Brevet FR2531782A1 — publié le 19840217

-1- La présente invention concerne un procédé et un dispositif de mesure statistique des perturbations transitoires apparaissant sur une ligne électrique portée à un niveau de référence. Par "perturbation électrique " on entendra tout signal indésirable apparaissant sur une ligne de transport électrique de puissance ou d'information, ou en un point donné d'un circuit électrique Ces signaux ont une origine électromagnétique, et sont véhiculés ou induits sur les différentes connexions ou sur les réseaux alternatifs ou continus reliés à un matériel sensible. Ces perturbations ont en particulier un effet néfaste sur les systèmes informatiques de traitement des données en milieu industriel, ou sur les automates gérés par ordinateur: outre une altération, ponctuelle ou permanente, du fonctionnement de ces dispositifs, les perturbations électriques peuvent entraîner, notam- ment lorsqu'elles sont de forte amplitude, une destruc- tion des circuits sensibles en entrée des systèmes. Il donc nécessaire de connaitre l'amplitude maximale que peuvent atteindre ces perturbations, c'est- à-dire la valeur crête (en courant ou en tension) du signal parasite Cette amplitude maximale ne peut cepen- dant pas être déterminée a priori, les perturbations, qu'elles soient aléatoires ou récurrentes, ayant géné- ralement une source inconnue ou non encore localisée. L'un des buts de l'invention est donc de permettre une étude statistique de ces perturbations, en relevant le nombre de perturbations de niveau défini apparues, quelle que soit leur forme (sinusoïdale ou impulsive) et leur polarité. 2- L'analyse des perturbations doit pouvoir s'effectuer sur une période très longue, pour permettre l'enregistrement des perturbations d'occurence très faible (parfois moins d'une fois par mois), qui sont celles d'amplitude maximale la plus élevée et donc celles qui présentent le plus de risques pour les circuits. Un autre paramètre qu'il est intéressant d'analyser également est la fréquence de répétition des perturbations: pour les ensembles radioélectriques, cette fréquence peut être caractéristique d'un niveau de gêne selon les réglementations concernant les parasites radioélectriques Pour les systèmes analogiques à forte constante de temps, une fréquence de répétition trop élevée peut entraîner un phénomène d-'accumulation. Enfin, pour les systèmes logiques, elle augmente les risques de défaut par arrivée en phase d':ne;perturbation et d'un signal de commande. En permettant d'appréhender les différents paramètres, l'invention permet d'intervenir efficacement par blindage du système sensible ou des sources de per- turbations (qu'il est possible de localiser plus faci- lement) ou par modification du cheminement de la ligne de raccordement L'incidence de ces différentes modifi- cations,jusqu'à présent effectuéesassez empiriquement, pourra être connue avec précision grâce au procédé d'analyse de l'invention. A cette fin, l'invention consiste à: détermi- ner, au cours d'une période d'échantillonnage de durée prédéterminée, la perturbation ayant en valeur absolue l'amplitude maximale la plus élevée; déterminer, parmi une série de classes successives de valeurs d'amplitudes maximales, la classe correspondant à l'amplitude maximale déterminée au cours de la période d'échantillonnage incrémenter, au cours d'une période d'acquisition -3- consécutive à la période d'échantillonnage, un compteur numérique correspondant à la classe de valeur ainsi déterminée. De préférence, au cours de la période d'échan- tillonnage, on ne retient que lès impulsions dépassant le niveau de référence pendant une durée supérieure à une valeur prédéterminée, c'està-dire que l'on ne prend en compte que les impulsions ayant une durée suffisamment longue, correspondant donc à une limitation vers le haut de la bande passante de l'appareill De préférence également, on ne retient au cours de cette période d'échantillonnage que les impulsions dont le rapport de l'amplitude par rapport au niveau de réfé- rence est supérieur à une valeur prédéterminée, ce qui permet de ne prendre en compte que les perturbations réellement significatives comptetenu du niveau de référence. L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé comporte une échelle de comparateurs, chacun apte à émettre un signal de détection lorsqu'une perturbation transitoire apparalt sur une ligne électrique, avec une amplitude d'un niveau donné, propre au comparateur et compris entre deux limites inférieure et supérieure, associés à chaque comparateur, des moyens de mémorisa- tion, aptes à conserver, pendant la durée d'une période d'échantillonnage donnée, le signal de détection cor, respondant, une série de compteurs, aptes à être incrémentés de manière cumulative, sélectivement par les comparateurs, des moyens d'adressage de ces compteurs, aptes à déli- vrer une autorisation d'incrémentation du compteur par le comparateur ayant émis le signal de détection correspondant au niveau le plus élevé rencontré au cours de la période d'échantillonnage, -4- des moyens de commande temporelle aptes à définir la période d'échantillonnage et, à la fin de celle-ci, à incrémenter d'un pas le compteur adressé par les moyens d'adressage et à remettre à zéro l'ensemble des moyens de mémorisation. De préférence, ce dispositif comporte en outre des moyens, coopérant avec les moyens de commande tempo- relle, pour faire varier la durée de la période d'échan- tillonnage Une analyse des perturbations dans le domaine temporel devient ainsi possible. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appara 1 tront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un diagramme montrant un exemple de perturbation rencontrée, pour illustrer le procédé de l'invention, la figure 2 est un schéma-bloc de l'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Sur la figure 1, il a été représenté, en fonction du temps t, les variations d'un signal de référence Và tension ou courant par exemple, autour d'un niveau de référence NR, qui peut être nul ou sensiblement constant tout au long de la période d'échantillonnage considérée. Idèalement, le signal V devrait avoir une allure recti- ligne 10, mais en réalité il est affecté de perturbations transitoires qui lui donnent l'allure de la courbe 20. C'est l'amplitude maximale de ces perturbations, indif- féremment au-dessus ou au-dessous du niveau de référence, que cherche à étudier le procédé selon l'invention. Dans ce but, on considère une période d'échan- tillonnage Te, suivie d'une brève période d'acquisition T a La durée de la période d'échantillonnage est par exemple choisie entre 100 gs et 200 ms; la durée de la période d'acquisition (qui doit être la plus faible - possible par rapport à celle de la période d'échantil- lonnage, car aucune perturbation n'est prise en compte pendant cette période d'acquisition) est par exemple de l'ordre de 5 à 20 gs. Au cours de la période Te 1 on ne retient que la perturbation ayant, en valeur absolue par rapport au niveau de référence, la valeur de crête la plus élevée: sur l'exemple de la figure 1, ce sera la perturbation référencée 21 pour la première période d'échantillonnage, et celle référencée 22 pour la seconde période d'échantillonnage représentée. Ayant déterminé cette perturbation, on incré- mente, au cours de la période d'acquisition Ta, un compteur numérique correspondant, parmi plusieurs inter- valles successifs de tension, à celui correspondant à la perturbation retenue. On peut par exemple choisir une série d'inter- valles de tension de: 10 à 30 m V, 30 à 100 m V, 100 à 300 m V, 300 m V à 1 V, 1 à 3 V, 3 à 10 V et plus de 10 V. Cette série d'intervalles (donnée uniquement à titre d'exemple) permet donc d'effectuer une partition de la gamme de mesure de l'appareil en sept classes dif- férentes, qui permettront une analyse très fine de la fréquence de récurrence des perturbations en fonction de leur amplitude. Dans cet exemple et en référence à la figure 1, si la perturbation 21 a une amplitude de + 4 V, on incrémentera d'une unité le compteur correspondant à la gamme 3 à 10 V au cours de la première période d'acquisition T a Par contre, au cours de la seconde période d'acquisition, si la perturbation 22 a une amplitude de 2 V, ce sera le compteur correspondant à la gamme 1 à 3 V que l'on incrémentera. 2 531782 -6- De préférence, on ne retiendra que les impul- sions dépassant le niveau de référence pendant une durée supérieure à une valeur prédéterminée: on peut ainsi éliminer les impulsions très brèves, par exemple de largeur inférieure à 20 ns, ce qui correspond en pratique à une limitation de la bande passante supérieure de l'appareil. De préférence également, on peut ne retenir que les impulsions dont le rapport de l'amplitude au niveau de référence est supérieur à une valeur pré- déterminée (par exemple supérieur ou égal à 6 d B). La figure 2 montre schématiquement l'organi- sation de l'appareil de mesure pour la mise en oeuvre de ce procédé: le signal affecté de perturbations est appliqué à la borne E d'un étage d'entrée 100 Cet étage attaque une série de comparateurs 210, 220, 270, correspondant aux différents intervalles de tension à étudier. Par l'intermédiaire de portes 310, 320, 370, ces-comparateurs attaquent euxmêmes des compteurs 410, 420, 470 De préférence, ces compteurs sont en nombre identique aux comparateurs, chaque comparateur ayant un compteur associé. Un circuit 500 permet la lecture et l'affichage du contenu de ces compteurs; une prise 600 permet la liaison à un enregistreur extérieur à l'appareil. Un circuit de commande temporelle 700 assure la génération de signaux d'horloge et la synchronisation des différentes tâches. L'étage d'entrée 100 comprend un atténuateur à résistance-capacité, permettant de diviser par 10, par exemple, la sensibilité de l'appareil par l'action d'un commutateur de sélection 120 Un premier étage 130 de gain unité assure l'adaptation à basse impédance de l'entrée E, qui doit être à haute impédance (par exemple pour permettre l'utilisation d'une sonde d'oscilloscope). -7- L'étage 130 est suivi d'un étage 140 de compensation des dérives, notamment des dérives en température: cet étage impose à sa sortie 51 de se maintenir à un niveau moyen de tension nul (ce qui n'empoche pas la transmission des perturbations, qui sont par définition transitoires), afin de conserver le maintien d'une bonne précision des niveaux de détection les plus faibles. La sortie S de cet étage 140 constitue une première sortie, qui permet par exemple d'attaquer direc- tement les comparateurs de détection des niveaux les plus forts I(comparateurs 250, 260 et 270 correspondant à des niveaux supérieurs à 1 V). Pour attaquer les comparateurs correspondant aux niveaux les plus faibles (comparateurs 210, 220, 230 et 240, pour des niveaux compris entre 10 m V et Vy), on dispose d'un second amplificateur 150, par exemple avec un gain de l'ordre de 50, définissant donc une seconde sortie S Tous les comparateurs ont une structure identi- que: ils sont constitués d'un comparateur 211 à seuil bas et d'un comparateur 212 à seuil haut; les sorties de ces comparateurs sont reliées à une porte ET com- mandant en sortie une bascule 214 auto-verrouillable. Cette bascule permet de conserver en mémoire, pendant toute la durée de la période d'échantillonnage le signal de détection d'une perturbation de niveau correspondant. La bascule 214 est remise à zéro à la fin de la période d'échantillonnage par le circuit de commande temporelle 700. La sélection du niveau le plus fort rencontré se fait au moyen d'une série de portes OU EXCLUSIF 310 à 370, reliées de telle sorte que une seule des sorties des portes OU EXCLUSIF est à 1 parmi les sept sorties (o toutes sont à zéro). 8- Les sorties de ces portes attaquent des compteurs 411 dont un seul (ou aucun) sera incrémenté, à la fin de la période d'échantillonnage, par le circuit de commande temporelle 700, la présence d'un signal en sortie d'une des portes OU EXCLUSIF constituant un signal d'autorisation d'incrémentation du compteur associé Il est également prévu, en sortie de chacune des portes OU EXCLUSIF, un bistable 412 gardant en mémoire l'état des portes au cours de la période d'échan- tillonnage précédente Ces bascules sont remises à zéro à la fin de la période d'échantillonnage suivante. On obtient ainsi un décalage dans le temps, d'une durée sensiblement égale à une période d'échantillonnage, des informations recueillées par le dispositif, et qui peuvent être prises en compte par un enregistreur relié à la prise 600 (il est en effet fort probable qu'un enregistreur de type classique ne soit pas en mesure de prendre en compte l'information pendant la durée très brève de la période d'acquisition, de l'ordre de quelques microsecondes). Le circuit 500 comporte un circuit 501 permet- tant de lire l'état d'un des compteurs sélectionné par le commutateur 502 et d'afficher la valeur ainsi obtenue au moyen d'un afficheur 503. De préférence, on peut modifier la durée de la période d'échantillonnage, au moyen d'un potentio- mètre 701 du circuit 700 de commande temporelle On peut par exemple faire varier de façon continue cette durée entre 100 Us et 200 ms. 9- REVENDICATIONS 1 Procédé de mesure statistique des perturba- tions transitoires apparaissant sur une ligne électrique portée à un niveau de référence, caractérisé en ce qu'il consiste, de manière répétitive, à: déterminer, au cours d'une période d'échantillonnage de durée prédéterminée, la perturbation ayanten valeur absolue autour du niveau de référence, l'amplitude maximale la plus élevée, déterminer, parmi une série de classes de valeurs d'amplitudes maximales, la classe correspondant à l'amplitude maximale déterminée au cours de la période d'échantillonnage, incrémenter, au cours d'une période d'acquisition consécutive à la période d'échantillonnage, un compteur numérique correspondant à la classe de valeursainsi déterminée. 2 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que, au cours de la période d'échantillon- nage, on ne retient que les impulsions dépassant le niveau de référence pendant une durée supérieure à une valeur prédéterminée. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, au cours de la période d'échantillonnage, on ne retient que les impulsions dont le rapport de l'amplitude au niveau de référence est supérieur à une valeur prédéterminée. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la période d'échantillon- nage est choisie entre 100 As et 200 ms. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la période d'acquisition est comprise entre 5 et 20 gs -10- 6 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caracté- risé en ce qu'il comporte: une échelle de comparateurs ( 210 270), chacun apte à émettre un signal de détection lorsqu'une perturba- tion transitoire apparaît sur une ligne électrique, avec une amplitude d'un niveau donné, propre au com- parateur et compris entre deux limites inférieure et supérieure, associés à chaque comparateur, des moyens de mémori- sation ( 214), aptes à conserver, pendant la durée d'une période d'échantillonnage donnée, le signal de détec- tion correspondant, une série de compteurs ( 410 470), aptes à être incrémentés de manière cumulative, sélectivement par les comparateurs, des moyens ( 310 370) d'adressage de ces compteurs, aptes à délivrer une autorisation d'incrémentation du compteur par le comparateur ayant émis le signal de détection correspondant au niveau le plus élevé rencon- tré au cours de la période d'échantillonnage, des moyens ( 700) de commande temporelle, aptes à défi- nir la période d'échantillonnage et, à la fin de celle-ci, à incrémenter d'un pas le compteur adressé par les moyens d'adressage et à remettre à zéro l'ensemble des moyens de mémorisation. 7 Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre des moyens subsi- diaires ( 412) de mémorisation aptes à conserver, pendant la durée de la période d'échantillonnage, l'adresse du compteur déterminée à la fin de la période d'échantil- lonnage précédente. 8 Dispositif selon l'une des revendications 6 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens ( 701), coopérant avec les moyens de commande -11- temporelle, pour faire varier la durée de la période d'échantillonnage. 9 Dispositif selon luune dés revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu Oil comporte en outre des moyens compensateurs ( 140), aptes à maintenir à un niveau moyen nul le signal appliqué à l'échelle de comparateurs.