Brevet FR2852132A1 — publié le 20040910

SYSTEME DE DETECTION D'INCENDIE OU DE SURCHAUFFE DOMAINE TECHNIQUE GENERAL - ART ANTERIEUR La présente invention est relative à un système de détection d'incendie et/ou de surchauffe. Un tel système est notamment avantageusement utilisé pour la détection d'incendie et/ou de surchauffe dans des zones moteur (avion, bateau, hélicoptère, sous-marin, navette spatiale, installation industrielle) et 10 plus généralement dans toute zone sensible (soute, case de train, chaudière, etc...). On connaît classiquement des détecteurs de surchauffe locales et/ou moyennes de type pneumatique. Un tel détecteur utilise un gaz qui - lorsqu'il se dilate sous l'effet 15 d'une surchauffe - vient basculer un contact électrique, ce qui permet de mettre en évidence un franchissement de seuil par la température moyenne dudit détecteur. Des oxydes métalliques avec un gaz absorbé réparti sur toute la longueur du détecteur permettent quant à eux de mettre en évidence localement des franchissements de seuil de température par un 20 principe de dégazage. On pourra à cet égard avantageusement se référer au brevet US 5 136 278. Les capteurs pneumatiques ont l'inconvénient de nécessiter l'assemblage de pièces mobiles et d'être par conséquent d'une réalisation compliquée et onéreuse, et d'une certaine fragilité. On connaît également des détecteurs à résistance à coefficient thermique négatif (câble NTC ou "Negative Thermal Coefficient' selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée). De tels capteurs permettent essentiellement des détections de surchauffe locale. Ils sont mono-critères et peu robustes aux situations de défaillance. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose quant à elle un système de détection qui permet de pallier les inconvénients des détecteurs précités. Elle propose en particulier un système de détection d'incendie/et ou de surchauffe qui n'utilise pas de pièces mobiles et qui permet de restituer en temps réel des informations sur d'éventuelles surchauffes locales ou globales du capteur. Le système proposé a en particulier l'avantage de mettre en oeuvre 10 des traitements permettant de tenir compte de situations d'encrassements ou de situations de défaillance (court-circuit, circuit ouvert, etc.). Il a également l'avantage de permettre des déterminations de profils thermiques en temps réel. Ainsi, l'invention propose un système de détection de surchauffe et 15 ou d'incendie, comportant un capteur de détection de surchauffe, ainsi que des moyens de traitement auquel ledit capteur est relié, ledit capteur comportant au moins un élément ou matériau à résistance à coefficient de température positif ou négatif, ainsi que des moyens pour mesurer ladite résistance, caractérisé en ce que les moyens de traitement mettent en 20 oeuvre une analyse de l'évolution dynamique d'au moins un paramètre estimé à partir des mesures obtenues, pour en déduire une information quant à une éventuelle surchauffe et/ou quant à un éventuel défaut de fonctionnement du capteur. Un tel système est avantageusement complété par les différentes 25 caractéristiques suivantes prises seules ou selon toutes leurs combinaisons possibles: - le capteur comporte un matériau à coefficient de température négatif, ainsi qu'un fil à coefficient de température positif, et - les moyens de traitement comportent des moyens pour analyser les variations de la résistance du matériau à coefficient de température négatif et pour déduire de cette analyse une estimation de la portion de capteur qui fait l'objet d'une éventuelle surchauffe. - l'estimation de la portion de capteur qui fait l'objet d'une éventuelle surchauffe est comparée à des valeurs seuils et en ce que les moyens de traitement comportent des moyens qui déclenchent un signal destiné à alerter d'un éventuel disfonctionnement du capteur 5 lorsque ladite estimation ne se trouve pas dans des valeurs attendues. - les moyens de traitement analysent les variations logarithmiques de la résistance du matériau à coefficient de température négatif, ainsi que des variations de la valeur de résistance du fil - les moyens de traitement comparent les valeurs mesurées pour au moins une résistance à une ou plusieurs valeurs limites et en ce que lesdits moyens de traitement comportent des moyens qui déclenchent un signal destiné à alerter d'un éventuel disfonctionnement du capteur lorsque lesdites valeurs mesurées ne 15 se trouvent pas dans des valeurs attendues - les moyens de traitement comportent des moyens pour comparer la valeur de résistance mesurée pour le fil à une valeur limite fonction de la valeur de résistance mesurée pour le matériau à coefficient de température négatif, ainsi que des moyens qui déclenchent un signal 20 destiné à alerter d'un éventuel disfonctionnement du capteur lorsque la valeur de résistance mesurée pour le fil se trouve au-delà de la valeur limite. - les moyens de traitement comportent des moyens pour comparer la valeur de résistance mesurée pour le matériau à coefficient de 25 température négatif à une valeur limite fonction de la valeur de résistance mesurée pour le fil, ainsi que des moyens qui déclenchent un signal destiné à alerter d'un éventuel disfonctionnement du capteur lorsque la valeur de résistance mesurée pour le matériau à coefficient de température négatif se trouve au-delà de cette valeur 30 limite. - le capteur comporte une âme conductrice s'étendant à l'intérieur d'une gaine interne également conductrice, ladite âme et ladite gaine interne étant séparées par le matériau à coefficient de température négatif, ledit fil est un matériau à coefficient de température positif s'étendant à l'extérieur de la gaine interne en étant séparé de celle-ci par un matériau isolant, l'âme centrale, la gaine interne et le fil bobiné étant raccordés à des moyens de connexion terminant ledit capteur, - et en ce que les moyens de traitement comportent des moyens pour mesurer selon une séquence donnée dans le temps la résistance entre une extrémité de l'âme centrale et une extrémité de la gaine interne, la résistance entre une extrémité de l'âme centrale et une 10 extrémité du fil, ainsi que la résistance entre une extrémité de la gaine interne et une extrémité du fil, lesdits moyens de traitement comportant en outre des moyens pour déduire des mesures ainsi réalisées une estimation de la résistance du matériau à coefficient de température négatif et une estimation de la résistance du fil. - les moyens de traitement déterminent également en fonction desdites mesures au moins une estimation des résistances parasites et déclenchent un signal destiné à alerter d'un éventuel disfonctionnement du capteur lorsque cette estimation se trouve audelà d'une valeur limite. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est illustrative et non limitative et doit être lue en regard des figures annexées, sur lesquelles: 25 - la Figure 1 est une représentation schématique d'un système conforme à un mode de réalisation possible de l'invention; - les Figures 2 et 3 sont des graphes sur lesquels on a respectivement porté, en fonction de la portion de capteur qui fait l'objet d'une surchauffe, d'une part des courbes de valeurs de résistance à un coefficient de température négatif pour différentes températures moyennes du capteur et d'autre part des courbes de valeurs de résistance du fil bobiné du capteur pour différentes températures locales du capteur; - la Figure 4 est un graphe sur lequel on a représenté pour différentes valeurs de portions de capteur faisant l'objet d'une surchauffe, les valeurs d'une fonction calculée en fonction de la résistance à coefficient de température négatif, et de la résistance de nickel pour différentes températures locales et différentes températures 10 moyennes; - la Figure 5 est un graphe représentant les valeurs de cette fonction à l'asymptote en fonction de la portion de capteur faisant l'objet d'une surchauffe; - la Figure 6 est une représentation schématique du montage électrique équivalent au capteur; la Figure 7 est une représentation schématique des moyens de traitement et de mesure. DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION Exemple de structure de capteur Un système conforme à un mode de réalisation possible comporte un capteur C du type de celui illustré sur la figure 1 et des moyens de traitement et de mesure T auxquels ledit capteur C est relié. Le capteur C comporte une âme conductrice 2 s'étendant à l'intérieur d'une gaine interne 3 également conductrice. Ladite âme 2 et ladite gaine 3 sont séparées par un matériau 4 à coefficient de température négatif. Un fil 1 en un matériau à coefficient de température positif est bobiné 30 sur la gaine 3 en étant séparé de celle-ci par un matériau isolant 5. L'âme centrale 2, la gaine interne 3 et le fil bobiné 1 sont raccordés aux moyens de traitement et de mesure T par les points de connexion 2a, 3a et la. L'ensemble est disposé dans une gaine externe 6. On notera que la résistance du fil 1 varie de façon directement proportionnelle aux variations de la température moyenne du capteur C. La variation de résistance du matériau 4 permet quant à elle de 5 mettre en évidence des surchauffes locales. Pour une surchauffe sur une portion de capteur donnée, la résistance RNTC du matériau 4 varie en effet en décroissant de façon exponentielle avec la température. Les moyens de traitement et de mesure T mettent en oeuvre sur les points la, 2a et 3a des mesures de résistances et déterminent à partir de 10 ces mesures les valeurs de la résistance du fil 1 et de la résistance du matériau 4. Les valeurs ainsi obtenues sont traitées pour en déduire des informations quant à d'éventuelles surchauffes globales ou locales. Elles sont également traitées par les moyens T pour en déduire 15 d'éventuelles incohérences correspondant à des défauts de fonctionnement et notamment à des court-circuits, des circuit ouverts, des encrassements, etc... Différents aspects de ce traitement vont maintenant être décrits Comparaison de la valeur de la résistance du fil 1 à des valeurs maximum ou minimum La résistance du fil 1 doit normalement prendre des valeurs qui, en fonction de l'application envisagée, se situent dans une gamme donnée. Les moyens de traitement T comparent donc la valeur de résistance 25 déterminée pour ledit fil 1 à des valeurs maximum et minimum attendue pour l'application. Lorsque la valeur de résistance du fil 1 se trouve en dehors de la gamme ainsi définie, les moyens de traitement T déclenchent l'émission d'un signal destiné à alerter d'un disfonctionnement du capteur C. 30 Analyse de la cohérence des valeurs de résistance déterminées On se réfère maintenant à la Figure 2. On a représenté sur cette figure 2 différentes courbes de valeurs de résistance RNTC du matériau 4 en fonction de la portion de capteur considérée. Ces différentes courbes sont données pour deux températures moyennes (3500C et 2500C) mesurées à partir des variations de résistance du fil 1 et pour différentes températures ambiantes (1000, 1500, 200 et 3000C). On voit sur ce graphe que pour une température ambiante donnée, la résistance RNTC est toujours bornée par une valeur limite maximum. On comprend que des valeurs de résistance au-delà de cette valeur limite sont significatives d'un défaut ou de perturbations sur le capteur. Pour une résistance donnée mesurée sur le fil 1 - c'est-à-dire pour 15 une mesure donnée de température globale - les moyens de traitement comparent la résistance RNTC qu'ils déterminent à la valeur limite qui correspond à la valeur mesurée pour la résistance du fil 1. Lorsque la résistance RNTC est supérieure à cette valeur limite, les moyens de traitement T déclenchent l'émission d'un signal destiné à alerter 20 d'un disfonctionnement du capteur C. De même, ainsi que l'illustrent les courbes de la Figure 3, à chaque valeur de résistance du matériau 4 correspond une valeur de résistance de nickel maximum. Pour une valeur de résistance à coefficient de température négatif 25 donnée, les moyens de traitement T mettent en oeuvre un traitement de comparaison pour vérifier que la température moyenne fournie par la résistance de nickel est inférieure à une valeur limite donnée. Lorsque ce n'est pas le cas, ils déclenchent là aussi l'émission d'un signal d'alerte. Traitement dynamique Les moyens de traitement T mettent également en oeuvre un traitement dit "dynamique" analysant les variations d'un ou plusieurs paramètres pour par exemple mettre en évidence une éventuelle surchauffe o encore mettre en évidence une éventuelle incohérence dans les mesures. Ainsi, les moyens de traitement, pour déterminer une surchauffe 5 locale ou une surchauffe globale, comparent à des valeurs seuils non pas directement les résistances du matériau 4 et du fil 1, mais des valeurs différentielles de ces résistances (comparaison de valeurs de gradient à des valeurs seuils par exemple). Egalement encore, les moyens de traitement déterminent 10 avantageusement la portion de capteur qui fait l'objet d'une surchauffe et mettent en oeuvre un test de cohérence sur la détermination ainsi réalisée par une analyse des variations du log(RNTC), ainsi que des variations de la valeur de résistance du fil 1. Les paramètres que constituent le log(RNTC) et la résistance du fil 1 15 sont en effet des paramètres dont on a constaté qu'ils variaient linéairement en fonction de la température (respectivement locale et ambiante). On a également constaté que le rapport des variations de ces deux paramètres varie en fonction de la température moyenne et de la température locale selon des courbes directement fonction de la portion de 20 capteur qui fait l'objet d'une surchauffe. En particulier, lorsque la température locale est supérieure de plus de 1000 C à la température moyenne du capteur, les courbes obtenues sont des courbes asymptotiques directement fonction de la valeur de la portion alpha C'est ce qu'illustrent la Figure 4, ainsi que la Figure 5, sur laquelle on a représenté la valeur asymptotique prise par le rapport précité pour différentes valeurs de alpha. Ainsi, les moyens de traitement déterminent la valeur de alpha qui correspond aux variations des valeurs de log (RNTC) et RNi qu'ils 30 observent. Ils analysent la cohérence de la valeur de alpha ainsi déterminée et en particulier, lorsque celle-ci est en dehors de la gamme [0,1], émettent un signal alertant sur une défaillance du capteur. On notera que les courbes illustrées sur la figure 4, représentent, pour différentes valeurs de portions de capteur faisant l'objet d'une surchauffe, les valeurs du rapport des dérivées en fonction du temps respectivement de log (RNTC) et de RNi, ces valeurs de rapport étant 5 données en fonction des températures locales et des températures moyennes mesurées. D'autres rapports de variations pourraient être utilisés. On pourrait notamment utiliser de la même façon les rapports de valeurs différentielles de log (RNTC) et de RNi, ces valeurs différentielles étant calculées en 10 fonction des valeurs prises par les deux paramètres log (RNTC) et de RNi à deux instants de mesure différents. Détermination des valeurs de résistances On va maintenant décrire la façon dont les valeurs de la résistance 15 du matériau 4 et la résistance du fil 1 sont déterminées. Dans la suite du texte, on désigne par mesure de simplification ces deux résistances par RNTC et RNi, On se réfère à la Figure 6, qui illustre schématiquement les connexions correspondant aux différents points de connexion la à 3a 20 représentés sur la Figure 1. Ce montage comporte deux résistances R1 et R2 montées en série et reliées par un point intermédiaire au point d'interface de connexion 3b, ce par l'intermédiaire d'une résistance Rf qui est également celle des câbles de liaisons qui relie les extrémités opposées desdites résistances R1 et R2 25 d'une part au point de connexion lb et d'autre part au point de connexion 2b du montage. Une résistance de perturbation Rp est également représentée montée entre les extrémités les plus éloignées des résistances R1 et R2. Les résistances R1 et R2 correspondent respectivement à la 30 résistance RNI en parallèle avec Rp (non figurées sur le schéma) et à la résistance RNTC en parallèle avec Rp (non figurées sur le schéma). Les différentes résistances entre les points de connexion lb à 3b sont mesurée cycliquement au moyen d'un montage du type de celui illustré sur la Figure 7, qui comporte des moyens pour basculer successivement sur des mesures de la résistance entre le point lb et le point 2b, de la résistance entre le point 1b et le point 3, de la résistance entre le point 2b et le point 3b Ces moyens mesurent également successivement le rapport des tensions Uîb3b, le rapport des tensions U3b2b, ainsi que le rapport U2bb, U2b3b Ulb2b U3blb o Uldésigne le tension entre le point k et le point 1, k et I étant deux indices muets. A cet effet, les moyens de traitement et de mesure T du système 10 comportent un multiplexeur M qui sélectionne les différents points de mesure des différents capteurs pour réaliser successivement les différentes combinaisons, ainsi qu'un microprocesseur qui reçoit les tensions mesurées en sortie du multiplexeur, après éventuellement remise en forme.. Les valeurs des résistances RNI et RNTC se déterminent alors aisément à partir des mesures des résistances entre les points 1 b à 3b. On a en effet: RNI= Rp.R RNTC - R.R2 Rp -Ri Rp - R2 R (R + R2)R+2R Rl2 + R2 +2RP R. (Rp + R1).R2 R23R = R. R. +R2 +Rp (RP + R2).R2 -2 + 2Rf R13=. R R. + R2 + RP système qu'il est possible de résoudre pour en déduire les valeurs de RNI, RNTC et Rp. Le système n'est généralement pas inversible pour obtenir Rf Une estimation de la valeur de Rf peut être obtenue en considérant que Rf obéit à un modèle symétrique. Dans ce cas, la valeur de Rf, comme la valeur de Rp, est comparée à 5 des valeurs maximum qui permettent de mettre en évidence l'existence d'un encrassement au niveau des contacts et donc de signaler un état propice à des défaillances potentielles. Les perturbations des mesures peuvent également le cas échéant être corrigées en conséquence. Dans le cas général o Rp, Rf, suivent un modèle non symétrique alors RNi, et RNTC, ne sont pas calculables directement. Par contre, en considérant Rp et Rf comme des perturbations apportées au système on peut estimer et encadrer les dites valeurs de Rp, et de Rf, et par conséquent détecter une situation anormale. REVENDICATIONS 1. Système de détection de surchauffe et ou d'incendie, comportant 5 un capteur de détection de surchauffe, ainsi que des moyens de traitement auquel ledit capteur est relié, ledit capteur comportant au moins un élément ou matériau à résistance à coefficient de température positif ou négatif, ainsi que des moyens pour mesurer ladite résistance, caractérisé en ce que les moyens de 10 traitement mettent en oeuvre une analyse de l'évolution dynamique d'au moins un paramètre estimé à partir des mesures obtenues, pour en déduire une information quant à une éventuelle surchauffe et/ou quant à un éventuel défaut de fonctionnement du capteur. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - le capteur comporte un matériau à coefficient de température négatif, ainsi qu'un fil à coefficient de température positif, et en ce que: - les moyens de traitement comportent des moyens pour analyser les variations de la résistance du matériau à coefficient de température négatif et pour déduire de cette analyse une estimation de la portion de capteur qui fait l'objet d'une éventuelle surchauffe. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'estimation de la portion de capteur qui fait l'objet d'une éventuelle surchauffe est comparée à des valeurs seuils et en ce que les moyens de traitement comportent des moyens qui 30 déclenchent un signal destiné à alerter d'un éventuel disfonctionnement du capteur lorsque ladite estimation ne se trouve pas dans des valeurs attendues. 4. Système selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de traitement analysent les variations logarithmiques de la résistance du matériau à coefficient de température négatif, ainsi que des variations de la valeur de résistance du fil. 5, Système selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens de traitement comparent les valeurs mesurées pour au moins une résistance à une ou plusieurs valeurs limites 10 et en ce que lesdits moyens de traitement comportent des moyens qui déclenchent un signal destiné à alerter d'un éventuel disfonctionnement du capteur lorsque lesdites valeurs mesurées ne se trouvent pas dans des valeurs attendues. 6. Système selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les moyens de traitement comportent des moyens pour comparer la valeur de résistance mesurée pour le fil à une valeur limite fonction de la valeur de résistance mesurée pour le matériau à coefficient de température négatif, ainsi que des 20 moyens qui déclenchent un signal destiné à alerter d'un éventuel disfonctionnement du capteur lorsque la valeur de résistance mesurée pour le fil se trouve au-delà de la valeur limite. 7. Système selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce 25 que les moyens de traitement comportent des moyens pour comparer la valeur de résistance mesurée pour le matériau à coefficient de température négatif à une valeur limite fonction de la valeur de résistance mesurée pour fil, ainsi que des moyens qui déclenchent un signal destiné à alerter d'un éventuel 30 disfonctionnement du capteur lorsque la valeur de résistance mesurée pour le matériau à coefficient de température négatif se trouve au-delà de cette valeur limite. 8. Système selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que: le capteur comporte une âme conductrice s'étendant à l'intérieur d'une gaine interne également conductrice, ladite âme et ladite 5 gaine interne étant séparées par le matériau à coefficient de température négatif, ledit fil est un matériau à coefficient de température positif s'étendant à l'extérieur de la gaine interne en étant séparé de celle-ci par un matériau isolant, l'âme centrale, la gaine interne et le fil bobiné étant raccordés à des moyens de 10 connexion terminant ledit capteur, - et en ce que les moyens de traitement comportent des moyens pour mesurer selon une séquence donnée dans le temps la résistance entre une extrémité de l'âme centrale et une extrémité de la gaine interne, la résistance entre une extrémité de l'âme 15 centrale et une extrémité du fil, ainsi que la résistance entre une extrémité de la gaine interne et une extrémité du fil, lesdits moyens de traitement comportant en outre des moyens pour déduire des mesures ainsi réalisées une estimation de la résistance du matériau à coefficient de température négatif et 20 une estimation de la résistance du fil. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de traitement déterminent également en fonction desdites mesures au moins une estimation des résistances 25 parasites et déclenchent un signal destiné à alerter d'un éventuel disfonctionnement du capteur lorsque cette estimation se trouve au-delà d'une valeur limite.