"pyranomètre" Davis

[mm91]

Bonjour,

Les notices des vendeurs ne sont pas très explicites:

Je voudrai savoir si le "pyranomètre" des stations Davis Vantage Pro est vraiment un pyranomètre (*) (mesure de température) ou une photodiode (mesure de la lumière) ?

Autrement dit, en gros, quelles longueurs d'ondes sont mesurées: spectre visible seulement ou spectre large y compris les infrarouges proches ?

merci pour vos réponses.

(*) voir éventuellement "principe" et "caractéristiques techniques" d'un pyranomètre ici: http://www.promes.cnrs.fr/MOYENS/Station/pyranometre.htm

[jackT]

Bonjour,

Les notices des vendeurs ne sont pas très explicites:

Je voudrai savoir si le "pyranomètre" des stations Davis Vantage Pro est vraiment un pyranomètre (*) (mesure de température) ou une photodiode (mesure de la lumière) ?

Autrement dit, en gros, quelles longueurs d'ondes sont mesurées: spectre visible seulement ou spectre large y compris les infrarouges proches ?

Bonjour mm91,Dans la feuille de spécification de la sonde de radiation solaire Davis ( voir fichier pdf) , il est indiqué :

The Solar Radiation Sensor, or solar pyranometer, measures global radiation, the sum at the point of measurement of both the direct and diffuse components of solar irradiance. The sensor’s transducer, which converts incident radiation to electrical current, is a silicon photodiode with wide spectral response. From the sensor’s output voltage, the console calculates and displays solar irradiance. It also integrates the irradiance values and displays total incident energy over a set period of time.

Le spectre est de 400 à 1100 nm - voir plus de détails dans le fichier de spécifications.

Cordialement

[mm91]

Le spectre est de 400 à 1100 nm - voir plus de détails dans le fichier de spécifications.

OK, merci JackT (j'aurai pu chercher un peu plus !)

donc 400 - 1100 nm c'est beaucoup moins qu'un vrai pyranomètre (300 - 2800 nm) ou qu'un corp noir (ma méthode).

Cela peut donc expliquer la forme légèrement gaussienne de la mesure Davis par rapport à une mesure de la température.

(forme gaussienne correspondant à la réalité et non prise en compte par Wswin32, voir autre forum)

[ChristianP]

OK, merci JackT (j'aurai pu chercher un peu plus !)

donc 400 - 1100 nm c'est beaucoup moins qu'un vrai pyranomètre (300 - 2800 nm) ou qu'un corp noir (ma méthode).

Cela peut donc expliquer la forme légèrement gaussienne de la mesure Davis par rapport à une mesure de la température.

(forme gaussienne correspondant à la réalité et non prise en compte par Wswin32, voir autre forum)

Et oui l'OMM préconise cette mesure sur 0.3 à 3 micromètres.

Pour l'OMM le principe de la photodiode fait bien partie des vrais pyrano au même titre que les pyroélectriques, les thermoélectriques, les bimétalliques. Après c'est une question de qualité des composants et du traitement derrière chaque option pour qu'il soit capable de mesurer à au moins +-10% des limites du spectre à mesurer.

Le pyrano Davis donne une courbe de forme différente du pyrano MF uniquement quand il y a dépot de rosée/givre ou d'eau car le leur est ventilé et donc plus souvent bien sec.

Sinon la forme peut varier d'un modèle à l'autre surtout à cause des différences de diffusion dans le capteur aux faibles angles en particulier < 10°. A cause de ce problème, l'OMM préconise d'étalonner un pyrano avec un soleil à plus de 30° de hauteur.

Pour ceux que ça intéresse, à l'intérieur du capteur Davis il y a une vis de réglage (utile pour ceux qui ont du matériel en double pour pouvoir le régler à quelques mètres d'un pyrano MF d'une Radome équipée).

[mm91]

Et oui l'OMM préconise cette mesure sur 0.3 à 3 micromètres.

Pour l'OMM le principe de la photodiode fait bien partie des vrais pyrano au même titre que les pyroélectriques, les thermoélectriques, les bimétalliques. Après c'est une question de qualité des composants et du traitement derrière chaque option pour qu'il soit capable de mesurer à au moins +-10% des limites du spectre à mesurer.

Le pyrano Davis donne une courbe de forme différente du pyrano MF uniquement quand il y a dépot de rosée/givre ou d'eau car le leur est ventilé et donc plus souvent bien sec.

Sinon la forme peut varier d'un modèle à l'autre surtout à cause des différences de diffusion dans le capteur aux faibles angles en particulier < 10°. A cause de ce problème, l'OMM préconise d'étalonner un pyrano avec un soleil à plus de 30° de hauteur.

Pour ceux que ça intéresse, à l'intérieur du capteur Davis il y a une vis de réglage (utile pour ceux qui ont du matériel en double pour pouvoir le régler à quelques mètres d'un pyrano MF d'une Radome équipée).

Merci Christian pour cette réponse.Le début de ta réponse est un peu contradictoire me semble-t-il :

- sonde Davis : 400 – 1100 nm

- préconisation OMM : 300 – 3000 nm

- « Pour l'OMM le principe de la photodiode fait bien partie des vrais pyrano… »

La photodiode Davis, qui ne peut pas mesurer jusqu’à 3000 nm, ne peut pas en faire partie ?

(et toutes les photodides silicium s'arrêtent vers 1100 nm)

En fait notre problème est la difficulté de la mesure de l’ensoleillement avec la sonde Davis et le logiciel Wswin32.

Nous cherchons ce qui peut provoquer la forme légèrement gaussienne de la mesure Davis.

(cette forme n’est pas un défaut en soit, mais est très gênante pour la mesure avec Wswin32)

Nous pensons que cette forme peut être dû à la trop faible bande passante de la sonde Davis (et des photodiodes silicim en général), car avec ma méthode qui ne mesure que la température (et peu la lumière, donc comme un pyranomètre), cette forme gaussienne n’existe pas et les mesures d’ensoleillement avec Wswin32 semblent fonctionner beaucoup mieux.

Il est en effet tout à fait probable également que de la diffusion sur le verre provoque cette forme gaussienne.

Au lever et coucher du soleil la sonde devrait mesurer zéro w/m² (des watts divisés par une surface apparente infinie puisque le capteur est horizontal), si le verre diffuse (saleté, eau, givre etc.) c’est de la lumière parasite qui va arriver sur le capteur

Sur ce sujet, voir éventuellement :

Forum Wswin32 : http://rieux-marne.net/phpbb2/

Ma méthode de mesure de l’ensoleillement: http://pagesperso-orange.fr/michel.mo/enso...generalites.htm

[ChristianP]

Merci Christian pour cette réponse.

Le début de ta réponse est un peu contradictoire me semble-t-il :

- sonde Davis : 400 – 1100 nm

- préconisation OMM : 300 – 3000 nm

- « Pour l'OMM le principe de la photodiode fait bien partie des vrais pyrano… »

La photodiode Davis, qui ne peut pas mesurer jusqu'à 3000 nm, ne peut pas en faire partie ?

(et toutes les photodides silicium s'arrêtent vers 1100 nm)

En fait notre problème est la difficulté de la mesure de l'ensoleillement avec la sonde Davis et le logiciel Wswin32.

Nous cherchons ce qui peut provoquer la forme légèrement gaussienne de la mesure Davis.

(cette forme n'est pas un défaut en soit, mais est très gênante pour la mesure avec Wswin32)

Nous pensons que cette forme peut être dû à la trop faible bande passante de la sonde Davis (et des photodiodes silicim en général), car avec ma méthode qui ne mesure que la température (et peu la lumière, donc comme un pyranomètre), cette forme gaussienne n'existe pas et les mesures d'ensoleillement avec Wswin32 semblent fonctionner beaucoup mieux.

Il est en effet tout à fait probable également que de la diffusion sur le verre provoque cette forme gaussienne.

Au lever et coucher du soleil la sonde devrait mesurer zéro w/m² (des watts divisés par une surface apparente infinie puisque le capteur est horizontal), si le verre diffuse (saleté, eau, givre etc.) c'est de la lumière parasite qui va arriver sur le capteur

Sur ce sujet, voir éventuellement :

Forum Wswin32 : http://rieux-marne.net/phpbb2/

Ma méthode de mesure de l'ensoleillement: http://pagesperso-orange.fr/michel.mo/enso...generalites.htm

Elle n'est pas contradictoire si tu lis bien en détail son retirer l'élément qui lève la contradiction. /emoticons/biggrin@2x.png 2x" width="20" height="20">

Un pyrano basé sur une photodiode est un vrai pyrano, c'est le point principal à retenir.

Après pour la gamme de spectre mesurée selon les marques et modèles (basés sur une photo diode), c'est une histoire de qualité de filtre et de précision des composants.

Le Davis est insuffisant à ce niveau, mais ça reste un pyrano. Ca ne nuit pas énormément à la justesse de la puissance affichée.

Le Davis a été comparé par un pro à un bon pyrano CM21. Il sous-estime un peu la puissance (-4% en intégrant la correction en température donnée par Davis, -7% sans correction en température), mais sur ce point il reste dans l'incertitude OMM et c'est tout ce qu'on lui demande à ce niveau de prix même si c'est le microcontrôleur bien programmé qui compense probablement certaines des lacunes du composant. Chez les modèles pro aussi il y a de la compensation à d'autres niveaux sur un pyrano.

Il y a bien d'autres capteurs d'autres paramètres qui ne mesurent pas toute la gamme concernée, ça ne change pas leur qualificatif à partir du moment où le résultat final est assez correct pour l'OMM.

Les différences de courbes par ciel clair et temps sec avec des pyrano bien propres, peuvent venir surtout des différences de réponse par rapport à la loi du cosinus.

Par ex le Davis donne pour la réponse concernant le cosinus, +- 3% de 0 à 70° et +- 10% de 70 à 85° , alors que sur toute la gamme de 0 à 90°, ça se compense car il n'a plus que +-2%

Attention pour ton cas à la moindre différence de qualité du noir sur une partie de ton globe , surtout que le soleil le grise un peu à l'usage bien avant que ce soit perceptible à l'oeil mais surtout ton plastique est loin d'être régulier en opacité, il modifie les rayons, la lumière, l'énergie perçue par ton globe noir est trop variable d'un point à l'autre avec ce plastique (faudrait trouver un filtre en verre pour le global ).

Même la thermopile noire neuve d'un pyrano MF n'a pas un facteur d'absortion de 1, facteur qui varie en prime avec les longueurs d'ondes (MF).

Ca peut venir aussi des différences de réponse pour la gamme de spectre mesurée (Davis pour sa gamme limitée donne +- 10%)

Difficile donc de voir à quoi correspond une différence de ton système avec le Davis qui ne sort pas une mesure brute correspondant qu'au spectre limité.

Le pyrano mesure du global, ce n'est pas une mesure du direct seul. Il y a du diffus avant le lever (et après le coucher) du soleil, donc il y a du global que l'on doit mesurer bien avant ( et après ).

Si le global n'est pas vu avant le lever (après le coucher) du soleil alors que le ciel est assez lumineux, c'est que la sensibilité n'est pas assez importante et qu'il ne détecte du rayonnement diffus (donc du global) qu'à partir d'une certaine puissance (donc pas assez tôt et pas assez tard).

Même sans rosée et éléments perturbateurs, saletés ou autres, la nuit sur un pyrano il y a un signal parasite. La tension générée n'est pas nulle car la thermopile capte le rayonnement de la coupelle au-dessus (il n'y a pas d'équilibre entre le rayonnement émis vers le haut par la thermopile et celui émis vers le bas par la coupelle). Mais c'est une puissance négative, elle existe aussi le jour mais elle est masquée par la puissance positive.

Pour diminuer cette tension parasite, on ajoute une 2 ème coupelle pour faire écran à la première. La ventilation méca du pyrano est importante aussi à ce niveau.

Ne pas oublier que ton capteur en forme de globe noir, est un pyrano qui n'est pas fait pour mesurer le global sur surface horizontale, car il n'est pas une surface plane horizontale comme l'élément principal d'un pyrano standard. C'est un point important en plus du fait que tes mesures sont brutes alors que les pyrano noirs de chez MF sortent les valeurs issues de compensations diverses pour supprimer certains biais des pyrano.

S'il y a une différence à chercher, c'est plus à ce niveau.

On ne sait pas ce que laisse passer ton plastique "transparent". Daprès ta photo, il crée obligatoirement du diffus, et on n'est pas certain des longueurs d'ondes qui passent.

A noter que MF et l'OMM préconisent de nettoyer un pyrano tous les jours, ça va être difficile dans ton cas. La courbe change da façon significative avec un manque d'entretien prolongé.

[mm91]

Elle n'est pas contradictoire si tu lis bien en détail son retirer l'élément qui lève la contradiction.

Un pyrano basé sur une photodiode est un vrai pyrano, c'est le point principal à retenir.

Un pyranomètre (pyro : feu) est constitué de thermocouples, il est sensible à la chaleur (longueur d’onde jusque vers 2.8 microns)

Une photodiode (photo : lumière) est constitué d’une surface sensible à la lumière (longueur d’onde environ 0.3 – 0.7 microns). Avec le silicium on arrive à aller jusqu’à 1.1 micron maximum.

Après pour la gamme de spectre mesurée selon les marques et modèles (basés sur une photo diode), c'est une histoire de qualité de filtre et de précision des composants.

Les marques et les filtres ne changent rien aux propriétés ci-dessus.

Tu peux prendre toutes les marques et les filtres que tu veux, la photodiode, même silicium, ne mesurera rien au delà de 1 micron et certainement pas 2.8 microns, et ne sera jamais un vrai pyrano.

Le Davis est insuffisant à ce niveau, mais ça reste un pyrano. Ca ne nuit pas énormément à la justesse de la puissance affichée.

Qu’il soit suffisant, c’est probable. Que ça nuise très peu à la justesse de la puissance affichée, c’est probable également, je suis d’accord

Mais le « très peu » signifie une petite différence quand même, et cette différence peu jouer sur la forme de la réponse : c’est justement là l’objet de mon post, et je me retrouve, comme d'habitude avec toute la théorie sur la mesure du soleil !

Le Davis a été comparé par un pro à un bon pyrano CM21. Il sous-estime un peu la puissance (-4% en intégrant la correction en température donnée par Davis, -7% sans correction en température), mais sur ce point il reste dans l'incertitude OMM et c'est tout ce qu'on lui demande à ce niveau de prix même si c'est le microcontrôleur bien programmé qui compense probablement certaines des lacunes du composant. Chez les modèles pro aussi il y a de la compensation à d'autres niveaux sur un pyrano.

Il y a bien d'autres capteurs d'autres paramètres qui ne mesurent pas toute la gamme concernée, ça ne change pas leur qualificatif à partir du moment où le résultat final est assez correct pour l'OMM.

L’objet de mon post est le résultat final pour une application particulière, pas pour l’OMM. Tout ce qui concerne l’amplitude moyenne de la sensibilité est hors de mon sujet.

Les différences de courbes par ciel clair et temps sec avec des pyrano bien propres, peuvent venir surtout des différences de réponse par rapport à la loi du cosinus.

Par ex le Davis donne pour la réponse concernant le cosinus, +- 3% de 0 à 70° et +- 10% de 70 à 85° , alors que sur toute la gamme de 0 à 90°, ça se compense car il n'a plus que +-2%

La OK, ça répond bien à ma question.

Attention pour ton cas à la moindre différence de qualité du noir sur une partie de ton globe , surtout que le soleil le grise un peu à l'usage bien avant que ce soit perceptible à l'oeil mais surtout ton plastique est loin d'être régulier en opacité, il modifie les rayons, la lumière, l'énergie perçue par ton globe noir est trop variable d'un point à l'autre avec ce plastique (faudrait trouver un filtre en verre pour le global ).

La méthode que j’utilise n’a jamais cherché à convertir une température en w/m². Mais simplement à mesurer un niveau de puissance entre zéro et un max en 5 tranches de 20% chacune.

Les variation dont tu parles sont absolument négligeables à ce niveau.

J’ai effectivement une baisse progressive de la sensibilité (environ 5°C / an) que je compense chaque année manuellement par un réglage de seuil dans le logiciel.

Je suis en train d’expérimenter (hors station pour l’instant) une nouvelle sonde avec corps noir différent et cloche en verre qui devrait beaucoup mieux fonctionner.

Même la thermopile noire neuve d'un pyrano MF n'a pas un facteur d'absorption de 1, facteur qui varie en prime avec les longueurs d'ondes (MF).

Le facteur d’absorption absolu n’intervient pas dans ma mesure.

Sans ordre de grandeur, la variation avec la longueur d’onde ça ne veut rien dire : en deux ans le vieillissement de mon corps noir ne va pas diminuer sa bande passante de 3 à 0.5 micron et mon thermomètre mesurera toujours une température plus qu’une lumière.

Ca peut venir aussi des différences de réponse pour la gamme de spectre mesurée (Davis pour sa gamme limitée donne +- 10%)

Il s’agit là de la réponse globale.

Difficile donc de voir à quoi correspond une différence de ton système avec le Davis qui ne sort pas une mesure brute correspondant qu'au spectre limité.

Je cherche les différence qui jouent sur la mesure avec Wswin32. Pourquoi dans cette mesure, la sonde Davis fonctionne beaucoup moins bien que la mesure par température différentielle ?

Bien entendu cela vient aussi d’une mauvaise adaptation du logiciel lui-même.

La sonde Davis n’est pas faite pour Wswin32, mais pour la console qui est vendue avec (et qui ne donne pas la couverture nuageuse !)

Le pyrano mesure du global, ce n'est pas une mesure du direct seul. Il y a du diffus avant le lever (et après le coucher) du soleil, donc il y a du global que l'on doit mesurer bien avant ( et après ).

Si le global n'est pas vu avant le lever (après le coucher) du soleil alors que le ciel est assez lumineux, c'est que la sensibilité n'est pas assez importante et qu'il ne détecte du rayonnement diffus (donc du global) qu'à partir d'une certaine puissance (donc pas assez tôt et pas assez tard).

Ceci est valable dans les deux cas (Davis et ma mesure). Bien entendu la sensibilité doit être la plus grande possible.

Même sans rosée et éléments perturbateurs, saletés ou autres, la nuit sur un pyrano il y a un signal parasite. La tension générée n'est pas nulle car la thermopile capte le rayonnement de la coupelle au-dessus (il n'y a pas d'équilibre entre le rayonnement émis vers le haut par la thermopile et celui émis vers le bas par la coupelle). Mais c'est une puissance négative, elle existe aussi le jour mais elle est masquée par la puissance positive.

Pour diminuer cette tension parasite, on ajoute une 2 ème coupelle pour faire écran à la première. La ventilation méca du pyrano est importante aussi à ce niveau.

De par son principe (pyrano en deux morceaux) le bruit global de ma mesure est élevé.

C’est effectivement la principale limite de cette méthode.

Ne pas oublier que ton capteur en forme de globe noir, est un pyrano qui n'est pas fait pour mesurer le global sur surface horizontale, car il n'est pas une surface plane horizontale comme l'élément principal d'un pyrano standard. C'est un point important en plus du fait que tes mesures sont brutes alors que les pyrano noirs de chez MF sortent les valeurs issues de compensations diverses pour supprimer certains biais des pyrano.

S'il y a une différence à chercher, c'est plus à ce niveau.

Le pyrano standard à une surface horizontal pour tenir compte de l’élévation du soleil (que la console Davis ne connaît pas)

Dans mon cas, l’élévation est connue du logiciel (avec la date, l’heure et la position géographique) Ce qui permet d'utiliser un capteur présentant une surface toujours perpendiculaire au soleil et donc d'être bien plus sensible qu'un pyrano horizontal aux faibles élévations du soleil.

Et c'est bien pour cela que pour Wswin32 cette méthode marche bien mieux qu'une sonde Davis.

On ne sait pas ce que laisse passer ton plastique "transparent". Daprès ta photo, il crée obligatoirement du diffus, et on n'est pas certain des longueurs d'ondes qui passent.

Je mesure tout (diffus et direct) la diffusion du plastique n’a que peu d’influence.

C’est sur le Davis (avec sa surface horizontale), aux faibles hauteurs de soleil, que la diffusion de l’enveloppe va rajouter de la lumière parasite.

Pour le sélectif en longueur d’onde, voir plus haut.

A noter que MF et l'OMM préconisent de nettoyer un pyrano tous les jours, ça va être difficile dans ton cas. La courbe change da façon significative avec un manque d'entretien prolongé

Je ne suis pas étalonné en watt/m², je n’ai besoin que d’une mesure à 20% près.

Je compense (au bout d'un an) l’absorption des salissures par un réglage dans le logiciel.

Au bout de dix ans c’est le rapport signal sur bruit qui sera trop mauvais.

Mais j’aurai changé de sonde depuis longtemps !

Quand on parle d'une perte de sensibilité dans le temps, il faut donner des ordres de grandeur.

Et ces ordres de grandeur sont à rapporter à la précision recherchée.

Ici ce n'est pas le problème.

[jackT]

Pour information, voici la méthode utilisée par wswin pour le calcul de l'ensoleillement avec la sonde solaire de la Vantage Pro2. Ces calculs dépendent de la latitude et longitude et de l'heure considérée:

• Wswin calcule une valeur théorique de radiation solaire (donnée par le tag %sunintens_cur%) qui correspond approximativement à la radiation directe qui serait reçue sur un plan horizontal en absence d'atmosphère terrestre. Wswin calcule cette valeur comme étant égale à 1440 W/m2 multipliée par le sinus de l'élévation du soleil.
• Wswin calcule une valeur seuil (donnée par le tag %sunstart%), qui va permettre de décider si il y a ensoleillement ou pas. Cette valeur est égale à la valeur théorique (mentionnée en 1. ci dessus) multiplié par un facteur de correction mensuel qui est indiqué dans la fenêtre de paramétrage de la sonde solaire (facteur de correction de 0.388 à 0.394 selon le mois considéré pour la Vantage Pro) . Il est à noter aussi que wswin ne calculera un ensoleillement que si l'élévation du soleil est plus grande que 0.83°

En utilisant le calcul de l'ensoleillement de Wswin avec une Vantage Pro, deux problèmes sont visibles:

• la courbe de l'évolution de la radiation solaire globale mesurée par le pyrano Davis durant une journée ensoleillée a une forme gaussienne. Ce n'est pas étonnant et des modèles théoriques tels que celui de Bird, prenant en compte les effets de l'atmosphère (ozone, aerosols, vapeur d'esu...) prédisent une courbe gaussienne de rayonnement global sur une surface horizontale.Comme la courbe de seuil calculée par wswin est une demi-sinusoidale, il y a des problèmes de calcul d'ensoleillement durant l'heure qui suit le lever du soleil et durant l'heure qui précède le coucher, car même par temps ensoleillé, la courbe mesurée passe en dessous du seuil et aucun ensoleillement n'est compté.
  
• le coefficient proposé par défaut dans wswin est un peu bas (et donc le seuil d'ensoleillement est un peu bas aussi) , et en cas de ciel voilé et/ou de passages nuageux, wswin est un peu trop généreux dans le calcul de l'ensoleillement.Par exemple chez moi pour mars, j'utilise un coefficient de 0.425 au lieu de coefficient proposé par défaut de 0.390
  

[ChristianP]

Elle n'est pas contradictoire si tu lis bien en détail son retirer l'élément qui lève la contradiction.

Un pyrano basé sur une photodiode est un vrai pyrano, c'est le point principal à retenir.

Un pyranomètre (pyro : feu) est constitué de thermocouples, il est sensible à la chaleur (longueur d'onde jusque vers 2.8 microns)

Une photodiode (photo : lumière) est constitué d'une surface sensible à la lumière (longueur d'onde environ 0.3 – 0.7 microns). Avec le silicium on arrive à aller jusqu'à 1.1 micron maximum.

Je ne répondrai plus à aucun de tes msg c'est vraiment trop pénible et une perte de temps. Je te laisse dans ton monde où tu joues sans arrêt sur les mots alors que je t'apporte des infos en fouillant dans des documents pro de référence dans le monde de la mesure météo.

Ici on se fout du latin ou du grec, pour l'OMM un pyrano à photodiode c'est un pyrano, point barre !

Bonne continuation dans tes jeux de mots.

[Boudu34]

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[mm91]

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A aucun moment cet exposé ne fait mention d'une absoption sélective en longueur d'onde.

Et on note que tous le raisonnement parle d'énergie calorique (de chaleur) et non de lumière.

L'effet sélectif que nous venons d'expliquer (soleil plus rouge au lever / coucher) ne fait qu'accentuer l'inflexion de la courbe:

Il y a plus d'absorption au lever/coucher, et il y en a encore plus si l'on ne mesure pas vers les infra-rouge

PS:

Cette discussion ne concerne que l'adaptation de la sonde Davis à Wswin32 elle se poursuit donc sur le forum Wswin32.