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Sensor de Vibraciones y Golpes (ART743S)

Este aparato permite detectar vibraciones extrañas, golpes u otros ruidos que aparecen en mecanismos tales como motores, máquinas industriales, vehículos, etc. El circuito es bastante sensible y utiliza como sensor un capacitor cerámico, cuyo dieléctrico es sensible a las vibraciones. La señal amplificada se monitorea en un pequeño altavoz con un volumen excelente. El aparato es totalmente portátil que puede ser alimentado por pilas o batería común.

Vibraciones fuertes o extrañas, golpes u otros problemas que ocurren con máquinas, motores o vehículos son difíciles de detectar "de oído" en vista de la existencia de otros ruidos, los normales de funcionamiento, que los encubren.

Un proceso utilizado es el que tiene como base un estetoscopio, pero este tipo de recurso no es muy apropiado, pues no se basa en la captación de la vibración en sí, sino en el sonido que ella provoca.

Un medio más eficiente de hacer la detección de golpes o vibraciones utiliza un transductor bastante barato e incluso inédito para algunos que no conocen sus propiedades: un capacitor cerámico tipo disco es el transductor, ya que este componente posee un dieléctrico dotado de gran sensibilidad a la luz vibraciones, generando en estas condiciones una señal que puede ser amplificada y reproducida.

El aparato que proponemos hace uso de este transductor y posee 3 circuitos integrados que le garantizan excelente desempeño.

Entre las aplicaciones sugeridas tenemos las siguientes:

- Detección de vibraciones o golpes en máquinas industriales

- Detección de ruidos en el sistema de escape de coches

- Detección de ruidos y golpes en motores

- Verificación del movimiento de mecanismos o vehículos

- Verificación de la transmisión de ruidos en estructuras

Las características básicas del aparato son:

Tensión de alimentación: 6 a 9 V

Número de integrados: 3

Corriente de reposo: 5 mA (tip)

Ganancia de amplificación 70 dB (tip)

 

COMO FUNCIONA

El corazón de nuestro aparato es el sensor que consiste en un capacitor cerámico tipo disco, que, como muestra la figura 1, tiene una estructura que permite la detección de golpes o vibraciones.

 

Figura 1 - El sensor con capacitor de cerámica
Figura 1 - El sensor con capacitor de cerámica

 

Un golpe o vibración cambia sensiblemente el dieléctrico para reducir o aumentar su espesor y con ello se genera una señal que aparece entre las armaduras.

Esta señal se aplica a la entrada inversora de un amplificador operacional de los cuatro existentes en el integrado LM324.

Este primer amplificador opera con una ganancia de aproximadamente 30 veces (dada por el resistor de realimentación R3 que puede ser alterado), y su señal es llevada a la entrada de un segundo amplificador operacional que opera con ganancia unitaria (seguidor de tensión).

En estas condiciones, tenemos una impedancia muy alta de entrada y una bajísima impedancia de salida que permite la excitación de un amplificador de audio sin problemas.

La señal de excitación del amplificador de audio pasa antes por un control de volumen.

El amplificador de audio sugerido es el TBA820M, pero, en su defecto, equivalentes se pueden utilizar como el TBA820S o TBA820 (distinción de color) o el LM380 o LM386 que también son bastante populares y operan todos con tensiones en el rango de 6 a 12 V.

En la salida usamos un altavoz pequeño de 4 ó 8 ohmios, pero si el aparato se utiliza en ambientes con alto nivel de ruido, sugerimos la colocación de una salida de auricular.

El auricular puede ser del tipo utilizado en sonido portátil, de baja impedancia, o si el local está sujeto a un nivel de ruido muy alto, sugerimos el tipo acolchado como muestra la figura 2.

 

Figura 2 - Fono sugerido
Figura 2 - Fono sugerido

 

La alimentación se puede hacer con tensiones en el rango de 6 a 12 V.

Recomendamos el uso de 4 pilas (6V) o de una batería (9 V), aunque en el caso de la batería, al lado de un volumen menor para el montaje, tengamos una durabilidad reducida en vista del consumo de corriente de la unidad .

 

MONTAJE

En la figura 3 tenemos el diagrama completo de este sensor.

 

Figura 3 - Diagrama completo del sensor
Figura 3 - Diagrama completo del sensor

 

La disposición de los componentes, basada en una placa de circuito impreso universal con patrón de matriz de contactos, se muestra en la figura 4.

 

Figura 4 - Placa universal para el montaje
Figura 4 - Placa universal para el montaje

 

El sensor no es más que un capacitor cerámico de 100 nF (104 o 0,1) que debe conectarse al aparato por medio de un cable blindado de hasta 2 metros de longitud.

En la unión del cable con el capacitor se puede hacer una protección con un poco de epoxi.

El circuito integrado sugerido es el LM324 o cualquier doble o cuádruple amplificador operacional de características similares al 741.

En realidad, también se pueden utilizar operativos del tipo 741 con tensión de alimentación de 9 V con rediseño de la placa de circuito impreso.

Para los integrados, sugerimos el uso de zócalos DIL de acuerdo con los pinares.

Los resistores son todos de 1/8 o 1 / 4W con un 10% o 20% de tolerancia y los capacitores electrolíticos deben tener tensiones de trabajo por encima de 9 V.

Los demás capacitores pueden ser cerámicos o de poliéster y sus valores no son críticos, principalmente en el caso de C2 y C3.

El potenciómetro P1 de volumen puede incorporar el interruptor general S1.

El conjunto se puede instalar en una caja, como se muestra en la figura 5.

 

Figura 5 - Caja para el montaje final
Figura 5 - Caja para el montaje final

 

El soporte de pilas se fijará por medio de una abrazadera o cojín hecha con un pedazo de espuma.

Lo mismo ocurre si se utiliza la batería.

Para el altavoz, sugerimos el uso de una unidad de 5 cm con 8 ohmios de impedancia, bastante común en radios, que puede ser fácilmente instalada en la caja sugerida.

El jack para auricular es del tipo circuito cerrado y tiene su conexión mostrada en la figura 6.

 

Figura 6 - Conexión del gato
Figura 6 - Conexión del gato

 

Con este tipo de conexión, al introducir el enchufe del auricular, el altavoz se apaga automáticamente.

 

PRUEBA Y USO

Para probar, basta con conectar la unidad y abrir el volumen. Al golpear con los dedos o un objeto metálico en el sensor X1 debe producirse la reproducción del sonido del golpe.

Para utilizar debe colocar el sensor en el objeto o mecanismo que puede estar vibrando.

Si hay vibración fuerte o algún tipo de golpe, se reproducirá por el altavoz o el auricular.

Una posibilidad interesante, dado el bajo costo del sensor, consiste en pegar con epoxi capacitores cerámicos de 100 nF en las máquinas que se desea monitorear y simplemente hacer la conexión del aparato por medio de dos garras, siempre que queramos monitorear algún ruido o hacer una verificación .

El lector observará que los ruidos no se captan, pero sólo los que se transmiten por un contacto directo con el sensor X1.

Esto garantiza que la señal captada viene de la vibración transmitida directamente por el mecanismo al sensor.

 

CI-1 - LM324 o equivalente - cuádruple amplificador operativo

CI-2 - TBA820 M - amplificador de audio

X1 - 100 nF - capacitor cerámico sensor - ver texto

S1 - Interruptor simple

B1 - 6 o 9 V (4 pilas o batería)

FTE - altavoz de 4 u 8 ohmios x 5cm

Pl - 10 k ohms - potenciómetro (log con llave - S1)

R1, R2, R4 - 10 k ohms - resistores (marrón, negro, naranja)

R3 - 330 ó 390 ohms - resistor (naranja, naranja, amarillo) o (naranja, blanco, amarillo)

R5 - 33 ohms - resistor (naranja, naranja, negro)

C1 - 100 uF - capacitor electrolítico

C2, C3 - 470 nF (473 o 0,47) - capacitores cerámicos o de poliéster

C4, C7 - 100 uF - capacitores electrolíticos

C6 - 470 nF - capacitor electrolítico

C5 - 220 pF - capacitor de cerámica

Varios: placa de circuito impreso universal, caja para montaje, soporte o conector para pilas o batería, soporte para los integrados, cable blindado, jack tipo circuito cerrado para auricular, etc.

 

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