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CAMILLA REZENDE
DOUGLAS LIMA
LEONARDO SALES
RAFAEL MARQUES
SÓSTENES ESQUIVEL
FIBRAS ÓPTICAS, USO GERAL E MANUTENÇÃO
CUBATÃO – SP
2013
CAMILLA REZENDE
DOUGLAS LIMA
LEONARDO SALES
RAFAEL MARQUES
SÓSTENES ESQUIVEL
FIBRAS ÓPTICAS, USO GERAL E MANUTENÇÃO
Dissertação apresentada à Professora Lidiane Dantas para a obtenção de nota equivalente ao semestre.
Área de Concentração:Tecnologia em Automação Industrial
Orientador:Profª. Lidiane Dantas
CUBATÃO – SP
2013
FICHA CARTOGRÁFICA
Almeida, Camilla RezendeSilva, Douglas LimaSantos, Leonardo SalesLeite, Rafael MarquesEsquivel,Sóstenes dos Santos Fibras Ópticas, Uso Geral e Manutenção./ - Cubatão, 2013.Dissertação apresentada à professora Lidiane Dantas para a obtenção de nota equivalente ao semestre.
“Se vocês acham que os vossos
professores são rudes,
esperem até terem um chefe.
Ele não vai ter pena de vocês.”
Bill Gates
RESUMO
Esse trabalho tem como intuito esclarecer o funcionamento e
aplicação das fibras ópticas em diferentes áreas, explicar o modo como são
utilizadas na automação industrial e quais suas vantagens em relação a outros
tipos de conexão.
04
ABSTRACT
This study is aimed to clarify the operation and application of optical
fibers in different areas, explaining how they are used in industrial automation
and what its advantages over other types of connection.
05
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Fibra Óptica...................................................................................11
Figura 2 – Classificação das Fibras..............................................................12
Figura 3 – Estrutura dos Cabos Ópticos......................................................14
Figura 4 – Funcionamento das Fibras Ópticas............................................16
Figura 5 – Cabo de Fibra com Tamanho e Peso Reduzidos...........................21
Figura 6 – Manutenção de Redes de Fibra óptica........................................24
Figura 7 – Fibra Óptica em Meio Físico “Campo Elétrico”..............................26
06
Sumário
RESUMO
ABSTRACT
LISTA DE FIGURASSUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO...............................................................................................09
2 CONCEITUAÇÃO..........................................................................................10
2.1COMPOSIÇÃO DE FIBRAS.........................................................................11
3 MODOS DE PROPAGAÇÃO E TIPOS DE FIBRAS.....................................12
3.1 MODOS DE PROPAGAÇÃO.......................................................................12
3.2 TIPOS DE FIBRAS......................................................................................12
4 CABOS ÓPTICOS..........................................................................................14
4.1 TIPOS DE CABOS.......................................................................................14
4.1.1 Loose.......................................................................................................14
4.1.2 Tight.........................................................................................................15
4.1.3 Groovy.....................................................................................................15
4.1.4 Ribbon......................................................................................................15
5. FUNCIONAMENTO DA FIBRA ÓPTICA......................................................16
6 VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS FIBRAS ÓPTICAS ......................18
6.1 VANTAGENS...............................................................................................18
6.1.1 Baixa Atenuação.....................................................................................18
6.1.2 Larga Banda Passante...........................................................................18
6.1.3 Imunidade à Interferência Eletromagnética e Ruídos.........................19
6.1.4 Efeito “Crosstalk” Desprezível..............................................................20
6.1.5 Isolação Elétrica......................................................................................20
6.1.6 Tamanho e Peso Reduzidos..................................................................21
6.2 DESVANTAGENS.......................................................................................21
6.2.1 Fragilidade...............................................................................................21
6.2.2 Dificuldade de Conexões.......................................................................22
6.2.3 Acopladores tipo T com Perdas Muito Grandes..................................22
6.2.4 Impossibilidade de Alimentação Remota de Repetidores..................22
6.2.5 Falta de Padronização dos Componentes Ópticos.............................22
07
6.3 COBRE VS MEIO ÓPTICO.........................................................................22
7. MANUTENÇÃO DE REDES/SENSORES DE FIBRA ÓPTICA...................24
8. A UTILIZAÇÃO DE FIBRA ÓPTICA NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL.....25
8.1IMUNIDADE CONTRA INTERFERÊNCIA ELETROMAGNÉTICA..............25
8.2 ISOLAR EQUIPAMENTOS ELETRICAMENTE..........................................25
8.3 AUMENTO DE DISTÂNCIA ENTRE EQUIPAMENTOS.............................26
9. CONCLUSÃO .............................................................................................27
10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................28
08
1. INTRODUÇÃO
Este trabalho visa documentar as experiências, aprendizados e
vivências dos alunos do curso superior em Automação Industrial no que diz
respeito à pesquisa e construção de trabalhos científicos, tendo como foco
principal não apenas a busca do conhecimento, mas também a forma mais
adequada, simplificada e sutil de sua apresentação.
O tema indicado para iniciação das atividades foi Sensores de Fibra
óptica. A partir desse ponto serão feitas pesquisas relacionadas ao assunto
desde sua conceituação até suas aplicações mais específicas, de forma que o
conteúdo resultante seja apresentado da forma mais clara, proveitosa e
significativa possível.
Serão observados, ao longo do trabalho, os diversos tipos de fibras e
cabos ópticos, as vantagens e desvantagens de suas utilizações,
equipamentos utilizados no auxílio da transmissão, bem como as emendas e
conexões feitas nas fibras que, por se tratarem de pontos de concentração de
perdas, devem ser feitos com extrema precisão e responsabilidade.
A organização didática será formada pelos alunos com a supervisão e
orientação da professora Lidiane Dantas, que, no decorrer do processo de
criação da atividade, será responsável por avaliar as ideias propostas e
encaminhar tarefas que complementem e desenvolvam ainda mais o trabalho.
09
2. CONCEITUAÇÃO
A fibra ótica é um filamento extremamente fino e flexível, feito de vidro
ultrapuro, plástico ou outro isolante elétrico (material com alta resistência ao
fluxo de corrente elétrica). Possui uma estrutura simples, composta por capa
protetora, interface e núcleo.
A tecnologia tem conquistado o mundo, sendo muito utilizada nas
telecomunicações e exames médicos, como endoscopias e cirurgias corretivas
de problemas visuais, entre outras aplicações possíveis.
Ela foi inventada pelo físico indiano Narinder Singh Kapany.
10
2.1 COMPOSIÇÃO DAS FIBRAS
Uma fibra óptica (Figura 1) é um capilar formado por materiais dielétricos
cristalinos e homogêneos material (em geral, sílica ou plástico), , transparentes
o bastante para guiar um feixe de luz (visível ou infravermelho) através de um
trajeto qualquer. A estrutura básica desses capilares são cilindros concêntricos
com determinadas espessuras e com índices de refração tais que permitam o
fenômeno da reflexão interna total que ocorre quando um feixe de luz emerge
de um meio mais denso para um meio menos denso. O centro (miolo) da fibra
é chamado de núcleo e a região externa é chamada de casca.
Assim para que ocorra o fenômeno da reflexão interna total é necessário
que o índice de refração do núcleo seja maior que o índice de refração da
casca.
Figura 1 – Fibra óptica
11
3. MODOS DE PROPAGAÇÃO E TIPOS DE FIBRAS
3.1 Modos de propagação
Quando tratamos a luz pela teoria ondulatória, a luz é regida pelas
equações de Maxwell. Assim, se resolvermos as equações de Maxwell para as
condições (chamadas condições de contorno) da fibra, que é um guia de onda,
tais como diâmetro do núcleo, comprimento de onda, abertura numérica, etc.
encontramos um certo número de soluções finitas. Dessa maneira, a luz que
percorre a fibra óptica não se propaga aleatoriamente, mas é canalizada em
certos modos.
Modo de propagação é, portanto, uma onda com determinada
distribuição de campo eletromagnético que satisfaz as equações de Maxwell e
que transporta uma parcela individual (mas não igual) da energia luminosa total
transmitida. Esses modos podem ser entendidos e representados como sendo
os possíveis caminhos que a luz pode ter no interior do núcleo. Numa fibra
óptica, o número de modos está relacionado com a freqüência normalizada V.
3.2 Tipos de fibras
As fibras ópticas costumam ser classificadas a partir de suas
características básicas de transmissão, ditadas essencialmente pelo perfil de
índices de refração da fibra e pela sua habilidade em propagar um ou vários
modos de propagação. Com implicações principalmente na capacidade de
transmissão (banda passante) e nas facilidades operacionais em termos de
conexões e acoplamento com fontes e detectores luminosos, resultam dessa
classificação básica (Figura 2) os seguintes tipos de fibras ópticas:
- Fibra multimodo de índice degrau
- Fibra multimodo de índice gradual
- Fibra monomodo
Figura 2 - Classificação das Fibras Ópticas
12
A classificação típica das fibras ópticas feita acima reflete, de maneira
geral, a evolução tecnológica básica em termos de capacidade de transmissão
na aplicação mais importante das fibras óptica: a dos sistemas de
telecomunicações. Todavia, considerando-se o grau de sofisticação das
aplicações, é possível adotar classificações (ou subclassificações) específicas,
envolvendo outros critérios, tais como:
- Arquitetura do suporte de transmissão: o suporte de transmissão pode ser
composto de uma única fibra ou de um feixe de fibras com implicações
diversas quanto à capacidade de captação de potência luminosa, à
flexibilidade, às facilidades de conexão e acoplamento, às perdas de
propagação e, naturalmente, às aplicações.
- Composição material: fibras com o par núcleo-casca do tipo sílica-sílica, sílica
plástico ou plástico-plástico têm propriedades distintas quanto às facilidades
operacionais e de fabricação, às perdas de transmissão, à tolerância a
temperatura etc., permitindo atender a uma variedade de aplicações.
- Freqüências ópticas de atenuação: esta classificação, que inclui, por exemplo,
as fibras no infravermelho e as fibras no ultravioleta, reflete o desenvolvimento
de fibras ópticas para operar na faixa típica (0,7 a 1,6mm) atual das aplicações
em comunicações; esses tipos de fibras podem envolver características
operacionais próprias em função das aplicações, bem como novos materiais na
busca de um melhor desempenho em termos das perdas de transmissão.
- Outros tipos de perfil de índices: fibras monomodo com perfil de índices
diferentes do degrau têm implicações importantes quanto às características de
transmissão; é o caso, por exemplo, das fibras com dispersão deslocada e as
fibras com dispersão plana.
- Geometria ou sensibilidade à polarização: além da seção circular típica, as
fibras monomodo podem ter um núcleo de seção elíptica com implicações
importantes quanto à filtragem e manutenção de polarização; é o caso, por
exemplo, das fibras com polarização mantida.
13
4 CABOS ÓPTICOS
A reunião de várias fibras ópticas revestidas de materiais que
proporcionam resistências mecânicas e proteção contra intempéries denomina-
se cabo óptico (Figura 3) . Em nenhuma aplicação as fibras ópticas podem ser
utilizadas sem uma proteção adequada, ou seja, em todas as aplicações são
utilizados os cabos ópticos. Além disso, os cabos ópticos proporcionam uma
facilidade maior de manuseio na instalação, sem o risco de danificar as fibras.
4.1 TIPOS DE CABO
Existem vários tipos de cabos ópticos voltados para várias aplicações.
Abaixo estão descritos os tipos, suas características principais e onde são mais
utilizados
4.1.1 Loose
Os cabos ópticos que possuem esta configuração apresentam as fibras
ópticas
soltas acondicionadas no interior de um tubo plástico, que proporciona a
primeira proteção às fibras ópticas. No interior destes tubos plásticos,
geralmente é acrescentado uma espécie de geléia sintética de petróleo, que
proporciona um melhor preenchimento do tubo e, principalmente, uma grande
proteção das fibras ópticas contra umidade e choques mecânicos. Além deste
tubo, normalmente é introduzido um elemento de tração que, juntamente com o
tubo, recebe o revestimento final. Este tipo de cabo é bastante utilizado em
instalações externas aéreas e subterrâneas e principalmente, em sistemas de
comunicações de longas distâncias.
Figura 3 – Estrutura dos Cabos Ópticos
14
4.1.2 Tight
Nos cabos ópticos do tipo tight as fibras ópticas recebem um
revestimento primário de plástico e acima disto, outro revestimento de material
plástico que irá proporcionar uma proteção maior para as fibras. Cada fibra
óptica com revestimento primário é denominado de elemento óptico. Os
elementos ópticos são reunidos em torno de um elemento de tração que, juntos
recebem o revestimento final resultando no cabo óptico do tipo tight. Este cabo
foi um dos primeiros a serem utilizados em poucas aplicações onde as suas
características demonstram ser bastante favoráveis, como instalações internas
de curtas distâncias e onde se faz necessária a conectorização.
4.1.3 Groove
Neste tipo de configuração as fibras ópticas são depositadas soltas nas
ranhuras que possuem um formato em “V” de um corpo com estrutura tipo
estrela que proporciona uma acomodação para as fibras ópticas. Geralmente,
este corpo tipo estrela apresenta um elemento tensor no seu centro que
proporciona uma resistência mecânica maior ao cabo. Este cabo é bastante
utilizado em aplicações onde são necessárias muitas fibras ópticas.
4.1.4 Ribbon
Esta configuração é utilizada em aplicações onde são necessárias
muitas fibras
ópticas (4000 fibras). As fibras são envolvidas por uma camada plástica plana
com formato de uma fita, onde estas camadas são “empilhadas” formando um
bloco compacto. Estes blocos são alojados nas ranhuras das estruturas tipo
estrela dos cabos do tipo groove. Logo, esta configuração é uma derivação do
cabo tipo groove combinado com as fitas de fibras. Esta configuração
proporciona uma concentração muito grande de fibras ópticas.
15
5. FUNCIONAMENTO DA FIBRA ÓPTICA
A transmissão da luz pela fibra segue um princípio único,
independentemente do material usado ou da aplicação: é lançado um feixe de
luz numa extremidade da fibra e, pelas características ópticas do meio (fibra),
esse feixe percorre a fibra por meio de reflexões sucessivas. A fibra possui no
mínimo duas camadas: o núcleo (filamento de vidro) e o revestimento (material
eletricamente isolante). No núcleo, ocorre a transmissão da luz propriamente
dita. A transmissão da luz dentro da fibra é possível graças a uma diferença de
índice de refração entre o revestimento e o núcleo, sendo que o núcleo possui
sempre um índice de refração mais elevado, característica que aliada ao
ângulo de incidência do feixe de luz, possibilita o fenômeno da reflexão total.
As fibras ópticas são utilizadas como meio de transmissão de ondas
eletromagnéticas, temos como exemplo a luz uma vez que é transparente e
pode ser agrupada em cabos (Figura 4). Estas fibras são feitas de plástico e/ou
de vidro. O vidro é mais utilizado porque absorve menos as ondas
electromagnéticas. As ondas electromagnéticas mais utilizadas são as
correspondentes à gama da luz.
O meio de transmissão por fibra óptica é chamado de "guiado", porque as
ondas eletromagnéticas são "guiadas" na fibra, embora o meio transmita ondas
omnidirecionais, contrariamente à transmissão "sem-fio", cujo meio é chamado
de "não-guiado". Mesmo confinada a um meio físico, a luz transmitida pela fibra
óptica proporciona o alcance de taxas de transmissão (velocidades)
Figura 4 – Funcionamento da Fibra Óptica
16
elevadíssimas, da ordem de 109 à 1010 bits por segundo (cerca de 40Gbps),
com baixa taxa de atenuação por quilômetro. Mas a velocidade de transmissão
total possível ainda não foi alcançada pelas tecnologias existentes. Como a luz
se propaga no interior de um meio físico, sofrendo ainda o fenômeno de
reflexão, ela não consegue alcançar a velocidade de propagação no vácuo,
que é de 300.000 km/segundo, sendo esta velocidade diminuída
consideravelmente.
Cabos fibra óptica atravessam oceanos. Usar cabos para conectar dois
continentes separados pelo oceano é um projeto monumental. É preciso
instalar um cabo com milhares de quilómetros de extensão sob o mar,
atravessando fossas e montanhas submarinas. Nos anos 80, tornou-se
disponível, o primeiro cabo fibra óptica intercontinental desse tipo, instalado em
1988, e tinha capacidade para 40.000 conversas telefônicas simultâneas,
usando tecnologia digital. Desde então, a capacidade dos cabos aumentou.
Alguns cabos que atravessam o oceano Atlântico têm capacidade para 200
milhões de circuitos telefônicos.
Para transmitir dados pela fibra óptica, é necessário equipamentos
especiais, que contém um componente fotoemissor, que pode ser um diodo
emissor de luz (LED) ou um diodo laser. O fotoemissor converte sinais
elétricos em pulsos de luz que representam os valores digitais binários (0 e 1).
Tecnologias como WDM (CWDM e DWDM) fazem a multiplexação de vários
comprimentos de onda em um único pulso de luz chegando a taxas de
transmissão de 1,6 Terabits/s em um único par de fibras.
17
6 VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS FIBRAS ÓPTICAS
6.1 VANTAGENS
6.1.1 Baixa atenuação
A atenuação de um meio de transmissão é uma importante
característica, a fibra óptica tem uma vasta gama de freqüências onde pode
transitar, enquanto que cabos coaxiais ou par trançado, por exemplo, não. As
fibras ópticas apresentam atualmente perdas de transmissão extremamente
baixas, desde atenuações típicas da ordem de 3 a 5dB/Km na região em trono
de 0,85mm até perdas inferiores a 0,2 dB/Km para operação na região de
1,55mm. Pesquisas com novos materiais, em comprimentos de ondas
superiores, prometem fibras ópticas com atenuação ainda menores, da ordem
de centésimo e, até mesmo, milésimos de decibéis por quilômetro. Desse
modo, com fibras ópticas, é possível implantar sistemas de transmissão de
longa distância com um espaçamento muito grande entre repetidores, o que
reduz significativamente a complexidade e custos do sistema. Enquanto, por
exemplo, um sistema de microondas convencional exige repetidores a distância
da ordem de 50 quilômetros, sistemas com fibras ópticas permitem alcançar,
atualmente, distâncias sem repetidores superiores a 200 quilômetros.
Pode também ser visto que a atenuação no cabos coaxiais e par
trançado é muito mais dependente da freqüência, enquanto as fibras ópticas
são relativamente constantes em quase toda a gama de freqüências. Estas
graves limitações reduzem a utilidade dos cabos para longas distâncias ou
altas freqüências.
6.1.2 Larga banda passante
A quantidade de informação que pode ser transmitida é diretamente
proporcional à freqüência do sinal. Como a freqüência da luz utilizada para
18
transmitir informações em fibras ópticas é muito alta, consequentemente a
largura de banda é alta também.
A transmissão em fibras ópticas é realizada em freqüências ópticas
portadoras na faixa espectral de 1014 a 1015 HZ (100a 1000THz). Isto significa
uma capacidade e transmissão potencial, no mínimo, 10.000 vezes superior,
por exemplo, à capacidade dos atuais sistemas de microondas que operam
com uma banda passante útil de 700MHz. Além de suportar um aumento
significativo do número de canais de voz e/ou de vídeo num mesmo circuito
telefônico, essa enorme banda passante permite novas aplicações impossíveis
de serem concebidos anteriormente. Atualmente, já estão disponíveis fibras
ópticas comerciais com produtos banda passante versus distância superiores a
200GHz.Km. Isso contrasta significativamente com os suportes convencionais
onde, por exemplo, um cabo coaxial apresenta uma banda passante útil
máxima em torno de 400MKHz.
6.1.3 Imunidade a interferência eletromagnética e ruídos
Um dos maiores problemas associados à transmissão de dados, de
qualquer tipo, é o ruído. O ruído do ambiente por onde passa o sinal pode
entrar no meio de transmissão e corromper o sinal que está a ser enviado. Isto
é usualmente causado por fontes de radiação electromagnética na sua
vizinhança. Fontes típicas deste ruído são o equipamento elétrico pesado,
relâmpagos elétricos e radiações dos cabos vizinhos. Um outro problema de
ruído é a radiação, que deve ser reduzida essencialmente por questões de
segurança. Se o sinal transmitido está a sofrer radiação, é possível detectar e
descodificar o sinal usando equipamento de audição.
O comprimento do cabo de cobre tem características similares ao das
antenas de rádio. Isto significa que trava conhecimento com o ruído exterior e
radia sinal muito facilmente. O método mais eficiente para evitar isto é cobrir o
cabo com uma ou mais proteções de blindagem. Esta solução alivia o problema
mas representa um custo adicional.
Por outro lado, as fibras ópticas, usam luz como portadora da
informação. A luz não está sujeita à influência da radiação electromagnética.
Em ambientes hostis, como por exemplo, uma rede numa fábrica que usa
19
equipamento de alta voltagem, isto é uma grande vantagem. O vazamento
envolvendo as fibras ópticas é extremamente baixo e não coloca quaisquer
problemas em termos de ambiente. A segurança é garantida pela dificuldade
de detectar um sinal sem interromper a ligação.
6.1.4 Efeito “crosstalk” desprezível
As fibras ópticas excelente confinamento do sinal luminoso propagado.
Desse modo, não irradiando externamente, as fibras ópticas agrupadas em
cabos ópticos não interferem opticamente umas nas outras, resultando num
nível de ruído de diafonia (crosstalk) desprezível. Os cabos de fibras ópticas,
por não necessitarem de blindagem metálica, podem ser instalados
convenientemente, por exemplo, junto às linhas de transmissão de energia
elétrica.
6.1.5 Isolação elétrica
O material dielétrico (vidro ou plástico) que compõe a fibra óptica oferece uma
excelente isolação elétrica entre os transceptores ou estações interligadas. Ao
contrário dos suportes metálicos, as fibras ópticas não têm problemas com
aterramento e interfaces dos transceptores. Além disso, quando um cabo de
fibra óptica é danificado não existem faíscas de curto-circuito. Esta qualidade
das fibras ópticas é particularmente interessante para sistemas de
comunicação em áreas com gases voláteis (usina petroquímicas, minas de
carvão etc.), onde o risco de fogo ou explosão é muito grande.
A não possibilidade de choques elétricos em cabos com fibras ópticas
permite a sua reparação no campo, mesmo com os equipamentos de
extremidades ligados.
20
6.1.6 Tamanho e peso reduzidos
As fibras ópticas têm dimensões comparáveis com as de um fio de
cabelo humano. Mesmo considerando-se os encapsulamentos de proteção, o
diâmetro e o peso dos cabos ópticos são bastante inferiores aos dos
equivalentes cabos metálicos. Por exemplo, um cabo óptico de 6,3mm de
diâmetro, com uma única fibra de diâmetro 125mm e encapsulamento plástico,
substitui, em termos de capacidade, um cabo de 7,6cm de diâmetro com 900
pares metálicos. Quanto ao peso, um cabo metálico de cobre de 94 quilos pode
ser substituído por apenas 3,6 quilos de fibra óptica. A enorme redução do
tamanho dos cabos, provida pelas fibras ópticas, permiti aliviar o problema de
espaço e de congestionamento de dutos nos subsolos das grandes cidades e
em grandes edifícios comerciais. O efeito combinado do tamanho e do peso
reduzidos (Figura 5) faz das fibras ópticas o meio de transmissão ideal em
aviões, navios, satélites, etc. Além disso, os cabos oferecem vantagens quanto
ao armazenamento, transporte, manuseio e instalação em relação aos cabos
metálicos de resistência e durabilidade equivalentes.
6.2 Desvantagens
6.2.1 Fragilidade
O manuseio de uma fibra óptica sem encapsulamento é bem mais
delicado que no caso dos suportes metálicos. É preciso ter muito cuidado com
as fibras ópticas, pois elas quebram com facilidade.
Figura 5 - Cabo de fibra com tamanho e peso reduzidos
21
6.2.2 Dificuldade de Conexões
As pequenas dimensões das fibras ópticas exigem procedimentos e
dispositivos de alta precisão na realização das conexões e junções.
6.2.3 Acopladores tipo T com perdas muito grandes
É muito difícil se obter acopladores de derivação tipo T para fibras
ópticas com baixo nível de perdas, o que dificulta a utilização de fibras ópticas
em sistemas multiponto.
6.2.4 Impossibilidade de alimentação remota de repetidores
Os sistemas com fibras ópticas requerem alimentação elétrica
independente para cada repetidor, não sendo possível a alimentação remota
através do próprio meio de transmissão
6.2.5 Falta de padronização dos componentes ópticos
A relativa imaturidade e o contínuo avanço tecnológico não tem facilitado
o estabelecimento de padrões para os componentes de sistemas de
transmissão por fibras ópticas.
6.3 Cobre vs. Meio Óptico
A utilidade do cobre como condutor foi conhecido durante muitos anos.
Este fato por si só dá-lhe duas vantagens muito significativas sob as novas
tecnologias.
Primeiro, o processo envolvido no seu uso, desde a fase de produção
até aos mecanismos de instalação do cabo são bem conhecidos. Ao longo dos
anos uma larga quantidade de tecnologia de suporte foi sendo desenvolvida, tal
como conectores, e outros acessórios. Também, por causa do seu enorme uso,
22
a pressão do mercado fez o seu papel, baixando em muito o seu custo. É um
meio de transmissão que atingiu à muito a sua maturidade, o que significa que
é improvável que o seu preço possa descer ainda mais.
A fibra óptica, por outro lado é uma tecnologia muito recente que está
atualmente sujeita a muita investigação e desenvolvimento. Essencialmente,
envolve a transmissão de um feixe de luz modulado que passa através de fibra
de vidro desde a fonte até ao destino. O maior problema com esta tecnologia é
a sua instalação e o seu custo. Também a tecnologia de fontes luminosas e
detectores de luz está ainda na sua infância e sujeita a evoluções muito
rápidas. A matéria-prima para o fabrico de fibra óptica, sílica, existe em grande
abundância, e dado os desenvolvimentos tecnológicos mais recentes, existem
todas as razões para esperar que quando a fibra óptica atingir a sua
maturidade seja um meio de transmissão de muito baixo custo.
23
7. MANUTENÇÃO DE REDES/SENSORES DE FIBRA ÓPTICA
A prática geral de utilização e manutenção de fibra ótica (Figura 6) é
importante para garantir a confiabilidade e o desempenho máximo para
sistemas de sensores de fibra ótica. Como fibra ótica é amplamente utilizada
na indústria de telecomunicações, está sujeita a regulamentos rigorosos, o que
torna robusto o componente do sistema. Ainda assim, deve-se tomar cuidado
na implantação de componentes de fibra ótica no sistema de sensores, bem
como na manutenção do uso destes componentes.
Limpeza dos componentes de fibra ótica é um fator crítico para manter a
alta qualidade das conexões dos sistemas de sensores. Partículas na ordem de
1 µm podem bloquear parcialmente ou totalmente o núcleo da fibra ótica,
gerando reflexões e espalhamento ou absorção da luz transmitida. Isto pode
induzir instabilidade no sistema laser para sensores óticos, na forma de onda
ótica distorcida e ruído. Além disso, partículas presas entre as fibras podem
riscar a superfície do vidro, criando um espaço de ar, ou provocando o
desalinhamento entre os núcleos da fibra ótica, comprometendo a integridade
do sinal transmitido.
Figura 6 – Manutenção de Redes de Fibra Óptica
24
8. A UTILIZAÇÃO DA FIBRA ÓPTICA NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
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.
As Fibras Ópticas servem para o trafego 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:
8.1Imunidade 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;
8.2 Isolar equipamentos eletricamente
Esse é o segundo maior motivo de se utilizar fibras ópticas. em
automação industrial. Muitas vezes, temos equipamentos da mesma rede
Fieldbus sendo utilizados em prédios diferentes, ou até mesmo dentro de um
25
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.
8.3 Aumento de distância entre os equipamentos
Quando utilizamos o meio físico “cabo elétrico”, quanto maior for a
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 Fibra Óptica (Figura 7) (não que
a Fibra Óptica 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).
Figura 7 – Fibra óptica em Meio Físico “Cabo Elétrico”.
26
9. CONCLUSÃO
A partir deste trabalho foi possível entender e aprender sobre o
funcionamento deste equipamento que tornou-se responsável por uma grande
revolução no que diz respeito à comunicação, pois, as fibras ópticas passaram
a substituir os cabos metálicos não somente no que diz respeito à transmissão
de dados em uma velocidade incrível e uma quantidade de dados
consideravelmente maior.
Além disso foi possível aprender que existem diversos tipos de fibras e
cabos ópticos que possuem variadas funções e recomendações, além deste
equipamento fazer-se presente em várias áreas, incluindo a automação
industrial.
27
10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
O que é Fibra Óptica? - Tecmundo
Disponível em: http://www.tecmundo.com.br/web/1976-o-que-e-fibra-otica-.htm
Acessado em 21/10/2013
Fibra Óptica – Brasil Escola
Disponível em: http://www.brasilescola.com/fisica/fibra-optica.htm
Acessado em 21/10/2013
A utilização da fibra óptica – Mundo Educação
Publicado por: Marco Aurélio da Silva Santos em Óptica
Disponível em: http://www.mundoeducacao.com/fisica/a-utilizacao-fibra-
optica.htm
Acessado em 21/10/2013
Fibra Óptica – Wikipédia, a enciclopédia livre
Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica#Funcionamento
Acessado em 21/10/2013
28
Fibras Ópticas em Automação Industrial – Mecatrônica Atual
Disponível em: http://www.mecatronicaatual.com.br/artigos/1040-fibras-pticas-em-automao-industrial
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Fibras Ópticas
Disponível em: http://penta2.ufrgs.br/redes.94-2/nunes/fibras.html
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Escola Técnica Federal de Santa Catarina, Fibras e CabosÓpticos – Autores: Leandro Varella do Nascimento e Eloi Duarte.
Disponível em: http://www.joaoflf.poli.br/ComunicacoesOpticas/fibras
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