SAWfPHY (Surface Acoustic Wave frost Point HYgrometer)

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1 SAWfPHY (Surface Acoustic Wave frost Point HYgrometer)
Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013 1

2 Plan de la présentation
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 Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013

3 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 Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013 2

4 Plan de la présentation
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 Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013

5 Objectif : hygrométrie strato L.D.
1 à 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 Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013 3

6 Plan de la présentation
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 Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013

7 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, … Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013 4

8 Plan de la présentation
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 Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013

9 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 acoustiques de surface Peignes interdigités Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013 5

10 Plan de la présentation
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 Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013

11 SAWfPHY: architecture
Architecture simplifiée SAWfPHY Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013 6

12 Plan de la présentation
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 Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013

13 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 » Rapport de mélange volumique (ppmv) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013 7

14 SAWfPHY : premiers résultats
Essais en labo : point de rosée, algo détection automatique Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013 8

15 SAWfPHY : premiers résultats
Essais en labo : point de rosée, algo détection automatique Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013 8

16 Plan de la présentation
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 Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013

17 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 Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013 9

18 Plan de la présentation
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 Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013

19 Moyens d’étalonnage / validation
Banc LMD / LPC2E : générateur d’air humide CETIAT (Lyon) : référence nationale génération d’air humide Campagnes d’intercomparaisons : en labo, en vol Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013 10

20 Questions Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013 11

21 SAWfPHY : résonateur SAW
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22 Vol SAWfPHY/SAWfPHY : 14/03/2011
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23 SAWfPHY : nacelle Hygromètre SAWfPHY Réunion Stratéole /09/2013