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MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/200216 s Fibras Ópticas (vamos chamá-las de F.O.) servem para o trafegar dados de um ponto ao outro utilizando a luz como forma de transporte dos mesmos, ao invés dos cabos elétricos convencionais.

Normalmente, elas são utilizadas em telecomunicações, telemetria e também em Automação Industrial, que é onde iremos abordar.

Em Automação Industrial, elas são basicamente empregadas quando há a necessidade de : 1. Imunidade contra Interferência Eletromagnética (EMI); 2. Para isolar equipamentos eletricamente; 3. Aumento de distância entre os equipamentos.

Imunidade contra Interferência Eletromagnética

Esse é o maior motivo para se utilizar F.O. em ambiente industrial. Normalmente, o ambiente industrial é um muito propício para o aparecimento de EMI e algumas vezes, por mais que o cabo de dados (elétrico) seja blindado, aterrado e com todas as condições teóricas de isolamento da EMI, nem sempre é suficiente para evitar esse tipo de problema, e a solução disso é a utilização de F.O. para a interligação dos equipamentos.

Abordaremos neste artigo uma tecnologia que está sendo cada vez mais utilizada na área industrial, que é a das Fibras Ópticas.

Os vários tipos de fibras, seus conectores e técnicas de montagem estão sendo apresentamos neste artigo que, com o seu conteúdo, visa cobrir uma lacuna ainda existente nas nossas literaturas técnicas.

Boa leitura!

Isolar equipamentos eletricamente

Esse é o segundo maior motivo de se utilizar F.O. em automação industrial. Muitas vezes, temos equipamentos da mesma rede Fieldbus sendo utilizados em prédios diferentes, ou até mesmo dentro de um mesmo prédio, porém em distâncias muito grandes. Nesse caso precisamos isolá-los eletricamente, pois no caso de uma eventual diferença de potencial entre os dois equipamentos evitamos a sua danificação.

Aumento de distância entre os equipamentos

Quando utilizamos o meio físico “cabo elétrico”, quanto maior for a

Juliano Matias ELETRÔNICA

17MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002 distância entre os equipamentos maior será a resistência do condutor elétrico dentro do cabo, aumentando com isso a queda de tensão dentro do cabo. Para evitarmos esse tipo de problema, utilizamos a F.O. (não que a F.O. não tenha atenuação, na verdade ela tem, algumas com mais atenuação e outras menos, mas de qualquer forma as que possuem menos atenuação permitem distâncias maiores do que o cabo de cobre).

A figura 1 mostra como é fisicamente a eletrônica de um circuito ponto a ponto entre duas estações em F.O..

Nela, podemos verificar que em um sistema fullduplex temos um par de cabos para a troca dos dados, sendo um o receptor e o outro o transmissor.

A distância entre os dois equipamentos é determinada pela atenuação do cabo, pela intensidade de luz que o LED pode transmitir e pela sensibilidade do fototransistor.

Todas estas variáveis são dados de catálogo do módulo eletrônico em questão. Vamos tomar um exemplo. Na figura 2 vemos um módulo eletrônico da empresa Phoenix Contact, esse módulo tem a função de fazer a conversão de um sinal em RS-232 para F.O., e vemos na tabela 1 os dados técnicos do módulo.

Vamos fazer algumas contas imaginando que conectaremos dois desses módulos:

Atenuação de um cabo de Fibra Polimérica – 230 dB/km ou 230 dB/1000m Margem de segurança – 3 dBm onde:

Sft - Sensibilidade do fototransistor;

ILED - Intensidade do LED; M - Margem.

Essa margem de segurança serve para prever futuras atenuações devido a perdas no sinal durante a fase de instalação (perda prevista de 2 dBm na instalação) e no decorrer dos anos (perda prevista de 0,1d Bm por ano), com isso temos um tempo de vida útil previsto de aproximadamante 10 anos em sua distância máxima.

Esse tipo de cálculo serve para qualquer tipo de módulo e para qualquer tipo de Fibra Óptica.

E, como saber qual é a distância do cabo que estou utilizando, se o cabo passa por tantas canaletas, eletrocalhas, curvas,...?

Essa resposta é bem simples tendo em vista que o cabo vem marcado de fábrica com metragem indicada de metro em metro do cabo, conforme é mostrado na figura 3. Então, é só verificar a marcação mais próxima do primeiro equipamento e subtrair da distância mais próxima marcada no segundo equipamento. Simples, não?

Figura 1 - Eletrônica de um circuito ponto a ponto entre duas estações em F.O..

Figura 2 - Módulo eletrônico da empresa Phoenix Contact

Tabela 1 - Dados técnicos do módulo.

Figura 3 - Marcação da metragem.

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Existem várias tecnologias de

F.O., e vamos citar algumas delas:

Polimérica: também conhecida como fibra plástica, esta é a mais amplamente utilizada em ambiente industrial, pois é de uma tecnologia barata, de fácil conectorização e fácil manutenção. Porém, como tudo, também tem seu lado negativo, o dela é a alta atenuação do sinal em seu cabo, cerca de 230 dB/km, isto é, em 1000 m de cabo ela atenua 230 dB, com isso a distância máxima dela chega a 70 m. Veremos mais a frente como se calcula essa distância. Temos na figura 4 as dimensões da F.O. polimérica, essa notação é dada por 980/1000 µm..

HCS: é a segunda mais utilizada, ela é constituída por um núcleo de vidro coberto por um material polímero, como vemos na figura 5.

A atenuação dela é de 9 dB/ km, nesse valor vemos sua baixa atenuação por quilômetro.

É muito empregada quando precisamos aliar imunidade eletromagnética com distância, pois com essa fibra conseguimos alcançar aproximadamente 400 m.

A escolha dessa fibra é somente pela imunidade contra EMI e isolação elétrica , mas não pela distância, pois distância igual conseguimos utilizando cabo de cobre em RS-485.

Vidro Multimodo: é utilizada em ambiente industrial quando queremos trafegar os dados a muita distância, onde nem mesmo o cabo de cobre é capaz, pois com ela podemos chegar aproximadamente a 30 m (dependendo da atenuação da F.O. nesse caso de 3,0 dB/km). Seu núcleo é todo de vidro e seus diâmetros variam de acordo com a F.O., mas o normal é 50/125 µm e 62,5/125 µm.

Vidro Monomodo: quase nunca é utilizada em ambiente industrial (já ouvi falar, mas pessoalmente nunca vi), ela é a melhor fibra quando falamos em distância, pois sua atenuação é mínima tendendo à ideal. É muito utilizada em telecomunicações e a mais cara entre todas.

F-SMA é o tipo mais prático de ser montado, pois existem kits de confecção para esse tipo de conector. É mais utilizado em Fibras Poliméricas e HCS. Veja o conector na figura 6.

B-FOC ou ST é o padrão mais conhecido do mercado, pois está presente na maioria das F.O. de vidro, porém é pouco utilizado em área industrial. Veja o conector na figura 7.

A capa protetora dos conectores das F.O. é de extrema importância, pois, previne que a fibra propriamente dita engordure, arranhe ou até mesmo lasque, o

Figura 4 - Dimensões da F.O. polimérica.Figura 5 - Fibra HCS.

Figura 6 - Conector F-SMA.

Figura 7 - Conector B-FOC ou ST.

Figura 8 - Os dois conectores com as correspondentes capas de proteção.

19MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002 valete ou uma base, deixando o seu centro girar livremente, evitando com isso a torção no cabo, como mostrado na figura 9.

• Não torcer nunca o cabo (figura 10). O cabo de fibra óptica não foi feito para trabalhar e nem ser manuseado nessa condição. Alguns tipos de cabos especiais podem trabalhar movimentando-se linearmente, por exemplo, em uma lagarta, mas como disse, são cabos específicos para esse fim.

• Não pisar nunca em um cabo de Fibra Óptica – imaginem uma placa de acrílico se dobrando: ela não fica esbranquiçada no seu centro com várias fissuras? Pois é isso o que acontece quando pisamos ou esmagamos um cabo de fibra polimérica. E com o passar do tempo essas fissuras vão aumentando, ocasionando com isso o aumento da atenuação do cabo, até uma hora em que a luz que chega no fototransistor não é suficiente para ele entrar em ponto de saturação. E essa condição torna-se ainda pior quando o cabo é do tipo HCS ou vidro, pois uma pisada pode quebrá-la na hora, interrompendo a passagem de luz.

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