Processamento de sinais de rotação e fase pelo módulo eletrônico – Formatação dos circuitos

A chave para o desempenho e eficiência do sistema de injeção é o monitoramento constante das condições de trabalho para que os módulos eletrônicos possam realizar adaptações constantes. Sensores são elementos que transformam variações de grandezas físicas em variações de grandezas elétricas. Porém, não basta que o sinal esteja em uma medida de tensão para que o circuito lógico de processamento seja capaz de interpretar as informações. Circuitos de processamento trabalham com sinais digitais (ondas quadradas), portanto, para que o processamento da informação seja possível várias etapas de componentes eletrônicos são necessárias. Quando uma falha de processamento existe, cada uma dessas etapas pode ser a causa real da falha. Consideraremos nessa matéria sensores de rotação e fase indutivos eletromagnéticos. 

Transformação dos sinais de rotação e fase

Sensores de rotação e fase indutivos eletromagnéticos não necessitam de alimentação para funcionar, pois sua construção física permite que esse sensor gere sua própria tensão elétrica de sinal. O princípio de indução é a geração de tensão a partir da distorção de um campo magnético. A geração do campo magnético estático é feita devido à construção do sensor, que é composto basicamente por um ímã permanente que tem ao seu redor um enrolamento, formando uma bobina. Ao conectarmos uma das extremidades dessa bobina enrolada ao ímã em um aterramento – que podemos chamar de fonte de elétrons – um campo magnético é formado. A distorção desse campo é feita pela roda fônica (rotação) ou comando de válvulas (fase). IMAGEM 1

Com base na construção dos sensores indutivos de rotação e fase algumas características do sinal elétrico gerado são inevitáveis. Por exemplo, com base em um eixo zero de tensão o sinal terá picos de tensão tanto positivas quanto negativas, ou seja, tanto acima quanto abaixo do eixo zero de tensão. Porém para o processamento das informações, esse sinal precisa ter uma característica digital de onda quadrada. Isso é necessário pois os microcontroladores e processadores trabalham com pacotes de informações de ordem binária (0’s e 1’s – 0011.1100). Para que os componentes de conversão e tratamento de sinais consigam realizar suas funções o sinais precisam passar por algumas etapas. Temos basicamente três etapas de processamento: 1- Sinal analógico puro de entrada; 2- Sinal retificado (sem os picos negativos de sinal); 3- Sinal convertido para digital. IMAGEM 2

Formatação base dos circuitos

Como os sensores de rotação e fase trabalham com base em distorções é inevitável que haja a geração de interferências elétricas com base em outras distorções existentes além do movimento da roda fônica ou comando de válvulas, como por exemplo, cargas de alternadores, outros chicotes elétricos energizados ou até mesmo vibrações e estímulos físicos. Portanto a primeira parte necessária em um circuito de sensores são conjuntos de capacitores de cerâmica e resistores que combinados entre ligações em série e ligações em paralelo formam circuitos de filtragem, chamados de circuitos “low pass” (ou passa-baixo, ou circuito RC). Tais componentes “filtram” e eliminam ruídos e interferências possíveis. IMAGEM 3

Após a filtragem, embora o sinal esteja “limpo” de interferências, ele ainda possui picos de tensão negativa que precisam ser eliminados para que seja possível que os sinais possam ser usados pelos componentes do circuito lógico. Essa eliminação da parte negativa do sinal é chamada de retificação e é feita por um componente chamado Diodo Retificador de meia-onda. Após esse componente teremos apenas a parte positiva dos sinais. IMAGEM 4 

C.I.s de Processamento de Informações - Após a filtragem de sinais e retificação da onda, chegamos aos C.I.s (circuitos integrados) do circuito lógico para processamento de informações. Porém, existem várias vertentes para esse processamento, podendo ser uma das seguintes: 

1. Três C.I.s sendo 1 amplificador operacional, 1 conversor A/D (analógico para digital) e 1 Inversor de polaridade; 

2. Dois C.I.s sendo 1 conversor A/D e 1 Inversor de polaridade;

3. Apenas 1 C.I. que é tanto conversor A/D quanto inversor de polaridade. 

Amplificador, Conversor e Inversor

Em casos em que o circuito “low pass” é muito extenso, o sinal sofre com quedas elevadas de tensão, chegando a algo próximo de 1 Volt ao final do circuito. Com um sinal de tão baixa tensão, os C.I.s do circuito lógico não conseguem por conta própria receber o sinal e transformá-lo em sinais digitais de amplitude de 5V (tensão nominal de trabalho do circuito lógico). Portanto, um C.I. amplificador operacional é necessário para amplificar os picos de sinal analógico e realimentar o circuito com um sinal próximo de 5V. Esse C.I. atua como uma fonte de sinal amplificado em paralelo a linha. IMAGEM 5

Após a amplificação, as próximas duas etapas envolvem apenas sinais digitais. A primeira é o C.I. conversor A/D, responsável pela conversão do sinal analógico em digital. Essa conversão sempre respeita a frequência de entrada analógica e o período do sinal. O período de uma onda, que é seu tempo total de trabalho, é a informação mais importante nesse tipo de sinal, pois informa de fato a frequência com que cada pico de tensão ocorre e a falha correta da roda fônica ou referência de fase.

A segunda etapa é o C.I. inversor de polaridade. Via de regra, os diversos processadores e microcontroladores recebem e trabalham com sinais com característica negativa, sempre sendo o inverso da entrada digital de cada pico de tensão positiva. Esse C.I. realiza apenas a inversão de um sinal já digital para outro, de maneira espelhada. IMAGEM 6

Em alguns sistemas, um único C.I. pode realizar todas essas funções (amplificação, conversão e inversão). Nesses casos, até mesmo o diodo retificador de meia-onda costuma estar dentro do C.I., tornando muito mais fácil a análise, visto que todas as etapas que consideramos acontecem em um único ponto do circuito. Portanto, com dois canais do osciloscópio já é possível verificar entrada analógica já retificada e saída digital convertida e invertida. IMAGEM 7 / IMAGEM 8

A eletrônica embarcada já é uma realidade nos mais simples veículos. Conhecimentos sobre essa área facilitam muito os diagnósticos e diminuem o tempo dos serviços. Procure ampliar os seus conhecimentos em reparação de centrais eletrônicas!