Sistema de alimentação elétrica por fibra óptica para Internet das Coisas

Abstract

O presente trabalho é um registro da implementação em laboratório de um sistema de alimentação elétrica por fibra óptica, ou Power-over-Fiber (PoF). Este estudo procura definir as características do sistema proposto, seu potencial de utilização, seus principais componentes, suas limitações e alguns contextos de aplicação. A configuração do sistema que foi adotada para montagem experimental é um cenário compartilhado no qual a transmissão simultânea de dados e potência entre uma unidade de origem (Unidade de Controle) e uma unidade de sensoriamento, geralmente remota (Unidade Remota) é feita através do uso de dois lasers com diferentes comprimentos de onda: um laser de bombeio (ou laser Raman) comercial de alta potência para lançamento de potência óptica a aproximadamente 1435 nm e um laser de dados a aproximadamente 1541 nm, ambos injetando luz em uma mesma fibra óptica monomodo (SMF). A potência de ambos os comprimentos de onda é inserida na mesma fibra através de um multiplexador óptico WDM, enquanto que, após percorrer a fibra, um acoplador óptico divide o sinal de luz em dois canais: uma parcela menor da potência é usada para a comunicação de dados entre a unidade de controle e a Unidade Remota, enquanto o restante - que é a maior parte da energia do enlace - é utilizado para o fornecimento de potência para a Unidade Remota. Idealmente, a potência óptica de saída é introduzida em conversores - ou células - fotovoltaicos (PVCs), que transformam a potência óptica em potência elétrica, que pode ser utilizada para alimentar dispositivos de baixa alimentação de potência, a princípio. Com o auxílio de um analisador de espectro óptico (OSA) e um medidor de potência óptica, buscou-se avaliar a capacidade de fornecimento de potência elétrica na saída do sistema, considerando a eficiência de um conversor fotovoltaico comercial. Além disso, o sistema foi projetado e implementado de forma a simular um ambiente real de uso da tecnologia PoF, incluindo possíveis perdas ópticas; assim, buscou-se também fazer um balanço de potência do sistema para identificar pontos de atenuação, nos quais a potência óptica poderia ser melhorada. A transmissão e recepção de dados foram realizadas através de um sistema de Rádio sobre Fibra (RsF) Óptica, ou Radio-over-Fiber (RoF), utilizando-se um Rádio Definido por Software (SDR) na frequência de 3,5 GHz. A transmissão de dados foi realizada a uma taxa de 50 Mbits/s com modulação QPSK no ambiente GNU Radio para estabelecer a comunicação entre a Unidade Remota e a Unidade de Controle. O trabalho possui caráter de continuidade, já que o experimento montado em laboratório servirá como protótipo para o desenvolvimento, aprimoramento e obtenção de novos resultados envolvendo o sistema de transmissão de energia elétrica por fibra óptica utilizado.