LabVIEW mesure les vents en haute altitude au Spitzberg

Author(s):
François Huppert - Observatoire de Haute-Provence
Michel Fehrenbach - Observatoire de Haute-Provence
Michel Fiocchi - École Supérieure d'Ingénieurs de Marseille

Industry:
ATE/Instrumentation, Water/Wastewater, Research

Products:
Data Acquisition, LabVIEW, Multifunction DAQ, PXI/CompactPCI

The Challenge:
Mesurer la température et la vitesse du vent dans la haute atmosphère polaire en utilisant un interféromètre de Michelson automatisé et relié au réseau Internet.

The Solution:
Une base PXI et LabVIEW pour utiliser les algorithmes de pilotage, de mesure et de publication des résultats.

Dans le cadre du programme national Soleil Terre du CNRS, le projet EPIS (Études Polaires par Interférométrie à Svalbard) s'est fixé comme objectif d'effectuer par des moyens optiques la mesure de la vitesse du vent et de la température dans la mésosphère et la thermosphère polaire (au-dessus de 80 km d'altitude). C'est à Svalbard dans les îles Spitzberg que se feront les campagnes de mesures pouvant ainsi être corrélées avec celles du radar polaire ESR.
La réalisation technique de l'instrument a été confiée à l'équipe Luminescence Atmosphérique de l’Observatoire de Haute-Provence (OHP) compte tenu de son expérience sur ce type d'appareils, sous la responsabilité de Gérard Thuillier du service d’aéronomie du CNRS et en collaboration avec le Laboratoire de Planétologie de Grenoble. L'ESIM, service de la Chambre de Commerce et d'Industrie Marseille-Provence et partenaire éducation de National Instruments, est intervenue à titre de conseiller pour l'architecture logicielle et pour assurer la formation de l'équipe de l'OHP sur LabVIEW.

Présentation de l’appareil

EPIS utilise un interféromètre de Michelson à compensation automatique de température et de champ. Il analyse la variation de phase et la visibilité d'une émission naturelle, dont on déduit respectivement la vitesse du vent le long de la ligne de visée et la température. Les raies de l'oxygène O¹D et O¹S, O⁺ et du radical OH, correspondant à différentes altitudes d'émissions, sont utilisées.


Un miroir piloté en site et en azimut permet de viser une zone déterminée de l’atmosphère. Parallèlement, un jeu de filtres mobiles permet de sélectionner l’émission lumineuse étudiée. L'ensemble de l'appareillage est placé dans un caisson isotherme surmonté d'un dôme de visée.

Système d'instrumentation

L'appareil devant fonctionner de façon autonome pendant dix ans avec une grande fiabilité, une solution matérielle construite autour d'un châssis industriel PXI s'est naturellement imposée. Une carte compteurs PXI-6602 assure le pilotage des deux moteurs pas à pas de site et azimut et la mesure des impulsions issues des photomultiplicateurs (trois voies de mesures et une voie d’étalonnage). Une carte multifonctions PXI-6025E surveille les paramètres d'environnement instrumental (température, pression, hydrométrie...) et pilote le balayage des franges. Enfin, une carte TOR PXI-6508 gère les 72 lignes de commandes de relais (mise en route, choix des combinaisons de filtres...) ou de retours d'état.

Pourquoi LabVIEW?

Le logiciel de l'application, complexe et très spécifique, devait être développé et maintenu par des spécialistes d'instrumentation optique non rompus aux techniques de la programmation. La nécessité d'un langage puissant et intuitif, facile à appréhender et convivial, nous a guidés vers la programmation graphique et LabVIEW. La réalisation aisée de fonctions de simulation a permis de réduire le temps de développement de manière importante : la plupart des VIs ont pu être écrits et validés pendant la réalisation de l'appareil de mesure et de ses interfaces.
Les possibilités de traitements parallèles de LabVIEW ont autorisé une optimisation importante des phases de préparation par une commande simultanée de tous les moteurs, réduisant d'autant la durée des cycles et les temps morts entre les mesures. Enfin, les bibliothèques de gestion des communications ont facilité la réalisation de la partie téléopération.

Août 2000

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François Huppert
Observatoire de Haute-Provence
FR
huppert@obs-hp.fr

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