Essais & Simulations n°122

mesures et methodes de

mesures et methodes de mesure Étalonnage Conception d’une plateforme d’étalonnage de compas de courantomètres et résultats obtenus Les vitesses et directions des courants marins se mesurent de façon ponctuelle à l’aide de courantomètres (AQD) ou sur une colonne d’eau à l’aide de profileurs appelés AQP ou ADCP pour Acoustic Doppler Current Profiler. Lorsque ces instruments sont montés sur un porteur, une ligne instrumentée ou une cage de mouillage, il est nécessaire de corriger les données qu’ils mesurent, en cap, roulis et tangage, afin deles interpréter dans un référentiel terrestre. Pour ce faire, ils sont dotés de compas et de capteurs d’inclinaison. Mots-clé courantomètre, profileur de courant, hydrolienne, étalonnage Abstract The speeds and directions of sea currents can be measured in acell of water with currentmeters (AQD) or on a water column with profilers called AQP or ADCP which stands for Acoustic Doppler Current Profiler. When these instruments are installed on carriers, mooring lines or mooring cages, it is necessary to correct the measured data in heading, roll and pitch, in order to interpret them in aterrestrial referential. In this way, they are equipped with a magnetic compass and tilt sensors. Magnetic environment influences compasses responses, and here was no system to calibrate currentmeters in their using configurations. Following amethod perfected in 2007 in order to correct angle errors and warranting ameasurement uncertainty in the case of instruments fixed in mooring cages, acalibration platform for magnetic compass and tilt sensors has been built. In order to show the interest and the corrections allowed by this equipment, this publication shows the effects of the instrumentation of aDORA mooring cage on the compass response of an AQD. The measurements underscore that the initial compass error of ± 4 ° peak-peak is between –10 ° and +5.7 ° after installation inthe cage. This publication shows also the results obtained after the calibration of astock of 30 AQD and 22 AQP. The manufacturer specifications of ±2 ° in heading are respected only in 37% of cases for AQD’s and 23% for AQP’s. The heading and roll specifications of ±0.2 ° are never respected but 86% of profilers and 53% of currentmeters show errors less than 2 °. currentmeter, current profiler, tidal turbine, calibration Keywords Les compas étant sensibles à leur environnement magnétique, il n’existait pas de système permettant d’étalonner les courantomètres dans leurs configurations d’utilisation. Suite à une méthode mise au point en 2007 pour corriger les erreurs angulaires et garantir une incertitude de mesure dans le cas d’instruments montés dans une cage de mouillage, une plateforme d’étalonnage des compas magnétiques et des capteurs de tilts a été fabriquée. Afin d’illustrer l’intérêt de cette installation et des corrections que cette plateforme permet de réaliser, cet article montre les effets de l’instrumentation d’une cage du type DORA sur la réponse d’un compas d’AQD. Les mesures mettent en évidence que l’erreur initiale du compas qui était de ±4 ° crête-crête, se trouve comprise entre –10 » et +5,7 ° après installation dans la cage. Cet article montre aussi les résultats obtenus suite à l’étalonnage d’un parc de 30 AQD et 22 AQP. Les spécifications constructeur de ±2 ° en cap ne sont respectées que dans 37 %des cas pour les AQD et23%pour les AQP. Les spécifications de ±0,2 ° en roulis et tangage ne sont jamais respectées, mais 86 %des profileurs et53%des courantomètres présentent des erreurs inférieures à 2 °. Description du besoin Il yaquelques années encore, les courantomètres à rotor constituaient une référence en matière de mesure de vitesse et direction des courants marins. Ils ont été remplacés progressivement par des technologies acoustiques. On distingue les courantomètres acoustiques (AQD) qui mesurent l’effet Doppler produit dans un petit volume d’eau proche de l’émetteur, des profileurs de courant (appelés AQP ou ADCP selon les marques), qui mesurent la vitesse dans un nombre spécifié de cellules correspondant à des temps de retour d’impulsions émises sur une portéequi dépend des conditions de réflexion acoustiques(Figure 1). Essais & Simulations • SEptEmbrE 2015 • pAGE 14

mesures et methodes de mesure rapport au nord géographique. Dans la matrice (2), l’angle ψ représente le roulis et θ le tangage (C =cos and S =sin). V x V y V z = 2 3sin( ) 0 1 3cos( ) 1 3sin( ) 1 2 sin( ) 1 3cos( ) 1 3sin( ) 1 2 sin( ) 1 3cos( ) V x V y V z (1) Figure 1. schéma d’un ADCP et des cellules de mesure jusqu’à la surface. Doc. Teledyne R.D. Instruments. U V W = C C ( S S C + C S ) (S S C + C S ) C C (S S C + C S ) ( S S C + C S ) C C S C C (2) V x Vy Vz Les courantomètres et profileurs mesurent des vitesses (V 1 , V 2 ,V 3 )dans la direction de leurs faisceaux. Les transducteurs sont inclinés à 20 °, 25° ou 30 ° (angle β), selon l’instrument (et le choix de l’utilisateur à la commande). L’angle β étant connu, les vitesses (V x, V y, V z )peuvent être calculées dans le repère des faisceaux (matrice 1). Ces instruments sont équipés également de compas du type « flux-gate » pour retrouver la valeur du vecteur courant (U, V, W)par rapport au nord magnétique (Ω angle de cap). Connaissant la déclinaison magnétique du lieu, on peut ensuite référencer les mesures par Les données des courantomètres et profileurs de courant sont utilisées pour élaborer des cartes de courants, des modèles de courantométrie 3D, ou également pour calculer le débit des rivières et des fleuves. Si pour les cartes de courants, la tolérance sur les mesures de direction est de 10 °, avec le développement des systèmes marins d’énergie renouvelable et, en particulier, des hydroliennes, le besoin est apparu d’avoir une exactitude plus grande sur la connaissance de leur direction. Contrairement à de nombreux types d’éoliennes, les turbines des hydroliennes sont le plus souvent montées sur des supports fixes par rapport au courant. www.mpihome.com Votre partenaire pour tous vos essais acoustiques et vibratoires Des solutions innovantes pour les essais aéronautiques et spatiaux. m+p international propose des logiciels polyvalents compatibles avec une instrumentation aux performances élevées, àlafois pour des essais au pot vibrant et pour des mesures acoustiques et vibratoires. Nos produits combinent commodité, flexibilité et sécurité, et sont accompagnés par des formations, du consulting et du support afin de vous garantir des résultats optimaux dans toutes vos applications. Contrôle vibratoire incluant le contrôle en force Essais comprenant plusieurs pots vibrants Réduction de données et transfert des données temporels sur disque Contrôle acoustique en chambre réverbérante Mesure etanalyse vibratoire Essais structurels, analyse modale, et GVT Acoustique et qualité sonore Machines tournantes m+p international Sarl 5, rue du Chant des Oiseaux 78360 Montesson Tel:(+33) (0)130 157874 sales.fr@mpihome.com www.mpihome.com