Brevet FR3044403A1 — publié le 20170602

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne un capteur électronique d'un système électronique embarqué à bord d'un aéronef, et plus particulièrement un capteur électrique monocâble de mesure de grandeurs physiques caractérisant l'environnement et/ou le fonctionnement de l'aéronef ou d'un système de l'aéronef. Par exemple, la régulation des moteurs d'avion fait de plus en plus appel à des mesures de conditions de fonctionnement de l'appareil. L'introduction de systèmes de surveillance de l'état de santé du moteur, ou « Health Monitoring » en anglais, amplifie encore le besoin de mesures additionnelles. Ces mesures supplémentaires impliquent l'installation de nouveaux capteurs et de connexions supplémentaires pour alimenter ces 15 nouveaux capteurs et délivrer leurs données de mesure aux systèmes d'acquisition. Le coût d'une nouvelle mesure n'est pas négligeable en terme de coût financier, en terme de masse, en terme d'installation, et en terme de gestion électronique. En effet, l'installation de nouveaux capteurs est 20 souvent rendue difficile du fait des contraintes d'installation et de connexion de ces capteurs au système d'acquisition de l'aéronef qui est nécessairement centralisé. Objet et résumé de l'invention 25 L'invention vise à pallier les inconvénients ci-dessus en proposant un capteur électronique et une unité de traitement associée configurés pour simplifier l'installation de ces éléments électroniques en réduisant le nombre de connexions nécessaires à son strict minimum. Un objet de l'invention propose un capteur électronique destiné 30 à être intégré à un système électronique d'un aéronef, le capteur électronique comprenant un moyen de mesure d'un paramètre environnemental ou de fonctionnement de l'aéronef, ou d'un système de l'aéronef, apte à délivrer un signal de mesure, un circuit de transmission de la mesure couplé au moyen de mesure et un circuit d'alimentation du 35 capteur. 3044403 2 Par paramètre environnemental, on entend aussi bien un paramètre externe au système tel que la température d'une partie intérieure ou d'une partie extérieure de l'aéronef ou du système électronique, qu'un paramètre dépendant directement du système 5 électronique tel que l'état du raccordement électrique d'un composant électronique du système électronique au réseau d'alimentation. Par paramètre de fonctionnement on entend tout paramètre permettant de caractériser un état de fonctionnement du système tel que dans le cas d'un moteur : un régime, une température de la chambre de combustion, 10 d'une turbine, la pression de la chambre de combustion. Selon une caractéristique générale de l'invention, le capteur électronique comprend une unique borne de connexion externe raccordée au circuit de transmission de la mesure et au circuit d'alimentation du capteur, la borne de connexion externe étant configurée pour à la fois recevoir le courant d'alimentation électrique du capteur et transmettre ledit signal de mesure lorsqu'un unique câble couplé à une unité de traitement correspondante est raccordé à la borne de connexion externe En utilisant ainsi le câble électrique transportant le signal électrique d'alimentation du capteur électronique comme câble de transmission du signal de mesure, on économise le coût, le masse et l'encombrement des câbles électriques d'alimentation et de retour de courant. Selon un premier aspect du capteur électronique, le capteur peut comprendre un carter comportant au moins une partie conductrice 25 destinée à être raccordée à une masse. Les capteurs connus embarqués à bord d'un aéronef n'utilisent pas de retour de masse via le carter. En effet le retour de masse des capteurs connus passe généralement par un fil dédié dans le câble reliant le capteur à une unité de traitement. Ce choix, l'utilisation d'un fil dédié 30 pour le retour, s'explique par le manque de fiabilité du retour par la masse à cause des perturbations que le signal peut subir via la masse. Du fait de la perte de fiabilité de la mesure par rapport à un retour par un fil dédié, le capteur électronique selon l'invention est ainsi destiné plus particulièrement à des applications ne nécessitant pas une 35 très grande fiabilité de la mesure. 3044403 3 En utilisant un retour à la masse, c'est-à-dire en fermant la boucle de circuit du signal de mesure, via le carter du capteur couplé à la carcasse de l'aéronef à laquelle est raccordée la masse de l'unité de traitement, le système électronique est exempté d'un câble électrique 5 supplémentaire ce qui permet de réduire le coût financier et la masse totale de matériau à embarquer à bord de l'aéronef. De plus, il existe une garantie sur les équipements aéronautiques certifiés que ce retour par la masse est toujours possible : il s'agit des contraintes de « bounding » garantissant qu'il existe toujours un 10 chemin électrique entre tous les point de l'aéronef. Cette exigence découle d'une exigence de non sensibilité au foudroiement des équipements embarqué . Selon un deuxième aspect du capteur électronique, le circuit de transmission de la mesure comprend un moyen électronique de 15 conversion du signal de mesure analogique en un signal alternatif, tel qu'un oscillateur contrôlé en tension ou VCO en anglais pour « Voltage Controlled Oscillator », couplé en sortie à ladite borne de connexion. Il existe tout un ensemble de capteurs de mesure destinés à la surveillance de l'état du moteur. Ces capteurs génèrent habituellement un 20 signal continu qui ne peut pas être mêlé tel quel à un signal de courant d'alimentation alternatif. Par leur conception, certains capteurs fournissent cependant un signal alternatif : les LVDT (Linear Variable Differential Transformer), les RVDT (Rotary Variable Differential Transformer), les transformateurs électriques rotatifs de type résolveur, les capteurs à reluctance variable, les capteurs de vibration. Cependant, même dans ce cas, la source d'alimentation est généralement séparée du signal de mesure, le capteur comportant deux bornes de connexion distinctes. D'autres capteurs incorporent déjà une électronique de 30 conversion, comme par exemple le capteur de pression différentielle d'un filtre à huile sur les turboréacteurs de la gamme CFM56-7B qui convertit une mesure de type jauge de contrainte en un signal de type LVDT. Cette architecture ne réalise cependant aucune superposition du signal de mesure avec l'alimentation du capteur. 35 Selon un troisième aspect du capteur électronique, le moyen de conversion peut comporter un module d'identification apte à inclure un 3044403 4 code numérique d'identification du capteur au signal de mesure converti numériquement avant son émission hors du capteur. L'inclusion d'un code numérique d'identification dans le signal alternatif de mesure permet ainsi de différencier les signaux de mesure de 5 différents capteurs de mesure raccordés à une même unité de traitement via un même câble. Selon un quatrième aspect du capteur électronique, le moyen de conversion peut comporter en outre un module de correction d'erreur apte à introduire un code de correction d'erreur dans le signal de mesure 10 converti numériquement avant son émission hors du capteur. Le module de correction d'erreur permet ainsi d'immuniser le système électronique comprenant le capteur électronique et l'unité de traitement associée à son environnement électromagnétique. Le module de correction peut être un dispositif électronique de 15 détection et de correction d'erreur utilisant notamment un bit de parité, ou bien un contrôle de redondance cyclique, CRC en anglais pour « Cyclic Redundancy Check », ou encore des procédures d'évitement de collision de données comme la méthode d'accès dite CSMA/CA pour « Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance » en anglais. 20 Selon un cinquième aspect du capteur électronique, celui-ci peut comporter en outre un module à effet Pelletier apte à refroidir localement ledit moyen de conversion de manière à résister aux différentes températures de fonctionnement du capteur. Un autre objet de l'invention propose une unité de traitement 25 de données couplée à au moins un capteur électronique tel que défini ci-dessus via au moins un monocâble électrique et électriquement raccordé à la même masse que ledit capteur électronique. Selon une caractéristique générale de l'invention, l'unité de traitement comprend des moyens de détermination de la valeur de la 30 mesure aptes à déterminer une valeur numérique relative aux données mesurées par le capteur à partir du signal alternatif de données reçu. Selon un premier aspect de l'unité de traitement, le moyen de détermination comprend un module de conversion analogique/numérique. Selon un deuxième aspect de l'unité de traitement, l'unité de 35 traitement est configurée pour être couplée par un même monocâble à au moins deux capteurs électroniques tels que définis ci-dessus. 3044403 5 Un autre objet de l'invention propose un système électronique de mesure comprenant au moins un capteur électronique tel que défini ci-dessus et au moins une unité de traitement telle que définie ci-dessus. Encore un autre objet de l'invention propose un aéronef 5 comprenant un système électronique de mesure tel que défini ci-dessus. Brève description des dessins. L'invention sera mieux comprise à la lecture faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel 10 la figure unique est une représentation schématique d'un système électronique selon un mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de modes de réalisation Sur la figure 1 est présenté de manière schématique, un 15 système électronique 1 destiné à être embarqué à bord d'un aéronef, notamment pour la surveillance de l'état de santé de l'aéronef, selon un mode de réalisation de l'invention. Le système électronique 1 comprend un capteur électronique 2 et une unité de traitement 3 raccordée au capteur électronique 2 par un 20 unique câble électrique 4 inclus dans un harnais électrique faisant partie du système électrique de l'aéronef. Le capteur électronique 2 comprend un carter 5 comportant au moins une partie conductrice raccordée à une masse 6, un moyen de mesure 7 d'un paramètre physique de l'aéronef, tel qu'un paramètre 25 environnemental ou de fonctionnement de l'aéronef, disposé à l'intérieur du carter 5 et apte à délivrer un signal de mesure, un circuit de transmission 8 de mesure, un circuit d'alimentation 9, et une borne de connexion externe 10. La borne de connexion externe 10 est raccordée au circuit de 30 transmission 8 de la mesure et au circuit d'alimentation 9 du capteur 2, et est configurée pour à la fois recevoir le courant d'alimentation électrique du capteur 2 et transmettre ledit signal de mesure via le câble 4 raccordant l'unité de traitement 3 à la borne de connexion externe 10. Le capteur électronique 2 comprend donc une seule borne de 35 connexion 10 couplée à un seul câble 4 pour recevoir l'alimentation du capteur électronique 2 et transmettre le signal de mesure. 3044403 6 Le circuit de transmission 8 de mesure comprend un amplificateur de tension 11 et un oscillateur contrôlé en tension 12, ou VCO en anglais pour « Voltage Controlled Oscillator ». L'amplificateur de tension 11 amplifie le signal analogique de mesure puis l'oscillateur 5 contrôlé en tension 12 convertit le signal de mesure analogique continu amplifié en un signal alternatif. Le signal de mesure alternatif ainsi converti est délivré à la borne de connexion externe 10 pour être transmis à l'unité de traitement 3 via le câble 4. 10 Pour fermer la boucle de transmission comportant le capteur électronique 2, le câble 4 et l'unité de traitement 3, la masse de l'unité de traitement 3 est couplée à la même masse 6 que le carter 5 du capteur électronique 2. La masse 6 est formée par la carcasse métallique A de l'aéronef et/ou d'éventuelles tresses de masse dans le cas où la carcasse 15 comprend des portions non conductrices. Ce bouclage par la masse de l'aéronef permet ainsi de s'exempter d'un câble électrique supplémentaire et ainsi de réduire le coût financier et la masse totale de matériau à embarquer à bord de l'aéronef. Dans le mode de réalisation illustré, l'oscillateur contrôlé en 20 tension 12 comprend un module d'identification 13 et un module de correction d'erreur 14. Le module d'identification 13 est configuré pour inclure un code numérique d'identification dans le signal alternatif converti. Le code numérique d'identification est propre au capteur électronique 2. Ainsi, une 25 unité de traitement 3 recevant des signaux de mesures de plusieurs capteurs électroniques 2 différents via un même câble, comme le câble 4 par exemple, peut discriminer les signaux et connaître leur provenance à partir du code numérique d'identification associé. Le module de correction d'erreur 14 est configuré pour introduire un code de correction d'erreur dans le signal de mesure converti numériquement avant que le signal alternatif converti ne soit transmis par le capteur électronique 2 à l'unité de traitement 3 via la borne de connexion 10 et le câble 4. Le module de correction d'erreur 14 peut être un dispositif 35 électronique de détection et de correction d'erreur utilisant notamment un bit de parité, ou bien un contrôle de redondance cyclique, CRC en anglais 3044403 7 pour « Cyclic Redundancy Check », ou encore des procédures d'évitement de collision de données comme la méthode d'accès dite CSMA/CA pour « Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance » en anglais. Le module de correction d'erreur 14 immunise le système 5 électronique 1 de son environnement électromagnétique. Dans le mode de réalisation illustré, le capteur électronique 2 comporte en outre un module à effet Pelletier 15 disposé autour de l'oscillateur contrôlé en tension 12. Le module à effet Peletier 15 est configuré pour refroidir localement l'oscillateur contrôlé en tension 12 de 10 manière à résister aux différentes températures de fonctionnement du capteur électronique 2. L'unité de traitement de données 3 à laquelle est couplé le capteur électronique 2 comprend des moyens de détermination 16 configuré pour déterminer une valeur numérique relative aux données 15 mesurées par le capteur 2 à partir du le signal alternatif de données reçu. Pour déterminer la valeur numérique du signal de mesure transmis par le capteur 2 à l'unité de traitement 3, le moyen de détermination 16 comprend un module de conversion analogique/numérique 17. 20 En variante, le moyen de détermination 16 peut comprendre un moyen de conversion alternatif/continu ou un moyen de calcul apte à déterminer à partir de la fréquence du signal alternatif de mesure émis par le capteur électronique 2 la tension correspondante et ainsi la mesure associée à la valeur de la tension. 25 L'invention fournit ainsi un capteur électronique et une unité de traitement associée configurés pour simplifier l'installation de ces éléments électroniques en réduisant le nombre de connexions nécessaires à son strict minimum. REVENDICATIONS1. Capteur électronique (2) destiné à être intégré à un système électronique (1) d'un aéronef, comprenant un moyen de mesure (7) d'un paramètre environnemental de l'aéronef apte à délivrer un signal de mesure, un circuit de transmission (8) de la mesure couplé au moyen de mesure (7) et un circuit d'alimentation du capteur (9), caractérisé en ce qu'il comprend une unique borne de connexion externe (10) raccordée au circuit de transmission (8) de la mesure et au circuit d'alimentation du capteur (9), la borne de connexion externe (10) étant configurée pour à la fois recevoir le courant d'alimentation électrique du capteur (2) et transmettre ledit signal de mesure lorsqu'un unique câble (4) couplé à une unité de traitement (3) est raccordé à la borne de connexion externe (10). 2. Capteur électronique (2) selon la revendication 1, comprenant un carter (5) comportant au moins une partie conductrice destinée à être raccordée à une masse (6). 3. Capteur électronique (2) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le circuit de transmission (8) de la mesure comprend un moyen électronique de conversion (12) du signal de mesure analogique en un signal alternatif couplé en sortie à ladite borne de connexion (10). 4. Capteur électronique (2) selon la revendication 3, dans lequel le moyen électronique de conversion (12) comporte un module d'identification (13) apte à inclure un code numérique d'identification du capteur (2) au signal de mesure converti numériquement avant son émission hors du capteur (2). 5. Capteur électronique (2) selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel le moyen électronique de conversion (12) comporte en outre un module de correction d'erreur (14) apte à introduire un code de correction d'erreur dans le signal de mesure converti numériquement avant son émission hors du capteur (2). 3044403 9 6. Capteur électronique (2) selon l'une des revendications 3 à 5, comportant en outre un module à effet Pelletier (15) apte à refroidir localement ledit moyen de conversion (12). 5 7. Unité de traitement (3) de données couplée à au moins un capteur électronique (2) selon l'une des revendications 1 à 6 via au moins un monocâble électrique (4) et électriquement raccordé à la même masse (6) que ledit capteur électronique (2), caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de détermination (16) de la valeur de la mesure aptes à 10 déterminer une valeur numérique relative aux données mesurées par le capteur (2) à partir du signal alternatif de données reçu. 8. Unité de traitement (3) de données selon la revendication 7, dans laquelle le moyen de détermination (15) comprend un module de 15 conversion analogique/numérique (17). 9. Unité de traitement (3) de données selon l'une des revendication 7 ou 8, configurée pour être couplée à au moins deux capteurs électroniques (2) selon l'une des revendications 1 à 6 par un 20 même monocâble (4). 10. Système électronique (1) de mesure comprenant au moins un capteur électronique (2) selon l'une des revendications 1 à 6 et au moins une unité de traitement (3) selon l'une des revendications 7 à 9. 25 11. Aéronef comprenant un système électronique (1) de mesure selon la revendication 10.