Brevet FR2458818A1 — publié le 19810102

Cette invention porte sur un procédé et un appareil de loca- lisation d'un arc dans un guide d'ondes. Jusqu'à présent, la plupart des méthodes de localisation d'un arc dans un guide d'ondes étaient inefficaces et coûteuses, et les résultats obtenus n'étaient que légèrement supérieurs à ceux d'un simple travail de devinette. L'objet de cette invention est de fournir un procédé et un appareillage de localisation des arcs dans un guide d'ondes avec une bonne précision et à un coût raisonnable. Cette invention repose sur le fait que lorsqu'un arc se développe dans un guide d'ondes, il s'ensuit des perturbations vibra- toires et électromagnétiques. Ces perturbations peuvent être détectées par des systèmes appropriés. On peut localiser un arc avec un haut degré de précision en mesurant la différence de temps entre la détec- tion des perturbations électromagnétiques et vibratoires. Pour détecter les perturbations électromagnétiques, on utilise un coupleur directionnel qui mesure un taux d'ondes stationnaires élevé (TOS). Cette opération peut souvent être effectuée sans frais supplémentaires du fait que les coupleurs directionnels sont fréquemment utilisés dans les guides d'ondes, en particulier dans les radars à haute puissance. On procède à un couplage acoustique entre un transducteur de son et le guide d'ondes, de préférence à proximité du coupleur directionnel, afin de détecter les perturbations vibratoires. Le circuit accouplé aux détecteurs comprend un compteur et divers circuits destinés à la mesure de l'intervalle de temps entre les détections. De préférence, le compteur est couplé à un dispositif de visualisation en passant par un décodeur d'affichage et un circuit d'excitation. Les circuits de mesure incrémentent le compteur à une vitesse qui permet au résultat sortant du compteur d'indiquer la distance de l'arc. Si la vitesse du son dans le guide d'ondes est de N unités de distance par unité de temps, le compteur est alors incrémenté à une vitesse de XN, X étant de préférence un nombre entier et, mieux encore, un facteur de dix. Le nombre affiché sur le dispositif de visualisation sera alors automati- quement calculé à la plus proche unité I/N de distance. Il est évident que X peut être une fraction dans certaines réalisations. Tous les spécialistes apprécieront les avantages de cette invention, tant en ce qui concerne sa fabrication, que son mode d'exploitation et son utilisation. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront grâce à la description ci-après et aux dessins joints o: - la figure 1 est un schéma simplifié d'un guide d'ondes dans lequel se produit un arc ou une faute; - la figure 2 énumère les opérations à effectuer pour localiser l'arc dans le guide d'ondes, conformément à la présente invention; et - la figure 3 est un schéma d'un circuit logique que l'on peut utiliser pour calculer l'emplacement de l'arc ou de la faute dans le guide d'ondes. La figure I est une représentation simplifiée d'un guide d'ondes 1. Comme on le sait, la coupe transversale d'un guide d'ondes peut être circulaire, ellipsoidale ou rectangulaire. Le guide d'ondes peut avoir n'importe quelle longueur; toutefois, la présente invention concerne plus particulièrement des guides d'ondes longs puisque les problèmes de localisation d'un arc ou d'une faute sont d'autant plus importants que le guide d'ondes est long. Dans la figure 1, l'arc est identifié par la référence 2; ceci peut se produire dans les guides d'ondes de temps à autre, en cas de faute. Certes, la faute étant généralement associée à un défaut de la surface intérieure du guide, une simple inspection de la surface extérieure ne donne généralement pas de renseignements très utiles pour localiser cette faute. En outre, de telles fautes peuvent se produire n'importe ou dans le guide d'ondes 1. Traditionnellement, les guides d'ondes sont associés à un coupleur directionnel 3 pour mesurer le TOS, en particulier dans le cas des radars de forte puissance. Dans le cadre de la présente invention, un transducteur de sons ou détecteur de perturbations vibratoires 4 est associé au guide d'ondes 1. En cas d'arc dans le guide d'ondes, il se produit à la fois une réaction sonore et un TOS élevé. Le coupleur directionnel peut être utilisé pour détecter le TOS élevé,et le transducteur 4 peut servir à détecter les phénomènes sonores ou vibratoires engendrés par l'arc. Le transducteur 4 est de préférence situé à proximité du coupleur 3; toutefois, les spécia- listes comprendront rapidement que l'on peut monter le transducteur 4 en d'autres endroits du guide d'ondes 1. La figure 2 donne la séquence des opérations à effectuer pour localiser l'arc 2 dans le guide d'ondes I (figure 1). Tout d'abord, 24588 18 comme indiqué au bloc 10, on détecte un TOS élevé. De préférence, on place le niveau de seuil du détecteur de TOS élevé à environ 2,5 bien que d'autres spécialistes puissent souhaiter utiliser des seuils de TOS plus Elevés; le TOS normal pour un système de ce type varie de 1,2 à 1,5. Après avoir détecté un TOS élevé au bloc 10, qui se développe en réponse à un arc dans le guide d'ondes, le comptage est déclenché dans un compteur électronique (bloc 11). Au bloc 12, la perturbation vibratoire ou le son causé par l'arc est détectée et le comptage s'arrête comae indiqué au bloc 13. Puisque les perturbations de son ou de vibrations dans le guide d'ondes 1 causées par l'arc 2 se déplacent beaucoup plus lentement que la perturbation électro- magnétique ou le front qui produit le TOS élevé, le compteur détectera un certain nombre de cycles d'horloge indiquant en combien de temps la perturbation vibratoire s'est déplacée depuis l'emplacement de la faute au transducteur 4. Bien sur, le compteur travaille avec une vitesse d'horloge suffisamment élevée pour déterminer l'intervalle de temps entre la formation de l'arc et la détection de la perturbation vibratoire avec un degré de précision raisonnable. Après avoir déter- miné l'intervalle de temps, on peut en déduire la distance jusqu'à l'arc, comme indiqué au bloc 14. La précision de ce procédé est affectée par trois facteurs. Le premier concerne la comparaison des vitesses de propagation du son et des ondes électromagnétiques. Si on calcule la distance entre le transducteur et l'arc en prenant la différence de temps entre l'arrivée du front électromagnétique au niveau du coupleur directionnel 3 et la perturbation vibratoire au niveau du transducteur 4 et en multipliant cette valeur par la vitesse de la réponse vibratoire dans le guide d'ondes, la technique de calcul suppose alors que la détection de la perturbation électromagnétique est instantanée. En réalité, la détection est presque instantanée, et compte tenu du fait que la vitesse du son dans un matériau de guides d'ondes tel que l'aluminium est beaucoup plus lente que la vitesse du front électromagnétique, l'hypothèse de l'instantanéitd ne produit qu'une erreur de l'ordre de 0,002 %, ce qui est relativement peu par comparaison aux autres erreurs possibles. En outre, on peut facilement compenser cette erreur, en particulier lorsque le transducteur 4 se trouve au niveau ou à proximité du coupleur 3, comne illustré à la figure 1. Un autre facteur qui influence la précision de ce procédé repose sur l'exactitude avec laquelle on connaît la vitesse de la per- turbation vibratoire, c'est-à-dire le son dans le matériau du guide d'ondes. C'est ainsi que le livre "Reference Data for Radio Engineers" publié par H.W. SAMS & Co. indique que la vitesse du son dans l'aluminium est de 5,156 x 10 m/s, alors que le livre 'Handbook of Chemistry and Physics" indique que la vitesse pour l'aluminium laminé est de ,00 x 103 m/s pour les tiges fines, 6,42 x 103 m/s pour la propagation longitudinale et 3,04 x 103 m/s pour la propagation transversale. Compte tenu de la variabilité de la vitesse du son dans l'aluminium dans différentes configurations physiques, la vitesse réelle du son doit, de préférence, être mesurée sur le guide d'ondes réel et sur les matériaux utilisés. Dans les exemples indiqués ci-après, on suppose que la vitesse du son est de 5,156 x 103 m/s. La troisième source d'erreurs provient des ambiguïtés associées à la pente frontale de l'onde sonore. Le moment précis o l'onde sonore dépasse le seuil du détecteur de perturbations vibra- toires est déterminé, en partie, par la fréquence de l'onde sonore détecte. De preférence, lé transducteur 4 est couplé à un amplifi- cateur à large bande pouvant passer non seulement les audiofrdquences mais également-les fréquences ultra-soniques afin de présenter un temps de montée très net au détecteur de seuil. L'erreur de détection ne doit pas dépasser les premiers quatre-vingt-dix degrés, approxima- tivement, du front d'ondes. Pour une fréquence acoustique de quinze kilohertz et compte tenu d'une vitesse de propagation de 5,156 x 103 m/s, la longueur d'onde est d'environ 0,35 m. En sup- posant que le front d'ondes est détecté dans les premiers quatre- vingt-dix degrés, le front d'ondes doit être détectable à 0,086 m prés. En se basant sur ce qui précède, si la vitesse du son dans le matériau de fabrication du guide d'ondes est connue avec précision, ce procédé permet alors de localiser avec exactitude la faute avec une marge d'erreur de plus ou moins 0,045 m. En réalité, une précision de l'ordre de plus ou moins 0,305 m serait plus que suffisante pour loca- liser et repérer la section défectueuse d'un guide d'ondes. La figure 3 représente le schéma d'un circuit utilisé pour localiser une faute dans un guide d'ondes. Lorsqu'un arc se produit dans le guide d'ondes 1, il s'ensuit un TOS élevé; la puissance 24588 18 réfléchie est couplée par un coupleur directionnel 3 à un détecteur à diode 20. La sortie du détecteur est couplée à un comparateur ou à une bascule de Schmidt 21 qui oblige la bascule 22 à répondre au TOS détecté dépassant un seuil prédéterminé. Un multivibrateur mono- stable 23 est de préférence couplé à la sortie de la bascule 22. Le multivibrateur monostable 23 passe à l'état haut pendant une période prédéterminée pour donner suffisamment de temps au son pour parcourir la distance entre la faute et le détecteur, cette période prédéterminée étant de l'ordre de six millisecondes pour un guide d'ondes en alu- minium de trentre mètres de longueur par exemple. Il est évident que la période du multivibrateur monostable 23 serait augmentée- pour un guide d'ondes plus long, ou raccourcie pour un guide d'ondes plus court; on la modifierait également si le guide d'ondes était en un matériau autre que l'aluminium. La sortie du multivibrateur monostable 23 est couplée à une porte NON-ET 24 qui relie l'horloge 25 au compteur 26, à partir du moment o la bascule 22 passe à l'état un, jusqu'au moment o l'autre bascule 27 passe également à l'état un. Le transducteur de son 4 du guide d'ondes est couplé de préférence, via un amplificateur à large bande 28, comme précédemment indiqué, à un comparateur de seuil ou à une bascule de Schmidt 29. Le niveau du seuil de sortie de la bascule de Schmidt ou du comparateur 29 est appliqué à l'entrée de la bascule 27. Cette dernière est de préférence validée lorsque la bascule 22 est activée par la détection d'un TOS élevé et répond à une perturbation vibratoire importante, détectée au niveau du trans- ducteur 4. Au moment de la détection de ces perturbations, la sortie Q de la bascule 27 passe à l'état bas, ce qui inhibe la transmission ultérieure des impulsions de l'horloge 25 au compteur 26, via la porte NON-ET 24. Comme on le verra, en sélectionnant l'horloge 25 pour avoir une fréquence appropriée, et après décodage de la sortie du compteur 26 par le décodeur 30 et application à l'affichage alpha- - numérique 31, ce dernier indique la distance entre le transducteur 4 et la faute avec un degré de précision élevé. L'opérateur peut remettre à zéro le localisateur d'arc après avoir lu la distance jusqu'à l'arc en fermant provisoirement l'interrupteur 32. De temps à autre, un radar est affecté par un TOS anorma- lement élevé qui valide le compteur 26, mais qui n'est pas le résultat d'un arc. Dans un tel cas, le localisateur d'arc répond en déclenchant le compteur 26 jusqu'à ce que ce dernier soit arrêté lorsque la sortie du multivibrateur monostable 23 passe à l'état bas. Du fait que ce multivibrateur 23 passe à l'état haut pendant une période prédéterminee, il en résulte un nombre prédéterminé correspondant dans le compteur 26. Le localisateur peut alors être réenclenché manuellement en appuyant fugitivement sur l'interrupteur 32, à moins que des dispositifs logiques puissent être fournis pour rienclencher automatiquement le localisateur dans cette situation. La porte 33 constitue un de ces dispositifs logiques. Lorsqu'elle estmontge en porte NON-ET, comme illustré sur la figure 3, elle est connectée de façon à décoder lorsqu'un comptage maximum est généré dans le compteur 26 comme, par exemple, le comptage maximum qui se produit lorsque le multi- vibrateur 23 s'arrête. D'autres réalisations de dispositifs logiques pourraient tester l'absence de sortie Q de la bascule 27 avant l'arrêt du multivibrateur 2,. par exemple. De préférence, le comptage qui s'accumule normalement dans le compteur 26 est sélectionné pour avoir une valeur qui représente la distance entre le transducteur 4 et la source de l'arc, en arrondissant à l'incrément de 3,05 cm (1/10 de pied) le plus proche. Si la vitesse des perturbations vibratoires dans le matériau du guide d'ondes est de 5,156 x 103 mis et si l'horloge fait avancer le compteur au rythme de soixante-neuf kilohertz (c'est-à-dire dix fois la valeur numérique de la vitesse), le compteur augmente alors de dix comptages par tranche de 30,5 cm entre la faute et le trans- ducteur 4. Il est évident que si le transducteur 4 et le coupleur 3 sont situés l'un près de l'autre, on peut facilement tenir compte du premier facteur d'erreur mentionné, en supposant que la vitesse du son dans le matériau du guide d'ondes est d'environ 0,002 % plus rapide que la vitesse réelle. Toutefois, dans la plupart des cas, on sera en dehors des limites de précision pour la valeur mesurée de la vitesse du son dans le matériau du guide d'ondes. De même, si l'horloge incrémente le compteur à d'autres vitesses, le dispositif de visua- lisation affichera alors la distance jusqu'à la faute, en d'autres unités. Par exemple, si la fréquence d'horloge est de 1,69 MHz, il en résulte un affichage à 0,003m près (1/100 de pied le plus proche), alors que si la fréquence d'horloge est de 16,9 kHz, 24588 18 l'affichage se fait à 0,305 m près (pied le plus proche). Il est évident que la distance peut être affichée en unités métriques ou mixtes. Par exemple, puisque la vitesse supposée est de 5,156 x 103 m/s, si l'incrément du compteur est de 515,6 kHz, il s'ensuit que la distance est affichée au centimètre le plus proche. Donc, si la vitesse du son dans le matériau du guide d'ondes est égal à N unités de distance par unité de temps et si le compteur est incrémenté au taux de XN, o X est de préférence un nombre entier et même une puissance de dix, le nombre affiché sera calculé à l'unité de distance 1/N la plus proche. On peut, bien entendu, modifier la valeur de N pour corriger d'autres erreurs, comme mentionné auparavant, si on le désire. Dans la réalisation représentée sur la figure 3, le comptage est affiché alphanumériquement jusqu'au moment ou l'interrupteur de remise à zéro 32 est fermé. Il est évident qu'au moment de la conception, on peut envisager une remise à zéro automatique, à un moment prédéterminé, si on le souhaite. La bascule 27 et le compteur 26 sont maintenus, de préférence, en état "remise à zéro" par le signal logique sur la ligne 32, jusqu'à ce qu'un TOS élevé soit détecté, pour garantir que la bascule 27 et le compteur 26 soient à l'état correct lorsqu'un TOS élevé se produit. Les spécialistes admettront, bien entendu, que le multivibrateur 23 peut être éliminé, si on le désire, et que d'autres changements peuvent être apportés également aux circuits de la figure 3 sans s'ééarter du principe de l'invention. En pratique, un type d'émetteur donné, incorporant le loca- lisateur d'arc, sera couplé à l'un des quelques types de guide d'ondes disponibles. Le localisateur peut donc inclure un interrupteur ou un cavalier facilitant le changement de fréquence de l'horloge 25. Cet interrupteur ou ce cavalier peut être utilisé, si on le désire, pour sélectionner la vitesse de comptage du compteur 26 de façon à ce qu'elle corresponde à la vitesse du son dans le guide d'ondes utilisé avec l'émetteur. On n'a pas donné les circuits détaillés des divers éléments de la figure 3 du fait que les bascules, les bascules de Schmidt ou les comparateurs-, le multivibrateur monostable, le compteur, etc. sont des composants normaux généralement disponibles sous forme de dispo- sitif TTL standard (logique transistor-transistor). Ayant décrit cette invention conjointement avec des réali- sations spécifiques, il est à noter que d'autres modifications pour- raient être apportées par des spécialistes. Il faut également noter que cette invention n'est pas limitée aux réalisations spécifiques décrites. REVENDICATIONS 1. Procédé de localisation d'un arc dans un guide d'ondes, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations de: a. détection des perturbations électromagnétiques dans le guide - d'ondes (1) résultant d'un arc (2); b. détection à un emplacement prédéterminé (4) des perturbations vibratoires dans le guide d'ondes résultant d'un arc; c. mesure de l'intervalle de temps entre la détection des pertur- bations électromagnétiques et la détection des perturbations vibratoires; d. utilisation de l'intervalle de temps mesuré pour calculer la distance entre l'emplacement de l'arc et l'emplacement prédé- terminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de mesure comprend les opérations de comptage dans un circuit de comptage, selon une période d'horloge prédéterminée, entre le moment de la détection des perturbations électromagnétiques et le moment de la détection des perturbations vibratoires. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vitesse des perturbations vibratoires a été déterminée comme étant égale à N unités de longueur par unité de temps, et en ce que l'horloge (25) prédéterminée fait compter le compteur (26) à une vitesse de XN incréments par unité de temps, X étant un nombre entier. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que X est un nombre entier qui est une puissance de dix. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les perturbations vibratoires sont détectées par un transducteur de son (4) couplé acoustiquement audit guide d'ondes (1). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la perturbation électromagnétique est détectée par un coupleur directionnel (3). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les sorties du transducteur de son et du coupleur directionnel sont associées à des niveaux de seuil présélectionnés. 8. Appareil de localisation d'un arc dans un guide d'ondes, caractérisé en ce qu'il comprend: 24588 18 a. des moyens de détection des perturbations électromagnétiques (3) dans le guide d'ondes (1) résultant d'un arc (2); b. des moyens de détection des perturbations vibratoires (4) dans le guide d'ondes (1) résultant d'un arc (2), lesdits moyens de détection de perturbations vibratoires étant disposés à un emplacement prédéterminé le long dudit guide d'ondes; c. un compteur (26) pour mesurer l'intervalle de temps entre la détection des perturbations électromagnétiques et la détection des perturbations vibratoires; d. des moyens (30) pour calculer la distance entre l'emplacement de l'arc et l'emplacement prédéterminé basé sur l'intervalle de temps mesuré et la vitesse de propagation des perturbations vibratoires dans ledit guide d'ondes. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection des perturbations comprennent un trans- ducteur de son (4) couplé acoustiquement audit guide d'ondes (1) à l'emplacement prédéterminé. 10. Appareil selon l'une des revendications 8 ou 9, carac- térisé en ce que le compteur (26) travaille avec une vitesse d'horloge prédéterminée par rapport audit intervalle de temps. 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que la vitesse de propagation des perturbations vibratoires dans ledit guide d'ondes (1) est égale à N unités de longueur par unité de temps, et en ce que ladite vitesse prédéterminée est égale à XN incréments par unité de temps, X étant un nombre entier prédéterminé. 12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que X-est un nombre entier qui est une puissance de dix. 13. Appareil selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la sortie du compteur (26) est couplée ai un dispositif d'affichage (31) pour visualiser le contenu du compteur. 14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de détection des perturbations électromagnétiques (3) et les moyens de détection des perturbations vibratoires (4) sont couplés,par des bascules respectives (22, 27) et par une porte. logique (241 au compteur (26). 15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une horloge (25) pour incrémenter le le compteur (26) à une vitesse prédéterminée, ladite horloge étant également couplée audit compteur en passant par ladite porte logique (24). 16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un premier circuit de détermination de seuil (21) coupl6 entre lesdits moyens de détection des perturbations électromagnétiques (3) et ladite porte logique (24), et un deuxième circuit de détermination de seuil (29) couplé entre lesdits moyens de détection des perturbations vibratoires (4) et ladite porte logique (24).