Les chercheurs de Sandia développent un émetteur pour les hautes

Les chercheurs des laboratoires nationaux Sandia ont développé un émetteur qui fonctionne de manière fiable à 170 °C, permettant potentiellement des mesures en fond de puits géothermiques.

Un groupe de recherche du programme de recherche géothermique des Sandia National Laboratories a développé un émetteur capable de prendre des mesures dans l'environnement à haute température des puits géothermiques et de transmettre ces données sur 5 000 pieds de câble.

La collecte de données in situ dans les puits géothermiques est inestimable pour caractériser rapidement et précisément une ressource. Cependant, c’est plus facile à dire qu’à faire. Les capteurs doivent être spécialisés pour fonctionner dans les conditions de température et de chimie des forages géothermiques. La longueur de ces forages peut également constituer un défi, car cela signifie que les données doivent être transmises via un câble mesurant quelques milliers de pieds.

Cette étude avait déjà été présentée lors de la Geothermal Rising Conference 2022.

L'équipe de recherche a découvert que les capteurs utilisés pour les puits géothermiques produisent des signaux relativement faibles qui ne peuvent pas être transmis de manière fiable sur des milliers de pieds de fil. La solution qu’ils ont trouvée consistait à utiliser un microcontrôleur capable de collecter les signaux de plusieurs capteurs et de transmettre des données numériques à l’aide de techniques de communication par câble long.

Un microcontrôleur haute température 32 bits de la famille Texas Instruments C2000 a été choisi pour le projet. Une carte de circuit imprimé (PCB) personnalisée a également été construite sur la base de ce microcontrôleur.

Avant ce projet, le département Géothermie avait déjà développé un protocole de communication dans MATLAB pour générer des signaux sur de longs câbles, avec d'excellents résultats sur 5 000 pieds de câble. Cependant, cela n’avait pas encore été implémenté sur un microcontrôleur haute température. Le code de l'émetteur a ensuite été mis à jour et affiné par MathWorks afin d'obtenir une efficacité maximale du protocole et du matériel à utiliser pour le projet.

Implémentation et tests

À l'aide du PCB personnalisé, des tests ont été effectués à l'intérieur d'un four, le microcontrôleur transmettant des signaux sur un fil de 5 000 pieds. Les premiers tests ont été effectués à 170 °C et plus. Les données ont été post-traitées et visualisées sous forme de constellation à l'aide de MATLAB.

Les résultats indiquent que la liaison de données a fonctionné avec succès à un taux de transfert de 30 kbps jusqu'à une température de 170 °C à travers 5 000 pieds de câble coaxial haute résistance et haute température. L'amplificateur perd de son importance à des températures plus élevées, ce qui entraîne une distorsion du signal.

Des tests ont également été effectués avec des données contournant l'amplificateur et le câble, montrant que le microcontrôleur mesurait et transmettait toujours les données de manière fiable jusqu'à 210 °C.

La prochaine phase de la recherche vise à mettre à jour la conception pour gérer des températures plus élevées avec un nouveau microcontrôleur évalué à 300 °C, à augmenter la taille de la constellation pour augmenter les débits de données, à réimplémenter le QAM avec une modification dynamique de la taille de la constellation, à réimplémenter la correction de la distorsion de l'amplificateur/de la ligne, et mettre en œuvre la correction des erreurs.

Source : MathWorks