Brevet FR2513769A1 — publié le 19830401

l La présente invention concerne un procédé pour déter- miner le seuil de résistance d'un équipement électrique ou électronique à une agression électromagnétique exté- rieure, ainsi que des dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé. On sait que dans de nombreuses installations techniques modernes fixes ou mobiles sont utilisés des équipements électriques ou électroniques sensibles aux perturbations électromagnétiques Dans le cas o se produirait une explosion nucléaire, une impulsion électromagnétique très intense serait engendrée et cette impulsion serait susceptible d'influer sur lesdits équipements, jusqu'à les rendre inopérants En effet, une telle impulsion électromagnétique se propage comme une onde plane trans- portant une certaine énergie; avant d'arriver sur les équipements vulnérables, une partie de l'énergie est absorbée par divers écrans, par exemple structuraux, qui sont interposés sur son trajet et qui ont pour effet d'atténuer l'amplitude des champs électromagnétiques. Néanmoins, une certaine énergie reste disponible au niveau des câblages de liaison et des équipements et par couplage direct (rayonnement) ou indirect (courants conduits et canalisés par-la structure des installations) des courants éventuellement intenses peuvent circuler sur les blindages et les surblindages des câblages reliant les équipements entre eux et engendrer ainsi sur certaines entrées des équipements des tensions parasites gênantes, voire dangereuses pour leur fonctionnement - A la fabrication des équipements, on peut déterminer aisément, soit par l'analyse théorique des circuits, soit par l'expérience, les niveaux parasites électro- magnétiques admissibles sur les entrées desdits équipements. i. l En revanche, au stade de l'intégration de ces matériels et de leur interconnexion, il est indispensable de vérifier expérimentalement le bon fonctionnement de l'ensemble, d'une part en ambiance normale, dite "saine", d'autre part en ambiance perturbée. Les essais en ambiance saine ayant pour but de contrôler le bon état fonctionnel de l'ensemble, les essais en ambiance perturbée ont pour rôle de s'assurer qu'aucune fonction n'est altérée, lorsqu'on expose volontairement l'ensemble à une agression électromagnéticue simulée. En règle générale, toutes dispositions de construction et de connexion étant prises pour que les équipements - puissent résister à une agression électromagnétique donnée, les essais en ambiance perturbée confirment que tous les équipements et leurs périphériques fonc- tionnent correctement, même dans les conditions de l'agression. Cependant, il est intéressant de connaître avec quelle marge le bon fonctionnement est assuré, d'autant que l'environnement des équipements à contrôler (vibrations, échauffement, corrosion,) peut occasionner des faiblesses passagères ou durables du matériel. Il est donc d'un intérêt essentiel de vérifier, dans des conditions réelles d'utilisation (équipements reliés entre eux et dialoguant par leurs câblages d'intercon- nexion) o se situe le seuil de fonctionnement incorrect, lorsque des dégradations localisées et quantifiées des liaisons permettent d'appliquer sur les entrées des équipements des n-iveaux de perturbation connus. déji des procédés pour tester la On connaît 1 résistance d'équipements électriques ou électroniques à une agression par application de tensions parasites en des emplacements déterminés de ceux-ci Cependant, aucun de ces procédés connus ne permet d'appliquer des tensions déterminées à l'entrée d'un équipement a) sans le déconnecter de ses périphériques, b) en superposition sur ses signaux fonctionnels c) en environnement électromagnétique perturbé, du type explosion nucléaire. Ces procédés connus ne permettent, au mieux, que de satisfaire à deux de ces trois conditions a),b),et c). Par exemple, on connaît déjà des circuits d'injection se branchant à l'entrée d'un dispositif électrique ou électronique et permettant d'injecter des parasites connus De tels circuits d'injection permettent de déterminer la marge de fonctionnement du dispositif testé, mais, en revanche, nécessitent que celui-ci soit débranché de ses périphériques, puisque lesdits circuits prennent la place de ceux-ci On ne peut alors tester que le dispositif pris isolément et non l'équipe- ment dans son ensemble. Dans une variante, on intercale dans les liaisons entre les dispositifs de l'équipement, au moins un circuit d'injection -et au moins un circuit de mesure, afin de ne pas interrompre lesdites liaisons Un tel procédé est extrêmement limité dans ses conditions d'utilisa- tion, puisqu'il suppose que le signal mesuré par le cir- cuit de mesure présente les mêmes caractéristiques que le signal réel à l'entrée de l'équipement, ce qui est faux En effet, le fait d'adjoindre les circuits d'in- jection et de mesure à l'équipement introduit des 1 capacités parasites, qui faussent la détermination pré- cise du seuil de bon fonctionnement. Par ailleurs, on a déjà proposé de soumettre l'ensemble de l'équipement à une irradiation directe, grâce -à un générateur électromagnétique Cependant, une telle métho- de n'autorise pas la détermination expérimentale du seuil de bon fonctionnement, du fait que les niveaux de rayonnement requis exigeraient une dynamique impossible à obtenir avec les générateurs actuellement connus De plus, cette méthode ne permet pas de déterminer la va- leur du niveau de parasite à l'entrée de l'équipement ayant occasionné la défaillance. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients Elle permet de déterminer de manière simple et significative le seuil et la marge de bon fonctionnement, par insertion de parasites et sans nécessité de mesurer la tension parasite injectée. De plus, elle répond aux trois conditions a, b et c mentionnées ci-dessus. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour déter- miner le seuil de résistance d'un équipement électrique ou électronique à une agression extérieure électroma- gnétique par simulation de cette agression, ledit équipement comportant au moins deux unités reliées entre elles par une liaison comportant des conducteurs entourés par un blindage, est remarquable en ce que l'on inter- cale dans ladite liaison au moins un élément d'injec- tion présentant une impédance de transfert connue et comportant une envelorre extérieure, des conducteurs intérieurs et des aonneçteurs d'extrémité, de sorte que ledit élément d'injection assure la continuité des liaisons 1 électriques normales entre lesdites unités et que son enveloppe extérieure soit électriquement reliée au blin- dage de ladite liaison,en ce que l'on soumet ledit équi- pement pourvu de son élément d'injection à l'action d'un champ électromagnétique de test, en ce qu'on intervient sur ledit élément et/ou sur ledit champ pour perturber le fonctionnement dudit équipement et en ce qu'on déter- mine ledit seuil à partir de l'impédance de transfert dudit élément d'injection lorsque survient la première perturbation du fonctionnement de l'équipement. Ainsi, le "seuil de résistance à une agression extérieure électromagnétique" correspond à une valeur de l'ampli- tude de l'agression électromagnétique en deçà de laquelle le fonctionnement dudit équipement reste normal et au- delà de laquelle ce fonctionnement est perturbé et éventuellement inhibé. Par ailleurs, on sait que l'impédance de transfert d'un élément est le rapport ZT de la tension apparaissant, sous l'action du champ électromagnétique extérieur, entre conducteurs réunis à une extrémité de l'enveloppe et l'autre extrémité de l'enveloppe et du courant par- courant ladite enveloppe Un avantage essentiel de la présente invention réside en ce que,le courant parcou- -i.nt l'enveloppe pouvant être mesuré facilement de l'extérieur par un système à tore ferromagnétique par exemple,aucune mesure de tension n'est nécessaire à l'intérieur de l'enveloppe. Selon la présente invention, on peut intercaler un élément d'injection d'impédance 'de transfert connue dans la liaison et faire varier le champ électromagnétique extérieur;on peut même intercaler successivement des éléments d'injection d'impédance de transfert croissante et simultanément faire varier le champ électromagnéti- 2 513769 l que Cependant, comme on l'a mentionné ci-dessus, les générateurs connus actuels de champ électromagnétique ne présentent pas une dynamique très grande Aussi, malgré le fait que l'interposition d'un élément selon l'invention permet de diminuer la dynamique requise du générateur, selon la forme de mise en oeuvre préférée de l'invention, on maintient constante l'amplitude du champ électromagnétique de test et on intercale succes- sivement dans ladite liaison des éléments d'injection d'impédance de transfert croissante, l'impédance de transfert d'au moins le premier élément mis en place étant choisi a priori telle que la tension engendrée à l'intérieur de l'enveloppe par le champ électromagnétique de test soit sans action sur le fonctionnement de l'équipement, on -note l'impédance de transfert du dernier élément d'injectign,pour lequel le fonctionnement de l'équipement n'est pas perturbe et/ou l'impédance de transfert du premier élément d'injection tour lequel le fonctionnement de l'équipement devient perturbé, et, à partir de l'impédance de transfert de l'un de ces élémtents, on détermine ledit seuil. Ce processus de mise en oeuvre de l'invention est basé sur le fait qu'augmenter successivement l'impédance de transfert des éléments coaxiaux est équivalent à augmenter l'amplitude du champ électromagnétique En effet, pour un champ d'amplitude R( par exemple en k V/m), le blindage est parcouru par un courant I qui est une fonction de R, de sorte ql'une tension V = Z Tx I apparait à l'intérieur du blindage Une augmentation AR de l'amplitude de champ R entraînerait donc un accroissement AI du courant I et un accroisse- ment AV de la tension V et l'on pourrait écrire AR AI AV R I V Maintenant, si R est maintenu constant, il en est de même de I et la tension-V prend la valeur V = ZT x I. Si on augmente l'impédance de transfert ZT de la quantité AZT, la tension V augmente de AV AZT x I. Par suite,le rapport AZT est égal à AV La varia- ZT V tion d'impédance de transfert est donc équivalente à une variation de champ électromagnétique et la marge de bon fonctionnement, qui devrait être mesurée par A Rt peut donc être représentée par AV R V Selon le mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, le champ électromagnétique est maintenu constant à la- valeur R et on intercale des éléments d'impédance de transfert ZT 1, ZT 2, ZT 3, Z Tnl, Z Tn, Z Tn+lcroissante. Les éléments d'impédance ZT 1, ZT 2, Z Tn n'apportent pas de perturbation au fonctionnement de l'équipement En revanche, lorsque l'élément d'impédance Z Tn+l est en place, ce fonctionnement est perturbé Par ailleurs, en l'absence de ces éléments coaxiaux, la liaison dans laquelle ceux-ci sont intercalés présente sa propre impédance de transfert Z To, avec Z To R V est égal à àR = Z Tn Z To x R Z To Il en résulte que le seuil de bon fonctionnement est R + AR = R1 l +o ZO soit Z Tn 1 R +AR =R Z To Si l'on désire connaître V, AV et V + AV, il suffit de mesurer les courants I et I + AI parcourant respective- ment le blindage de la liaison et ceux -de la liaison et de l'élément coaxial, au moyen d'un dispositif à tore ou analogue. Un élément coaxial-pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comporte une enveloppe tubulaire for- mant blindage et entourant les conducteurs destinés à assurer les liaisons électriques, ainsi que des connec- teurs auxquels sont reliés ces conducteurs, lesdits connecteurs étant pourvus de moyens de connexion tels que bagues ou écrous filetés, isolés desdits conduc- teurs, mais en contact électrique avec ladite enveloppe tubulaire. Ladite enveloppe tubulaire neut par exeaple être constituée par tronçon de tube d'une matière résistante et conductrice, d'un enroulement hélico Iwdal d'un fil, d'une gaine métal- lique tressée, etc Pour la mise en oeuvre du procédé préféré selon l'inven- tion, on dispose d'un jeu comportant unepluralité de tels éléments, étalonnés selon leur impédance de transfert. Un tel étalonnage peut être obtenu en soumettant les éléments à un champ électromagnétique connu et en mesu- rant le courant parcourant leur enveloppe. On voit ainsi que la présente invention permet d'esti- mer une marge de bon fonctionnement ou de déterminer le 1 point faible d'une chaîne d'équipements, lorsque tous ces équipements dialoguent entre eux Elle intervient donc au niveau final d'une intégration en permettant par injection locale d'un courant externe ou par rayonne- ment sur tout l'ensemble de qualifier une chaîne complète, d'en déceler les points faibles et de situer le seuil d'apparition des premières défaillances. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 donne à titre d'exemple non limitatif le schéma synoptique d'un équipement électronique. La figure 2 illustre la mise en oeuvre du procédé selon l'invention à l'équipement montré par la figure 1. La figure 3 est une vue en élévation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. Sur la figure 1, on a représenté un exemple arbitraire d'équipement électronique comportant un dispositif principal 1 et trois dispositifs périphériques 2,3 et 4. Les dispositifs périphériques 2,3 et 4 sont reliés au dispositif principal 1 par l'intermédiaire de câbles d'interconnexion 5,6 et 7 A cet effet, les dispositifs 1 à 4 sont respectivement pourvus de connecteurs 15 y 16, 171 25, 36 et 47 t respectivement prévus pour coopérer avec les connecteurs complémentaires 51 ' 61, 71 2 ' 63 et 74 des câbles -5, 6, et 7 Sur les figures 1 et 2,- chacun des connecteurs-porte la référence du dispositif 1 à 4 ou du câble 5 à 7 duquel il est-solidaire,affec- 1 tée d'un indice correspondant à la référence du disposi- tif 1 à 4 ou du câble 5 à 7 auquel il est destiné à être relié. Ainsi, les dispositifs 1 à 4 sont interconnectés et dialoguent entre eux Leurs conceptions, ainsi que les - liaisons effectuées par les câbles 5,6 et 7, sont telles que l'ensemble 1 à 7 est susceptible de fonctionner normalement, lorsqu'il est soumis au champ d'un rayonne- ment électromagnétique normalisé R (par exemple exprimé en k V/m et simulant une explosion nucléaire). Le problème que l'on résout grâce à l'invention est de déterminer le seuil de bon fonctionnement, c'est-à-dire, si l'on pouvait augmenter la puissance rayonnée à laquelle est soumis l'ensemble 1 à 7, déterminer le champ R + AR à partir duquel les premières défaillan- ces de fonctionnement apparaissent. Comme il n'est guère possible techniquement de faire varier et d'augmenter le champ R auquel on peut sou- mettre l'ensemble 1 à 7, on met en oeuvre le procédé de l'invention, illustré par la figure 2. Selon ce procédé de l'invention, on intercale dans au moins certaines des liaisons entre le dispositif 1 et les dispositifs 2,3 et 4, des éléments d'injection 8, 9 et 10 présentant chacun une impédance de transfert connue et permettant la continuité des liaisons de fonctionnement normal entre ces dispositifs. On possède une pluralité d'éléments 8,9 et 10 (portant la référence générale 20 sur les figures 3 et 4) étalon- nés en impédance de transfert. Ainsi, on dispose l'ensemble 1 à 4 dans une enceinte-ou ll 1 espace 11 à l'intérieur de laquelle ou duquel on peut engendrer le champ électromagnétique R On met en place les éléments 8, 9 et 10 A cet effet, ceux-ci sont pourvus de connecteurs 81, 91, 101, susceptibles de coopérer avec les connecteurs 12, 16, et 17, et de connecteurs 85, 96 et 107, susceptibles de coopérer avec les connecteurs 51, 61 et 71 On soumet alors l'ensem- ble 1 à 10 au champ R et grâce à des liaisons 12 à 15 et à un dispositif de contrôle 16 (non représenté et extérieur à l'enceinte 11), on vérifie le fonctionnement de l'ensemble 1 à 10 A des fins de simplification, on suppose que l'impédance de transfert des éléments 8,9 et est la même et égale à ZT 1 pendant le premier essai. Si le dispositif de contrôle 16 indique que, dans ces conditions, le fonctionnement du dispositif 1 à 7 est correct, on remplace les éléments 8, 9 et 10 par d'autres, présentant une impédance de transfert égale à ZT 2, avec ZT 2 > ZT 1 Et ainsi de suite, jusqu'à ce que le dispositif de contrôle 16 indique la première défaillance de l'équipement 1 à 7. On a donné ci-dessus les calculs permettant de déterminer le seuil de bon fonctionnement. La structure d'un mode de réalisation 20 des éléments 8, 9 et 10 est illustrée par les figures 3 et 4 Ces éléments étant insérés dans les liaisons normales entre le dispositif principal 1 et les dispositifs périphé- riques 2, 3 et 4, il est indispensable que les connec- teurs 81, 91 et 101 soient semblables respectivement aux connecteurs 51, 61 et 71, tandis qu'il faut que les connecteurs 85 96 et 107 soient semblables respective- ment aux connecteurs 15,16 et 17 Dans le mode de réalisation 20, les connecteurs 81, 91 et I O i sont représentés par une embase multibroches 26, tandis que les connecteurs 85, 96 et 107 sont figurés par une prise mobile 27 Par ailleurs; l'élément 20 doit assurer la transmission de l'information entre chaque broche du connecteur ( 15, 16 ou 17) l'équipement 1 et chaque bro- che du connecteur ( 51, 61 ou 71) du câble 5, 6 ou 7 Il en résulte qu'il existe un-câblage fil à fil entre les connecteurs 26 et 27, grâce à une pluralité de conduc- teurs 28. L'élément 20 comporte une partie centrale creuse 21, à l'intérieur-de laquelle passent les conducteurs 28,et dont les caractéristiques électriques et physiques (conductivité, impédance de transfert, dimensions etc) sont choisies en fonction des caractéristiques de l'équipement 1,2,3 et 4. Les connecteurs 26 et 27 sont reliés à la partie centrale creuse 21 par deux pièces métalliques d'adaptation 22 et 23, respectivement, assurant le contact électrique. La fixation des pièces d'adaptation 22 et 23 sur la partie centrale 21 s'effectue grâce à des moyens de serrage 24 et 25 respectivement Cette fixation pourrait égale- ment être obtenue par soudure De même, la fixation des connecteurs 26 et 27 sur les pièces d'adaptation 22 et 23 peut être réalisée par soudure, ou éventuellement par vissage. Les caractéristiques électriques souhaitées pour chaque élément 20 sont obtenues en choisissant de façon adé- quate la partie centrale 21 Celle-ci peut êtres entre autres a) un tube résis 6 ant, par exemple à base de carbone, ne présentant pas de self-inductance Grâce à la conduc- tivité assez-moyenne du -carbone, il est:aisé d'obtenir 1 des valeurs de résistance relativement élevées (de 12 à 5000 S) en conservant à l'élément 20 des dimensions raisonnables De plus, dans ce cas, l'impé- dance étant purement résistive, la détermination de la tension induite V à l'intérieur de la résistance tubu- laire s'effectue simplement en appliquant la loi d'ohm généralisée V = ZT x I, I étant le courant parcourant exté- rieurement la résistance tubulaire sous l'action du champ R. b) un tube métallique, par exemple en cuivre, pourvu d'une pluralité de trous le long des génératrices du tube Les diamètres et/ou le nombre des trous permettent d'ajuster l'impédance de transfert, par exemple de 10 à 1 O Om S. c) un bobinage hélicoïdal d'un fil résistant Un tel bobinage permet de couvrir aisément une gamme d'impé- dances comprise entre 100 m Q et 10 Cette impédance peut ne pas être constante en fréquence, la détermi- nation de la tension induite V nécessitant alors des calculs mathématiques, à base de transformation de Fourier, par exemple. d) une gaine métallique tressée, en cuivre étamé par exemple Dans ce cas, les lacunes de recouvrement des différents fuseaux et des différentes nappes ont également pour conséquence que l'impédance de transfert n'est pas constante en fonction de la fréquence Grâce -à une telle gaine, on peut obtenir une gamme d'impé- dances comprise entre 1 mfl et 15. 1 Notamment lorsque l'impédance de la partie centrale 21 est purement résistive, il est aisé de la mesurer et donc d'étalonner l'élément 20 correspondant Pour cela, comme illustré sur la figure 4, il suffit, lorsque l'élément 20 est soumis à un champ R (par exemple dans l'enceinte 11) de mesurer i)le courant I circulant dans la partie centrale 21 au moyen d'un appareil de mesure ampèremétrique comportant un tore 29 entourant cette partie centrale et un ampèremètre 30 et ii) la tension V entre un conducteur 28 et la masse (au moyen d'un voltmètre non représenté) L'impédance ZT s'obtient v alors en faisant le rapport V Cette impédance ZT étant maintenant connue, il est facile de connaître (lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention illustré par la figure 2), la tension V induite à l'intérieur de la partie centrale 21 Il suffit de mesurer le courant I au moyen de l'appareil 29,30. De la mesure de I et de la valeur de ZT, on déduit la tension V, par la relation V = ZT x I. REVENDICATIONS 1 1 Procédé pour déterminer le seuil de résistance d'un équipement électrique ou électronique à une agression extérieure électromagnétique par simulation de cette agression,ledit équipement comportant au moins deux unités ( 1 à 4) reliées entre elles par une liaison ( 5 à 7) comportant des conducteurs entourés par un blindage,caractérisé en ce que l'on intercale dans ladite liaison ( 5 à 7) au moins un élément d'injection ( 8 à 10) présentant une impédance de transfert connue et comportant une enveloppe extérieure ( 21), des conducteurs intérieurs ( 28) et des connecteurs d'extrémité ( 26,27), de sorte queledit élément d'injec- tion assure la continuité des liaisons électriques normales entre lesdites unités et que son enveloppe extérieure soit électriquement reliée au blindage de ladite liaison, en ce que l'on soumet ledit équipement pourvu de son élément d'injection-à l'action d'un champ électromagnétique de test, en ce qu'on intervient sur ledit élément et/ou sur ledit champ pour perturber le fonctionnement dudit équipement et en ce qu'on détermine ledit seuil à partir de l'impédance de trans- fert dudit élément d'injection ( 8 à 10) lorsque survient la première perturbation du fonctionnement de l'équipement ( 1 à 4). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on intercale un élément d'injection d'impédance dc transfert connue dans la liaison et on fait varier le champ électromagnétique extérieur. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on intercale successivement des éléments d'injec- tion d'impédance de transfert croissante et simulta- nément on fait varier le champ électromagnétique. 1 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on maintient constante l'amplitude du champ élec- tromagnétique de test et on intercale successivement dans ladite liaison des éléments d'injection d'impédance de transfert croissante, l'impédance de transfert d'au moins le premier élément mis en place étant choisie & priori telle que la tension engendrée à l'intérieur de l'enveloppe par le champ électromagnétique de test soit sans action sur le fonctionnement de l'équipement, on note l'impédance de transfert du dernier élément d'injection pour lequel le fonctionnement de l'équipe- ment n'est pas perturbé et/ou l'impédance de transfert du premier élément d'injection pour lequel le fonctionne- ment de l'équipement devient perturbé, et, à partir de l'impédance de transfert de l'un de ces éléments, on détermine ledit seuil. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé spéci- fié sous l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe conduc- trice entourant les conducteurs destinés à assurer les liaisons électriques, ainsi que des connecteurs auxquels sont reliés des conducteurs, lesdits connec- teurs étant pourvus de moyens de connexion isolés desdits conducteurs, mais en contact électrique avec la Atte enveloppe. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que son enveloppe est constituée d'un tronçon de tube électriquement conducteur. 7 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que son enveloppe est constituée par enroulement et/ou tressage de fils 1 8 Ensemble de dispositifs pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pluralité de dispositifs des revendications 5 à 6 présentant des impédances de transfert différentes étalonnées.