recomendamos o uso de bateria. De outra forma deve ser usada como alimentação uma fonte. Na figura 7 temos a placa de circuito impresso do transmissor. Placa e tweeter podem ser instalados numa pequena caixa plástica.
Para o integrado sugerimos a utilização de um soquete DIL de 14 pinos. Os resistores são de 1/8 W e o trimpot deve ficar em posição que facilite o acesso para ajuste. Cl tanto pode ser cerâmico como de poliéster. O LED vermelho comum é colocado em qualquer ponto da caixa, para indicar o funcionamento do emissor. O diagrama completo do receptor é mostrado na figura 8.
A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 9.
Para os integrados sugerimos a utilização de soquetes, e os LEDs podem ficar tanto no painel como nó interior da caixa, pois sua utilidade maior é para facilitar o ajuste. Os trimpots são montados em posições que facilitam o ajuste. O tweeter piezoelétrico Le-son deve ter o pequeno transformador interno desligado apenas no receptor. Os transistores são de uso geral, e os resistores são todos de 1/8 W ou 1/4 W com tolerâncias de 5% a 20%.
Os capacitores podem ser tanto cerâmicos como de poliéster, exceto C8 que é um eletrolítico para 12 V ou mais. Este capacitor pode ter seu valor alterado em função da temporização desejada. O relé é o MC2RC2 para montagem em placa, mas equivalente como o GIRC2 podem ser usados. D1 é um diodo de uso geral como o 1N4148 ou 1N914. Todo o conjunto também pode ser alojado numa pequena caixa plástica com o tweeter do lado de fora, para ficar voltado para a fonte de sinal, ou seja, o transmissor.
AJUSTE E USO
Inicialmente ligue o transmissor a uma fonte de alimentação ou bateria de '6 a 12 volts. Ajustando o trimpot P1 haverá instante em que o leitor ouvirá o som bem agudo que ele emite. Quando isso ocorrer o aparelho certamente estará operando entre 10 e 15 kHz que é a faixa que ainda ouvimos.
Gradualmente vá fechando o trimpot até que o som desapareça. Uma espécie de "sopro" pode ser notada no tweeter, que são harmônicas que "batem" com o sinal principal produzindo ruídos audíveis. Com este procedimento o leitor deixará o transmissor ajustado para algo entre 18 e.20 kHz que é uma faixa que não podemos ouvir.
: Desligue por um momento o transmissor e prepare o receptor, ligando-o a uma fonte. O tweeter do transmissor deve estar voltado para o tweeter do receptor, separados por uma distância de aproximadamente 2 metros para os ajustes iniciais, conforme mostra a figtira:10.
Coloque P2 na posição de menor temporização (menor resistência). Ligue receptor e transmissor e vagarosamente vá girando o trimpot P1 até o LED acender. O LED pode acender em duas posições de ajuste. Colocando a mão entre o transmissor e o receptor você notará que o LED1 apaga. Se isso não ocorrer é porque o ajuste de P1 não foi feito corretamente. Tente outra posição.
Quando o LED1 apagar com a passagern.de sua mão entre o transmissor. e o receptor (ou de um objeto maior), o LED2 deve acender por um certo tempo e o relé deve fechar seus contatos indicando o disparo do sistema. Experimente ajustar P2 para obter tempos maiores de disparo. Desta forma, passando por um instante a mão diante do sensor, o LED1 dá uma piscada, mas o 2 fica aceso por um certo tempo.
Comprovado o funcionamento você pode fechar o aparelho e pensar na sua instalação. Posições como as mostradas na figura 1 são admitidas, mas devem ser sempre obtidas direcionando-se com cuidado os tweeters. Feita a instalação, deve ser feito novo ajuste e até eventualmente procurada uma frequência em que a operação ocorra com maior facilidade.
Para ajustar proceda do mesmo modo como descrevemos anteriormente. Na saída do relé podemos ligar Cigarras, osciladores, lâmpadas, etc, conforme mostrado na figura 11. Depois disso é só usar o aparelho. Se o circuito estiver respondendo a ruídos ambientes aumente o valor de C4. Se tiver pouca sensibilidade, diminua C2, e aumente C1.
OBS: os tweeters não são projetados para ter a máxima eficiência na frequência de operação deste circuito, de modo que, de tipo para tipo podem ocorrer diferenças de desempenho. Se isso ocorrer, o leitor deve trocar os tipos usados. Com os tweeters Piezoelétricos da Le-son obtivemos bons resultados em" ambientes de dimensões razoáveis (mais de 10 metros do alcance).
HOLOGRAFIA
Em lugar de registrar a imagem óptica formada de um objeto, o que registramos são as ondas que ele emite quando é iluminado. Fazendo isso num filme especial, quando o iluminamos, o que observamos não é uma simples imagem, mas sim novas frentes de onda que são emitidas com o mesmo padrão original. O resultado é que não podemos distinguir mais se o que temos é realmente o objeto ou imagem, pois são mantidos os efeitos de paralaxe e três dimensões, como se estivéssemos observando o objeto original. Este processo fantástico foi descoberto por D. Gabor na Inglaterra em 1948 e pode ser conseguido de forma simples com a ajuda da moderna tecnologia laser.
