Vibrações são medidas com raio laser, sem contato físico

Thiago Romero - Agência Fapesp - 25/05/2009

Físicos da Unicamp desenvolveram método para a medição de vibrações mecânicas que utiliza raios laser, dispensando o contato físico com a peça avaliada.
[Imagem: Fapesp]

Um grupo de físicos da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas), desenvolveu um novo método para a medição de vibrações mecânicas que poderá ser utilizado pela indústria, sobretudo a automobilística e a aeronáutica.

A técnica, que segundo o coordenador do estudo Jaime Frejlich, "utiliza o efeito da força eletromotriz gerada pela luz de um laser sobre um material fotorrefrativo", é constituída basicamente de um laser para fazer "contato remoto" com o alvo a se medir, um cristal fotorrefrativo que funciona como sensor e outros componentes eletrônicos.

Fotocondutores e eletro-ópticos

Sem precisar utilizar qualquer tipo de contato físico, o novo método funciona pela emissão de um feixe de laser que atinge a peça analisada, que em seguida devolve a luz sobre o cristal fotorrefrativo, gerando um sinal elétrico utilizado para determinar a frequência da vibração.

"Os cristais fotorrefrativos são fotocondutores e eletro-ópticos. Por serem fotocondutores eles conduzem eletricidade sob a ação da luz e, por serem eletro-ópticos, sob a ação de um campo elétrico eles mudam o índice de refração", disse Frejlich à Agência FAPESP.

Para o caso específico do novo método desenvolvido, foi utilizada apenas a propriedade fotocondutora do cristal, que emprega a luz laser para provocar o movimento de cargas elétricas no interior do material.

Funcionamento da técnica

"Ao jogar um feixe de luz sobre o objeto analisado, ele reflete uma luz de aspecto granulado, conhecida como speckle, que ilumina o cristal fotorrefrativo. O movimento do objeto produz o movimento do speckle sobre o cristal, que gera cargas elétricas que se movem sincronicamente com o padrão de luz e, em decorrência disso, se gera um sinal elétrico alternado que serve de base para o cálculo da amplitude de oscilação do objeto", explicou.

"Em resumo, o cristal recebe a luz refletida pelo objeto. Se for opaco, por exemplo, é preciso pintá-lo com uma tinta retrorrefletiva. Mas, normalmente, a maior parte das superfícies, sobretudo as metálicas, reflete muito bem o raio laser", disse.

Construção de um protótipo

Segundo Frejlich, o instrumento é muito simples, mas a interpretação e o processamento dos sinais elétricos são bastante complexos, e por isso foi necessário desenvolver um modelo teórico próprio, que teve seus modelos matemáticos aperfeiçoados no Laboratório de Óptica do Instituto de Física da Unicamp.

Os experimentos de validação em laboratório foram aprovados e comprovaram a eficácia da técnica. "Agora, estamos tentando definir qual é o melhor tipo de cristal fotorrefrativo, o melhor comprimento de onda, o melhor laser e a melhor técnica de processamento de dados para, em uma fase posterior do estudo, desenvolver um instrumento prático de interesse tecnológico para medição de vibrações", disse.