VSPECT® : L'essentiels Une technologie brevetée pour améliorer les mesures par cordes vibrantes

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Aperçu

Les capteurs à corde vibrante sont reconnus comme des capteurs les plus adaptés pour les déploiements à long terme. Les capteurs à corde vibrante offrent un véritable "retour à zéro", une stabilité à long terme inégalée, et une correction de température sans compromis. Pour cette raison, les systèmes d'acquisition de données (DAQ) de Campbell Scientific sont utilisés depuis des décennies pour surveiller la sortie des capteurs à corde vibrante.

Bien que les capteurs à cordes vibrantes fournissent d'excellentes mesures, il y a encore quelques défis à surmonter. Les ingénieurs de Campbell Scientific ont été contactés il y a quelques années et on leur a demandé s'ils pouvaient développer un dispositif qui pourrait surmonter les défis inhérents à ces capteurs. Ils ont identifié quatre sujets à résoudre :

  1. Comprendre quand les mesures du capteur commencent à dériver ou à être "mauvaises". L'amplitude ou la fréquence d'un capteur à cordes vibrantes peut, au fil des décennies de déploiement, se dégrader dans le capteur. L'utilisation de la méthode traditionnelle de mesure dans le domaine temporel peut rendre très difficile l'obtention d'une mesure précise.
  2. Les mesures des capteurs à corde vibrante présentent une variabilité dans les résultats et nécessitent généralement une analyse des données en amont pour extraire les données correctes. Les ingénieurs souhaitaient augmenter la fidélité de la mesure et accroître la confiance dans l'exactitude des données directement à partir du capteur.
  3. Les capteurs à corde vibrante sont entourés et influencés par des champs électriques. L'élimination manuelle de ce bruit électrique des données mesurées demande du temps et des ressources. Les ingénieurs voulaient un dispositif qui supprime automatiquement le bruit avant l'enregistrement.
  4. Mesurer les capteurs à corde vibrante avec précision et de manière répétée avec de grandes longueurs de câble.

Campbell Scientific a été en mesure de répondre à chacune de ces préoccupations en développant l'approche de l'analyse spectrale pour mesurer les capteurs à corde vibrante. Cette technologie brevetée VSPECT® a été incorporée dans plusieurs appareils de mesure de Campbell Scientific. Chacun d'entre eux fournit :

  1. Le diagnostic de mesure qui offre l'amplitude du signal, le rapport signal/bruit et la fréquence du bruit concurrent. Cela permet de continuer à utiliser le même capteur pendant des décennies, même si le fil venait à se détendre.
  2. Une précision de mesure accrue. Les capteurs mesurés à l'aide de VSPECT ont une précision de mesure 10 fois supérieure à celle des méthodes traditionnelles dans le domaine temporel.
  3. L'élimination du bruit électrique. Il n'est plus nécessaire d'effectuer un post-traitement pour éliminer les données erronées. Cela signifie que les données peuvent être utilisées en temps réel.
  4. Augmentation de la longueur des câbles. Possibilité d'augmenter la longueur des câbles des capteurs à corde vibrante au-delà de ce qui peut être mesuré avec la méthode du domaine temporel.

Introduction

Les ingénieurs en génie civil et en géotechnique utilisent souvent des capteurs à cordes vibrantes pour mesurer la déformation, la pression, l'inclinaison, le déplacement et la charge. Ces capteurs ont la réputation d'être précis, stables et durables, ce qui les rend bien adaptés à la surveillance statique à long terme. Malgré leur succès, les capteurs à cordes vibrantes sont parfois sensibles aux bruits électromagnétiques externes et au relâchement, avec le temps, de la corde vibrante à l'intérieur du capteur. Cette faiblesse peut produire des données inutilisables, ce qui oblige les spécialistes à consacrer des efforts considérables à la validation de leurs données. Cette susceptibilité au bruit externe est particulièrement difficile pour les systèmes d'alarme en temps réel où une analyse post-collecte n'est pas possible. L'analyse post-collecte est également longue et coûteuse.

Cette ressource web traite d'une approche dans le domaine des fréquences qui utilise l'analyse spectrale pour lire les capteurs à cordes vibrantes, ce qui améliore l'immunité au bruit, introduit des diagnostics supplémentaires et améliore la précision des mesures par rapport aux méthodes traditionnelles dans le domaine du temporelle. La figure 1 montre cette amélioration de l'immunité au bruit lorsqu'un moteur de perceuse a été utilisé pour simuler une interférence sonore externe à proximité d'une jauge de contrainte à corde vibrante.

Graphique d'immunité au bruit
Fig. 1. Comparaison de l'immunité au bruit de l'analyse dans le domaine temporel avec l'analyse spectrale pendant un événement lié au bruit

Bien que la contrainte réelle n'ait changé que de quelques dixièmes de µstrain pendant le test, l'analyse dans le domaine temporel a donné des erreurs de 12 000 µstrain. Comme le montre la figure 2, l'analyse spectrale a donné des erreurs généralement inférieures à ±0,5 µstrain (déformation) au cours du même événement de bruit.

données de l'axe des y du graphique précédent
Fig. 2. Amélioration de l'immunité au bruit grâce à l'analyse spectrale avec l'axe des Y agrandi.