I ricercatori di Sandia sviluppano un trasmettitore per l'alta

I ricercatori dei Sandia National Laboratories hanno sviluppato un trasmettitore che funziona in modo affidabile a 170 °C, consentendo potenzialmente misurazioni downhole nei pozzi geotermici.

Un gruppo di ricerca del programma di ricerca geotermica dei Sandia National Laboratories ha sviluppato un trasmettitore in grado di effettuare misurazioni nell'ambiente ad alta temperatura dei pozzi geotermici e trasmettere tali dati attraverso 5.000 piedi di cavo.

La raccolta di dati in situ nei pozzi geotermici è preziosa per caratterizzare rapidamente e accuratamente una risorsa. Comunque, è più facile a dirsi che a farsi. I sensori devono essere specializzati per funzionare alle condizioni di temperatura e chimica dei pozzi geotermici. Anche la lunghezza di questi pozzi può rappresentare una sfida, poiché ciò significa che i dati devono essere trasmessi su una linea telefonica che misura poche migliaia di piedi.

Questo studio era stato precedentemente presentato durante la Geothermal Rising Conference del 2022.

Il gruppo di ricerca ha scoperto che i sensori utilizzati per i pozzi geotermici producono segnali relativamente deboli che non possono essere trasmessi in modo affidabile su migliaia di metri di cavo. La soluzione che hanno trovato è stata quella di utilizzare un microcontrollore in grado di raccogliere segnali da più sensori e trasmettere dati digitali utilizzando tecniche di comunicazione a cavo lungo.

Per il progetto è stato scelto un microcontrollore per alte temperature a 32 bit della famiglia C2000 di Texas Instruments. Sulla base di questo microcontrollore è stato costruito anche un circuito stampato personalizzato (PCB).

Prima di questo progetto, il dipartimento di geotermia aveva già sviluppato un protocollo di comunicazione in MATLAB per generare segnali su cavi lunghi, con risultati eccellenti su 5000 piedi di linea fissa. Tuttavia, questo non era ancora stato implementato su un microcontrollore ad alta temperatura. Il codice del trasmettitore è stato quindi aggiornato e perfezionato da MathWorks per ottenere la massima efficienza per il protocollo e l'hardware da utilizzare per il progetto.

Implementazione e test

Utilizzando il PCB personalizzato, i test sono stati eseguiti all'interno di un forno con il microcontrollore che trasmetteva segnali attraverso un cavo di 5.000 piedi. I test iniziali sono stati condotti a 170 °C e oltre. I dati sono stati postelaborati e visualizzati come una costellazione utilizzando MATLAB.

I risultati indicano che il collegamento dati ha funzionato correttamente a una velocità di trasferimento di 30 kbps fino a una temperatura di 170 °C attraverso 5.000 piedi di cavo coassiale ad alta resistenza e alta temperatura. L'amplificatore perde importanza a temperature più elevate, producendo un segnale distorto.

Sono stati inoltre eseguiti test con i dati bypassando l'amplificatore e la linea cablata, dimostrando che il microcontrollore misurava e trasmetteva comunque dati in modo affidabile fino a 210 °C.

La fase successiva della ricerca mira ad aggiornare il progetto per gestire temperature più elevate con un nuovo microcontrollore valutato a 300 °C, aumentare la dimensione della costellazione per aumentare la velocità dei dati, reimplementare QAM con modifica dinamica della dimensione della costellazione, reimplementare amplificatore/correzione della distorsione di linea, e implementare la correzione degli errori.

Fonte: MathWorks