Pesquisadores da Sandia desenvolvem transmissor para alta

Pesquisadores do Sandia National Laboratories desenvolveram um transmissor que funciona de forma confiável a 170 °C, permitindo potencialmente medições de fundo de poço em poços geotérmicos.

Um grupo de pesquisa do programa de Pesquisa Geotérmica dos Laboratórios Nacionais Sandia desenvolveu um transmissor que pode fazer medições no ambiente de alta temperatura de poços geotérmicos e transmitir esses dados através de 5.000 pés de cabo fixo.

A coleta de dados in-situ em poços geotérmicos é inestimável para caracterizar um recurso com rapidez e precisão. No entanto, isso é mais fácil dizer do que fazer. Os sensores precisam ser especializados para funcionar sob as condições químicas e de temperatura dos furos geotérmicos. O comprimento destes furos também pode ser um desafio, uma vez que significa que os dados precisam ser transmitidos através de uma rede fixa medindo alguns milhares de pés.

Este estudo foi apresentado anteriormente durante a Conferência de Ascensão Geotérmica de 2022.

A equipe de pesquisa descobriu que os sensores usados ​​em poços geotérmicos produzem sinais relativamente fracos que não podem ser transmitidos de forma confiável por milhares de metros de fio. A solução que encontraram foi usar um microcontrolador que pudesse coletar sinais de vários sensores e transmitir dados digitais usando técnicas de comunicação por cabo longo.

Um microcontrolador de alta temperatura de 32 bits da família Texas Instruments C2000 foi escolhido para o projeto. Uma placa de circuito impresso (PCB) customizada também foi construída com base neste microcontrolador.

Antes deste projeto, o departamento Geotérmico já havia desenvolvido um protocolo de comunicação em MATLAB para gerar sinais em cabos longos, com excelentes resultados em 5.000 pés de rede fixa. No entanto, isso ainda não havia sido implementado em um microcontrolador de alta temperatura. O código do transmissor foi então atualizado e refinado pela MathWorks para atingir a máxima eficiência do protocolo e hardware a ser utilizado no projeto.

Implementação e teste

Usando o PCB personalizado, os testes foram feitos dentro de um forno com o microcontrolador transmitindo sinais através de um fio de 5.000 pés. Os testes iniciais foram realizados a 170 °C e superiores. Os dados foram pós-processados ​​e visualizados como uma constelação usando MATLAB.

Os resultados indicam que o link de dados funcionou com sucesso a uma taxa de transferência de 30 kbps até uma temperatura de 170 °C através de 5.000 pés de cabo coaxial de alta resistência e alta temperatura. A importância do amplificador diminuiu em temperaturas mais altas, resultando em um sinal distorcido.

Testes também foram executados com dados ignorando o amplificador e o cabo, mostrando que o microcontrolador ainda mediu e transmitiu dados de forma confiável até 210 °C.

A próxima fase da pesquisa visa atualizar o projeto para lidar com temperaturas mais altas com um novo microcontrolador classificado em 300 °C, aumentar o tamanho da constelação para aumentar as taxas de dados, reimplementar o QAM com modificação dinâmica do tamanho da constelação, reimplementar o amplificador/correção de distorção de linha, e implementar correção de erros.

Fonte: MathWorks