Brevet FR2641860A1 — publié le 19900720

La présente invention concerne les appareils de contrô- le d'isolement et de continuité des circuits électriques de mise à feu de dispositifs pyrotechniques. Certains dispositifs pyrotechniques utilisent des mises à feu commandes par le passage d'un courant électrique qui apporte l'énergie nécessaire à l'initiation de la chaîne pyrotechnique. Cette énergie est dissipée dans une résistance de charge placée au contact d'une composition pyrotechnique initiatrice. I1 est important de vérifier périodiquement que les circuits électriques participant à la mise à feu sont en bon état et à cette fin de mesurer d'une part, la valeur de la résistance de charge et la continuité du circuit de mise à feu lorsqu'il est en position feu et, d'autre part, le bon isolement de cette résistance lorsque le circuit n'est pas dans a position feu de telle sorte que la mise à feu ne puisse s'effectuer sous l'influence de courants parasites. Les deux conditions ci-dessus sont la garantie du fonctionnement en sécurité du dispositif pyrotechnique. Ces contrôles sont effectués à l'aide d'ohmètres dits de sécurité en ce sens que la vérification de la continuité, la mesure de la résistance de charge (généralement très faible) et de l'isolement sont effectués par utilisation de courants de faible intensité générés par une source autonome (pile ou batterie). Les commutations nécessaires pour mesurer les différentes valeurs des résistances d'isolement, constater les continuités, et mesurer les résistances de charge sont réalisées manuellement et les valeurs mesurées sont luet et éventuellement notées par l'opé- rateur. Les commutations manuelles évitent l'emploi d'une source de courant auxiliaire préjudiciable à la sécurité pyrotechnique, mais nécessitent l'emploi d'une ligne de mesure longue, c 'est-à-dire allant du local où se trouve le dispositif à contrôler au local ou se trouve l'opérateur. Dans ces conditions, les caractéristiques de la ligne de. mesure sont instables et il peut arriver que la même mesure doive être faite plusieurs fois, ce qui accroît l'énergie dissipée dans les amorces et diminue leurs espérances de vie. De plus, les répétitions ainsi opérées pertubent l'opérateur et favorisent les oublis dans la réalisation de la séquence complète de mesure. L'invention vise à remédier aux inconvénients créés par l'empoi d'une ligne de mesure longue, en la remplaçant par une ligne de mesure courte, c'est-à-dire ayant juste la longueur nécessaire pour relier le capteur à la prise de test, tout en conservant les impératifs de sécurité : éloignement de l'opérateur et découplage électrique total de toute source autre que la batterie ou la pile habituelle. De plus par la suppression des aléas dus à l'emploi d'une ligne longue, l'enchatnement en séquence des mesures peut être automatisé, ce qui supprime les risques d'oubli et diminue la durée de chacune des mesures. De la sorte, tout en respectant les impératifs de sécurité, on augmente la durée de vie des amorces. Pour ce faire, l'invention a pour objet un contrôleur destiné à la mesure des impédances d'un circuit de mise à feu d'un dispositif electropyrotechnique, caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens capteurs de mesure associés à des moyens de conversion pour transmission à distance des résultats de chaque mesure, effectuée par le capteur branché par une ligne de mesure courte, sur le dispositif à contrôler, - des moyens de commande et traitement à distance des commutations nécessaires pour brancher chacune des impédances à mesurer sur les moyens capteurs et exploiter les résultats des mesures, - des liaisons de communication entre les moyens capteurs et les moyens de commande et traitement, assurées sur une partie au moins de leur longueur par des moyens optiques. C'est cette partie optique de la liaison qui permet d'assurer un découplage électrique total entre les moyens de commande et traitement et le capteur. Le capteur peut être composé de deux parties : - un capteur de continuité pour la mesure des impédances faibles (0-40-n- ), - un capteur d'isolement pour la mesure des impédances fortes (lMA -40MJL). Un sélecteur commandé à distance permet alors de passer de l'un à l'autre. L'impédance à mesurer est convertie en tension analogique par insertion dans un circuit où circule un courant faible de l'ordre de lmA pour les mesures de continuité et de 25 > iA pour les mesures d'isolement. Bien que physiquement distinctes, ces deux parties de capteur comportent une référence de tension commmune réalisée à partir de la tension d'alimentation par un pont diviseur de tension. La valeur de l'impédance est donnée par la variation d'une tension mesurée à partir de cette tension de référence, variation créée par le branchement en-série de l'impédance à mesurer dans un circuit qui sera décrit en détail plus loin. Cette variation analogique est ensuite convertie sous forme numérique par un convertisseur an al og iquejnunérique . Pour assurer une bonne sensibilité du capteur, la variation de tension, éventuellement amplifiée d'un facteur connu, est telle que la variation de l'impédance à l'intérieur de la gamme de mesure corresponde à la totalité des pas de mesure permis par le dispositif de conversion analogique employé. Ainsi à l'emploi d'un dispositif dans lequel 12 bits sont employés pour donner la valeur de la mesure, correspondra un pas tel que la gamme de mesure soit couverte par 212 pas soit 4096 pas. D'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparattront au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'ensemble du contrôleur selon l'invention, - la figure 2 est un schéma fonctionnel d'ensemble faisant ressortir les commandes de sélection du capteur d'une part, et de commutation des lignes de mesure d'autre part, - la figure 3 représente un exemple d'agencement des lignes de mesure sur un dispositif pyrotechnique particulier, - la figure 4 représente le détail du capteur de continuité, - la figure 5 représente le capteur d'isolement (2), - les figures 6 et 7 représentent le mode de codifica tionnumerique des messages d'informations, - la figure 8 représente le circuit de conversion para llèle série 12, des bits représentant la valeur des mesures. Sur la figure 1 on voit les capteurs de continuité 1 et d'isolement 2 qui génèrent une tension variant de façon univoque avec l'impédance à mesurer. Cette tension captée tout d'abord sous forme analogique par insertion de l'impédance dans un circuit au moyen des lignes (100-101) est convertie ensuite sous forme mutcriq; dans un convertisseur analogique/numérique parallèle, puis sous forme nuìerque série dans le convertisseur 3. La mesure est alors prête à être envoyée par l'émetteur 4, de liaison pour fibre optique. On peut noter que dans une autre forme de réalisation le convertisseur série 3 n'est pas nécessaire; il faut alors un émetteur parallèle et autant de fibres optiques que d'éléments binaires à transmettre. ta mesure transite par une fibre optique 5 vers un récepteur de fibre optique 93 puis vers un microprocesseur 95 par l'intermédiaire d'un interface 94. Le microprocesseur 95 est programmé de telle sorte qu'il commande la visualisation sur écran ou, dans le cas de la réalisation, sur une imprimante 96, du résultat de la mesure, l'impression de la mention "mauvais" si le résultat est hors de sa plage de tolérance, l'arrêt de la mesure et de l'alimentation si les conditions de sécurité ne sont pas remplies, le message "fin" si ce contrôle est terminé, ou le passage à la mesure suivante par un interface de sortie 97 et d'une liaison optique 98 qui transmet cette commande à un circuit de commande des commutations 99, lequel commande par l'intermédiaire de relais de types Reeds le choix du capteur d'isolation 2 ou de continuité I par l'intermédiaire du sélecteur 17 et des contacts de commutation d'impédance. Le détail de ces contacts et de leur commande sera décrit plus loin. On notera que les circuits 1,2,3,4, 17 et 99 se trouvent dans le local du dispositif à contrôler alors que les organes de commande et visualisation 93 à 97 se trouvent à distance de sécurité. La figure 2 fait apparaître de façon plus détaillée les liaisons entre le local de commande et le local de mesure, en particulier les commandes de commutation des lignes de mesure 100-101. On retrouve sur ce schéma fonctionnel les éléments cités précédemment 1 à 5 et on a représenté de plus l'alimentation 6 qui élabore à partir de la batterie 7, elle-même maintenue en charge par le panneau solaire 8, les tensions +5V et -5V ainsi que le + 45V. Les commutations des impédances à mesurer sont effectuées de la façon suivante. Dans le local de commande une diode électroluminescente est connectée à une source 5V par l'intermédiaire d'une résistance. L'autre extrémité de cette diode est connectée au +5V ou au OV selon que l'état envoyé par le microprocesseur 95 est 1 ou 0. De la sorte, la diode conduit ou ne conduit pas. Cette diode est placée en regard optique d'un phototransistor dont la conduction est déclenchée par l'émission de la diode, la conduction du transistor déclenchant elle-même un relais établissant les contacts souhaités. Les circuits conçus selon ce principe n'ont pas tous été représentés sur la figure 2. On a représenté le circuit de commande de début de test avec sa résistance 9, sa diode électro-luminescente 10, le phototransistor 11 et le relais 12, le circuit de sélection du capteur 1 ou 2 avec les éléments correspondants 13 à 16, et, de plus un sélecteur 17 et deux groupes de commutation des impédances à mesurer dont seuls les relais ont été numérotés, avec des numéros pairs pour les lignes 100, du premier groupe, 18 à 48, et impairs pour les lignes 101 du deuxième groupe, 19 à 49, ce qui correspond dans ce cas à 16 lignes pour chaque groupe. Le détail de l'agencement de ces lignes est représenté à titre d'exemple sur un dispositif pyrotechnique particulier figure 3. Les contacts correspondant à chacun des relais sont indiqués par l'indice du relais précédé de la lettre C. Les lignes sont connectées soit au capteur d'isolement 2 par les contacts 52, 53 soit au capteur de continuité 1 par les contacts 50, 51. La ligne 54 permet la mise à la terre statique de chacun des éléments de circuit du dispositif à contrôler, par un moyen non représenté, tant que le contrôle n'est pas commencé. La séquence de mesure commence par les contrôles d'isolement fermeture des contacts C 18, 19; C 18, 21... C18, 43 - C 20, 21... puis les contrôles de continuité. La figure 4 représente le capteur de continuité. On voit les contacts de branchement de l'impédance à mesurer, (50,51) avec en parallèle une diode de sécurité (55) destinée à limiter la tension aux bornes de l'impédance à mesurer. Cette tension est également limitée par insertion de résistances de forte valeur entre l'impédance à mesurer et le +45 V. Ces résistances ont une valeur telle que l'impédance à mesurer soit traversée par un courant d'environ lmA. Un double comparateur 56 envoie directement au niveau de l'émetteur 4 par la liaison 87 un signal destiné à interrompre les mesure si le courant est inférieur ou supérieur aux valeurs minimum ou maximum fixées par le programme. Ce courant faible produit aux bornes de l'impédance à mesurer, également très faible dans le cas d'une mesure de continuité ou de faible charge, une tension très faible qu'il convient donc d'amplifier d'un fac r connu. C'est le rôle de l'amplificateur 57. Pour limiter le sque de courant fort dans l'impédance à mesurer, l'amplificateur 57 est monté sous forme différentielle et les résistances 58,59,60 qui fixent le gain de l'amplificateur sont suffisamment fortes pour que le courant au niveau de l'impédance à mesurer reste limité même en cas d'avarie de l'amplificateur 57. La tension de sortie de l'amplificateur 57 est appliquée à travers un filtre C 61, 62 à la borne d'entrée 63 d'un convertisseur analogique/hurnenque 64.La tension de référence de ce convertisseur est fournie sur la borne 65 par un pont diviseur de tension à partir du 45V. Le gain de l'amplificateur et le pas de conversion sont choisis tels que pour couvrir la gamme de mesure choisie, on utilise tous les bits disponibles du convertisseur. La sélection du capteur,-continuité/isolement arrive par le fil 66. La sortie numérique de chacun des bits est représentée en 67. La figure 5 représente le capteur de mesure d'isolement 2. L'impédance à mesurer est commutée aux bornes 52-53. Ces bornes sont placées dans un circuit relié d'une part à l'alimentation 45V et d'autre part à la masse. Afin de limiter l'énergie dissipée dans l'impédance à mesurer, notamment lorsque l'isolement est nul, la borne 52 est reliée au 45V par deux fortes résistances destinées à limiter la valeur du courant à 25 microampères. La valeur de l'impédance à mesurer est déterminée par la valeur de la tension aux bornes d'une résistance 70 placée entre la borne 53 et la masse. Cette tension est appliquée par l'intermédiaire d'un filtre RC 71,72 à la borne 73 d'un convertisseur analogique numérique74 dont la tension de référence appliquée à la borne 75 est obtenue à partir du pont diviseur de la figure 3 placé entre le 45V et la masse. Compte tenu de cette façon de faire, la tension ne varie pas linéairement avec l'impédance à mesurer. La correspondance entre le nombre N issu du convertisseur analogique numérique et l'impédance Z est de la forme Z = ' > N Is N où OÇ p et On note également que c'est au niveau du convertisseur analogique/mumérique74 qu'est produit le signal d'horloge nécessaire d'une part aux conversions analogiqueAumérique des mesures de continuité ou d'isolement et également à la sérialisation des messages à transmettre vers l'unité de commande et traitement. Ce signal entre sur la borne 76. La sélection du capteur continuité isolement arrive sur le fil 77. La sortie numérique de chacun des bits est représenté en 78. L'information à transmettre vers l'unité de commande et traitement se présente en sortie du convertisseur analogique nu mérique sous la forme d'un message de 16 bits. Douze de ces bits correspondent comme expliqué plus haut au résultat de la mesure. Un bit est utilisé pour signaler éventuellement que la valeur mesurée est supérieure à la valeur maximum prévue pour le capteur, deux bits sont utilisés pour signaler des valeurs hors norme au niveau de la tension générée par la batterie (lbit) et au niveau du courant de mesure (lbit). Le 16ème bit est un bit de signe. Ces 16 bits sont transmis en série sous forme de créneaux de largeur variable composés d'une synchro et de l'information d'état. Deux exemples de tels messages sont représentés sur la figure 6. Sur cette figure on voit deux messages successifs n et n +1 comportant chacun 16 impulsions correspondant chacune à chacun des bits. Une largeur d'impulsion T correspond à un bit de valeur 0 tandis qu'un bit de valeur 1 sera représenté par une impulsion de largeur 2T. La figure 7 montre, sur un exemple de trois impulsions, la façon dont la valeur de chaque bit est représentée. Les fronts montants de chacune des impulsions sont séparés par un intervalle de temps 3T un top synchro de durée T est généré pour chaque intervalle 3T. Il reste donc, à chaque période 2T, pour transmettre l'information logique. Cette dernière est également représentée par un créneau de largeur T ou 0 que l'on additionne par un circuit "ou" a diodes résistance au top synchro décrit précédemment. Les dispositifs produisant ces messages sont représentés figure 8. Les messages sont élaborés par l'intermédiaire d'un multiplexeur 79 qui permet la sélection d'une de ses 16 entrées par 4 lignes de sélection (A,B,C,D) et la transmission de l'entrée choisie vers la sortie W pendant la durée d'un signal "STROBE". Le code de sélection, ABCD est produit par comptage des signaux de l'horloge, ce qui assure un examen cyclique des 16 entrées du multiplexeur. Les signaux de "STROBE" sont des créneaux de largeur 2T issus d'un circuit monostable 80. Les impulsions de synchronisation de période 3T sont fabriquées à partir d'une horloge 82 obtenue dans ce cas par division des intervalles générés par l'horloge utilisée pour les conversions analogique/numérique . Le circuit "ou" à diode résistance est constitué des diodes 83, 84 et de la résistance 85. Le circuit 81 contient 2 compteurs binaires 4 bits dont le premier produit le code ABCD de sélection de ligne et le second permet le blocage de la transmission pendant 16 périodes d'horloge entre 2 messages successifs. La transmission des messages est également bloquée lorsque la sortie "statut 66 ou 77 du convertisseur utilisé (continuité 64 ou isolement 74) est au niveau logique I. En effet, cela indique l'actualisation du registre de sortie du convertisseur après une nouvelle conversion, et donc, éventuellement, la présence en sortie de convertisseur d'un message faux. Les bits parallèles en provenance du convertisseur sélectionné 64 ou 74 représentés respectivement en 67 ou 78 figure 3 et figure 4) arrivent sur le convertisseur parallèle série 79 de la façon suivante. Les 12 bits correspondantau résultat de la mesure et le bit de dépassement arrivent en 86. Le bit correspondant au défaut de courant du circuit de mesure de continuité (élaboré par le double comparateur 56, fig.3) arrive en 87, un bit correspondant à un défaut de tension de la batterie arrive en 88. La sortie du convertisseur série 79 se fait sur la borne W vers une diode électroluminescente 89 à travers les circuits de mise en forme 90 et 91. La fibre optique 5 assure la transmission de l'information hors du local de mesure vers le phototransistor 92. Cette information arrive après transit par le périphérique d'entrée 94 à l'unité centrale 95. La technique employée au niveau des cartes de l'unité centrale est connue en micro-informatique et ne mérite pas plus large développement. L'élément essentiel de l'unité centrale s'avère donc être son logiciel. Ce logiciel sera mieux compris lorsque aura été explicité le mode d'utilisation du contrôleur. Le contrôle d'une série de dispositifs spécifiques nécessite systématique d'une part l'introduction en mémoire des données propres au circuit du dispositif !désignation des impédances à mesurer, valeurs et tolérances de ces impédances, Ces données constituent la table de tolérance du dispositif) et d'autre part un étalonnage sur un dispositif inerte représentatif du dispositif actif, dont les continuités sont figurées par des courts-circuits et dont les isolements sont les meilleurs possibles. Cet étalonnage constitue un autotest du contrôleur. I1 mémorise dans l'unité centrale la valeur de résistance des lignes où seront pas la suite mesurées des continuités. (résistances qui seront alors soustraites de la valeur mesurée). C'est pourquoi le capteur de mesure est raccordé au dispositif inerte au moyen de câble spécifique du dispositif à tester. Si l'unité centrale est chargée avec plusieurs programmes de test, un commutateur repéré "SELECTION" sur l'unité centrale permet alors le choix de la table de tolérance spécifique du dispositif à contrôler. I1 ne reste plus alors à l'opérateur qu'à appuyer sur un poussoir "LANCEMENT DE SEQUENCE" pour démarrer l'étalonnage. Immédiatement, l'imprimante fait apparaître le message "ETALONNAGE POUR" suivi d'un titre spécifique du dispositif et issu de la table de tolérances choisie. L'impression des résultats de test -s'effectue au fur et à mesure de la progression de ce dernier. Les résultats "mauvais" (r2 ohms pour les continuités) activent le vibreur-sonore de l'imprimante, ils sont suivis de la mention "mauvais" et sont imprimés en caractères plus foncés que les résultats "bons". A moins qu'un défaut du banc de contrôle ne soit constaté au cours de la séquence de mesure, celle-ci se poursuit jusqu'à son terme. Les messages de défaut produisent, comme les résultats mauvais, l'activation du vibreur-sonortde l'imprimante. Ils provoquent de plus l'arrêt de la séquence. I1 existe 8 types de défauts repérés par des chiffres 1 - Défaut sur les circuits d'interface de la com mande des lignes de mesure, 2 - Défaut mémoire vive unité centrale, 3 - Capteur de mesure resté sous tension à l'issue d'un test ou d'un étalonnage, 4 - Défaut alimentation du capteur de mesure ou, intensité incorrecte dans circuit de mesure ( 40,75mA ou > I,25 m) 5 - Défaut alimentation capteur de mesure (U volts), 6 - Défaut sélection isolement/continuité, 7 - Absence de réception de messages sur la liaison fibre optique. 8 - erreur opérateur, lancement d'une séquence de mesure sur une munition de type différent de celle utilisée pour l'étalonnage. Au terme de la séquence d'étalonnage, le résultat global du contrôle est visualisé sur une DEL "AUTORISATION TEST MUNITION ACTIVE" : - CLIGNOTEMENT ROUGE - séquence d'étalonnage incorrecte, il convient de pal lier les défauts constatés et de tenter un nouvel étalonnage. - CLIGNOTEMENT VERT - étalonnage correct, on peut effectuer le test de munitions actives. Le test de dispositifs non inertes se pratique de la même manière que l'étalonnage, si ce n'est que l'unité centrale reste sous tension (son arrêt sur une coupure de courant ou à la fin d'une séance de travail impose un nouvel étalonnage). Lorsque la DEL "AUTORISATION TEST MUNITION ACTIVE" clignote en vert, l'appui sur le poussoir "LANCEMENT DE SEQUENCE" provoque l'impression du message "TEST DE MUNITION" suivi du titre pris dans la table de tolérances qui est alors utilisée pour évaluer les résultats des mesures. La visualisation des résultats "mauvais" et d'éventuels défauts se fait de la même manière que lors de l'étalonnage. Le logiciel qui permet l'utilisation décrite ci-dessus est appelé "trot". Un organigramme simplifié en est présenté figure 9. SOUS-PROGRA!ES Le programme principal "TROQT" fait appel à de nombreux sous-programme dont les principaux sont INIT : qui assure l'initialisation des dispositifs d'entrée/sorties, la remise à zéro de la mémoire vive de l'unité centrale, et, le cas échéant, 1 impression de la table de tolérances. POUSR: assure le clignotement de la DED bicolore en fonction de l'état de la variable FLAG et sur veille l'action éventuelle sur le poussoir "lancement de séquence". MESUR: c'est le programme de test proprement dit. I1 fait appel à de nombreux sous-programmes cités ci-après. TITRE: qui provoque l'impression des messages "ETALONNAGE POUR' ou "TEST DE MUNITION" en fonc tion de l'indicateur d'étalonnage. SELECT: qui détermine la table de tolérances à utiliser en fonction de la position du commutateur SELECTION et provoque l'écriture du nom du dispo sitif à tester choisi, pris dans cette table, derrière le titre précédent. RELAI : qui permet la sélection du couple de lignes sur lequel sera effectuée la mesure. MISCO : qui provoque la prise de la mesure, d'isolement puis de continuité, si nécessaire, et effectue le traitement numérique de la valeur obtenue. CALIM : calcule la valeur numérique associée à une tolérance. Ce calcul est rendu nécessaire par le fait que chaque tolérance est donnée dans la table sous la forme de quatre caractères ASCII, et non, sous forme de valeur numérique binaire directement comparable à celle issue de l'ap pareil de mesure. TESTP : qui imprime le résultat du test, c'est à dire : - le numéro de test - la valeur numérique de la mesure - l'unité de mesure - le message "mauvais" si la valeur lue est hors tolérance PRINT : permet l'écriture sur l'imprimante d'un carac tère ASCII dont l'adresse est contenue dans le registre d'index. SERIE : qui lit le message sérialisé transmis sur la fibre optique et stocke la valeur numérique ainsi obtenue dans la variable VALUE. REVENDICATIONS 1 - Contrôleur destiné à la mesure des impédances d'un circuit de mise à feu d'un dispositif electropyrotechnique caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens capteurs de mesure (1 et 2) associés à des moyens de conversion (3 et 4) pour la transmission à distance des résultats de chaque mesure effectuée par les moyens capteurs branchés par une ligne de mesure courte (100, 101) sur le dispositif à contrôler, - des moyens de commande et traitement à distance (93 à 97 > des commutations nécessaires pour brancher chacune des impédances à mesurer sur les moyens capteurs et exploiter les résultats des mesures : - des liaisons de communications (5, 98) entre les moyens capteurs et les moyens de commande et traitement, assurées sur une partie au moins de leur longueur par des moyens optiques. 2 - Contrôleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens capteurs de mesure comportent un capteur d'isolement (2) et un capteur de mesure de continuité (1) fournissant chacun une information sous forme numérique. 3 - Contrôleur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de transmission série (3) de l'information numérique correspondant au résultat de mesure effectuée par les moyens capteurs. 4 - Contrôleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les liaisons de communications (5, 98) entre les moyens capteurs et les moyens de commande et traitement sont constituées par des fibres optiques (5). 5 - Contrôleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de commande et traitement sont constitués par un microprocesseur commandant la commutation des différentes parties de lignes de mesure (100, 101) et assurant l'évulation et l'impression des résultats. 6 - Contrôleur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte, au niveau du capteur de continuité, un comparateur (56) fournissant un signal lorsque le courant de mesure est supérieur ou inférieur à des valeurs prévues, et, au niveau du moyen de commande, un logiciel commandant l'arrêt de la mesure et, la coupure des alimentations en cas de réception de ce signal.