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Sensor de Vibrações e Batidas (ART2235)

Este aparelho permite detectar vibrações estranhas, batidas ou outros ruídos que aparecem em mecanismos tais como motores, máquinas industriais, veículos, etc. O circuito é bastante sensível e usa como sensor um capacitor cerâmico, cujo dielétrico é sensível a vibrações. O sinal amplificado é monitorado num pequeno alto-falante com excelente volume. O aparelho é totalmente portátil podendo ser alimentado por pilhas ou bateria comum.

Vibrações fortes ou estranhas, batidas ou outros problemas que ocorrem com máquinas, motores ou veículos são difíceis de detectar “de ouvido” em vista da existência de outros ruídos, os normais de funcionamento, que os encobrem.

Um processo usado é o que tem por base um estetoscópio, mas este tipo de recurso não é muito apropriado, pois não se baseia na captação da vibração em si, mas no som que ela provoca.

Um meio mais eficiente de fazer a detecção de batidas ou vibrações utiliza um transdutor bastante barato e até mesmo inédito para alguns que não conhecem suas propriedades: um capacitor cerâmico tipo disco é o transdutor, já que este componente possui um dielétrico dotado de grande sensibilidade a vibrações, gerando nestas condições um sinal que pode ser amplificado e reproduzido.

O aparelho que propomos faz uso deste transdutor e possui 3 circuitos integrados que lhe garantem excelente desempenho.

Dentre as aplicações sugeridas temos as seguintes:

- Detecção de vibrações ou batidas em máquinas industriais

- Detecção de ruídos no sistema de escapamento de carros

- Detecção de ruídos e batidas em motores

- Verificação do movimento de mecanismos ou veículos

- Verificação da transmissão de ruídos em estruturas

 

As características básicas do aparelho são:

Tensão de alimentação: 6 a 9

Número de integrados: 3

Corrente de repouso: 5 mA (tip)

Ganho de amplificação 70 dB (tip)

 

COMO FUNCIONA

O coração de nosso aparelho é o sensor que consiste num capacitor cerâmico tipo disco, que, conforme mostra a figura 1, tem uma estrutura que permite a detecção de batidas ou vibrações.

 

Figura 1 – O sensor com capacitor cerâmico
Figura 1 – O sensor com capacitor cerâmico

 

Uma batida ou vibração altera sensivelmente o dielétrico de modo a reduzir ou aumentar sua espessura e com isso, é gerado um sinal que aparece entre as armaduras.

Este sinal é aplicado à entrada inversora de um amplificador operacional dos quatro existentes no integrado LM324.

Este primeiro amplificador opera com ganho de aproximadamente 30 vezes (dado pelo resistor de realimentação R3 que pode ser alterado), e seu sinal é levado à entrada de um segundo amplificador operacional que opera com ganho unitário (seguidor de tensão).

Nestas condições, temos uma impedância muito alta de entrada e uma baixíssima impedância de saída que permite a excitação de um amplificador de áudio sem problemas.

O sinal de excitação do amplificador de áudio passa antes por um controle de volume.

O amplificador de áudio sugerido é o TBA820M, mas, na sua falta, equivalentes podem ser usados como o TBA820S ou TBA820 (pinagem diferente) ou ainda o LM380 ou LM386 que também são bastante populares e operam todos com tensões na faixa dos 6 aos 12 V.

Na saída usamos um alto-falante pequeno de 4 ou 8 ohms, mas se o aparelho for utilizado em ambientes que tenham elevado nível de ruído, sugerimos a colocação de uma saída para fone. O

Fone pode ser do tipo usado em som portátil, de baixa impedância, ou se o local for sujeito a nível de ruído muito alto, sugerimos o tipo acolchoado como mostra a figura 2.

 

Figura 2 – Fone sugerido
Figura 2 – Fone sugerido

 

A alimentação pode ser feita com tensões na faixa de 6 a 12 V.

Sugerimos a utilização de 4 pilhas (6V) ou então de uma bateria (9 V), se bem que no caso da bateria, ao lado de um volume menor para a montagem, tenhamos uma durabilidade reduzida, em vista do consumo de corrente da unidade.

 

MONTAGEM

Na figura 3 temos o diagrama completo deste sensor.

 

   Figura 3 – Diagrama completo do sensor
Figura 3 – Diagrama completo do sensor | Clique na imagem para ampliar |

 

A disposição dos componentes, tendo por base uma placa de circuito impresso universal com padrão de matriz de contatos é mostrada na figura 4.

 

   Figura 4 – Placa universal para a montagem
Figura 4 – Placa universal para a montagem

 

O sensor nada mais é do que um capacitor cerâmico de 100 nF (104 ou 0,1) que deve ser conectado ao aparelho por meio de um cabo blindado de até 2 metros de comprimento.

Na junção do cabo com o capacitor pode ser feita uma proteção com um pouco de cola epóxi.

O circuito integrado sugerido é o LM324 ou qualquer duplo ou quádruplo amplificador operacional de características semelhantes ao 741.

Na verdade, também podem ser usados operacionais do tipo 741 com tensão de alimentação de 9 V com redesenho da placa de circuito impresso.

Para os integrados, sugerimos a utilização de soquetes DIL de acordo com as pinagens.

Os resistores são todos de 1/8 ou ¼ W com 10% ou 20% de tolerância e os capacitores eletrolíticos devem ter tensões de trabalho acima de 9 V.

Os demais capacitores podem ser cerâmicos ou de poliéster e seus valores não são críticos, principalmente no caso de C2 e C3.

O potenciômetro P1 de volume pode incorporar o interruptor geral S1.

O conjunto poderá ser instalado numa caixa, conforme mostra a figura 5.

 

   Figura 5 – Caixa para a montagem final
Figura 5 – Caixa para a montagem final

 

O suporte de pilhas será fixado por meio de uma braçadeira ou almofada feita com um pedaço de espuma.

O mesmo ocorre se for usada bateria.

Para o alto-falante, sugerimos o uso de uma unidade de 5 cm com 8 ohms de impedância, bastante comum em rádios, que pode ser facilmente instalada na caixa sugerida.

O jaque para fone é do tipo circuito fechado e tem sua ligação mostrada na figura 6.

 

   Figura 6 – ligação do jaque
Figura 6 – ligação do jaque

 

Com este tipo de conexão, ao ser introduzido o plugue do fone, o alto-falante é automaticamente desligado.

 

PROVA E USO

Para provar, basta ligar a unidade e abrir o volume. Batendo com os dedos ou um objeto de metal no sensor X1 deve ocorrer a reprodução do som da batida.

Para usar você deve encostar o sensor no objeto ou mecanismo que pode estar vibrando.

Se houver vibração forte ou algum tipo de batida, ela será reproduzida pelo alto-falante ou fone de ouvido.

Uma possibilidade interessante, dado o baixo custo do sensor, consiste em colar com epóxi capacitores cerâmicos de 100 nF nas máquinas que se deseja monitorar e simplesmente fazer a conexão do aparelho por meio de duas garras, sempre que quisermos monitorar algum ruído ou fazer uma verificação.

O leitor vai observar que os ruídos ambientes não são captados, mas tão somente os que se transmitem por um contato direto com o sensor X1.

Isso garante que o sinal captado vem da vibração transmitida diretamente pelo mecanismo ao sensor.

 

CI-1 - LM324 ou equivalente - quádruplo amplificador operacional

CI-2 - TBA820 M - amplificador de áudio

X1 – 100 nF - capacitor cerâmico sensor - ver texto

S1 - Interruptor simples

B1 - 6 ou 9 V (4 pilhas ou bateria)

FTE - alto-falante de 4 ou 8 ohms x 5cm

Pl – 10 k ohms - potenciômetro (log com chave – S1)

R1, R2, R4 – 10 k ohms - resistores (marrom, preto, laranja)

R3 - 330 ou 390 ohms - resistor (laranja, laranja, amarelo) ou (laranja, branco, amarelo)

R5 – 33 ohms - resistor (laranja, laranja, preto)

C1 – 100 uF - capacitor eletrolítico

C2, C3 – 470 nF (473 ou 0,47) - capacitores cerâmicos ou de poliéster

C4, C7 – 100 uF - capacitores eletrolíticos

C6 – 470 nF - capacitor eletrolítico

C5 – 220 pF - capacitor cerâmico

Diversos: placa de circuito impresso universal, caixa para montagem, suporte ou conector para pilhas ou bateria, suporte para os integrados, fio blindado, jaque tipo circuito fechado para fone, etc.

 

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N° do componente 

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