BRPI1003953A2 - processo e dispositivo para mediÇÕes de temperaturas e termografias em tempo real utilizando sensores alimentados por luz transmitida por fibra àptica - Google Patents

Abstract

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA MEDIÇÕES DE TEMPERATURAS E TERMOGRAFIAS EM TEMPO REAL UTILIZANDO SENSORES ALIMENTADOS POR LUZ TRANSMITIDA POR FIBRA àPTICA. De acordo com a presente invenção, um sensor cspecial, com capacidade de medição de temperatura à distância, sem contato, por radiação infravermelha, alem da temperatura do proprio sensol; com comunicão por rede de fibras óticas, utilizando um protocolo proprietário, e que dispensa totalmente alimentação por baterias ou por cabos sendo alimentado pela luz transmitida por fibras ópticas poliméricas, permitindo ligação de dezenas de sensores ma mesma rede e inserido em circuitos elétricos de baixa e média tensão, sem comprometimento da isolação, para medições de temperaturas de pontos chaves do equipamento continuamente, dispensando terinografias periódicas. A temperatura do corpo a ser medida ocasiona uma radiação em infravermelho, a qual é medida pelo sensor especial, convertida para digital, e transmitida, juntamente com a temperatura do corpo do sensor. O sensor é alimentado pela luz enviada por uma interface tipo "gatewav" por uma fibra óptica poliniérica, sendo convertida no sensor para energia elétrica por meio de foto-diodos e circuito chaveador tipo "boost". Deste modo consegue-se alimentação, sem comprometer a isolação por uso de cabos metálicos ou sem utilização de baterias. O sistema consegue deste modo substituir com muitas vantagens a execução de termografias periódicas em painéis elétricos de baixa, média e alta tensão ou medição de temperatura de equipamentos, como transformadores e outros.

Description

"PROCESSO E DISPOSITIVO PARA MEDIÇÕES DE TEMPERATURAS E TERMOGRAFIAS EM TEMPO REAL UTILIZANDO SENSORES ALIMENTADOS POR LUZ TRANSMITIDA POR FIBRA ÓPTICA".

A presente invenção refere-se a um processo e dispositivos para medição de

temperaturas múltiplas, sem contato e periodicamente, de modo automático, substituindo deste modo termografias periódicas em painéis elétricos de baixa e média tensão, dispositivos, equipamentos elétricos, transformadores e outros com a vantagem de não precisando de alimentação convencional e nem baterias poderem ser inseridos em circuitos elétricos de baixa, média e alta tensão, pois só recebem ligação de fibras ópticas poliméricas de altíssima isolação. As novas regulamentações e normas como NRIO e outras impedem a abertura de painéis elétricos energizados sem uma proteção adequada, o que encarece e dificulta o processo de termografia.

Atualmente para se determinar se determinada conexão elétrica ou um

equipamento elétrico ou não, está sofrendo aquecimento por qualquer causa, ao longo do tempo, é necessário ter acesso visual ao equipamento e utilizando-se de um dispositivo especial, com visada Laser, fazer medições ponto a ponto, ou utilizando-se de uma câmera em infravermelho fazer uma imagem com padrões de cores correspondentes a cada faixa de temperatura. A desvantagem evidente deste processo é o alto consumo de tempo e mão de obra especializada, além de risco de acidentes e altos intervalos de tempo entre as medições. Existem também sensores sem contato mas com saídas analógicas e que exigem alimentação por cabos o que inviabiliza a sua proximidade com circuitos energizados.

O presente processo apresentado permite realizar medições praticamente em tempo real ou com intervalos de tempo muito curtos, dos dispositivos elétricos e conexões internamente a painéis elétricos de baixa e média tensão e também externos, em equipamentos, como transformadores ou processos industriais. A altíssima isolação entre sensores e os dispositivos de baixa tensão, como relês e computadores, permitem a sua aplicação para medição de dispositivos energizados sem risco para o sistema ou pessoas e sem interferir com normas de segurança, como resistência ao arco e outras. Uma vantagem adicional é que se pode, com um único dispositivo de apresentação de dados, como relê de proteção ou CLPs ou computador, medir centenas de pontos diferentes, com as saídas de dados dos sensores conectados em rede de fibras óticas que ao mesmo tempo que que provê a comunicação de dados provê também a alimentação de cada sensor micro-processado.

O processo se baseia no principio de se medir a energia irradiada pelo corpo a ser medido, na faixa de infravermelho. Cada sensor mede ainda ao mesmo tempo a temperatura de seu corpo, ou seja, do ar circundante. A principal inovação na presente invenção é a alimentação de cada um dos sensores da rede pela luz enviada continuamente pelas fibra polimérica cuja energia luminosa é armazenada nos sensores para ser utilizada nos períodos de leitura. Pode-se utilizar uma única fibra polimérica para alimentação e dados, com transdutores luz bidirecionais nas duas extremidades ou fibras poliméricas duplas para cada sensor sendo uma para transmissão da Iuz para alimentação do sensor e outra para dados, sendo que nos dois casos as mesmas são inseridas em vários conversores ou "Gateways" instalados nos circuitos de baixa tensão de comando dos painéis elétricos e portanto alimentados de modo convencional. As leituras periódicas podem ser iniciadas por uma breve interrupção do sinal de luz continua, o que sinal iza ao sensor o comando de efetuar nova leitura ou pode ser iniciada pelo próprio sensor, no caso de utilização de duas fibras óticas por sensor, periodicamente ou automaticamente a cada vez que a energia armazenada for suficiente para uma nova leitura. Isto pode ocorrer a breves intervalos de tempo já que o circuito do sensor entra em estado de hibernação, de muito baixo consumo entre as leituras.

Na figura 1 pode se observar o circuito completo do sensor (1) na versão com duas

fibras ópticas, sendo uma fibra óptica responsável por enviar luz de alimentação ao sensor (2) e uma fibra óptica responsável pela comunicação de dados (3). A fibra óptica (2) ilumina um foto-diodo (4) o qual gera uma pequena corrente a qual carrega o capacitor (5), cuja tensão é elevada por um circuito chaveador especi al izado tipo "boost" (6), carregando o capacitor (7) cuja tensão de nível adequado ao circuito alimenta nos períodos de leitura o microprocessador (8), o circuito de interface (9) e o sensor de infravermelho (10) o qual recebe as ondas de infravermelho (11) provenientes do objeto a ser medido. O diodo emissor (12) é chaveado pelo microprocessador, utilizando-se um"protocolo específico para comunicação de dados com o circuito do "gateway" do outro lados das fibras ópticas.

Na figura 2 pode-se observar o circuito completo do sensor (1) na versão com uma fibra óptica (12), sendo esta fibra óptica responsável tanto pela alimentação por feixe de luz como pela comunicação de dados. Um dispositivo divisor tipo prismático ou semelhante (2) faz a devida transmissão de luz ao foto-diodo (3) o qual gera uma pequena corrente a qual carrega o capacitor (4), cuja tensão é elevada por um circuito chaveador especializado tipo "boost" (5), carregando o capacitor (6) cuja tensão de nível adequado ao circuito alimenta nos períodos de leitura o microprocessador (7), o circuito de interface (8) e o sensor de infravermelho (9) o qual recebe as ondas de infravermelho (10) provenientes do objeto a ser medido. O diodo emissor (11) é chaveado pelo microprocessador, util izando-se um protocolo específico para comunicação de dados e sua luz é transmitida pelo divisor tipo prismático (2) para envio á fibra óptica (12) para comunicação com o circuito do "gateway" do outro lados da fibras óptica. Neste tipo de circuito o inicio de leitura deve ser comandado pelo "gateway".

Na figura 3 pode-se observar uma conexão típica de um módulo sensor (2) com um "gateway" ou conversor (1) utilizando-se duas fibras ópticas (7) sendo uma delas responsável pela alimentação do sensor conectada ao conector de transmissão (3) e ao conector de recepção (4) e a outra, responsável pela transmissão de dados, conectada ao conector de transmissão (6) e ao conector de recepção (5). Na figura 4 pode-se observar uma conexão típica de um módulo sensor (2) com um "gateway" ou conversor (1) utilizando-se uma fibra óptica (5) sendo ela responsável tanto pela alimentação do sensor pela luz transmitida do "gateway (1) até o sensor (2) e pela transmissão de dados entre o sensor (2) e "gateway" (1). A fibra óptica (5) é conectada aos conectores de transmissão e recepção de dupla finalidade (3) e (4).

Na figura 5 pode-se observar uma conexão típica do sistema completo composto por um relê ou indicador de temperaturas (1) o qual se comunica com os "gateway s" (3):(4)- e (5) através de um circuito de fibras ópticas ou cabos múltiplos (2), cabo este que como iria instalado no circuito de baixa tensão dos painéis não traria inconvenientes para a isolação do sistema. Cada "gateway" é ligado aos seu conjunto de sensores (6), (7) e (8) pelas fibras ópticas poliméricas (9), (10) e (11). Pode-se utilizar dezenas de "gateways" e centenas de sensores com um único relê indicador.

Claims (6)

1. Processo para medição de temperaturas múltiplas e termografia, sem contato e periodicamente, de modo automático, substituindo termografias periódicas em painéis elétricos de baixa e média tensão, dispositivos, equipamentos elétricos, transformadores e outros, utilizando-se sensores alimentados por luz e comunicação de dados transmitidos por fibra óptica polimérica o que dispensa baterias e cabos de alimentação, permiti ndo seu uso inseridos em sistemas energizados sem comprometer a isolação, caracterizado pelo fato de: Utilizar um tipo de sensor específico, com leitura de temperatura sem contato, com protocolo de comunicação proprietário, com dados trafegando por múltiplos sensores, por fibras óticas, sem necessidade de alimentação por baterias ou cabos e sim alimentados por luz transmitida por fibra óptica polimérica, ligados diretamente a "gateways" específicos, estes sim alimentados os quais se comunicam com um relê de proteção ou dispositivo indicador digita por rede de comunicação por fibra óptica ou cabos múltiplos, já que esta rede estaria no circuito de baixa tensão do equipamento a ser monitorado.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de: Utilizar uma técnica de medição sem contato, por radiação infra-vermelha e alimentação dos sensores por jus transmitida por fibra óptica polimérica e comunicação de dados com protocolo que permite múltiplos sensores em uma rede serial também transmitia por fibra óptica polimérica.

3.

Dispositivo para medição sem contato en duas versões, composto na sua versão 1, conforme figura 1, de corpo (1), placa eletrônica com o sensor propriamente dito (11), conectores para conexão de fibras ópticas (2) e (3), foto-diodo (4), capacitor de

armazenagem de energia (5), chaveador tipo "boost" (6), filtro (7), microprocessador (8), interface (9), sensor de infravermelho (10) e diodo emissor deluz (12)' ou na sua"versão"2

conforme figura 2, de corpo (1), , placa eletrônica com o sensor propriamente dito (10), conector para conexão de fibra óptica (12), foto-diodo (3), capacitor de armazenagem de energia (4), chaveador tipo "boost" (5), filtro (6), microprocessador (7), interface (8), sensor de infravermelho (9) e diodo emissor de luz (11) alem de divisor prismático de luz (2), caracterizado pelo fato de: Utilizando um sensor especial calibrado um a um, para medição sem contato, à distância, através de radiação infra-vermelha do corpo a ser medido e também da temperatura do corpo do sensor, com todo o circuito alimentado por luz transmitida por fibra óptica polimérica a qual é convertida em energia elétrica no circuito do sensor e com dados transmitidos também por fibra óptica pol imérica.