Brevet FR3022652A1 — publié le 20151225

La présente invention concerne un procédé de détection de défaillance dans un dispositif de régulation comportant un calculateur tel qu'un calculateur numérique de commande d'un moteur d'aéronef (calculateur par exemple de type FADEC). Un tel dispositif de régulation comprend le calculateur, des actionneurs (moteurs électriques, relais, servovannes...) et des capteurs (température, pression, régime, position...). Le calculateur comprend une unité de traitement reliée aux capteurs pour recevoir des signaux de mesure ou d'état, aux actionneurs pour transmettre des signaux de commande, et au poste de pilotage de l'aéronef pour recevoir des consignes du pilote et transmettre les données des capteurs. L'unité de traitement est program- mée pour piloter les actionneurs de manière à réguler et asservir le moteur en fonction des consignes du pilote et des données des capteurs. Il est important de pouvoir détecter et localiser des défaillances du dispositif de régulation afin de : - améliorer la sûreté de fonctionnement du dispo- sitif, - identifier le composant défaillant, - réduire les coûts de maintenance, - surveiller le vieillissement du dispositif. Divers procédés de détection de défaillance sont connus : - inspection visuelle pour détecter des échauffements anormaux et des dégradations des isolants des câbles, cette inspection est nécessairement limitée aux défauts perceptibles à l'oeil dans des endroits visibles ; - inspection aux rayons X pour détecter des défaillances internes aux câbles, cette inspection est assez contraignante à réaliser et est limitée aux endroits faciles d'accès, - spectroscopie d'impédance pour détecter l'état 3022652 2 d'un câble en analysant les caractéristiques de son isolant dans une gamme données de fréquences, cette méthode demande de déconnecter une extrémité de la ligne à tester, 5 - détection fonctionnelle de défaillances par l'exécution de programmes dédiés au sein du calculateur, ce procédé peut ralentir le fonctionnement du calculateur selon la durée et/ou la fréquence d'exécution des programmes. 10 Un but de l'invention est de fournir un moyen permettant de détecter de manière simple et fiable les pannes qui peuvent survenir dans un équipement comportant un calculateur et une ligne différentielle ayant deux branches reliées au calculateur. 15 A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé de détection de défaillance dans un équipement comportant au moins un composant relié à un calculateur par une ligne différentielle comportant deux conducteurs, le procédé comprenant les étapes de : 20 - établir, en un premier point de l'équipement, un couplage par champ avec au moins un des conducteurs de la ligne et injecter via ce couplage un signal initial de test sur ce conducteur, - détecter, en un deuxième point de l'équipement 25 distinct du premier, un signal réfléchi sur la ligne et déterminer une présence de défaillance à partir d'une forme du signal réfléchi. Par couplage par champ, on entend un couplage par champ électrique, magnétique, ou électromagnétique, ou 30 bien encore par rayonnement. Le couplage réalisé est ain- si par exemple un couplage capacitif (ou diaphonie capacitive) ou inductif qui permet d'injecter le signal initial de test dans la ligne (signal de « crosstalk »). Le signal réfléchi résulte d'un changement d'impédance sur 35 le parcours du signal initial. Il est possible de rappro- 3022652 3 cher ce changement d'impédance d'un défaut. Il est de la sorte effectué une surveillance de l'équipement par réflectométrie, qui permet de détecter une défaillance de l'équipement. En outre, il n'est pas nécessaire de décon- 5 necter la ligne pour injecter le signal initial de test. De préférence, la détermination de défaillance comprend une recherche d'une inversion de polarité dans le signal réfléchi et/ou une surveillance d'une amplitude du signal réfléchi. 10 Il est ainsi possible de déterminer le type de défaillance rencontrée et plus particulièrement ici un court-circuit et un circuit ouvert. Selon une caractéristique avantageuse, le procédé comprend l'étape de mesurer d'une durée entre l'injection 15 du signal initial et la détection dans le deuxième point de l'équipement d'un signal non réfléchi résultant de l'injection du signal initial, l'étape de mesurer une durée entre la détection du signal non réfléchi et la détection du signal réfléchi, et l'étape de localiser la 20 défaillance en fonction de la durée mesurée. Ceci permet de réaliser une calibration du procé- dé et de localiser la défaillance en fonction des durées mesurées et de la vitesse de propagation des signaux. L'invention a également pour objet un dispositif 25 de régulation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, comprenant un calculateur, et des moyens de génération d'un signal initial de test dans la ligne, les moyens de génération étant reliés à la ligne par des moyens de couplage par champ 30 Selon une caractéristique particulière, le dispo- sitif comporte au moins un élément de filtrage de mode différentiel en entrée du calculateur et des moyens d'inactivation de l'élément de filtrage pour la réception du signal réfléchi. 35 Le signal réfléchi a généralement un faible ni- 3022652 4 veau d'énergie et serait encore atténué par l'élément de filtrage. Le signal réfléchi pourrait alors ne plus être exploitable. D'autres caractéristiques et avantages de 5 l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : 10 - la figure 1 est une vue schématique d'un dispo- sitif selon l'invention ; - les figures 2 à 4 sont des vues schématiques en coupe transversale montant trois modes de réalisation des moyens de couplage ; 15 - la figure 5 est un diagramme montrant schémati- quement la tension mesurée en fonction du temps lors de l'injection d'une impulsion conformément à l'invention. L'invention est ici décrite en application à un 20 dispositif de régulation qui est représenté de manière extrêmement simplifiée sur la figure 1. Le dispositif de régulation comporte un calcula- teur, généralement désigné en 1, et un capteur 100 relié au calculateur 1 par une ligne 50 comportant ici un con- 25 ducteur 51 et un conducteur 52. Le calculateur 1 comprend de façon connue en elle-même une unité de filtrage 2, un amplificateur 3, un convertisseur analogique - numérique 4 et une unité de traitement 5. 30 L'unité de filtrage 2 est reliée en entrée au conducteurs 51, 52 et en sortie à l'amplificateur 3 pour éliminer les parasites dans les signaux qui lui parviennent de telle manière que seul la partie des signaux utile à l'unité de traitement 5 soit transmise à cette 35 dernière. L'unité de filtrage assure ainsi par exemple un 3022652 5 filtrage du mode commun et un filtrage du mode différentiel. L'amplificateur 3 a un gain suffisant pour que la partie utile des signaux provenant du capteur 100 soit 5 exploitable par l'unité de traitement 5. Le convertisseur analogique - numérique 4 trans- forme les signaux analogiques qu'il reçoit en signaux numériques qui sont transmis à l'unité de traitement 5. Le dispositif de régulation comprend une unité de 10 détection de défaillance 10 agencée pour générer un si- gnal initial de test dans la ligne 50. L'unité de détection 10 est ici agencée sur un FPGA et comprend une unité de traitement 11 reliée à une unité de production 12 d'un signal initial de test et à 15 une unité de détection 13 de temps et de seuil. L'unité de production 12 comprend ici un oscillateur 14 et un organe de formation 15 d'impulsions formant le signal initial de test. La sortie de l'organe de formation 15 est reliée d'une part à un organe de couplage 20 par champ 16 et d'autre part à l'unité de traitement 11. L'organe de couplage par champ 16 est agencé pour coupler la sortie de l'organe de formation 15 avec la ligne 50 par l'intermédiaire d'un champ tel qu'un champ capacitif ou un champ inductif. A cette fin, l'organe de 25 couplage par champ 16 comprend deux conducteurs 17 ayant chacun un tronçon s'étendant parallèlement à un des conducteurs 51, 52 respectivement, entre le capteur 100 et l'unité de filtrage 2 du calculateur 1. On comprend que pour assurer la transmission du signal de test par un 30 couplage capacitif, une variation de tension devra être appliquée audit tronçon, tandis que pour assurer la transmission du signal de test par un couplage inductif, une variation d'intensité devra être appliquée audit tronçon. La section des conducteurs 17 et leur espacement 35 par rapport aux conducteurs 51, 52 seront déterminés de 3022652 6 telle manière que le signal initial circulant dans les conducteurs 17 soit transmis sensiblement sans déformation dans les conducteurs 51, 52 de la ligne 50. En référence à la figure 2, chaque conducteur 17 5 et le conducteur 51, 52 correspondant s'étendent sur un substrat 53 comme une plaque support de circuit imprimé (à noter que le conducteur 52 et le conducteur 17 correspondant ne sont pas représentés sur la figure). A titre d'exemple, on prévoit que les conducteurs s'étendent sur 10 une épaisseur d'isolant de 150 pm, ont une largeur de 210 pm et sont espacés de 210 pm. La capacité mutuelle est de 6,68 pF/m, l'inductance propre de 371,3 nH/m, l'impédance propre de 56,884 S-2 et le coefficient de couplage de 0,34. En référence à la figure 3, chaque conducteur 17 15 et le conducteur 51, 52 correspondant sont noyés dans le substrat en étant disposés côte à côte (à noter que le conducteur 52 et le conducteur 17 correspondant ne sont pas représentés sur la figure). A titre d'exemple, on prévoit que les conducteurs ont au-dessus et au-dessous 20 une épaisseur d'isolant de 150 pm, ont une largeur de 100 pm et sont espacés de 100 pm. La capacité mutuelle est de 18 pF/m, l'inductance propre de 420,6 nH/m, l'impédance propre de 52,13 Q. et le coefficient de couplage de 0,39. En référence à la figure 4, chaque conducteur 17 25 et le conducteur 51, 52 correspondant sont noyés dans le substrat en étant disposés l'un en dessous de l'autre (à noter que le conducteur 52 et le conducteur 17 correspondant ne sont pas représentés sur la figure). A titre d'exemple, on prévoit que les conducteurs ont une largeur 30 de 120 pm et sont espacés de 150 pm. La capacité mutuelle est de 84 pF/m, l'inductance propre de 385,6 nH/m, l'impédance propre de 56,186 Q et le coefficient de couplage de 0,29. L'unité de détection de temps et de seuil 13 a 35 une entrée reliée à la sortie de l'amplificateur 3 et une 3022652 7 sortie reliée à une entrée de l'unité de traitement 11. L'unité de détection de temps et de seuil 13 est agencée pour comparer les signaux reçus de l'amplificateur 3 avec des seuils et pour détecter un temps de leur réception. 5 L'unité de traitement 11 est agencée pour faire fonctionner l'ensemble de l'unité de détection de défaillance 10 de manière à mettre en oeuvre le procédé de détection qui suit. Le procédé de détection de défaillance selon 10 l'invention comprend les étapes de : - établir un couplage par champ avec au moins un des conducteurs 51, 52 de la ligne 50 et injecter via ce couplage un signal initial de test sur ce conducteur 51, 52, 15 - détecter un signal réfléchi sur la ligne et dé- terminer une présence de défaillance à partir d'une forme du signal réfléchi. L'unité de production 12 produit un signal de test sous la forme d'une impulsion à un temps de montée 20 très court pour permettre d'utiliser un procédé de ré- flectométrie de type TDR (Time Domain Reflectometry). Cette a de préférence une fréquence relativement haute. Simultanément à la transmission de l'impulsion au conducteur 17, l'impulsion est également transmise à 25 l'unité de traitement 11 qui lance un compteur de temps. L'impulsion transmise aux conducteurs 17 va être transmise par couplage aux conducteurs 51, 52. Une onde va alors se propager dans les conducteurs 51, 52 en direction du calculateur 1 (on l'appelle ici signal non ré- 30 fléchi) et une onde va se propager dans les conducteurs 51, 52 en direction du capteur 100 (on l'appelle ici signal réfléchi puisque l'impulsion sera réfléchie en tout ou partie vers le calculateur 1 lorsqu'elle rencontrera un défaut d'impédance sur le conducteur). 35 L'unité de détection de temps et de seuil 13 va 3022652 8 recevoir en premier le signal non réfléchi et en informer l'unité de traitement 11 qui va pouvoir mesurer au moyen du compteur de temps la durée entre l'injection du signal initial et la détection du signal non réfléchi. Ceci per- 5 met de calibrer le procédé en déterminant le retard in- troduit notamment par l'unité de filtrage 2, les dispositifs anti-foudre ou les dispositifs de compatibilité électromagnétique. L'unité de détection de temps et de seuil 13 va 10 ensuite recevoir le signal réfléchi et en informer l'unité de traitement 11 qui va pouvoir mesurer au moyen du compteur de temps la durée entre l'injection du signal initial et la détection du signal réfléchi. Connaissant la vitesse de propagation du signal et le retard éven- 15 tuellement occasionné par l'unité de filtrage 2, il est possible de déterminer la distance entre le défaut d'impédance et l'unité de détection de temps et de seuil 13. La défaillance est alors localisée en fonction de la durée mesurée. 20 En parallèle, l'unité de détection de temps et de seuil 13 compare le signal réfléchi à des seuils pour détecter une altération d'amplitude du signal réfléchi et une inversion de polarité. Une altération de l'amplitude du signal réfléchi 25 permet d'identifier un circuit ouvert. Une inversion de polarité révèle un court-circuit. Mn fonction de l'amplitude du signal réfléchi, il est possible de détecter un court-circuit à la masse ou un court-circuit différentiel. 30 A la figure 5, on a représenté à titre d'exemple l'injection d'une impulsion I formant le signal initial. Dans le cas d'un conducteur sain, on détectera le signal réfléchi R. Dans le cas d'un conducteur en court-circuit, on détectera le signal réfléchi R' dont la polarité est 35 inversée. 3022652 g On notera que le signal réfléchi doit avoir une énergie suffisante pour pouvoir se détacher du bruit et être détecté. Il en résulte que l'impulsion doit elle aussi avoir une énergie suffisante et que le couplage ré- 5 alise doit être de bonne qualité. Il peut arriver lorsque l'unité de filtrage 2 comporte un élément de filtrage du mode différentiel que celui-ci atténue trop le signal réfléchi. On prévoit alors avantageusement des moyens d'inactivation de 10 l'élément de filtrage du mode différentiel pour permettre la réception du signal réfléchi par l'unité de détection de temps et de seuil 13. Bien entendu, en réalité, le calculateur est re- lié à plusieurs composants et notamment plusieurs cap- 15 teurs, plusieurs actionneurs et à une unité de pilotage. L'invention est applicable de la même manière que décrite précédemment à ces différents composants. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante 20 entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, on peut prévoir d'injecter diffé- rent signaux, en mode commun, en mode différentiel, de tension et d'intensité adaptées aux types de défauts re- 25 cherchés. La détection d'une partie des défaillances peut être obtenue en détectant les inversions de polarité, ou une altération d'amplitude. Il peut ne pas être nécessaire de localiser la défaillance. 30 L'étape de calibration est facultative, une cor- rection des retards pouvant être préprogrammee en usine. REVENDICATIONS1. Procédé de détection de défaillance dans un équipement comportant au moins un composant relié à un calculateur par une ligne différentielle comportant deux conducteurs, le procédé comprenant les étapes de : - établir, en un premier point de l'équipement, un couplage par champ avec au moins un des conducteurs de la ligne et injecter via ce couplage un signal initial de test sur ce conducteur, - détecter, en un deuxième point de l'équipement distinct du premier, un signal réfléchi sur la ligne et déterminer une présence de défaillance à partir d'une forme du signal réfléchi. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la détermination de défaillance comprend une recherche d'une inversion de polarité dans le signal réfléchi. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la détermination de défaillance comprend une surveillance d'une amplitude du signal réfléchi. 4. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape de mesure d'une durée entre l'injection du signal initial et la détection dans le deuxième point de l'équipement d'un signal non réfléchi résultant de l'injection du signal initial. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la détermination de défaillance comprend une mesure d'une durée entre la détection du signal non réfléchi et la détection du signal réfléchi, le procédé comprenant l'étape de localiser la défaillance en fonction de la durée mesu- rée. 6. Dispositif de régulation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un calculateur, et des moyens de gé- nération d'un signal initial de test dans la ligne, les 3022652 11 moyens de génération étant reliés à la ligne par des moyens de couplage par champ. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens de couplage comprennent un conducteur pa- 5 rallèle à un conducteur de la ligne, les conducteurs étant agencés pour que le signal initial circulant dans le conducteur des moyens de couplage soit transmis sensiblement sans déformation dans le conducteur de la ligne. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans le- 10 quel les conducteurs sont noyés dans un substrat en étant disposés côte à côte ou l'un en dessous de l'autre. 9. Dispositif selon la revendication 6, comportant au moins un élément de filtrage de mode différentiel en entrée du calculateur et des moyens d'inactivation de 15 l'élément de filtrage pour la réception du signal réflé- chi.