Back to search

MAROFF-2-Maritim virksomhet og offsh-2

Fleksibel og kostnadseffektiv bølgesensor

Alternative title: Flexible and cost effective wave sensor

Awarded: NOK 5.5 mill.

Popular science presentation Marine traffic along the coast needs reliable information on weather, wind and sea state. Such measurements are often obtained using moored buoys with real-time data transmission to users on shore and at sea. The buoys are equipped with various sensors able to measure the parameters needed. The more measurements performed at one buoy the more useful and cost-effective the installation becomes. In general it is challenging to measurement waves using a regular measuring buoy. Buoys designed for weather measurements need a certain size and corresponding mooring and the movements in the sea are not particular well suited for measuring waves. Existing wave measuring sensors are rather costly compared to the other sensors used on such buoys. The project aim is to develop a wave sensor measuring wave height and wave direction. The sensor is intended for use with a variety of buoys and will provide reliable wave measurements for marine transport and similar users. By utilizing the latest advances in miniaturized sensors for consumer market coupled with advanced embedded electronics and software, the goal is to develop a new and cost effective sensor for measuring waves on a wide range of measuring buoys. By year end 2016 methods for wave measurements are developed and implemented in prototype wave sensors. The sensors are in test on two measurement buoys located first in Bjørnefjorden south of Bergen and later off shore ca 10 km west of Karmøy together with a reference buoy. One of the test buoys is equipped with two wave sensors different positioned with respect to the buoy center. Measurements provided by the two test buoys and the reference buoy are available on the projects web site (https://hydweb.xyleminc.com) The results will be compared with models forecasting wave height, and with renowned advanced wave measuring equipment. In 2017 the wave sensors were deployed in open waters off the coast of Karmøy. The wave sensors have delivered a more or less continues stream of wave data during the test period. The wave sensors have been fitted with software that makes it possible to do remote firmware upgrade. Basis wave parameters available at deployment have been expanded to also incorporate displacement time series for freak wave analysis as well as Wave Energy Spectrum and Fourier Coefficient Spectrum that is valuable for post processing of Wave data. The wave sensor is also prepared for compensation of the installation position of the wave sensor at the buoy. Preliminary comparisons of the wave sensor towards the reference wave sensor indicate an excellent performance. The research partners are analyzing test data and comparing with various wave models and references. The results will later be published. A buoy simulation model has been developed together with a scaled model for tank testing and verification. During most of 2018 the buoys have been operating reliably 10 km west of Karmøy. The project partners have conducted comprehensive intercomparison analysis. In general the wave measurements are in good agreement both between the different buoy and also with respect to established weather based wave models. The new wave sensor provides high quality data for the test site with just minute difference related to the different buoy shape and mooring configuration. In order to test performance under other operation conditions, one of the test buoys and the reference buoy was moved to a shallow location (30m vs. 200m) much closer to the shore. This was planned earlier but not possible until end of November due to the weather conditions. Preliminary data shows very good correlation between wave data from test buoy and reference buoy. A more detailed analysis of data from the new location will be done later in 2019. During 2018 the newly developed wave sensor has been delivered to a number of buoys in different waters around the world and represents today an important system component and competitive advantage for the company. The project has been a collaboration between Aanderaa Data Instruments, Christian Michelsen Research, Norwegian Meteorological Institute and Uni Research Polytec.

Prosjektet har gitt inngående kunnskap om bølgemåling og grunnlag for utvikling av en ny fleksibel og kosteffektiv bølgesensor. Prosjektet har underbygd valgt av måleprinsipp, tilhørende designkriterier og begrensninger ved ulike operasjons-betingelser. Evaluering og analyse av ytelse har vært essensiell i forhold til markedsføring og trygget for introduksjon av det nye produktet. Den nye bølgesensoren dekker en tidligere mangel i bedriftens sensor-portefølje og har allerede medført salg av flere bøyer med tilhørende telemetri system. Bølgesensoren muliggjør innsamling av høykvalitets bølgedata fra flere bøyer. Dette vil gi kunne gi bedre underlag for design av strukturer langs kysten, for eksempel flytebroer og oppdrettsanlegg, og vil også kunne gi bedre operasjonelle data for de som jobber og ferdes på sjøen.

Eksisterende bølgesensorer er hovedsakelig dedikerte bølgesensorer som er mindre egnet til å inngå i komplette maritime plattformer bestykket med sensorer for miljøovervåking. I dette prosjektet vil vi utvikle en fleksibel og kostnadseffektiv bølgesensor som vil utnytte lav-kostnadskomponenter. Bølgesensoren vil ta i bruk MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) kretser typisk designet for mobiltelefon og andre konsumpris dominerte markeder. Ved å utvikle algoritmer for temperatur kompensert kalibrering av sensorene i en dedikert kalibrerings jig vil sensordata sammen med bølgetilpasset datafiltrering gjøre MEMS sensorene meget godt egnet for bruk i en bølgesensor. Fleksibiliteten i bølgesensoren oppnås gjennom å implementere algoritmer som ivaretar brukerdefinerbare egenskaper til plattformens oppankring, masse og geometri, og således redusere innvirkningen av disse. For Aanderaa vil dette gjøre at vi kan tilby bølgemåling på alle våre bøyesystemer. En slik sensor vil kunne redusere kostnaden med å måle bølger i forhold til eksisterende løsninger. Bølgemålinger vil i mange situasjoner være sanntidsdata som inngår i beslutningsgrunnlag for operative brukere. Fleksibilitet til sensoren oppnås også gjennom en brukertilpasset tilgang på utvalgte data som evalueres i sann tid gjennom forhåndsdefinerte metoder for kvalitetskontroll av sensordata. Felttester vil bli gjennomført over en lengre periode med sammenligningstester mot referanse sensorer. Et aktuelt område for felttesting vil være Sletta eller vestsiden av Karmøy. MET Norway og kystverket ved Polytec vil evaluere ulike bølgemodeller mot data fra flere bølgesensorer. I dag leverer Aanderaa bøyesystemer for bl.a. havneovervåking. En konkurransedyktig bølgesensor vil gjøre oss i stand til å øke markedsandelen gjennom å tilby komplette løsninger. Også for andre søsterselskap innen Xylem, så vel som utenforstående integratører, vil en bølgesensor kunne inngå i ulike totallsystemer.

Publications from Cristin

No publications found

No publications found

No publications found

Funding scheme:

MAROFF-2-Maritim virksomhet og offsh-2