Brevet FR2972264A1 — publié le 20120907

PROCEDE ET SYSTEME DE DETECTION ET DE LOCALISATION PAR REFLECTOMETRIE DE DEFAUTS ELECTRIQUES DE STRUCTURES METALLIQUES 5 [0001] L'invention concerne un procédé et un système de détection et de localisation par réflectométrie de défauts électriques dans des structures métalliques, en particulier pour la détection d'anomalies électriques inaccessibles, 10 telles que des pertes ou des défauts de passage de courant dans un conducteur électrique. [0002] Une anomalie classique est le défaut de retour de courant, qui est en général difficile à localiser dans les installations électriques. Ainsi, dans les nouveaux avions à peau composite, tels que les matériaux plastiques renforcés 15 par des fibres de carbone (en abrégé CFRC), la peau ne peut plus réaliser le retour courant entre les passagers et les sources d'énergie, ainsi que la protection électromagnétique, fonctions assurées auparavant par la peau métallique de l'avion. [0003] Pour y remédier, des réseaux de structures métalliques sont 20 proposés. Ces structures intègrent des pièces primaires métalliques qui accueillent en général plusieurs câbles électriques. En particulier, ces pièces forment des structures métalliques en « U » ou en « I » pour réaliser des logements pour câbles (en anglais «raceways »), le long du fuselage ou du plafond de soute d'un avion. 25 [0004] La figure 1 illustre la présence de ces raceways 1 (en U) et 2 (en I) dans une architecture d'avion 3 à peau composite : ces raceways apparaissent respectivement dans le toit du fuselage 4 et sous le plancher intermédiaire 5 d'accès au fond de soute 6. Les raceways sont constitués d'éléments interconnectés par des tresses métalliques et sont utilisés à la fois comme écrans 30 de protection électromagnétique et comme support de cheminement des câbles électriques sur de grandes longueurs. [0005] Mais surtout, ces raceways vont concentrer le retour des courants portés par les câbles, en constituant des lignes de courant basse impédance avec les câbles qu'ils contiennent. Dans ces conditions, il paraît essentiel de pouvoir détecter la perte d'une tresse ou la dégradation de ses fonctions électriques tout le long du cycle de vie de l'avion. [0006] En effet, les longueurs des câbles représentent plusieurs centaines de kilomètres dans les avions modernes et un diagnostic fiable de la validité du réseau électrique est un enjeu important voire vital. [0007] Cette détection n'est pas réalisable globalement au moyen d'un ohmmètre car les raceways étant connectés au réseau en de nombreux points, la perte ou la dégradation d'une tresse n'est pas significative sur la valeur de la résistance totale du réseau. Un contrôle individuel des tresses n'est pas réaliste économiquement au regard de leur grand nombre et de leur faible accessibilité. [0008] Par ailleurs, la réflectométrie est une méthode de diagnostic connue, basée sur le principe du radar, pour caractériser un milieu donné par propagation d'un signal et analyse du signal réfléchi par ce milieu. Une partie de l'énergie de ce signal, qui se propage selon la loi de propagation du milieu considéré, se réfléchit en effet vers le point d'injection du signal lorsqu'il rencontre une discontinuité. Un dispositif de réflectométrie comporte un générateur de signal test, un détecteur des signaux réfléchis et un analyseur de ces signaux réfléchis, configuré pour évaluer une caractéristique du milieu. [0009] Cette méthode permet en particulier de détecter des anomalies dans les câbles électriques, telle que décrit par exemple du document de brevet US 7 495 450. Les signaux de réflectométrie évoluent dans le domaine fréquentiel, en abrégé FDR, ou dans le domaine temporel, en abrégé TDR selon la nature du signal injecté : la FDR utilise un signal sinusoïdal vobulé (modulé en fréquence) et la TDR un signal impulsionnel modulé. Cette technique présente l'avantage de ne nécessiter qu'un seul point d'accès au câble. [0010] L'invention vise à permettre l'application de cette technologie à la détection et à la localisation de défauts électriques dans des structures métalliques de support de câbles telles que des raceways. Pour ce faire, elle propose d'utiliser une propagation électrique particulière, couplée à chaque raceway. [0011] Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de détection et de localisation de défauts électriques par réflectométrie dans des structures métalliques de support de câbles du type raceway, dans lequel une ligne de propagation électrique est associée à chaque structure, la ligne étant reliée à l'une des extrémités à la structure métallique. A son autre extrémité, un signal de sonde est injecté dans la ligne et un signal réfléchi, en retour du signal injecté, est détecté et analysé, par comparaison à une signature de référence d'un signal réfléchi non perturbé. [0012] Selon des modes particuliers, le procédé opère dans le domaine fréquentiel (FDR) ou dans le domaine temporel (TDR) avec, respectivement, un signal de sonde modulé en fréquence ou en impulsion. [0013] L'invention se rapporte également à un système de détection et de localisation par réflectométrie de défauts électriques dans des structures métalliques, apte à mettre en oeuvre le procédé défini ci-dessus. Un tel système comporte au moins un conducteur électrique isolé, maintenu à distance d'une des parois de ladite structure métallique à tester. Le conducteur est relié, à l'une de ses extrémités, à des moyens d'émission et d'injection d'un signal sonde ainsi qu'à des moyens de connexion à un dispositif de détection et d'analyse d'un signal réfléchi et est en liaison, à l'autre extrémité, à ladite structure métallique. [0014] Selon des modes particuliers de réalisation : - le conducteur isolé est attaché par intervalles à ladite structure métallique ; - les moyens d'attache sont montés sur des supports solidaires d'une paroi de la structure métallique ; - ladite liaison électrique comporte une cosse attachée à ladite structure et sertie sur l'extrémité de l'élément conducteur ; - le dispositif de détection et d'analyse du signal réfléchi comporte également les moyens d'émission du signal de sonde ; - les moyens d'injection et de connexion forment un seul connecteur. [0015] D'autres aspects et particularités de la mise en oeuvre de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, accompagnée de dessins annexés qui représentent, respectivement : - en figure 1, la disposition de raceways dans une architecture d'avion à peau composite (déjà commentée) ; - en figures 2 et 3, des vues respectivement de face et arrière d'une structure métallique élémentaire de raceway et d'une interconnexion entre deux structures élémentaires ; - en figure 4, une vue perspective d'un exemple de liaison entre une structure métallique élémentaire et un conducteur électrique selon l'invention ; - en figure 5, un diagramme des principales étapes de traitement de signal par réflectométrie ; - en figures 6 et 7, des diagrammes d'intensité d'un signal de sonde réfléchi en fonction du temps, respectivement de signature de référence et de mise en évidence d'un défaut de courant d'un raceway. [0016] Des signes de référence identiques utilisés dans les figures se rapportent à des éléments identiques ou équivalents. [0017] Telle qu'illustrée à la figure 2, une structure métallique élémentaire 10 permet d'accueillir quatre câbles électriques, tel que le câble 12. La structure élémentaire 10 a environ deux mètres de long et est composée de parois longitudinales externes 14 et 16 et internes 18, 20 et 22, parallèlement à l'axe X'X de la structure 10. Un support longitudinal en matériau plastique 11 est calé dans la structure pour accueillir les câbles 12 sur une face d'accueil présentant une courbure apte à loger le câble électrique. Des attaches 24 sont régulièrement disposées le long de chaque logement de câble 26 défini entre deux parois. Des fixations 28 sont également prévues pour éventuellement solidariser la structure élémentaire 10 à un bâti. [0018] La figure 3 montre l'interconnexion entre deux de ces structures élémentaires 10 au dos de ces structures, un ensemble de structures élémentaires ainsi interconnectées formant un raceway. [0019] L'interconnexion électrique est réalisée par les tresses d'un câble de raccordement isolé souple 30. Ce câble comporte à ses extrémités des fiches métalliques 32 dans lesquelles sont serties les extrémités des tresses, les fiches étant introduites en ajustage serré dans des embases femelles 34 fixées sur un support 35 au dos des structures 10. [0020] L'interconnexion mécanique entre deux structures 10 est réalisée par une barrette 36 fixée sur chaque structure 10, l'une des fixations pouvant être amovible. Une rampe de contacteurs électriques 38 est également prévue, ainsi que d'autres câbles de raccordement 39 introduits dans des embases 34 pour le retour courant de dispositifs électriques de proximité, ou pour servir de cosse de raccordement dans un exemple de réalisation de l'invention comme expliqué ci-après. [0021] La figure 4 illustre un exemple de liaison entre une structure métallique élémentaire 10, support d'un câble 12, et un conducteur électrique isolé C selon l'invention. Le conducteur isolé C est maintenu à distance de la structure 10 par passage dans des attaches en forme de colliers 40, avantageusement élastiques, montés sur des supports 41 solidaires de parois 14 et 16 de la structure métallique 10. Le conducteur C est, dans cet exemple, un simple fil de cuivre gainé de norme « gauge 22 ». Le fil conducteur C est relié à l'une de ses extrémités au connecteur 500 (cf. figure 5) et à l'autre extrémité à une cosse de raccordement 39 (cf. figure 3). [0022] Les principales étapes du traitement de signal par réflectométrie, telles qu'appliquées aux raceways pour la détection d'anomalies électriques par le retour courant, sont illustrées par le diagramme de la figure 5. Sur cette figure, un signal de sonde S est émis et modulé dans un générateur de signaux 100, la modulation pouvant être en fréquence ou en impulsion suivant le modulateur utilisé. Ce signal S est injecté à une première extrémité de l'élément conducteur isolé C par des moyens d'injection 200. [0023] Le conducteur C est disposé à distance le long d'une structure métallique 10 de type raceway et relié en extrémité à ce raceway, selon des aménagements tels que ceux décrits ci-dessus. Un signal réfléchi R provenant du conducteur C est transmis à un dispositif de détection et d'analyse de signal 300 via des moyens de connexion 400. Une ligne de propagation du signal est ainsi créée par la présence de conducteurs C associés au plan de masse formé par les raceways. [0024] Les moyens d'injection et de connexion peuvent être avantageusement regroupés en un seul connecteur 500, ainsi que le générateur et le dispositif de détection et d'analyse en un seul appareillage 600. [0025] Le signal réfléchi R est démodulé et filtré dans une partie de détection 3a du dispositif 300, puis converti en données numériques, données qui sont traitées pour former un chronogramme dans une partie de traitement de données 3b du dispositif 300. L'analyse de ces données est effectuée par comparaison de ce chronogramme avec celui de la signature du raceway préalablement enregistré dans une mémoire. [0026] Un chronogramme Cr des variations d'intensité du signal réfléchi R en fonction du temps « t » est schématiquement reproduit sur le diagramme de la figure 6. [0027] Sur ce diagramme obtenu à partir d'un oscilloscope d'analyse, avec des unités arbitraires appropriées, apparaît le premier pic « positif » P1 du signal réfléchi « R », d'intensité sensiblement supérieure à celles des autres pics positifs: P1 correspond au signal injecté en début de ligne. Le dernier pic P2 « négatif » (c'est-à-dire de sens opposé) correspond au signal réfléchi par le court-circuit en fin de ligne. Les pics intermédiaires qui apparaissent entre les pics extrêmes P1 et P2 sont dus à des fluctuations d'impédance de la ligne de propagation. Le chronogramme obtenu est la signature de référence du raceway. [0028] Un défaut de connexion dans le raceway, par exemple par déconnexion ou mauvaise connexion d'une tresse, génère une rupture d'impédance. Comme illustré par le chronogramme C'r de la figure 7, le signal de sonde va se réfléchir sur cette rupture. Cette réflexion se traduit sur le diagramme par une zone Z perturbée par rapport au diagramme de référence et la formation d'un pic Pr de réflexion dans cette zone. [0029] De tels changements dans le spectre sont détectés et les défauts ainsi localisés lors de tests de maintenance, par comparaison entre la mesure effectuée et la signature de référence préalablement enregistrée à la livraison. [0030] L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Il est par exemple possible de fixer les conducteurs électriques C à distance le long des structures métalliques par tout moyen approprié : collage, clipsage, crochets, glissière, piste conductrice de circuit imprimé souple (type « flex rigid »), etc. Par ailleurs, des colliers de maintien des câbles dans les structures métalliques peuvent également être utilisés par le conducteur électrique C en absence du câble auquel ces colliers sont destinés. REVENDICATIONS1. Procédé de détection et de localisation de défauts électriques par réflectométrie dans des structures métalliques (10) de support de câbles du type raceways, caractérisé en ce qu'une ligne de propagation électrique (C) est associée à chaque structure (10), la ligne étant reliée à l'une des extrémités à la structure métallique (10) et, à son autre extrémité, un signal de sonde (S) est injecté dans la ligne (C) et un signal réfléchi (R), en retour du signal injecté, est détecté et analysé par comparaison à une signature de référence d'un signal réfléchi non perturbé. 2. Procédé de détection et de localisation selon la revendication 1, caractérisé en qu'il opère dans le domaine fréquentiel (FDR) ou dans le domaine temporel (TDR) avec, respectivement, un signal de sonde modulé en fréquence ou en impulsion. 3. Système de détection et de localisation par réflectométrie de défauts électriques dans des structures métalliques, apte à mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un conducteur électrique isolé (C), maintenu à distance d'une des parois (14, 16) de ladite structure métallique à tester (10), et en ce que le conducteur (C) est relié, à l'une de ses extrémités, à des moyens d'émission (100) et d'injection (200) d'un signal sonde (S) ainsi qu'à des moyens de connexion (400) à un dispositif de détection et d'analyse (300) d'un signal réfléchi (R) et est en liaison (39), à l'autre extrémité, à ladite structure métallique (10). 4. Système de détection et de localisation selon la revendication précédente, dans lequel le conducteur isolé (C) est attaché par intervalles à ladite structure métallique (10). 5. Système de détection et de localisation selon la revendication précédente, dans lequel des moyens d'attache (40) du conducteur (C) sont montés sur des supports (41) solidaires d'une paroi (14, 16) de la structure métalliques (10). 6. Système de détection et de localisation selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la fixation du conducteur (C) à ladite structure métallique (10) est réalisée par des colliers destinés au maintien des câbles dans lesdites structures. 7. Système de détection et de localisation selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel ladite liaison électrique comporte une cosse (39) attachée à ladite structure (10) et sertie sur l'extrémité du conducteur isolé (C). 8. Système de détection et de localisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel le dispositif de détection et d'analyse du signal réfléchi (300) comporte également les moyens d'émission (100) du signal de sonde (S). 9. Système de détection et de localisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel les moyens d'injection (200) et de connexion (400) forment un seul connecteur (500).