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Implentation and calibration of sensors to study the current


1) selection of electronic components

In order to study the thermohaline circulation, we decided to integrate sensors salinityand temperature. Since we are in the case of a deep stream we placed the sensors at different depths. Moreover, it was added a light sensor to see if we are the day ornight. For practical conditions, a humidity sensor will be installed inside the buoy to bepersuaded of its tightness.

Definition of a sensor : it allows the collection of information from analog in nature orelse can translate into the desired language for the purpose of a study.

The temperature sensors used :


The NTC used

We use thermistor sensors because they are easy to use and inexpensive. They are infact simple ohmic resistance value varies whose conductors with temperatures. For NTC (Negative Temperature Coefficient) used when the temperature increaser, the resistance value decreases.

     

 The light sensors used :


The photoresist used

We use as photoresists are also easy to use sensors that operate on the same principle as thermistors. These drivers are the ohmic value of resistance varyaccording to light intensity. When light intensity increases the resistance valuedecreases.
 

  The salinity sensor used :

The sensor that we use to measure the salinity is a simple meter. Indeed, during ourresearch to find a way to measure the salinity of seawater, we found that sea water ismainly composed of water and salt or sodium and chloride ions. Ions and otherelements being potentially present in a generally negligible in view of their quantity.

Clarified this point, we had to find the instrument used to measure the mass concentration of salt. The ideal conductivity had to be resistant to sea water andenvironmental insults. In addition, our assembly had an energy source delivering acontinuous current, and therefore unusable for the conductivity probe (due toelectrolysis caused by a constant voltage across the conductivity). An interesting probechloride was commissioned a U.S. company, but before too long delays in its acquisition, it was finally abandoned. We had been delayed ...

In the end, and the advice of knowledgeable people, we learned that theconductometric sensors used in high school HEITO brand could be used since theywere powered by an alternating current through the casing of the meter. Analog output0-5 V is already present on the case, it only remained to connect via a calibration of the output voltage to the conductance of different solutions of salt water.






2) Electronic editing associated with resistive sensors

The power of our system to be autonomous, so use the batteries in series (6x1, 5V).However, the terminal voltage of these batteries may vary as and a measure of timewhich is annoying because if the voltage changes, all the voltages across resistorsexchange (according to the law of associativity voltages). That is why we include in thecircuit, RIT (Integrated Voltage Regulator) which allows us to have a constant voltage at the output of the battery always equal to U0 = 5.0 V.


At the end of the ITL, just plug in our series resistive sensor and a conductor ohmicresistance R = 1 kohms.
For example, in the case of the thermistor, U0 is constant, varying with temperatureRCTN, U1 = U0 - UCTN will also vary with temperature (but in reverse). It is this voltage across the fixed resistor to be sent to the box end of HERA be encoded and transmitted via satellite.




Here is an illustration of the assembly of resistive sensors. The 7 sensors connected tothe ITL and the 7 links to the first 7 channels of acquisition of housing HERA. The 8thtrack is that of the voltage from the meter.



3) Calibration

a) Thermistor


We completed the installation below in order to calibrate our temperature sensor. Wecalibrated the sensor using a temperature range from 2 to 30 ° C because she coversso the temperatures that we find in actual conditions along the Gulf Stream.


Here are the results graphically, with the equation relating the voltage U across thefixed resistor as a function of temperature T :


The voltage is measured across the fixed resistor, we obtain an increasing function of temperature.

b) Photoresist



Here are the results graphically, with the equation relating the voltage U across thefixed resistor depending on the illumination L :




c) Conductivity


The case of conductivity with an analog output ranging from 0 to 5V depending on theconductivity of the solution, we performed the calibration of the latter with a solution ofsodium chloride (Na +, Cl-) following a mass concentration range from 30 g / L to 39 g/ L because it covers and the concentrations that we find in actual conditions along theGulf Stream. It has also been set in advance the cell constant with a solution of potassium chloride (calibration solution to a conductivity provided by the manufacturer).

Conductivity depending on temperature, we performed measurements at two different temperatures: one at 10 ° C where the voltage is measured and at 20 ° C where the measured voltage is U2. Here are the results graphically, with the equation relating thevoltage U to the output of the box sets of conductivity as a function of mass t (g / L) ofthe solution :



4) Resolution and accuracy of the system

The resolution is the minimum change in our system of sensors can detect. She is about 5 mV after the sheet manufacturer HERA. Indeed, the case allows voltage measurements between 0 and 5 V and the voltage measured is coded in binary on 10bits (ie 0 to 1023 different states) and then sent via satellite. The resolution is therefore5 / 210 = 5 / 1024 = 0.0048 V is about 5 mV. A voltage variation less than ΔU = 5 mVcan not be transmitted.

Determine the resolutions of each sensor :


It has a resolution DELTA.L / Δétat = 100/491 = 0.2 lux condition. A variation of less than 0.2 lux illumination can not be transmitted. This is amply sufficient for our study as we seek to make measurements for different depths and observe the day / night.



The accuracy of our sensors depends largely on the quality of our calibration and thereference standard was used (the thermometer, for example). Even if it is certain that we can measure very precise values​​, what matters is to observe the differencebetween the values ​​at different depths in different places and especially the Gulf Stream.






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