Brevet FR2758302A1 — publié le 19980717

La présente invention est relative à un système de détection de défauts susceptibles d'apparaître dans au moins une file de rails d'une voie d'un appareil de voie, particulièrement adapté pour la détection d'une rupture de file de voie, et capable en outre de détecter des véhicules ferroviaires. Actuellement, la surveillance de l'état des files de rails d'un réseau ferroviaire s'effectue en divisant artificiellement le réseau ferroviaire en cantons, classiquement d'une longueur de plusieurs centaines de mètres, et équipés chacun d'un dispositif, connu généralement sous l'appellation "circuit de voie", dont la fonction première est la détection de la présence d'un véhicule ferroviaire sur une voie en vue de piloter des dispositifs de signalisations ferroviaires. Comme on le sait, un circuit de voie comporte un générateur de tension alternative branché, à une première extrémité du canton, entre les deux files de rails de la voie et un récepteur correspondant branché entre les deux files de rails à l'autre extrémité du canton et accordé sur le générateur de tension. Lorsqu'un véhicule ferroviaire circule ou stationne entre le générateur et le récepteur, ses essieux provoquent un court-circuit entre les deux files de rails. Dès lors, il est possible, en surveillant la tension mesurée par le récepteur, de détecter la présence d'un véhicule ferroviaire dans le canton, qui s'accompagne d'une chute de la tension mesurée par le récepteur. De tels circuits de voie permettent la détection efficace de véhicules ferroviaires et permettent en outre la détection d'une rupture d'un ou des deux files de rails de la voie. En effet, lorsqu'un tel incident apparaît, le circuit de voie est ouvert et la tension mesurée par le récepteur est nulle. On conçoit par ailleurs que lorsqu'un véhicule ferroviaire circule sur la voie ferrée, la baisse de tension résultante est mesurée par le récepteur et se propage longitudinalement d'un canton à l'autre, alors que dans le cas d'une rupture d'un rail, le signal mesuré est un signal persistant et constant. Il est ainsi possible d'effectuer une distinction entre les effets produits par le passage ou la présence d'un véhicule ferroviaire, et les effets engendrés par la rupture d'un des files de rails à partir de l'analyse du cheminement du phénomène observé. Les systèmes de détection de ce type permettent ainsi la détection efficace de véhicules ferroviaires et, de manière générale, de défauts dans les rails du réseau. Toutefois, il est classique que les réseaux ferroviaires utilisent des appareils de voie qui permettent de faire circuler des convois indifféremment et sélectivement sur un itinéraire principal ou sur un itinéraire dévié qui constitue un embranchement de cet itinéraire principal. Dans ces appareils de voie, les files de rails sont raccordés entre eux par des câbles électriquement conducteurs de forte section dans lesquels circule le courant de traction restitué par la motrice du véhicule ferroviaire. En raison de la présence de ces câbles conducteurs, qui constituent des voies alternatives de passage de courant, la tension le long de l'appareil de voie est sensiblement constante, même en présence d'une rupture d'un des files de rails. On conçoit dès lors que ces systèmes de détection connus ne fonctionnent pas efficacement lorsqu'ils sont installés dans un appareil de voie. Le but de l'invention est de pallier cet inconvénient et de fournir un système de détection de défauts de files de rails, notamment une rupture d'un rail, dans un appareil de voie ferroviaire. Elle a donc pour objet un système de détection de défauts d'au moins une file de rails d'un appareil de voie ferroviaire, notamment une rupture de ladite file de rails, ledit appareil de voie comportant des câbles conducteurs de raccordement électrique des voies ferrées dudit appareil de voie disposés chacun sensiblement transversalement entre deux files de rails dans une zone de liaison équipotentielle, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'émission d'un signal électrique dans une zone d'une desdites voies et un réseau de dispositifs de mesure du courant circulant dans ledit appareil, disposé par paires entre chaque zone de liaison équipotentielle et relié à des moyens de calcul de la différence entre les valeurs mesurées par les dispositifs de mesure de chaque paire et de la comparaison entre chaque valeur résultant du calcul de ladite différence avec au moins une valeur maximale de seuil de détection d'un défaut. Le système de détection selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - le signal électrique émis par lesdits moyens d'émission est constitué par un signal de tension alternative de fréquence variable - le signal électrique émis est modulé en fréquence de manière pseudoaléatoire - le signal émis par lesdits moyens d'émission est constitué par un train de signaux électriques d'une durée sensiblement fixe et espacés d'une période de temps variable de façon pseudoaléatoire - chaque dispositif de mesure comporte une bande passante accordée sur la fréquence dudit signal émis - chaque dispositif de mesure comporte un détecteur de mesure du champ magnétique engendré par le courant circulant dans une file de rails correspondant, situé au voisinage de ladite file de rails et relié à un filtre passe-bande piloté par une unité de synchronisation sur le signal émis ; - le système comporte une unité centrale de traitement et de surveillance dudit appareil de voie, à laquelle est relié ledit réseau de dispositifs de mesure, ladite unité centrale comprenant lesdits moyens d'émission et comportant en outre des seconds moyens d'émission, dans ledit réseau de dispositifs de mesure, d'un signal de données numériques destiné auxdits dispositifs de mesure et constitué d'un signal utile de synchronisation d'au moins un desdits dispositifs de mesure et d'un signal d'adressage dudit au moins un dispositif auquel le signal utile est destiné et des moyens de réception d'un signal de données numériques de mesure émis par chacun desdits dispositifs de mesure et constitué d'un signal utile de mesure et d'un signal d'identification dudit dispositif de mesure - le système comporte en outre des moyens de comparaison du courant mesuré avec une seconde valeur minimale de seuil de détection de présence d'un essieu d'un véhicule ferroviaire - la tension du signal émis est sensiblement égale à 5 V et comporte une fréquence comprise entre environ 80 kHz et 160 kHz ; et - le signal électrique émis comporte approximativement dix trains de signaux électriques par seconde ayant chacun une durée d'environ 20 ms; - le système comporte en outre un ensemble de dispositifs de mesure disposés par paire au moins d'un côté de joints d'isolation des files de rails et reliés auxdits moyens de calcul en vue de la surveillance de l'état desdits joints. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue générale et schématique d'un appareil de voie équipé d'un système de détection selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma synoptique illustrant la structure générale du système selon l'invention ; - la figure 3 est une courbe montrant la variation dans le temps du signal électrique émis par les moyens d'émission ; et - la figure 4 est un schéma synoptique d'un dispositif de mesure du système selon l'invention. Comme on le voit sur la figure 1, un appareil de voie permet de dévier un véhicule ferroviaire circulant sur une voie d'un itinéraire principal Ip vers une voie d'au moins un itinéraire secondaire Is au moyen d'un aiguillage approprié. Un tel appareil de voie comporte de façon classique un ensemble de câbles conducteurs tel que 10 disposés sensiblement transversalement entre deux files de rails dans une zone de liaison équipotentielle et assurant le raccordement électrique entre la voie de l'itinéraire principal Ip et la voie de l'itinéraire secondaire Is. On voit sur la figure 1 que le dispositif de détection de défauts selon l'invention comporte une unité centrale 12 raccordée aux deux rails, tels que 14, de l'une des voies 16 de l'appareil de voie et un ensemble de dispositifs de mesure du courant, tels que 18, dispo sés par paire entre chaque zone de liaison équipotentielle au niveau de laquelle un câble 10 est raccordé entre deux files de rails correspondant. Comme cela sera décrit en détail par la suite, l'unité centrale 12 comporte un générateur de tension 20 délivrant, aux files de rails de la voie Ip à laquelle l'unité 12 est raccordée, un signal S de tension alternative de fréquence variable et une unité 22 d'émission et de réception de données assurant un dialogue avec les dispositifs de mesure 18, en particulier pour la réception des signaux de mesure, en vue de la détection des défauts susceptibles d'apparaître dans l'appareil de voie, notamment une rupture d'une des files de rails. Le circuit de voie selon l'invention est complété par un ensemble de circuits 24 et 26 disposés aux extrémités de l'appareil de voie et assurant le raccordement électrique entre les deux files de rails d'une voie correspondante. Ces circuits 24 et 26 sont adaptés pour se comporter comme des circuits à basse impédance aux fréquences du signal S délivré par le générateur 20, de sorte que le signal émis par le générateur 20 se propage dans tout l'appareil de voie, qui se comporte comme un circuit en boucle fermée. La structure et le fonctionnement de l'unité centrale 12 et des dispositifs de mesure de courant 18 vont maintenant être décrits en référence aux figures 2 à 4. En se référant tout d'abord à la figure 2, on voit que le générateur 20 et l'unité d'émission et réception des données 22 sont reliés à un système de traitement numérique 30 dans lequel est stocké un algorithme approprié de commande de leur fonctionnement. Comme mentionné précédemment, le générateur 20 est connecté entre deux files de rails 14 d'une des voies 16 de l'appareil de voie. Il est destiné à émettre et à transmettre dans la voie 16 un signal électrique alternatif S de fréquence variable et de tension efficace égale à quelques volts, de préférence 5 V. Le générateur 20 comporte un synthétiseur de signaux à haute fréquence 31 piloté par le système de traitement numérique 30 et raccordé en sortie à un amplificateur 32 monté en comparateur pour délivrer en sortie un signal de tension alternative de fréquence variable. De préférence, le signal S, généré principalement sous l'action du synthétiseur 31 et du système de traitement numérique 30, est modulé en fréquence de manière pseudoaléatoire à l'aide d'un algorithme approprié et de type classique. Comme représenté sur la figure 3, il est constitué par un train de signaux électriques S1,S2,S3,S4, S5..., Sn, émis chacun pendant une durée sensiblement fixe, par exemple égale à environ 20 ms et espacés chacun d'une période de temps variable de façon pseudoaléatoire afin de réduire la consommation en énergie du système. Par exemple, les signaux sont émis selon une cadence moyenne de dix trains/s. La fréquence du signal de chaque train S1...,Sn se situe avantageusement dans une bande comprise entre environ 80 kHz et environ 160 kHz, de préférence 95 kHz. Comme mentionné précédemment, cette fréquence est modulée de façon pseudoaléatoire autour d'une fréquence centrale Fc autour de deux valeurs limites égales respectivement à Fc - 3% et Fc + 3% et subit au moins quatre excursions de fréquence pendant chaque train de signal. La séquence pseudoaléatoire est choisie parmi un ensemble de nombre de "Gold" du cinquième ordre de faible corrélation croisée. Le signal issu de l'amplificateur 32 est délivré à un premier transformateur 34 d'élévation de tension jusqu'à une tension d'environ 40 V permettant de réduire les pertes de transmission jusqu'à la voie, ce transformateur 34 étant associé à un deuxième transformateur 36 positionné au niveau de la voie et ayant pour fonction d'abaisser la tension au niveau de tension définie précédemment et de préférence égal à 5 V. La sortie du deuxième transformateur 36 est reliée aux deux files de rails 14 de la voie 16 par deux résistances de limitation 38 et 40, de valeurs voisines de 20 ohms, pour délivrer le signal S représenté sur la figure 3. L'unité d'émission et de réception de données 22 comporte un générateur de signal d'horloge de synchronisation 42 piloté par le générateur de signaux à haute fréquence 31 pour la génération d'un signal d'horloge dont la cadence correspond à la fréquence du signal émis par ce générateur de signaux 31. Le générateur de signal d'horloge 42 est connecté en sortie à une interface d'émission de données 44 et à une interface de réception de données 46, en vue du dialogue, sous la commande du système de traitement numérique, avec les dispositifs de mesure de courant 18. En se référant à nouveau à la figure 2, on voit que les dispositifs 18 de mesure du courant alternatif circulant dans les files de rails 14 de l'appareil de voie sont disposés en réseau. Comme mentionné précédemment, ils sont disposés par paire entre chaque zone de liaison équipotentielle. Chaque dispositif de mesure 18 comporte deux détecteurs 48 et 50 de mesure du champ magnétique engendré sous l'action du courant circulant dans les files de rails 14 de l'appareil de voie raccordés chacun, par l'intermédiaire d'un amplificateur correspondant 52 et 54 à un filtre passe-bande 56 et 58 de fréquence de coupure variable sous la commande d'une unité de synchronisation 60. Les détecteurs 48 et 50 comportent chacun de préférence un noyau de ferrite disposé dans un bobinage au voisinage d'une file de rails 14 correspondant, de préférence sous celui-ci. Chaque filtre 56 et 58 est raccordé en sortie à un détecteur 61 et 62 de mesure de l'amplitude du signal détecté par les détecteurs 48 et 50 de champ magnétique. Les signaux de mesure sont ensuite convertis, à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique 64 en signaux numériques présentés en entrée d'un système de traitement numérique 66 assurant le stockage des valeurs mesurées et leur mise en forme selon un format adapté pour leur transmission en direction de l'interface 46 de réception de données. A cet effet, le système de traitement numérique 66 est relié à une interface d'émission de données 68 en communication avec un réseau local 69 sur lequel sont branchés tous les dispositifs de mesure 18. On voit sur la figure 4 que le système de traitement numérique 66 est en outre connecté à une interface de réception de données 70, lui-même raccordé au réseau local pour la réception des données en provenance de l'unité d'émission et de réception de données 22 (figure 2) de l'unité centrale 12. On voit en outre que chaque dispositif de mesure 18 est complété par deux organes multiplicateurs de fréquence 72 et 74 interposés chacun entre un amplificateur 52,54 et un filtre passe-bande 56 et 58 correspondant. Il est enfin complété par un oscillateur 76 de génération d'un signal d'horloge nécessaire au fonctionnement de l'unité de synchronisation 60 et d'une source alimentation 78 de type classique raccordée aux circuits du dispositif de mesure 18. Le fonctionnement de ce système est le suivant. Comme cela a été mentionné précédemment, le générateur de signaux 20 émet, sous la commande du système de traitement numérique 30 (figure 2) le signal S tel que décrit en référence à la figure 3. Simultanément, il fournit, à l'unité d'émission et de réception de données 22, en temps réel, la valeur de la fréquence du signal S au générateur 42 de signal d'horloge qui émet dès lors un signal d'horloge dont la cadence est synchronisée sur le signal S. La base de temps fournie par le générateur 42 est ensuite délivrée au système de traitement numérique 30 qui génère un signal de données numériques qu'il transmet à l'interface d'émission de données 44 en vue de son émission dans le réseau local. Le signal émis sur le réseau local 69 est constitué d'un signal utile de synchronisation véhiculant les données d'identification de la fréquence du signal S injecté dans l'appareil de voie et d'un signal d'adressage des dispositifs de mesure de courant appartenant à l'appareil de voie et auxquels le signal utile est destiné. Par ailleurs, l'interface de réception de données 46 reçoit en entrée le signal de mesure délivré par chaque dispositif de mesure 18. Ce signal se compose également d'un signal utile de mesure du courant circulant dans les files de rails 14 de chaque voie 16 et d'un signal d'identification du dispositif de mesure 18 délivrant ce signal de mesure. En réponse à ce signal de mesure, le système de traitement numérique 30 effectue, à l'aide d'un algorithme de calcul approprié, d'une part la comparaison entre eux des signaux de mesure délivrés par les deux dispositifs de mesure de courant 18 de chaque paire et, d'autre part, la différence entre la valeur résultant de cette comparaison avec une valeur maximale de seuil de détection de rupture ou de défaut d'une des files de rails. Ainsi, si une fellure importante apparaît dans une des files de rails, au voisinage d'un dispositif de mesure 18, c'est-à-dire dans la portion de voie située entre deux zones de liaison équipotentielles, ce courant baisse, en raison d'une augmentation résultante de la résistance de la file de rails. De plus, si la file de rails est rompue au voisinage d'un dispositif de mesure, le courant circulant dans la file de rails s'annule. On conçoit donc qu'il est possible, en surveillant la différence entre les courants circulant dans deux files de rails d'une même voie de surveiller l'état de la voie et de faire intervenir les équipes de maintenance du réseau ferroviaire lorsque l'usure atteint un niveau maximal admissible ou lorsqu'une rupture soudaine se produit dans l'appareil de voie. On conçoit par ailleurs que les dispositifs de mesure 18 étant adressés et délivrant chacun à l'unité centrale 12 un signal d'adresse indiquant leur position, il est en outre possible de connaître relativement précisément l'emplacement du défaut. Ces indications sont affichées au niveau de l'unité centrale 12 sur un afficheur 80 approprié (figure 2). En outre, le système de traitement numérique 30 de l'unité centrale 12 comporte un algorithme de comparaison des signaux de mesure délivrés par chaque paire de dispositifs de mesure 18 avec une valeur de seuil prédé- terminée indicative de la présence d'un essieu d'un véhicule ferroviaire en stationnement ou en déplacement sur l'appareil de voie. En effet, lorsqu'un essieu se situe à proximité d'un dispositif de mesure 18, cet essieu provoque un court-circuit entre les files de rails qui fait chuter considérablement le courant circulant dans chacune des files de rails 14. Il est dès lors possible, à l'aide d'un tel système de détection, de surveiller la présence d'un véhicule ferroviaire dans un appareil de voie afin de commander des dispositifs de signalisation ou d'effectuer un comptage ultérieur du nombre d'essieux détectés. Dans l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, le système de détection comporte une unique unité centrale 12 associée à un réseau de détecteurs correspondants. Il est toutefois possible, pour des appareils de voie de structure complexe, de doter le système de plusieurs unités de traitement telles que décrites précédemment, et en particulier de plusieurs générateurs de signaux associés à une unité d'émission et de réception de données numériques. Il est possible de surveiller l'état de joints d'isolation 80, équipant classiquement les files de rails, et connues sous l'appellation joints isolants collés, ces joints assurant l'isolation entre deux cantons successifs et étant situés entre des files de rails dans le prolongement les uns des autres. En effet, en prévoyant des capteurs 82 et 84 de chaque côté des joints isolants ou en prévoyant un couple de tels capteurs disposés d'un seul côté des joints il est possible de surveiller un état défectueux de ces joints en détectant la propagation des signaux émis par le générateur de signaux à travers ceux-ci. REVENDICATIONS 1. Système de détection de défauts d'au moins une file de rails (14) d'un appareil de voie ferroviaire, notamment une rupture de ladite file de rails (14), ledit appareil de voie comportant des câbles (10) conducteurs de raccordement électrique des voies ferrées dudit appareil de rails (14) disposés chacun sensiblement transversalement entre deux files de rails (14) dans une zone de liaison équipotentielle, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'émission (20) d'un signal électrique (S) dans une zone d'une desdites voies et un réseau de dispositifs (18) de mesure du courant circulant dans ledit appareil de voie, disposé par paires entre chaque zone de liaison équipotentielle et relié à des moyens de calcul (30) de la différence entre les valeurs mesurées par les dispositifs de mesure (18) de chaque paire et de la comparaison entre chaque valeur résultant du calcul de ladite différence avec au moins une valeur maximale de seuil de détection d'un défaut. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal électrique (S) émis par lesdits moyens d'émission (20) est constitué par un signal de tension alternative de fréquence variable. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal électrique émis est modulé en fréquence de manière pseudoaléatoire. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le signal (S) émis par lesdits moyens d'émission (20) est constitué par un train de signaux électriques (Sl,...,Sn) d'une durée sensiblement fixe et espacés d'une période de temps variable de façon pseudoaléatoire. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chaque dispositif de mesure (18) comporte une bande passante accordée sur la fréquence dudit signal émis. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque dispositif de mesure (18) comporte un détecteur (48,50) de mesure du champ magnétique engendré par le courant circulant dans une file de rails (14) correspondant, situé au voisinage de ladite file de rails (14) et relié à un filtre passe-bande (56,58) piloté par une unité (60) de synchronisation sur le signal (S) émis. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une unité centrale (12) de traitement et de surveillance dudit appareil de voie, à laquelle est relié ledit réseau de dispositifs de mesure (18), ladite unité centrale (12) comprenant lesdits moyens d'émission (20) et comportant en outre des seconds moyens d'émission (44), dans ledit réseau de dispositifs de mesure, d'un signal de données numériques destiné auxdits dispositifs de mesure (18) et constitué d'un signal utile de synchronisation d'au moins un desdits dispositifs et d'un signal d'adressage dudit au moins un dispositif de mesure auquel le signal utile est destiné et des moyens de réception (46) d'un signal de données numériques de mesure émis par chacun desdits dispositifs (18) et constitué d'un signal utile de mesure et d'un signal d'identification dudit dispositif de mesure (18). 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de comparaison (30) du courant mesuré avec une seconde valeur minimale de seuil de détection de présence d'un essieu d'un véhicule ferroviaire. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la tension dudit signal émis (S) est sensiblement égale à 5 V et comporte une fréquence comprise entre environ 80 kHz et 160 kHz. 10. Système selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le signal électrique (S) émis comporte approximativement dix trains de signaux électriques (S1,...Sn) par seconde ayant chacun une durée d'environ 20 ms. 11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un ensemble de dispositifs de mesure (82,84) disposés par paire au moins d'un côté de joints d'isolation (80) des files de rails (14) et reliés auxdits moyens de calcul (30) en vue de la surveillance de l'état desdits joints (80).