Brevet FR2916050A1 — publié le 20081114

DISPOSITIF ET PROCEDE DE DIAGNOSTIC ET DE CONNEXION SANS CONTACT ENTRE UN PREMIER ENSEMBLE DE FILS ELECTRIQUES ET UN SECOND ENSEMBLE DE FILS ELECTRIQUES OU UNE CARTE ELECTRONIQUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un dispositif et un procédé de diagnostic et de connexion sans contact entre un premier ensemble de fils électriques et un second ensemble de fils électriques ou une carte électronique. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans les systèmes électroniques ou informatiques, au sein desquels plusieurs boîtiers ou cartes électroniques doivent échanger des données, le point faible est souvent situé au niveau des connexions. Les possibilités de diagnostic permettant de déceler des pannes ou des défauts et éventuellement de les tolérer en passant en mode dégradé, qui existent pour des composants ou des systèmes électroniques, n'existent pas pour des connexions entre des ensembles de fils électriques ou entre un ensemble de fils électriques et une carte électronique. Lorsqu'un système électronique complexe est placé dans un environnement agressif (vibrations, chaleur, corrosion, milieu salin ou chimique, etc.) les connexions peuvent se dégrader de manière brusque (déconnexion, rupture) ou évolutive (attaque chimique, corrosion, dilatation thermique). Une telle dégradation peut entraîner par exemple de mauvais échanges d'informations ou une perte d'alimentation électrique. Le problème technique qui se pose est donc de diagnostiquer le bon fonctionnement d'un dispositif de connexion, en vérifiant que les données transmises par celui-ci le sont de manière satisfaisante pour les systèmes électroniques qui doivent les utiliser. Dans les dispositifs de connexion de l'art connu la fiabilisation des connexions peut être faite de manière mécanique, par exemple par clipsage ou arrimage mécanique d'une partie mâle sur une partie femelle. Une telle solution, qui garantit une non déconnexion tant que l'on ne dépasse pas certaines contraintes mécaniques ou thermiques, ne répond que partiellement au problème technique défini ci-dessus. Il existe également d'autres solutions de l'art connu. Le document référencé [1] en fin de description décrit un détecteur de courant circulant dans un fil conducteur électrique à tester. Ce détecteur est constitué d'un anneau, comprenant un capteur à effet Hall, que l'on place autour de ce fil. Ce détecteur, qui permet de mesurer le courant circulant dans un fil, ne permet pas de diagnostiquer le bon fonctionnement d'un connecteur. De plus, ce détecteur est très encombrant, et rien ne suggère à un homme de métier d'intégrer un tel dispositif de mesure au niveau d'un connecteur. Le document référencé [2] décrit un connecteur de type smart connector qui intègre un circuit imprimé avec des pistes de contact. Le circuit imprimé est relié électriquement à des fils électriques et aux pistes conductrices situées sur l'un de ses bords. Le circuit imprimé de détection des signaux n'est donc pas passif. De manière analogue, le document référencé [3] décrit un connecteur intégrant une carte à circuit imprimé comprenant un circuit imprimé de contrôle. La carte à circuit imprimé est reliée d'une part à des fils électriques et d'autre part à des contacts. Dans ces deux derniers documents, les dispositifs décrits sont intrusifs, puisque la carte à circuit imprimé est intercalée sur la ligne électrique. De plus le circuit imprimé de contrôle n'est pas adapté à la mesure de tous types de signaux. L'invention a pour objet de permettre à un dispositif de connexion de diagnostiquer son état, de détecter correctement des défauts de connexion dus, par exemple, à des parasites, des vibrations, des défauts de transmission des informations, par exemple par perte de données ou diminution d'amplitude des signaux, ou une dégradation de la connexion, par exemple par apparition de corrosion. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un dispositif de diagnostic et de connexion sans contact entre un premier ensemble de fils électriques et un second ensemble de fils électriques ou une carte électronique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de courant ou de champ magnétique disposé au voisinage d'au moins un contact et un dispositif d'acquisition et de traitement du (des) signal(aux) reçu(s) de cet au moins un capteur de courant ou de champ magnétique qui permet de reconstituer le courant initial arrivant audit au moins un contact. Contrairement aux documents référencés [2] et [3], le dispositif de l'invention est passif vis-à-vis de la détection des signaux sur les fils. Chaque capteur de courant ou de champ magnétique peut être un capteur de type inductif, à effet Hall, à force de Lorentz, ou magnéto-résistif, ou une magnéto-résistance ou une magnéto-résistance anisotrope ou une magnéto-résistance géante (GMR) ou une sonde magnétométrique. Il peut être relié au dispositif d'acquisition et de traitement par une liaison filaire. Il peut être alimenté directement par au moins un des fils d'un des ensembles de fils ou par un dispositif d'alimentation. Avantageusement le dispositif d'acquisition de traitement comporte des moyens de comparaison entre les signaux fournis par deux capteurs de courant ou de champ magnétique situés de part et d'autre du contact. Avantageusement, les moyens de comparaison effectuent la comparaison de signaux reconstitués. Avantageusement le dispositif d'acquisition et de traitement comporte des moyens de comparaison entre les signaux fournis par un capteur de courant ou de champ magnétique et un signal de référence, qui peut être un courant connu arrivant au contact. Avantageusement, le dispositif de l'invention comprend un dispositif de gestion des entrées/sorties de signaux, un dispositif d'acquisition et de traitement et une alimentation disposés sur une carte électronique au sein du connecteur. Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif d'acquisition et de traitement comprend des moyens de reconstitution d'un signal défectueux et de réinjection d'un signal correct se substituant au signal défectueux. Dans un exemple de réalisation, le dispositif d'acquisition et de traitement est un circuit intégré spécifique ou ASIC. Un circuit analogique de mise en forme et de numérisation est disposé en sortie de chaque capteur de courant ou de champ magnétique. Les capteurs de courant ou de champ magnétique et un dispositif de mise en forme associé à une alimentation sont disposés dans un boîtier muni d'un couvercle mobile autour d'une articulation pour venir emprisonner un ensemble de fils. Avantageusement au moins une boucle de courant sous forme d'une pince d'injection en deux parties disposées respectivement dans le boîtier et dans son couvercle, permet d'injecter le signal correct reconstitué sur un fil électrique. L'invention concerne également un procédé de connexion entre un premier ensemble de fils électriques et un second ensemble de fils électriques ou une carte électronique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - on mesure le courant arrivant dans au 30 moins un contact à l'aide d'un capteur de courant ou de champ magnétique disposé au voisinage de cet au moins un contact, - on acquiert et traite, dans un dispositif d'acquisition et de traitement, le (les) signal(aux) reçu(s) de cet au moins un capteur de courant ou de champ magnétique, et - on reconstitue le courant initial arrivant audit au moins un contact. Avantageusement on compare les signaux fournis par deux capteurs de courant ou de champ magnétique situés de part et d'autre du contact. On peut également comparer les signaux fournis par les capteurs de courant ou de champ magnétique à un signal de référence, par exemple un courant connu arrivant au contact. Dans un mode de réalisation avantageux, on reconstitue un signal défectueux et on réinjecte un signal correct se substituant au signal défectueux. Le dispositif de l'invention permet ainsi de repérer rapidement une connexion déficiente, de tester l'état de celle-ci, d'en signaler l'état à un opérateur de maintenance, et de remplacer temporairement ou durablement cette connexion déficiente, par reconstruction des signaux non transmis ou mal transmis. Aucun des documents de l'art connu cités précédemment ne suggère une telle réparation des signaux défectueux, au moyen du dispositif d'acquisition et de traitement associé à un dispositif de réémission du signal reconstitué. Le dispositif de l'invention présente de nombreux avantages . - Il peut être branché sur un bus de données pour en extraire les données sans abîmer les fils électriques, et débranché sans laisser de traces, par exemple pour un test du réseau non intrusif ou une connexion temporaire ou déplaçable. - Un dispositif électronique complexe peut être intégré au dispositif de l'invention, ou sur une carte électronique proche de celui-ci. - De nouvelles fonctions peuvent être ajoutées au dispositif de l'invention, en vue d'en améliorer sa fiabilité, par exemple des fonctions : • de vérification de la bonne transmission des informations, • de détection et d'indication de problèmes de transmission, par exemple perte de contact transitoire ou définitive, atténuation des signaux, • de reconstruction de signaux non transmis ou mal transmis. - Une telle possibilité de reconstituer des signaux à partir de la lecture des champs électromagnétiques rayonnés permet de créer un connecteur sans contact qui vient se brancher sur un câble ou un ensemble de fils électriques et de capter les signaux qui y transitent pour les envoyer vers un système électronique qui peut en avoir besoin, sans couper ou endommager les fils. L'invention peut être utilisée dans de nombreux domaines, par exemple : - dans le domaine de la fiabilisation de dispositifs d'interconnexion, au sein de systèmes électroniques distribués communiquant par fils ou alimentés par fils, - dans tous les domaines utilisant des systèmes électroniques interconnectés, surtout ceux comportant des fonctions critiques de sûreté (pour lesquelles les signaux transmis sont primordiaux), par exemple les domaines suivants : avionique, automobile et transports, communication, automates, médical, nucléaire, machines industrielles, équipement grand public haut de gamme. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 illustre le mode de fonctionnement du dispositif de connexion de l'invention. La figure 2 illustre un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention de type diagnostic de connexion . La figure 3 illustre un second mode de réalisation du dispositif de l'invention de type diagnostic de connexion . Les figures 4A et 4B illustrent un schéma électronique de principe du dispositif de l'invention. La figure 5 illustre un exemple de réalisation du dispositif de l'invention et d'application à un réseau CAN. Les figures 6 et 7 illustrent le mode d'utilisation connecteur sans contact . EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Le dispositif de diagnostic et de connexion sans contact selon l'invention entre un premier ensemble de fils électriques et un second ensemble de fils électriques ou une carte électronique comprend au moins un capteur de courant ou de champ magnétique, disposé au voisinage d'au moins un contact de ce dispositif dont on cherche à mesurer les signaux par rayonnement électromagnétique, et un dispositif d'acquisition et de traitement du (des) signal(aux) reçu(s) de cet au moins un capteur de courant ou de champ magnétique qui permet de mettre en forme, numériser et traiter ce (ou ces) signal(aux) pour reconstituer le courant initial arrivant audit au moins un contact. En effet, un courant circulant dans un conducteur électrique, par exemple un fil électrique, au niveau d'un contact de ce dispositif émet un champ magnétique qui rayonne dans l'espace environnant. Un capteur de courant ou de champ magnétique placé dans ce champ fournit un courant qui est l'image du champ rayonné et donc du courant arrivant au contact du dispositif de connexion, qui est à l'origine de ce champ. Selon le mode de fonctionnement illustré sur la figure 1, le dispositif de diagnostic et de connexion sans contact de l'invention comprend une partie mâle 10 et une partie femelle 11. La partie mâle 10 comprend des fils 12 qui viennent s'insérer dans des contacts 13 de la partie femelle. Des capteurs de courant ou de champ magnétique 14 solidaires de la partie femelle 11 sont disposés à proximité de ces fils 12 pour détecter le passage d'un courant dans ceux-ci. Un dispositif d'acquisition et de traitement 15, dans la partie supérieure de la figure, génère un signal 19 (générateur 16) dans le fil 17. Ces capteurs de courant ou de champ magnétique 14 détectent un courant. Le dispositif de détection 18 détermine que le contact correspondant entre la partie mâle et la partie femelle est bon. Par contre dans la partie inférieure de la figure, ce dispositif 15 génère un signal 19 dans le fil 17, mais les capteurs de courant ou de champ magnétique 14 ne détectent aucun courant. Le dispositif de détection 18 détermine donc que le contact correspondant entre la partie mâle et la partie femelle est mauvais. Le signal généré 19 peut être un signal de test spécifique ou un signal numérique d'opération courante. On peut ainsi utiliser un seul capteur de courant ou de champ magnétique 14 qui capte le courant sur plusieurs fils, ou plusieurs capteurs 14 disposés chacun au dessus d'un fil. L'ensemble formé par le (ou les) capteur(s) de courant ou de champ magnétique 14 et le dispositif d'acquisition et de traitement 15 peut être autonome en énergie, ou s'alimenter en utilisant le courant qui arrive au dispositif de connexion, ce qui permet de ne pas créer de lien physique supplémentaire entre la partie mâle 10 et la partie femelle 11 du dispositif de connexion, et donc de ne pas empêcher la déconnexion de ces deux parties. Pour détecter un défaut de connexion, on compare le courant, reconstitué ou non par le dispositif d'acquisition et de traitement, à une valeur de référence, de la façon suivante : - Si un courant connu arrive au dispositif de connexion, par exemple parce qu'il est issu d'un système électronique en amont qui peut être un calculateur sur une carte qui envoie une donnée, le dispositif d'acquisition et de traitement compare le courant reconstitué par le capteur de courant ou de champ magnétique en aval du contact à ce courant connu. - Si un courant inconnu arrive au dispositif de connexion, par exemple parce que le dispositif de connexion relie deux ensembles de fils, le dispositif d'acquisition et de traitement compare les deux courants émis par deux capteurs de courant ou de champ magnétique disposés de chaque côté de la connexion, avant ou après reconstitution. La figure 2 illustre un premier mode de réalisation dans lequel le dispositif de diagnostic et de connexion de l'invention comprend un dispositif 20 de gestion des entrées/sorties de signaux, le dispositif d'acquisition et de traitement 21 sous la forme d'un ASIC (circuit intégré spécifique), et une alimentation 22 disposés sur une carte électronique 23. Il comprend une partie mâle 24, et un partie femelle 25. Un capteur de courant ou de champ magnétique 26 est situé au dessus d'un fil 27 de la partie mâle, la partie femelle 25 étant associée au dispositif d'acquisition et de traitement 21. Le capteur de courant ou de champ magnétique 26 est physiquement relié à la carte électronique 23, par exemple par le biais d'un capot 28 qui protège le dispositif de connexion. Par contre, il n'est pas relié à la partie mâle, ce qui permet une déconnexion 29 des parties mâle et femelle du dispositif de l'invention. Le dispositif d'acquisition et de traitement 21 est relié au dispositif 20 de gestion des entrées/sorties et envoie ou reçoit les signaux par son intermédiaire. Les capteurs de courant ou de champ magnétique 26 captent les courants qui circulent dans les fils de la partie mâle et les renvoient vers le dispositif d'acquisition et de traitement 21 qui compare ceux-ci avec les signaux envoyés par le dispositif 20 de gestion des entrées/sorties, qui servent de référence de comparaison. Le dispositif d'acquisition et de traitement 21 détermine alors si les signaux sont corrects ou incorrects, et envoie un avertissement dans le second cas. Dans ce premier mode de réalisation, on peut, bien entendu, intervertir les rôles de la partie mâle 24 et de la partie femelle 25. La figure 3 illustre un second mode de réalisation du dispositif de diagnostic et de connexion de l'invention dans le cas où il relie deux ensembles de fils. Deux ensembles de capteurs 30 et 31, situés au dessus des fils des parties mâle 32 et femelle 33 du dispositif de connexion, sont reliés à un dispositif d'acquisition et de traitement 34. Ces deux ensembles 30 et 31 ainsi que le dispositif d'acquisition et de traitement 34 sont solidaires mécaniquement (ensemble 35) du capot 37 de la partie femelle. L'alimentation est prise (référence 36) sur un des fils, mais pourrait provenir d'une autre source (batterie par exemple). Ce dispositif d'acquisition et de traitement 34 compare les signaux entre eux et envoie un avertissement si les signaux ne sont pas correctement transmis. Les flèches 38 illustrent la déconnexion des parties mâle et femelle. On peut prévoir une sortie supplémentaire du dispositif d'acquisition et de traitement 34 associée à un amplificateur pour réaliser une réinjection des signaux reconstitués en aval de la connexion si celle-ci est défectueuse, ce qui permet de rajouter un niveau de fiabilité supplémentaire au dispositif de connexion de l'invention en réparant un défaut par réinjection d'un signal correct en aval du contact défaillant. Une telle solution permet de fonctionner en mode dégradé en attendant une réparation ou une maintenance. Ainsi, dans le dispositif de l'invention illustré schématiquement sur les figures 4A et 4B, le dispositif d'acquisition et de traitement 40, qui peut être un ASIC, effectue le traitement des signaux recueillis. Les capteurs de courant ou de champ magnétique 41 envoient leurs signaux vers des circuits électroniques analogiques de mise en forme et de numérisation 42, qui entrent dans le dispositif 40 pour comparaison et/ou reconstitution des signaux initiaux. Une interface homme-machine 43 permet d'avertir un opérateur d'un éventuel problème. Elle peut être très rudimentaire (simple diode électroluminescente indiquant un défaut) ou plus complexe (lien hertzien envoyant vers un autre système une information sur le défaut ou même la donnée reconstituée). L'alimentation 44 peut être interne au système ou externe, par exemple par télé alimentation. Sur la figure 4A, le dispositif d'acquisition et de traitement 40 permet de comparer les signaux détectés par les premiers capteurs 41 avec des signaux détectés par de seconds capteurs 45 mis en forme dans des circuits 46. Sur la figure 4B, le dispositif 40 permet de comparer les signaux détectés par les premiers capteurs 41 avec un signal de référence REF (issu d'une carte électronique par exemple). Exemple de réalisation Dans un exemple de réalisation et d'utilisation du dispositif de l'invention pour un réseau CAN, illustré sur la figure 5, on utilise un capteur de courant du commerce 50, par exemple un capteur GMR HMC 10215 de la société Honeywell avec deux sorties out+ et out- , relié à un circuit de mise en forme, comprenant un amplificateur d'instrumentation, un amplificateur non inverseur et un suiveur, dont la sortie est envoyée sur le convertisseur analogique numérique d'une carte électronique comportant un circuit FPGA (composant électronique reconfigurable). Un algorithme de traitement est mis en oeuvre pour reconstituer les courants circulant dans la paire de fils 51 et 52 situés sous le capteur, qui représentent un bus CAN ( Control Area Network ), sur lequel circulent des signaux en mode différentiel. Le capteur capte donc la somme des champs émis par ces deux fils. Le dispositif de connexion fonctionne parfaitement pour des débits de données sur le bus CAN allant jusqu'à 3,5 Mbits/s. L'ensemble illustré sur la figure 6, formé par les capteurs de courant ou de champ magnétique 60 et un dispositif de mise en forme 61 associé à une alimentation, est disposé dans un boîtier 62 muni d'un couvercle mobile autour d'une articulation 63 pour venir emprisonner un ensemble de fils électriques 65 (le bus de données par exemple), afin de positionner le ou les capteurs au dessus ou à proximité immédiate du ou des fils que l'on désire observer. Cet ensemble délivre alors des signaux qui sont renvoyés par liaison 64, par exemple filaire, vers le dispositif électronique d'acquisition et de traitement chargé de reconstituer les signaux circulant sur les fils. L'utilisation de ce dispositif de connexion est ainsi sans contact puisqu'elle ne crée aucun lien physique définitif ni aucune lésion aux fils du bus de données et peut se défaire sans laisser de traces. Comme illustré sur la figure 7, on peut insérer au sein du dispositif de connexion sans contact au moins une boucle de courant ou pince d'injection 70 pour injecter un signal sur un fil électrique d'un bus. Lorsque ces boucles de courant sont parcourues par les courants des signaux à injecter sur le bus, elles génèrent un champ magnétique qui recrée par induction les signaux sur les fils électriques 71 du bus de données. Ces boucles 70 sont en deux parties dans le boîtier 62 et dans son couvercle, ce qui permet d'ouvrir et de refermer celui-ci. L'ensemble constitue donc un connecteur sans contact. REFERENCES [1] US 6,717,396 5 [2] US 6,896,536 [3] US 6,929,487 REVENDICATIONS 1. Dispositif de diagnostic et de connexion sans contact entre un premier ensemble de fils électriques et un second ensemble de fils électriques (12) ou une carte électronique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de courant ou de champ magnétique (14) disposé au voisinage d'au moins un contact et un dispositif (15) d'acquisition et de traitement du (des) signal(aux) reçu(s) de cet au moins un capteur de courant ou de champ magnétique qui permet de reconstituer le courant initial arrivant audit au moins un contact. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque capteur de courant ou de champ magnétique (14) est un capteur de type inductif, à effet Hall, à force de Lorentz, ou magnéto-résistif, ou une magnéto-résistance ou une magnéto-résistance anisotrope ou une magnéto-résistance géante ou une sonde magnétométrique. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque capteur (14) est relié au dispositif d'acquisition et de traitement (15) par une liaison filaire. 4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque capteur de courant ou de champ magnétique (14) et le dispositif (15) d'acquisition et de traitement sont alimentés directement par au moinsun des fils d'un des ensemble de fils ou par un dispositif d'alimentation. 5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d'acquisition et de traitement comporte des moyens de comparaison entre les signaux fournis par deux capteurs de courant ou de champ magnétique situés de part et d'autre du contact. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel les moyens de comparaison effectuent la comparaison de signaux reconstitués. 7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d'acquisition et de traitement comporte des moyens de comparaison entre les signaux fournis par un capteur de courant ou de champ magnétique et un signal de référence. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel ce signal de référence est un courant connu arrivant au contact. 9. Dispositif selon la revendication 1, qui comprend un dispositif (20) de gestion des entrées/sorties de signaux, un dispositif d'acquisition et de traitement (21) et une alimentation disposés sur une carte électronique (23). 10. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d'acquisition et detraitement comprend des moyens de reconstitution d'un signal défectueux et de réinjection d'un signal correct se substituant au signal défectueux. 11. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d'acquisition et de traitement est un ASIC. 12. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel un circuit analogique de mise en forme et de numérisation (42) est disposé en sortie de chaque capteur de courant ou de champ magnétique (41). 13. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les capteurs de courant ou de champ magnétique (60) et un dispositif de mise en forme (61) associé à une alimentation sont disposés dans un boîtier (62) muni d'un couvercle mobile autour d'une articulation (63) pour venir emprisonner des ensembles de fils (65). 14. Dispositif selon la revendication 13, comprenant au moins une boucle de courant sous forme d'une pince d'injection (70), en deux parties disposées respectivement dans le boîtier (62) et dans son couvercle, permettant d'injecter un courant sur un fil électrique. 15. Procédé de connexion entre un premier ensemble de fils électriques et un second ensemble defils électriques (12) ou une carte électronique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - on mesure le courant arrivant dans au moins un contact à l'aide d'un capteur de courant ou de champ magnétique (14) disposé au voisinage de cet au moins un contact, - on acquiert et traite, dans un dispositif (15) d'acquisition et de traitement, le (les) signal(aux) reçu(s) de cet au moins un capteur de courant ou de champ magnétique, et - on reconstitue le courant initial arrivant audit au moins un contact. 16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel on compare les signaux fournis par deux capteurs de courant ou de champ magnétique situés de part et d'autre du contact. 17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel on compare les signaux fournis par les capteurs de courant ou de champ magnétique à un signal de référence. 18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel ce signal de référence est un courant connu arrivant au contact. 19. Procédé selon la revendication 15, dans lequel on reconstitue un signal défectueux et on réinjecte un signal correct se substituant au signal défectueux.