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Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013
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SAWfPHY(Surface Acoustic Wave frost Point HYgrometer)
Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013
• Introduction
• Hygrométrie par point de givre
• Objectif : hygrométrie strato longue durée
• Contraintes vols strato longue durée
• Principes instrumentaux
• Architecture
• Premiers résultats
• Vers un prototype longue durée
• Moyens d’étalonnage et validation
Plan de la présentation
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Hygromètrie par point de givre
pression partielle de vapeur d’eau pression totale de l’air humide
• Température de point de givre : température d’équilibre entre condensation et sublimation au-dessus d’une surface plane de givre
• Hygrométrie par point de givre :
1. mesure température point de givre
2. pression partielle de vapeur d’eau
3. rapport de mélange volumique =
Pression
Température
Diagramme de phases de l’eau
1 atm
0°C 100°C
Solide
Liquide
Gaz
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• Introduction
• Hygrométrie par point de givre
• Objectif : hygrométrie strato longue durée
• Contraintes vols strato longue durée
• Principes instrumentaux
• Architecture
• Premiers résultats
• Vers un prototype longue durée
• Moyens d’étalonnage et validation
Plan de la présentation
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Objectif : hygrométrie strato L.D.
• 1 à 10 ppmv @ 50 hPa
=> -95°C < Tgivre < -80°C
• 5 à 10% sur le rapport de mélange
=> < 0.5°C sur Tgivre
• - 85°C < T ambiante < -70°C • Phénomènes « lents »
=> ~ 4 mesures / heure
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• Introduction
• Hygrométrie par point de givre
• Objectif : hygrométrie strato longue durée
• Contraintes vols strato longue durée
• Principes instrumentaux
• Architecture
• Premiers résultats
• Vers un prototype longue durée
• Moyens d’étalonnage et validation
Plan de la présentation
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Contraintes vols strato longue durée
• Longue durée => pas de refroidissement par azote liquide
• Vent relatif quasi-nul=> faible dissipation par convection
• Limitation de masse (5 kg)=> interdit solutions complexes (refroidissement liquide,
…)
• Puissance électrique limitée (5 Watts)=> limitation refroidissement actif=> réduction temps de mesure
• qques ppmv => détection faibles quantités de givre
• Vols ballon LD : basses P et T, sauvegarde, interfaces nacelle, …
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• Hygrométrie par point de givre
• Objectif : hygrométrie strato longue durée
• Contraintes vols strato longue durée
• Principes instrumentaux
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• Premiers résultats
• Vers un prototype longue durée
• Moyens d’étalonnage et validation
Plan de la présentation
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SAWfPHY : principes instrumentaux
• Refroidissement capteur ? => Peltier + radiateur passif
(dissipation par échange radiatif avec le fond de ciel, de
nuit)
• Détection faible humidité ? => Résonateur SAW (Femto)
(détection de quelques centaines de nanogrammes de
glace)
SAW
Peltier
Radiateur
rayonnement
Ondes acoustiquesde surface
Peignes interdigités
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• Introduction
• Hygrométrie par point de givre
• Objectif : hygrométrie strato longue durée
• Contraintes vols strato longue durée
• Principes instrumentaux
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• Premiers résultats
• Vers un prototype longue durée
• Moyens d’étalonnage et validation
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SAWfPHY: architecture
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Architecture simplifiéeSAWfPHY
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• Introduction
• Hygrométrie par point de givre
• Objectif : hygrométrie strato longue durée
• Contraintes vols strato longue durée
• Principes instrumentaux
• Architecture
• Premiers résultats
• Vers un prototype longue durée
• Moyens d’étalonnage et validation
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SAWfPHY : premiers résultats
• Essais prototypes sous BSO (Kiruna, 04/2010 et 02-03/2011) :
• Tradiateur = Tambiante – [10 ; 15] °C
• Tgivre = [ -81 ; -82 ] °C
Principes validés => « Peltier +
radiateur »« détection SAW »
Rap
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SAWfPHY : premiers résultats
• Essais en labo : point de rosée, algo détection automatique
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SAWfPHY : premiers résultats
• Essais en labo : point de rosée, algo détection automatique
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• Introduction
• Hygrométrie par point de givre
• Objectif : hygrométrie strato longue durée
• Contraintes vols strato longue durée
• Principes instrumentaux
• Architecture
• Premiers résultats
• Vers un prototype longue durée
• Moyens d’étalonnage et validation
Plan de la présentation
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Vers un prototype longue durée
• Réduction conso & masse :
•Aujourd’hui : masse ~ 7 kg -> 5.5 kg conso ~ 6.5 W (peltier : 2.5/0.3 - RF : 3 – pompe : 0.2 – elec :
0.6)
•Algorithme de détection automatique=> compromis temps de mesure / conso max Peltier
• Evolutions cartes électroniques :=> choix composants, modes de fonctionnement, …
• Réduction masse=> compromis masse / optimisat° thermique, élec, câbles,
…
• Essais labo : point de rosée -> point de givre (pollution?)
• Etalonnages
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• Introduction
• Hygrométrie par point de givre
• Objectif : hygrométrie strato longue durée
• Contraintes vols strato longue durée
• Principes instrumentaux
• Architecture
• Premiers résultats
• Vers un prototype longue durée
• Moyens d’étalonnage et validation
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Moyens d’étalonnage / validation
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• Banc LMD / LPC2E : générateur d’air humide
• CETIAT (Lyon) : référence nationale génération d’air humide
• Campagnes d’intercomparaisons : en labo, en vol
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Questions
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Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole 2 - 27/09/2013
SAWfPHY : résonateur SAW
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Vol SAWfPHY/SAWfPHY : 14/03/2011
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SAWfPHY : nacelle