Alarma de vibración con fibra óptica (ART545S)

Describimos un proyecto muy sensible de alarma de vibraciones en el que el sensor hace uso de una fibra óptica. El circuito tanto tiene fines prácticos por su eficiencia y simplicidad como también finalidades educativas en cursos que enseñan electrónica y también el funcionamiento de fibras ópticas.

Las pequeñas piezas de fibra óptica pueden obtenerse con facilidad de diversas fuentes, como por ejemplo muestras de fabricantes, en lámparas decorativas y otros locales (en una de las ferias de electrónica en São Paulo, un fabricante de fibra óptica distribuyó una enorme cantidad de pedazos de fibra óptica a los visitantes y que podrían utilizarse en este montaje).

Si el lector dispone de un pequeño pedazo de fibra óptica común el montaje de este aparato no ofrece mayores dificultades.

La idea básica del proyecto es enfocar de manera crítica un haz de luz por una fibra óptica de modo que se inserta en un foto-sensor.

Como la fibra queda suspendida por uno de los extremos, cualquier balancea la tira de posición y hace que el sensor deje de recibir la luz, disparando así un circuito temporizado. En la figura 1 damos una idea de cómo se hace.

Cualquier vibración desenfoque la fibra.

Como el emisor (fibra y LED) y el receptor pueden alejarse del circuito de disparo, la alarma se puede utilizar en muchas aplicaciones prácticas que involucren la protección de objetos y lugares.

Evidentemente, con propósito demostrativo todos los elementos pueden ser montados en el mismo lugar y en lugar del relé se puede utilizar un pequeño bocadillo o oscilador de audio como salida.

En la figura 2 mostramos cómo se puede hacer.

 

El tono del oscilador dado como ejemplo es ajustado por un trimpot.

COMO FUNCIONA

El LED1 es la fuente de luz que está acoplada a un pequeño pedazo de fibra óptica. La fibra óptica se coloca en un pequeño agujero hecho en la envoltura del LED mismo y sujeta con una gota de cola fuerte de modo que la radiación aparece en su otro extremo.

Posicionada de modo que el extremo libre quede alineado con un foto-transistor, la fibra mantiene este sensor iluminado y por lo tanto en conducción.

La corriente de emisor del foto-transistor se aplica a la base de un segundo transistor (Q1) para mantenerlo en conducción y con ello el pino 2 del circuito integrado 555 en el nivel alto.

En estas condiciones, el circuito integrado que funciona como un monoestable se mantiene desactivado.

Cuando una pequeña vibración que hace que la fibra óptica oscile, el foco de luz deja de incidir en el sensor y con ello el foto-transistor va al corte.

El resultado es que Q1 tiene su corriente de emisor reducida a punto de llevar el pino 2 del circuito integrado al nivel bajo, pues la tensión cae y con eso ocurre su disparo.

Con el disparo, la salida del circuito integrado 555 va al nivel alto por un intervalo de tiempo que depende tanto del ajuste de P1 como del valor de C1.

Con los valores de los componentes indicados, este tiempo puede llegar hasta unos dos minutos. Sin embargo, si el lector desea intervalos de disparo más grandes puede aumentar el capacitor C1. El valor máximo recomendado de este capacitor está alrededor de 1 000 uF.

En la salida del 555 tenemos un transistor que, cuando en conducción excita la bobina de un pequeño relé. Este relé, dependiendo de las características de sus contactos puede disparar sistemas de aviso de grandes potencias.

El circuito es alimentado por una tensión de 6 V que puede ser suministrada por fuente o batería (pilas).

Como esta batería debe mantener el LED encendido, lo que significa una corriente entre 20 y 50 mA, según el valor de R4 y la sensibilidad del sensor, en las aplicaciones en que el sistema deba quedarse mucho tiempo conectado no se recomienda el uso de pilas pero sí de fuente.

Sin embargo, en demostraciones, cuando el circuito se enciende por poco tiempo, se pueden utilizar pilas pequeñas o medianas.

MONTAJE

En la figura 3 tenemos el diagrama completo de la alarma.

Diagrama completo del alarma de vibración con fibra óptica.

La disposición de los componentes en una placa de circuito impreso se muestra en la figura 4.

 

Los resistores son todos de 1/8 W o mayores y los capacitores deben tener tensiones de trabajo mínimas de 6 V. El trimpot puede ser sustituido por un potenciómetro en el montaje experimental, de modo a conseguir la variación del tiempo de disparo.

El resistor R1 se puede cambiar en el rango de 10k ohms a 100 k ohms para obtener mayor sensibilidad si hay dificultades de focalización de la fibra en el foto-transistor.

Cualquier foto-transistor se puede utilizar, incluso los tipos Darlington que proporcionar mayor sensibilidad.

El relé puede ser de cualquier tipo de bajo costo, y si la base tiene un formato diferente del original, se deben realizar cambios en el diseño de la placa de circuito impreso.

El punto crítico del montaje es el sensor.

En el LED rojo redondo común el lector debe hacer con mucho cuidado un agujero con una broca de 1 mm de espesor. Este agujero debe penetrar sólo lo suficiente para permitir el encaje de la fibra, no pudiendo en modo alguno alcanzar la pastilla semiconductora emisora, como muestra la figura 5.

Encajada la fibra se puede mantener en posición con una gota de algún pegamento fuerte (por ejemplo, Bonder, por ejemplo).

Tanto el LED como el foto-transistor se mantienen en una plaquita de circuito impreso. El LED debe colocarse de modo que la fibra quede con su otro extremo alineado con el foto-transistor como muestra la propia figura 5.

 

Es interesante montar este sistema protegido de la luz ambiente para que se evite que ella incida en el foto-sensor y con ello provoque una pérdida de sensibilidad del circuito.

PRUEBA Y USO

Para probar basta conectar el circuito y colocar inicialmente el trimpot P1 en la posición de menor resistencia. La fibra debe estar alineada con la foto-sensor.

Puede ocurrir el disparo del relé en el momento en que se establece la alimentación, pero unos segundos después, incidiendo la luz en el foto-sensor, el relé debe desactivarse.

Mueve de ligera en la fibra o balanceando el sensor, el circuito debe disparar.

Si esto no ocurre, cambie el valor de R1. Si desea, puede utilizar un trimpot de 1 M ohm en lugar de este componente para obtener un ajuste de sensibilidad.

Comprobado el funcionamiento es sólo hacer la instalación definitiva del sensor en el lugar en que se desea detectar cualquier balance.

Si el sensor tiene la parte de la fibra desprotegida, se vuelve sensible también a las pequeñas corrientes de aire y la alarma puede servir para detectar "viento".