Brevet FR2912814A1 — publié le 20080822

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection de défaillance d'un capteur capacitif passif en fonctionnement. Dans le domaine de la détection de défaillance de capteur, il est connu classiquement d'utiliser des méthodes basées sur la moyenne et/ou sur l'écart type. Ces deux méthodes similaires et pouvant être utilisées de manière conjointe et complémentaire, fonctionnent selon le principe suivant. En fonctionnement nominal, sur une application donnée, un paramètre (respectivement moyenne ou écart type) évolue en restant encadré par deux valeurs seuils. Le franchissement par un paramètre d'un de ces seuils est indicatif d'une défaillance du capteur. Cependant si ces méthodes fournissent de bons résultats dans certaines configurations entraînant une dérive rapide des paramètres, certains types de défaillances ou certaines configurations, entraînant une dérive trop lente desdits paramètres, ne peuvent être détectées. De telles défaillances correspondent à au moins deux cas identifiés. Un premier cas correspond à la rupture d'un des deux fils pour un capteur connecté en mode différentiel. Un second cas correspond à la rupture du fil de masse pour un capteur connecté en simple (ou Single Ended Input ou SEI en anglais). Dans ces deux cas, la mesure devient trop flottante pour obtenir un signal de mesure fiable, mais en même temps insuffisamment flottante pour être détectable par les méthodes classiques. Une méthode, telle que celle objet de l'invention, adaptée à ces cas de figure est donc utile et recherchée. L'invention concerne un procédé de détection de défaillance en fonctionnement d'un capteur capacitif passif comprenant une cellule de mesure produisant un signal brut et connectée par deux bornes à un dispositif de traitement du signal, le procédé étant remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) génération d'un signal de référence périodique, b) injection dudit signal de référence périodique aux bornes de la cellule de mesure, c) mesure d'une capacité aux bornes de la cellule de mesure, d) comparaison de ladite capacité mesurée avec une capacité nominale, 30 un écart au-delà d'un seuil déterminé entre la capacité mesurée et la capacité nominale étant indicatif d'une défaillance de la cellule de mesure du capteur. Un avantage du dispositif ou procédé selon l'invention est de permettre une utilisation en fonctionnement, sans nécessiter de modifier le câblage entre l'utilisation nominale et la détection de défaillance. 35 Un autre avantage du dispositif ou procédé selon l'invention est de permettre avantageusement une réutilisation de la chaîne de mesure nominale. 2 D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels : - la figure 1 représente un exemple de câblage d'un capteur muni d'un dispositif de 5 détection de défaillance selon l'invention. La figure 1 illustre le câblage d'un capteur selon l'invention. Ce capteur est un capteur de type capacitif passif avec son ensemble de conditionnement/traitement, et peut être de manière illustrative un capteur accéléromètre piézo-électrique du type de ceux utilisés pour la détection de cliquetis pour un moteur à combustion interne. 10 Un tel capteur comprend une cellule de mesure 1 comprenant au moins un élément sensible réagissant à une sollicitation physique pour produire un signal brut. Ce signal brut est transmis à un conditionneur 2 comprenant les composants nécessaires au prétraitement dudit signal brut pour produire un signal prétraité. Ce prétraitement réalise par exemple une amplification, un premier filtrage ou une conversion du signal brut issu 15 de la cellule de mesure 1. Le conditionneur 2 est le plus souvent réalisé en technologie analogique. Le signal prétraité est ensuite transmis à une unité de traitement 3. Cette unité de traitement 3 réalise le traitement du signal pour produire un signal de mesure 4. Cette unité de traitement 3 est le plus souvent réalisée en technologie numérique. Elle comprend typiquement un gain G, un filtre passe bande BPF, un redresseur en partie 20 positive RE et un intégrateur Integ. Dans le cas de l'invention ou le capteur est un capteur capacitif passif, la cellule de mesure 1 est équivalente à un condensateur dont la capacité varie en fonction de la grandeur physique à laquelle est soumise la cellule de mesure 1. Le montage de la figure 1 présente un capteur câblé en différentiel. La chaîne de 25 mesure est constituée du conditionneur 2 et de l'unité de traitement 3. Le conditionneur 2 a pour fonction, au travers d'un amplificateur opérationnel de traiter le signal différentiel. L'unité de traitement 3 réalise classiquement une mesure d'énergie, au travers du redresseur RE et de l'intégrateur Integ, afin de produire un signal de mesure 4 en tension Vknk, indicatif de la capacité de la cellule de mesure 1. 30 Dans la configuration de la figure 1 avec un montage différentiel, en cas de rupture d'un fil entre une borne 6, 7 et la cellule de mesure, le second fil transmet encore un signal suffisant pour que la tension Vknk du signal de mesure 4 ne s'évade pas suffisamment pour que ladite rupture de fil soit détectée par les méthodes classiques de la moyenne ou de l'écart type. De même dans une configuration à fil signal unique et 35 masse, un rupture de fil de masse ne produit pas une évasion de la tension Vknk du signal de mesure 4 suffisante pour être détectée, le fil actif transmettant encore un signal suffisant, même en l'absence de référence. 3 Selon l'invention, un autre procédé est proposé qui permet de détecter sans erreur une défaillance dans ces cas de figure. Le principe de ce procédé consiste à mesurer une capacité aux bornes 6, 7 de la cellule de mesure 1. Est ainsi mesurée la capacité résultante de la cellule de mesure 1 en parallèle de la capacité du conditionneur 2. En cas de défaillance par rupture de connecteur entre l'une au moins des bornes 6, 7 et la cellule de mesure 1, seul la capacité du conditionneur est mesurée. Le capteur étant capacitif, la cellule de mesure 1 présente une capacité naturellement importante relativement à la capacité du conditionneur 2. Ceci entraîne une différence marquée entre la capacité résultante du conditionneur 2 seul, correspondant à une défaillance, et la capacité du conditionneur 2 ensemble avec la cellule de mesure 1 correspondant à un fonctionnement nominal. Pour mesurer cette capacité le procédé comprend les étapes de : a) génération d'un signal de référence périodique 5, b) injection dudit signal de référence périodique 5 dans la chaîne de mesure aux bornes 6, 7 de la cellule de mesure 1. Ledit signal 5 est injecté sur l'une quelconque des bornes 6, 7. La référence dudit signal de référence périodique 5, non représentée, est commune avec celle du circuit, et est ainsi reliée à l'autre borne. Le procédé se poursuit par une étape c) de mesure de capacité aux bornes 6, 7 de la cellule de mesure 1. Le procédé réalise ensuite une étape d) de comparaison de ladite capacité mesurée avec une capacité nominale. Une telle capacité nominale correspond à une valeur mesurée lorsque le capteur est fonctionnel, par exemple initialement en usine, lors de la fabrication ou de l'intégration du capteur. Un écart important entre la capacité mesurée et la capacité nominale est indicatif d'une défaillance de la cellule de mesure 1 du capteur, typiquement résultante d'une rupture de fil entre les bornes 6, 7 et la cellule de mesure. L'importance de l'écart est aisément quantifiable au regard de la différence de capacité observable entre les deux configurations que sont celle d'une cellule de mesure connectée et celle d'une cellule de mesure déconnectée. II est donc possible de placer un seuil de détection entre ces deux valeurs. Le franchissement de ce seuil par le signal de mesure 4 indique une défaillance. Typiquement ce seuil pourra être égal à la moitié de la valeur de la capacité nominale. Un élément avantageux selon l'invention est que ladite mesure de capacité peut être réalisée au moyen de la chaîne de mesure, comprenant le conditionneur 2 et l'unité de traitement 3, elle-même, qui en mode nominal produit un signal de mesure 4 en tension représentatif de la capacité aux bornes 6, 7, de la cellule de mesure 1. Ceci permet une mesure "in situ", sans nécessiter aucun ajout de composant, ni aucune connexion ou déconnexion. 4 Le signal de référence périodique 5 injecté doit être périodique pour que le principe de mesure de capacité fonctionne. Dans la pratique, un signal périodique carré est avantageusement employé, du fait de l'existence de générateurs de tels signaux. Selon une utilisation préférentielle, la cellule de mesure 1 est un accéléromètre piézoélectrique utilisé comme détecteur de cliquetis pour un moteur à combustion interne. Pour que la chaîne de mesure puisse être réutilisée, durant l'exécution du procédé de détection de défaillance, il est préférable que deux conditions soient remplies. Il faut d'une part que la cellule de mesure 1 ne soit pas sollicitée durant le procédé. Ainsi elle est soumise à des conditions similaires à celles présentes lors de la mesure de capacité nominale, et sa capacité n'évolue pas pendant l'exécution du procédé, afin de ne pas perturber ledit procédé. Cette première condition est par exemple déterminée par un paramètre système en provenance d'un superviseur qui indique que le capteur et donc la cellule de mesure 1 ne sont pas utilisés. Ainsi dans le cas du détecteur de cliquetis envisagé, un superviseur moteur peut indiquer l'absence de sollicitation (absence de cliquetis) dans certaines conditions de fonctionnement : moteur au ralenti, moteur en phase de coupure d'injection, etc. Dans ces phases la cellule de mesure 1 est dans des conditions identiques à celles rencontrées lors la mesure de capacité nominale. D'autre part, le signal de mesure 4 étant directement perturbé, par l'injection du signal périodique de référence 5, le signal de mesure 4 ne doit pas être considéré pour sa fonction principale, durant l'exécution du procédé. Ceci peut être réalisé, en utilisant le même paramètre système en provenance d'un superviseur pour inhiber le signal de mesure 4. L'unité de traitement 3 ou un autre module exploitant le signal de mesure 4 nominal peut ainsi être commandé pour ignorer le signal de mesure 4 pendant le déroulement du procédé de détection de défaillance. Ainsi dans le cas du détecteur de cliquetis, une valeur du signal de mesure 4 indiquant le cas échéant un cliquetis, ne doit pas être interprétée comme tel, pendant l'exécution du procédé, mais au contraire être ignoré. L'invention concerne encore un dispositif de détection de défaillance en fonctionnement d'un capteur, apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'un des modes de réalisation précédents. Un tel dispositif est avantageusement le circuit de mesure / conditionnement / traitement nominal, complété par un générateur de signal périodique 5 et sa connexion permanente audit circuit. Le dispositif comprend encore un moyen de comparaison de la capacité mesurée avec une capacité nominale. Le dispositif comprend encore une interface système avec un superviseur indiquant quand il est possible de réaliser une détection de défaillance. Le procédé, respectivement le dispositif, selon l'invention est utilisable, pour détecter une défaillance, soit seul, soit de manière complémentaire avec l'une ou l'autre des méthodes classiques de l'art antérieur. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection de défaillance en fonctionnement d'un capteur capacitif passif comprenant une cellule de mesure (1) produisant un signal brut et connectée par deux bornes (6, 7) à un dispositif de traitement du signal, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) génération d'un signal de référence périodique (5), b) injection dudit signal de référence périodique (5) aux bornes (6, 7) de la cellule de mesure (1), c) mesure d'une capacité aux bornes (6, 7) de la cellule de mesure (1), d) comparaison de ladite capacité mesurée avec une capacité nominale, un écart au-delà d'un seuil déterminé entre la capacité mesurée et la capacité nominale étant indicatif d'une défaillance de la cellule de mesure (1) du capteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de traitement du signal est constitué d'un conditionneur (2) pré traitant ledit signal brut, avant de transmettre le signal prétraité à une unité de traitement (3) traitant ledit prétraité pour produire un signal de mesure (4). 3. Procédé selon la revendication 2, où les mesures de capacité sont réalisées au moyen du conditionneur 2 et de l'unité de traitement 3. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, où la cellule de mesure (1) est un accéléromètre piézoélectrique utilisé comme détecteur de cliquetis pour un moteur à 20 combustion interne. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, où les étapes a) à d) sont exécutées à des instants, indiqués par un paramètre système, où la cellule de mesure (1) n'est pas utilisée. 6. Procédé selon la revendication 5, où durant l'exécution des étapes a) à d), 25 l'unité de traitement (3) ignore le signal de mesure (4). 7. Dispositif de détection de défaillance en fonctionnement d'un capteur, caractérisé en ce qu'il est apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.