Sensores com Cabos Coaxiais Piezoelétricos (ART3378)

Um interessante tipo de sensor para aplicações específicas é o sensor formado por cabos coaxiais piezoelétricos. Sensíveis a flexão, dobra e forças estes sensores podem ser usados em aplicações importantes como, por exemplo, alarmes, acústica submarina, esportes, etc. Veja neste artigo como estes sensores funcionam.

Os cabos coaxiais piezoelétricos são semelhantes aos cabos coaxiais comuns, exceto pelo fato de que o material dielétrico que separa o condutor interno da malha é um material com propriedades piezoelétricas, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1- Um cabo coaxial piezoelétrico
Figura 1- Um cabo coaxial piezoelétrico

 

Pelo fato do material dielétrico se piezoelétrico, no caso uma capa de filme, o cabo apresenta propriedades importantes. Quando flexionado, comprimido, dobrado ou esticado ele gera uma tensão entre a malha e o condutor central.

A tensão gerada é proporcional ao esforço ao qual o cabo é submetido o que permite sua utilização como um sensor para diversas aplicações.

Este tipo de construção, na forma de cabo, torna o cabo um sensor especialmente indicado para determinados tipos de aplicação.

Por exemplo, pelo fato da malha externa funcionar como blindagem, o cabo tem uma grande imunidade a EMI sendo, portanto, indicado para ambientes em que a interferência eletromagnética é um problema.

O cabo mostrado na figura 1 é do tipo AWG 20 pelo fato do condutor interno ter este calibre.

Como sua construção é linear, ele pode monitorar grandes áreas não necessitando de conexões adicionais, pois a conexão é o próprio sensor.

Assim, uma das aplicações deste tipo de sensor é na detecção de intrusos ou em cercas. Ele também pode ser usado como sensor de batidas, vibrações e esforços. Uma outra aplicação é em acústica submarina.

Também podemos citar como aplicação o monitoramento de pacientes e aplicações em esportes em que ele detecta a passagem por uma linha de chegada, por exemplo.

A Mouser Electronics dispõe na sua linha de produtos os cabos da Measurement Especialitys cujas características podem ser acessadas em http://www.mouser.com/ds/2/418/Piezo_Spiral_Wrapped_Coaxial_Cable-736553.pdf

Os cabos normalmente são vendidos em comprimentos múltiplos de 1 metro e sua compra pode ser feita no site da Mouser Electronics em: http://www.mouser.com/Wire-Cable/_/N-5ggl?keyword=piezo

Na figura 2 temos os aspecto desses cabos.

 

Figura 2 – Cabos da Measurement Especialities
Figura 2 – Cabos da Measurement Especialities

 

Dentre as características em destaque para este cabo temos:

- Comprimento ilimitado

- Resistente à água e flexível

- Estàvel em temperaturas até 85º C

- Resposta a alta tensão

- Baixa impedância por unidade de comprimento

- Interconexões simplificadas

- Reparável em campo

O uso desses sensores é simples, exigindo circuitos com componentes comuns.

A configuração mais simples faz uso de amplificadores operacionais, como a mostrada na figura 3.

 

 Figura 3 – Amplificador para sensor coaxial
Figura 3 – Amplificador para sensor coaxial

 

A configuração mais recomendada é a que faz uso de um amplificador de baixo nível de ruído, conforme mostramos, onde a fonte é simétrica com tensão de acordo com o circuito interfaceado.

Na figura 4 temos um circuito em que uma fonte simples é usada, mas sem a possibilidade de cancelar a tensão offset.

 

Figura 4 – Circuito com fonte simples
Figura 4 – Circuito com fonte simples

 

Um circuito com transistores é mostrado na figura 5.

 

Figura 5 – Circuito com transistores
Figura 5 – Circuito com transistores

 

Observe a necessidade de se colocar um resistor na entrada dos circuitos da ordem de 20 M ohms para formar o percurso para a corrente de polarização.

 

 

 


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