Brevet FR2574928A1 — publié le 19860620

Le domaine technique de la présente invention est celui des enregistreurs numériques statiques capables d'enregistrer des paramètres analogiques destinés à fonc- tionner dans des conditions d'enregistrement sévères (accélérations intenses, vibrations, températures extrêmes, haute altitude ou hyperbarie). Dans ce domaine on connait déjà des enregis- treurs magnétiques d'accidents sur aéronefs, dits "détecteurs de crash", et o les informations sont analogi- ques pour certains avions, et numérisées pour d'autres. L'inconvénient de ces systèmes est de ne pouvoir enregistrer les paramètres au moment du crash proprement dit puisque l'enregistreur magnétique ne fonctionne plus dès l'instant o le crash est à l'origine de très fortes accélérations. De même en est-il des détecteurs de phénomènes électro-magnétiques qui font appel à un enregistreur entiè- rement numérique utilisant en particulier des mémoires sta- tiques. L'information y est prétraitée par plusieurs micro-processeurs. Ce genre de système n'est pas développé en tant qu'enregistreur de crash. Il n'est pas conçu pour fonctionner en ambiance dynamique de choc ou d'impact. Seule décrit la revue américaine "Safe" (Vol. 14 n 1, p. 13 à 20, année 84) un enregistreur se rapprochant de celui qui est décrit ici. Ce système est destiné à être monté sur un mannequin anthropomorphique utilisé pour les essais d'éjection de siège. Il permet d'enregistrer de nom- breux paramètres (16, 48 ou 64) mais fait appel à un ou plusieurs multiplexeurs à 16 entrées. La cadence d'échantillonnage est au maximum de 2 000 HZ, et le système a pour inconvénient de ne pas prévoir de mesure simultanée de plusieurs paramètres. Enfin l'enregistrement ne se fait pas de manière automatique puisqu'il nécessite la présence d'un signal électrique externe. De plus ce système ne pré- voit pas d'enregistrement complet de la situation des para- mètres à la fois avant, c'est-à-dire en situation complètement normale, pendant et après le crash. En effet, il est mis en fonctionnement de manière externe à un moment arbitrairement choisi quand les paramètres commencent à va- rier de façon anormale ou pratiquement au moment de l'éjection. Un des buts de la présente invention est de réa- liser un enregistreur capable d'intervenir à un moment in- déterminé tout en enregistrant la variation des paramètres avant, pendant et après ce moment indéterminé, ceci sur des durées d'enregistrement connues et constantes. Un autre des buts de la présente invention est de réaliser un enregistreur complètement autonome et de mise en route automatique. Un autre but de l'enregistrement est de réaliser un enregistreur capable d'enregistrer les variations de plusieurs paramètres simultanément et en synchronisation. Un autre but de l'invention est de réaliser un système d'enregistrement d'une grande vitesse d'acquisition (de 3,3 KHZ) des composantes, et d'une durée d'enregistre- ment performante (par exemple de l'ordre de 7 secondes pour trois paramètres de trois composantes chacun). Enfin un autre but-de l'invention et de réaliser un système d'enregistrement fonctionnant en ambiance dyna- mique sévère. Pour ce faire l'invention a pour objet un procédé d'enregistrement de la variation au cours du temps de n pa- ramètres analogiques sur mémoire-statique, caractérisé en ce que successivement, on: -utilise une première partie A de la mémoire to- tale pour l'enregistrement de ces n paramètres, - détecte un signal d'interruption de l'enregistrement de la partie A, - sauvegarde dans une partie mémoire B des infor- mations concernant l'état de l'enregistrement au moment du signal d'interruption, - reprend l'enregistrement des n paramètres dans la partie restante, C, de la mémoire. - 3 - Selon une autre caractéristique de l'invention, cette première portion mémoire A est bouclée de telle ma- nière que dès son extrémité atteinte, le remplissage se fait à son début. Ainsi quel que soit le moment o survient l'interruption signalant le crash, on conserve un enregis- trement d'une longueur constante et connue des variations des paramètres avant le crash, dans cette partie mémoire A, et un enregistrement d'une longueur constante et connue des variations des paramètres pendant et après le crash, dans cette partie mémoire C. Cette caractéristique de l'enregistrement permet lors de la lecture puis de l'interprétation de ces résul- tats de déterminer de manière précise et rationnelle les circonstances et causes de l'accident. Selon un mode de réalisation préférentiel du pro- cédé, le signal d'interruption peut se faire de manière au- tomatique dès lors que certaines composantes de certains paramètres atteignent des valeurs supérieures à des valeurs seuils, ou peut être un signal provoqué à l'extérieur du système d'enregistrement. Préférentiellement, les informations sauvegardées dans la partie mémoire B peuvent être l'adresse du point mémoire quitté, soit Ad, dans la partie A au moment de l'interruption et/ou la nature des enregistrements effec- tués au moment de l'interruption. Préférentiellement la lecture de l'enregistrement peut commencer par la lecture de la partie mémoire B, afin de retrouver l'adresse mémoire Ad quittée lors de la dé- tection du signal d'interruption pour alors démarrer la lecture de la partie mémoire A en Ad + 1, jusqu'à la fin de cette partie mémoire A, puis lire du début de la partie mé- moire A, jusqu'à Ad et enfin lire la partie C. Afin de mettre en oeuvre ce procédé, le disposi- tif prévu par l'invention comprend-: - n multiplexeurs à m entrées, ces m entrées cor- -2574928 -4 - respondant à m composantes définissant chaque pa- ramètre, - n blocs mémoires, ainsi que leurs n circuits d'adressage, destinés à recevoir les informations des multiplexeurs, et contenant chacun les par- ties A, B et C définies plus haut, - une horloge commandant les circuits d'adressage des blocs mémoires et les multiplexeurs en syn- chronisation, ceci permettant à tout moment de l'enregistrement de décrire la position totale sur n paramètres de l'ensemble défini selon la composante alors mesurée. Préférentiellement le dispositif prévoit que tout adressage se fera sur front montant de l'horloge et que la détection du seuil ainsi que l'adressage et l'écriture de la partie mémoire B auront lieu ensemble et sur front des- cendant de l'horloge, ceci de manière à ne pas dépenser de période d'horloge pour cette opération. Dans un mode de réalisation pratique du disposi- tif, chacun des blocs mémoires sera défini sur i bits de données, et k bits d'adressage, i et k définis comme étant des nombres puissances de deux. La partie mémoire B contiendra: - un certain nombre de bits représentant une par- tie de l'adresse mémoire Ad, - un certain nombre de bits représentant une par- tie de l'identité de la composante enregistrée au moment du signal d'interruption, - un certain nombre de bits représentant l'identité du paramètre que le bloc mémoire re- présente. D'autres caractéristiques de l'invention ressor- tiront du complément de description qui va suivre dans le- quel l'invention est explicitée dans un mode de réalisation non limitatif en regard des figures annexées parmis les- quelles: - la figure 1 représente le contenu des blocs mé- - 5 - moires et les systèmes d'écriture (a, b, c, d) et de lecture (1, 2, 3, 4) de la mémoire, - - la figure 2 représente le synoptique d'un dis- positif préférentiel de mise en oeuvre du procédé. Dans un mode de réalisation pratique du disposi- tif, explicité ici dans le cas de mesure d'accélération sur 3 axes x, y, z de crash d'aéronef, celui-ci comprend trois chaînes de mémorisation, correspondant aux trois paramè- tres à enregistrer. Chacune de ces chalnes comprend: - un adaptateur d'impédance, de gain et de fré- quence pour chacune des 3 composantes (8), (9) et (10), - un multiplexeur à trois entrées (1), - un convertisseur analogique-numérique (2), - un module mémoire statique non volatile d'une capacité de 64 kilo-octets (11) , - un circuit d'adressage de cette mémoire (12), - un circuit d'écriture de la partie mémoire B (13), et de plus comprend: - une horloge (3), - un système d'interruption (5) comprenant un adaptateur commun (14) pour les compo- santes x, un adaptateur commun (15) pour les compo- santes z, deux comparateurs (16) et (17), À une porte ET (18), 30. deux circuits de simulation du seuil (19) et (20), un compteur (21). Les sorties des adaptateurs (8), (9) et (10) sont reliées au multiplexeur (1). Celui-ci est relié au convertis- seur (2) dont la sortie 8 bits est reliée au bus de données de la mémoire (11). - 6 - L'adressage de cette mémoire se fait par le circuit (12) relié à son bus d'adresse, et l'horloge (3) assure la synchronisation du circuit d'adressage et du multiplexeur sur front montant de préférence. Le système d'interruption consiste à comparer à l'aide de comparateurs (16) et (17) les valeurs prises par x et z via deux adaptateurs (14) et (15) à des valeurs seuils simulées par des alimentations (19) et (20), les deux comparateurs étant alors reliés à un compteur (21) via une porte ET (18), dont le rôle est de vérifier que les va- leurs x et z atteignent ou dépassent des valeurs seuils du- rant un certain temps. Si cette condition est réalisée, le signal d'interruption est délivré en sortie du compteur (21) vers le circuit d'adressage (12), provoquant un saut en partie mémoire B, et vers le circuit-d'écriture (13), celui-ci transférant alors entre deux échantillonnages ses données d'entrée sur le bus de données du circuit (11). La mémoire (11) acquiert ensuite dès le front montant de l'horloge, cycliquement comme précédemment les valeurs des composantes à partir du début de la partie mé- moire C, (7), et jusqu'au bout de la capacité mémoire. L'enregistreur tel que décrit ci-dessus est des- tiné à conserver en mémoire trois paramètres chacun défini par trois composantes x, y, z, via le multiplexeur (1) et le convertisseur analogique-digital (2). La durée de l'enregistrement correspont à 21 845 valeurs d'échantillonnage par composante, le codage est réalisé sur 8 bits et la fréquence d'échantillonnage donnée par le circuit d'horloge (3) est de 10 KHZ, chaque compo- sante étant donc échantillonnée à une fréquence f de 3,3 KHZ, chaque bloc contenant 64 kilo-octets. Dès mise sous tension, le module mémoire acquiert cycliquement des données présentes sur chaque entrée et les enregistre dans une boucle d'attente occupant les 4 096 premiers mots du bloc mémoire, soit le premier seizième du bloc mémoire, représentant la partie mémoire A, (4), déjà citée. - 7 - Cette boucle correspond à un enregistrement du phénomène d'une durée d'environ 0,4 seconde avant l'interruption. Chaque composante est échantillonnée toutes les 0,3 ms. Dès détection du signal d'interruption (5), l'horloge provoque l'adressage de chacun des mots mémoires d'adresse 4 096, o l'adresse du point Ad est stockée sur 12 bits. En effet c'est le nombre de bits nécessaire pour adresser 4 096 mots. Chacun des mots (6) d'adresse 4 096 de chaque bloc contient quatre de ces bits, plus deux bits de code de l'identité du bloc mémoire qu'elle représente, et deux bits de code d'identité de la composante mesurée au mo- ment de l'interruption. Ceci est rendu nécessaire par le fait que la longueur de la partie mémoire A n'étant pas di- visible par le nombre de composantes enregistré, chaque adresse mémoire représentera à chaque boucle successive la composante suivante de celle enregistrée lors du cycle précédent. Ainsi à AD + 1 est inscrit le même paramètre qu'à Ad, (22). La lecture de l'enregistrement consiste tout d'abord à relever le mot enregistré à l'adresse 4 096 de chaque bloc mémoire. On peut grâce à ce code d'identification du bloc mémoire recaler les bits d'adresse mémoire et retrouver l'adresse du top d'interruption Ad (22). On connalt par la même occasion la voie qui cor- respond à chaque mémoire et le paramètre enregistré à l'adresse Ad (22). La lecture de la mémoire commence à Ad + 1 et se poursuit jusqu'à l'adresse 4 095; ensuite retour à l'adresse 0 pour lire le contenu mémoire jusqu'à Ad (22), puis saut en 4 097, dans la partie C (7) de la mémoire pour lire jusqu'en 65 536, dernière adresse-de la mémoire. Si on ne veut lire que la variation d'une seule composante d'un paramètre on procèdera de la manière indi- quée précédemment en ne lisant qu'un mot mémoire sur trois - 8 et en sachant que les cases mémoires Ad et Ad + 1 contien- nent la même composante. La présente invention couvre non seulement les modes particuliers de réalisation décrits ci-dessus mais aussi ses équivalents. - Ainsi, il convient de noter que bien que le mo- de de réalisation pratique décrit ci-dessus concerne un processeur à 8 bits de données, l'invention telle que re- vendiquée et décrite de façon générale couvre également-le cas d'utilisation de processeurs à 16 ou 32 bits de données ou plus encore, si la technologie le permet. Le système ainsi développé peut être utilisé pour toute installation d'essai en vol ou à bord de véhicules terrestres subissant des chocs mécaniques ou thermiques im- portants. L'enregistreur est capable d'enregistrer des phé- nomènes brefs-avec une cadence d'acquisition rapide, et non seulement adaptable à toutes les situations de crash, ou d'éjection de mannequin mais à toutes conditions d'enregistrement sévères, et de manière entièrement auto- nome. Le système ainsi développé permet à partir de ces informations concernant la variation des paramètres avant, pendant et après le crash, enregistrées sur des durées cons- tantes et connues, d'interpréter ces résultats de manière à connaître éventuellement les causes de ce comportement du système et à y remédier ultérieurement. I1 s'agit d'un système pouvant enregistrer des paramètres avant, pendant, et après le crash d'un véhicule terrestre, maritime ou aérien, paramètres pouvant traduire des accélérations, des vitesses, des forces ou des pres- sions relevées en tout point du véhicule ou de l'un de ses occupants. Il s'agit d'un système d'un usage très général qui peut enregistrer tous les paramètres susceptibles d'être traduits par une tension. Ainsi ces données peuvent -9- aussi bien provenir de capteurs d'accélération, que de cap- teurs de pression, de température ou autres paramètres pro- venant d'appareils de mesure ou d'analyses de situations, telles que par exemple vitesse de rotation d'une machine, cadence d'acquisition, ou autres. Enfin, il s'agit d'un système d'enregistrement ca- pable d'intervenir à un moment indéterminé tout en conser- vant la variation des paramètres avant ce moment indéterminé durant quelques millisecondess puis pendant et après ce moment indéterminé durant quelques secondes. Il est donc parfaitement sujet à des applications d'équipement d'avions de ligne, de véhicules terrestres ou aériens de transport en commun, de transport de matières dangereuses, ou autres. - 10 - REVENDICATIONS 1 - Procédé d'enregistrement de la variation au cours du temps de n paramètres analogiques sur mémoire statique, ca- ractérisé en ce que successivement: - on utilise une première partie A, (4), de la mémoire totale pour l'enregistrement de ces n pa- ramètres, - on détecte un signal d'interruption de l'enregistrement de la partie A, (4), - on sauvegarde dans une partie mémoire B (6) des informations concernant l'état de l'enregistre- ment à l'instant du signal d'interruption, - on reprend l'enregistrement des n paramètres dans la partie restante, C, (7), de la mémoire. 2 - Procédé d'enregistrement selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le signal d'interruption est produit de manière automatique par simple comparaison d'au moins une valeur paramètre à une valeur seuil prédéterminée pendant une durée déterminée. 3 - Procédé d'enregistrement selon la revendication 1 ca- ractérisé en ce que le signal d'interruption (5) est pro- duit à l'aide d'un signal de commande externe. 4 - Procédé d'enregistrement selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le signal d'interruption est produit soit de manière automatique par simple comparaison des valeurs seuils prédéterminées pendant une durée déterminée, soit à l'aide d'un signal de commande externe. - Procédé- d'enregistrement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la première por- tion mémoire A est bouclée de telle manière que dès que son extrémité est atteinte, on l'adresse de nouveau à son début. 6 - Procédé de lecture de l'enregistrement suivant la re- vendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste successive- ment en: - une lecture de la partie mémoire B, (6), afin de localiser l'adresse, Ad, (22) quittée dans A, (4), au moment de l'interruption, - une lecture de la partie mémoire A, (4), à par- - 11 - tir de Ad, (22), non comprise, jusqu'à la partie mémoire B, (6), - un retour à l'adresse zéro et lecture de la partie mémoire A jusqu'à Ad, (22) , - un saut à l'adresse qui suit la fin de la par- tie mémoire B, (6), pour lire le contenu de la mémoire C, (7). 7 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chacun des n paramètres analogiques à mesurer est constitué de m composantes (x, y, z,...) représentant ses coordonnées dans un espace de dimension m, et chacun des n paramètres est envoyé dans un multiplexeur à m entrées, la sortie de chaque multiplexeur étant reliée à un bloc mé- moire de i bits de données, et de k bits d'adressage, cha- que bloc comportant une partie A, (4), une partie B, (6),et une partie C, (7), les multiplexeurs étant commandés en synchronisation par une horloge de fréquence f. 8 - Dispositif d'enregistrement selon la revendication 7 caractérisé en ce que le point mémoire B est adressé entre deux échantillonnages. 9 - Dispositif d'enregistrement selon la revendication 8, caractérisé en ce que chacune des n parties mémoires B, (6), contient: - une partie de l'adresse mémoire pointée par l'horloge au moment du signal d'interruption, - une partie de l'identité de la composante x, y, z, ou autre enregistrée-au moment du signal d'interruption, - l'identité du-bloc mémoire représenté. - Dispositif d'enregistrement selon la revendication 9 o les paramètres à mesurer sont au nombre de trois,chacun des paramètres comprenant trois composantes: x, y, z, ca- ractérisé en ce que le signal interne d'interruption est produit dès le dépassement simultané des valeurs seuils par deux des composantes pendant une durée déterminée, ceci - 12 - pour chacun des trois paramètres. 11 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que chaque bloc est défini par un nombre i de bits de données égal à 8. 12 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que chaque bloc est défini par un nombre i bits de don- nées égal à 16. 13 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que chaque bloc est défini par un nombre i de bits de données égal à 32. 14 - Dispositif d'enregistrement selon la revendication 11 caractérisé en ce que chaque bloc mémoire comprend un nom- bre k de bits d'adressage égal à 16, le bloc mémoire conte- nant 65 536 mots, la fréquence f d'échantillonnage délivrée par l'horloge étant de 3,3 khz. - Dispositif d'enregistrement selon la revendication 14, caractérisé en ce que la partie mémoire A, (4), de chaque bloc occupe le seizième de sa mémoire totale, la partie mé- moire B étant alors située à l'adresse 4 096 du bloc. 16 - Dispositif d'enregistrement selon la revendication 15 caractérise en ce que l'adresse Ad de chaque bloc est cons- titu&e de 12 bits, découpés en quatre bits de poids faible, quatre bits de poids moyen quatre bits de poids fort répartis quatre à quatre dans chacune des trois mémoires B, (6), correspondant aux trois paramètres. 17 - Dispositif d'enregistrement selon la revendication 16, caractérisé en ce que la partie B, (6), contient de plus deux autres bits codant l'identité du bloc mémoire consi- déré, et les deux bits restant codant la composante qui a été enregistrée dans le bloc mémoire considéré au moment de l'interruption. 18 - Dispositif d'enregistrement selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend trois chaines de mémorisa- 2574.928 - 13 - tion, o chaque composante x, y, z est reliée à un adapta- teur (8), (9) et (10), chacun des adaptateurs étant à tour de rôle sélectionné par un multiplexeur (1) relié à un con- vertisseur analogique digital (2), celui-ci écrivant alors dans la mémoire (11) le mot de 8 bits ainsi converti. 19 - Dispositif d'enregistrement selon la revendication 18 caractérisé en ce que le signal d'interruption est délivré par comparaison des composantes d'une chaîne de mémorisa- tion avec les seuils correspondants, deux des composantes étant respectivement reliées aux adaptateurs, (14) et (15), les sorties des adaptateurs étant reliées respectivement aux comparateurs (16) et (17), les comparant à une tension équivalente au seuil déterminé pour l'une et au seuil dé- terminé pour l'autre, tensions équivalentes respectivement fournies par des alimentations (19) et (20), les sorties des deux comparateurs (16) et (17) étant alors reliées à un compteur (21), via une porte ET (18), la sortie de celui-ci fournissant un signal d'interruption. - Dispositif d'enregistrement selon la revendication 19 caractérisé en ce que le signal d'interruption est délivré par comparaison simultanée des composantes de deux chaines de mémorisation avec des seuils correspondants. 21 - Dispositif d'enregistrement selon la revendication 20 caractérisé en ce que le signal d'interruption est délivré par comparaison simultanée des composantes de trois chalnes de mémorisation avec les seuils correspondants. 22 - Dispositif d'enregistrement selon l'une quelconque des revendications 19 à 21 caractérisé en ce que pour les trois chalnes de mémorisation, un circuit d'horloge (3) commande le multiplexeur (1) et un circuit d'adressage (12) de la mémoi- re (11). 23 - Dispositif d'enregistrement selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chacune des chalnes de mémorisation, un circuit d'écriture (13) de la mémoire 4096: - dont les entrées comprennent un signal de com- mande fourni par le signal d'interruption, quatre - 14 - signaux représentant quatre bits de l'adressage de la mémoire (16), deux signaux représentant deux bits de code de l'identité de la chatne mé- moire, deux signaux provenant du multiplexeur (1) représentant deux bits d'identité de la composan- te mesurée au moment de l'interruption, - et dont la sortie est reliée au bus de données de la mémoire (11). 24 - Dispositif d'enregistrement selon la revendication 23, caractérisé en ce que les quatre bits d'adresse de mémoire (11) du circuit (13) sont les quatre bits de poids le plus faible pour la première chaine de mémorisation, les quatre bits suivants de l'adressage pour la seconde chalne, et les quatre bits restants pour la troisième chalne de mémorisa- tion. - Dispositif d'enregistrement selon la revendication 24, caractérisé en ce qu'un signal d'interruption externe, 22, est relié à la sortie du compteur (21). 26 - Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 25 à l'enregistrement de paramètres avant, pendant et après le crash d'un véhicule, terrestre maritime ou aérien, caractérisée en ce que les paramètres à enregistrer traduisent des accélérations, des vitesses, des forces ou des pressions relevées en tout point du véhi- cule, ou de l'un de ses occupants.