Sonde de diagraphie de puits sur STM32F401 pour les puits

Sonde de diagraphie universelle basée sur le STM32F401

Le STM32F401 sur une carte Black Pill sert de cœur à une sonde de diagraphie pour puits d'eau. Sa fréquence de 84 MHz et son Cortex-M4 avec FPU permettent des opérations flottantes rapides pour le filtrage. Avec 64 Ko de RAM et 256 Ko de Flash, il dispose d'une capacité suffisante pour les tâches. Trois temporisateurs, trois USART, I2C et OneWire sont les interfaces clés. La carte s'insère dans un boîtier en tube en acier inoxydable d'un diamètre extérieur de 38 mm (diamètre intérieur 32 mm), conçu pour les puits avec tubages à partir de 114 mm.

Configuration des broches :

• PA4 : Entrée du résistivimètre
• PB3 : Entrée du compteur gamma (interruption déclenchée par front)
• PB10 : Alimentation du résistivimètre
• PB7–PB4 : Contrôle du multiplexeur pour le générateur de diagraphie de résistivité
• PB8 (SCL), PB9 (SDA) : I2C pour les capteurs
• PA2/PA3 : UART2 pour le calibreur ultrasonique
• PA9/PA10 : UART1 pour le calibreur
• PA8 : OneWire pour le thermomètre
• PA11/PA12 : USB pour le débogage

Les contraintes de taille du boîtier compliquent l'intégration.

Méthodes de diagraphie et leur mise en œuvre

La sonde combine la diagraphie gamma (DG), la diagraphie de résistivité (DR), la mesure de résistivité (MR), la thermométrie, la diagraphie de calibre et la magnétométrie. Les données sont enregistrées en fonction de la profondeur de descente avec filtrage du bruit et transmission en temps réel vers un PC.

Diagraphie gamma avec SiPM (photomultiplicateur au silicium) : Les impulsions sont traitées via des interruptions sur PB3. Le SiPM est préféré aux PMT—il ne nécessite pas de haute tension, est compact et fiable.

Diagraphie de résistivité (DR) : Génère un signal de 70 Hz via un multiplexeur (PB7–PB4). Mesure la chute de tension sur les électrodes de courant (A/B) et les électrodes de mesure (M/N). La méthode basée sur le courant détecte les fuites de tubage (pics sur les diagrammes) et les couches minces (par exemple, 0,5 m d'argile dans du calcaire). Réponse rapide sans perte de précision pour l'hydrogéologie.

Mesure de résistivité (MR) : Fonctionne pendant les pauses de la DR (300 ms sur un cycle de 1 s). Entrée PA4, alimentation PB10. Identifie les zones de filtration (par exemple, 60–80 m dans une colonne de Ø219 mm).

Thermométrie : DS18B20 via OneWire (PA8), interrogé à 1 Hz, résolution de 0,01°C. Détecte les zones de filtration actives.

Synchronisation et enregistrement des données

Cycle : 700 ms pour la DR (génération + mesure), 300 ms pour la MR. La profondeur de descente est synchronisée sur tous les canaux. Gamma via interruptions, thermomètre périodiquement. Les données avec filtres de bruit sont transmises à un enregistreur et un PC.

Exemples de résultats :

• MR : Anomalie à partir de 80 m (puits ouvert), colonne de filtre 60–80 m.
• DR (ligne bleue) : Les pics indiquent des trous ou des ouvertures dans le tubage.

Points clés :

• Le STM32F401 équilibre performance et taille pour des sondes compactes.
• La combinaison DR/MR en un seul cycle simplifie la corrélation des profondeurs.
• Le SiPM pour la DG minimise la taille et les risques.
• La mesure par électrodes de courant accélère la détection des couches et des défauts de tubage.
• L'enregistrement en temps réel avec filtres réduit le post-traitement.

Perspectives de développement futur

L'intégration du calibreur (UART1), du calibreur ultrasonique (UART2) et de la diagraphie vidéo est retardée en raison des contraintes de taille. Le magnétomètre détecte les filtres et les tuyaux. L'usinage pour les électrodes et l'étalonnage des capteurs sont des étapes clés. Les erreurs de boîtier ont nécessité des itérations.

— Editorial Team