Capteurs de vent / Technologie Acu-Res®

Comment fonctionne Acu-Res® ?

Capteurs de vent Fonctionnant avec la technologie Acu-Res®

Inventée par notre président exécutif, le Dr Savvas Kapartis et brevetée en 1997, Acu-Res® est une technologie à semiconducteurs (sans pièces mobiles) servant à mesurer la vitesse et la direction du vent.

Acu-Res® utilise une onde acoustique (ultrasonore) qui est mise en résonance dans une petite cavité. Une forte onde sonore résonnante dans un espace réduit donne un rapport signal/bruit plus de 40dB plus fort que les autres technologies ultrasoniques.

Acu-Res® est unique à FT Technologies et c’est ce qui donne à nos capteurs une solution de mesure plus robuste et plus fiable que les capteurs de vent mécaniques et autres ultrasoniques.

Système de mesure de la résonance acoustique

Dans sa forme la plus simple, l’appareil consiste d’une paire de petites plaques parallèles, et de réflecteurs inférieur et supérieur. Au plan horizontal, la structure est sans borne et l’air circule librement entre les plaques. Verticalement c’est limité par les réflecteurs et la vitesse moyenne de l’air dans cette direction est négligeable. Des vagues acoustiques sont produites et reçues par le biais de trois diaphragmes vibrants ajoutées à un même nombre d’éléments piézo-électriques. Les diaphragmes sont agencés en formation triangulaire comme dans le schéma.

Un diaphragme est excité électriquement à tout moment. Les ultrasons émanent de sa surface et se déplacent vers l’extérieur et atteignent le réflecteur inférieur où ils subissent une réflexion presque totale. Le front d’onde résultant se déplace vers le haut, atteint le réflecteur supérieur et est de nouveau reflété. Les ultrasons continuent à rebondir entre les deux réflecteurs jusqu’au point où ils sont suffisamment atténués par la perte d’énergie dans l’air autour et par la succession de réflexions imparfaites. En pratique le procédé comprend à peu près 200 réflexions.

Sur une bande de fréquence étroite les réflexions individuelles se combinent en phase pour produire une augmentation considérable de la force du signal. La distribution des ondes est complexe mais on peut imaginer une onde verticale quasi-stationnaire, qui au plan horizontal a les caractéristiques d’une onde radiale bidimensionnelle progressive. Ces deux caractéristiques du champ acoustique sont exploitées de la manière suivante :

La mesure de l’écoulement d’air est basée sur le comportement de l’onde radiale

La phase net entre toute paire de diaphragme indique l’écoulement d’air le long de l’axe de la paire. Avec les trois paires de diaphragmes mesurées, les vecteurs de composantes de l’écoulement d’air le long des côtés du triangle (formé par le diaphragme) sont déterminés. Ces vecteurs sont combinés pour apporter la vitesse globale et la direction.

La compensation automatique est basée sur le comportement de l’onde stationnaire

La vitesse du son dans l’air varie en fonction de la température, l’humidité et dans une moindre mesure, la pression. Acu-Res® fournit une compensation automatique sans capteurs supplémentaires. En activité les composants électroniques ajustent la fréquence pour optimiser la réaction et conserver la résonance. Dans ces conditions les mesures sont effectuées indépendamment de la vitesse du son.

De plus, l’opération au niveau de la résonance réduit considérablement l’influence indésirable des réflexions acoustiques des objets aux alentours, les effets aérodynamiques, comme la turbulence, et le manque d’uniformité du flux. La proximité immédiate des diaphragmes vibrants permet d’exécuter l’opération à une grande vitesse de l’air et la construction monolithique engendre une précision accrue. La relation entre la vitesse de l’air et la phase mesurée est linéaire. De plus la réaction sélective à la résonance engendre un « filtre de devant » qui améliore considérablement le rapport signal-bruit. La puissance du signal est très faible (typiquement des dixièmes de micro watts) et la signature opérante est négligeable. Acu-Res a beaucoup d’avantages sur d’autres technologies alternatives et vous trouverez une liste des avantages les plus importants ci-dessous.

  • Une large gamme dynamique et évolutive
  • Une réponse linéaire de phase contre vitesse de l’air
  • Une vitesse précise et une indication de la direction
  • La précision de la direction du vent indépendante de la vitesse
  • Compensé de façon inhérente contre les fluctuations de pression à température et d’humidité
  • Construction robuste, parfaitement étanche, opérationnelle dans toutes les conditions météorologiques et grande disponibilité
  • État solide fiable (pas de pièces mobiles)
  • De petites tailles, légères et faciles à chauffer
  • Faible consommation énergétique

Logiciel Acu-Res®

Chaque capteur de vent FT Technologies possède le logiciel Acu-Res® intégré. Cela permet d’effectuer tous les calculs complexes nécessaires pour dériver la vitesse du vent ainsi que la direction du vent :

  • Réglage constant de la fréquence du signal des transducteurs pour maintenir la résonance
  • Surveillance de la qualité des données et signalisation des problèmes au système de commande ou à l’enregistreur de données
  • Vérification continue de l’état de fonctionnement des sous-systèmes du capteur et des systèmes redondants d’exploitation
  • Contrôle dynamique de la puissance de l’élément chauffant pour maintenir un fonctionnement exempt de glace avec une consommation d’énergie minimale

  • Implémentation de paramètres utilisateur pour configurer le capteur en fonction des besoins spécifiques du client, tels que le filtrage des données et les réglages de sortie configurables

Le logiciel Acu-Res® a été développé spécifiquement pour l’industrie de l’écoulement d’air et optimisé pour offrir les meilleures performances pour des applications de mesure du vent.

Système Protection Environnementale

Le système de protection de l’environnement (EPS) Acu-Res® a été conçu pour permettre au capteur de fonctionner de manière fiable dans les conditions les plus extrêmes.

Les changements dans la densité de l’air et les particules dans l’air peuvent affecter la précision des anémomètres à coupelles. Les instruments de mesure du temps de vol par ultrasons peuvent avoir une précision plus faible en raison des précipitations avec la pluie et la poussière réfléchissant ou déformant le trajet effectif des impulsions sonores.

La vitesse du son dans l’air varie en fonction de la température et, dans une moindre mesure, de l’humidité et de la pression. Les capteurs fonctionnant avec Acu-Res® adaptent leur fréquence de transmission pour maintenir la résonance, compensant ainsi automatiquement tout changement d’environnement. La qualité d’une mesure d’écoulement d’air peut être assurée, car la capacité du capteur à maintenir la résonance est également surveillée et rapportée par le logiciel Acu-Res®.

L’EPS contribue à garantir une haute disponibilité des données dans toutes les conditions météorologiques et a été optimisé pour en minimiser les effets :

  • Protection la foudre et compatibilité électromagnétique
  • Poussière et sable
  • Rayonnement solaire
  • Pluies abondantes
  • Eau salée
  • Neige, pluie verglaçante et glace
  • Grêle
  • Impact physique
  • Vibration
  • Corrosion
  • Vieillissement aux intempéries et vieillissement

L’EPS assure des niveaux élevés de disponibilité en intégrant :

  • Un corps en alliage anodisé dur qui est solide, résistant à la corrosion et transmet la chaleur facilement et uniformément
  • Un système d’étanchéité dans le corps et autour du connecteur qui isole du sable, de la poussière et de l’eau
  • Une électronique de protection contre les surtensions pour augmenter l’immunité du capteur aux transitoires de tension et de courant importants induits par les foudroiements
  • Trois éléments chauffants qui maintiennent le capteur à une température constante et l’empêchent de geler
  • Des revêtements super hydrophobes qui aident à garder le capteur propre et sec
  • Des tests de cycle de vie fortement accélérés qui qualifie les capteurs pour résister aux extrêmes de températures et aux vibrations

Les avantages combinés de la technologie Acu-Res® sont la raison pour laquelle nous pensons que les capteurs de vent de la série FT7 les plus robustes au monde.

Brevet européen n° : EP 0 801 311.  Brevet américain n° : 5877416