Brevet FR3048511A1 — publié le 20170908

Procédé de détection de défauts non francs dans un câble, basée sur l'intégrale d'un réflectogramme L'invention concerne le domaine des systèmes de diagnostic filaires 5 basés sur le principe de la réflectométrie. Elle a pour objet un procédé de détection de défauts non francs dans un câble, basé sur l'exploitation de l'intégrale d'un réflectogramme. Les câbles sont omniprésents dans tous les systèmes électriques, 10 pour l'alimentation ou la transmission d'information. Ces câbles sont soumis aux mêmes contraintes que les systèmes qu'ils relient et peuvent être sujets à des défaillances. Il est donc nécessaire de pouvoir analyser leur état et d'apporter des informations sur la détection de défauts, mais aussi leur localisation et leur type, afin d'aider à la maintenance. Les méthodes de 15 réflectométrie usuelles permettent ce type de tests. Les méthodes de réflectométrie utilisent un principe proche de celui du radar : un signal électrique, le signal de sonde ou signal de référence, qui est le plus souvent de haute fréquence ou large bande, est injecté en un ou plusieurs endroits du câble à tester. Le signal se propage dans le câble ou le 20 réseau et renvoie une partie de son énergie lorsqu'il rencontre une discontinuité électrique. Une discontinuité électrique peut résulter, par exemple, d'un branchement, de la fin du câble ou d'un défaut ou plus généralement d'une rupture des conditions de propagation du signal dans le câble. Elle résulte le plus souvent d'un défaut qui modifie localement 25 l'impédance caractéristique du câble en provoquant une discontinuité dans ses paramètres linéiques. L'analyse des signaux renvoyés au point d'injection permet d'en déduire des informations sur la présence et la localisation de ces discontinuités, donc des défauts éventuels. Une analyse dans le domaine 30 temporel ou fréquentiel est habituellement réalisée. Ces méthodes sont désignées par les acronymes TDR venant de l'expression anglo-saxonne 3048511 2 « Time Domain Reflectometry » et FDR venant de l'expression anglo-saxonne « Frequency Domain Reflectometry ». L'invention entre dans le champ d'application des méthodes de 5 réflectométrie pour le diagnostic filaire et s'applique à tout type de câble électrique, en particulier des câbles de transmission d'énergie ou des câbles de communication, dans des installations fixes ou mobiles. Les câbles concernés peuvent être coaxiaux, bifilaires, en lignes parallèles, en paires torsadées ou autre pourvu qu'il soit possible d'y injecter un signal de 10 réflectométrie en un point du câble et de mesurer sa réflexion au même point ou en un autre point. Les méthodes de réflectométrie temporelle connues sont particulièrement adaptées à la détection de défauts francs dans un câble, tel 15 un court circuit ou un circuit ouvert ou plus généralement une modification locale significative de l'impédance du câble. La détection du défaut se fait par la mesure de l'amplitude du signal réfléchi sur ce défaut qui est d'autant plus importante et donc détectable, que le défaut est important. A l'inverse, un défaut non franc, par exemple résultant d'une 20 dégradation superficielle de la gaine du câble de l'isolant ou du conducteur, engendre un pic d'amplitude faible sur le signal de réflectométrie réfléchi et est par conséquent plus difficilement détectable par des méthodes temporelles classiques. Plus généralement, un défaut non franc peut être provoqué par un frottement, un pincement ou encore un phénomène de 25 corrosion qui vient affecter la gaine du câble, l'isolant ou le conducteur. La détection et la localisation d'un défaut non franc sur un câble est un problème important pour le monde industriel car un défaut apparait en général d'abord comme un défaut superficiel mais peut, avec le temps, 30 évoluer vers un défaut plus impactant. Pour cette raison notamment, il est utile de pouvoir détecter l'apparition d'un défaut dès son apparition et à un 3048511 3 stade où son impact est superficiel afin d'anticiper son évolution en un défaut plus important. La faible amplitude des réflexions associées au passage du signal à travers un défaut non franc entraine également un problème potentiel de fausses détections. En effet, il peut être difficile de discriminer un pic de faible amplitude dans un réflectogramme qui peut résulter soit d'un défaut sur le câble, soit d'un bruit de mesure. Ainsi, des faux positifs peuvent apparaître qui correspondent non pas à des défauts mais qui résultent du bruit de mesure ou d'inhomogénéités du câble. L'état de l'art comporte plusieurs méthodes de détection de défauts non francs basées sur le principe de la réflectométrie. La demande de brevet français du Demandeur publiée sous le numéro FR2981752 propose une méthode de post-traitement d'un réflectogramme basée sur la transformée mathématique de Wigner-Ville. La méthode consiste en une analyse temps-fréquence du réflectogramme afin d'accentuer les composantes correspondantes aux défauts recherchés. Un inconvénient de cette méthode est sa complexité importante pour des équipements embarqués La demande de brevet français du Demandeur publiée sous le numéro FR3006769 propose une approche différente basée sur un traitement du signal mesuré dans le domaine fréquentiel afin d'estimer certains paramètres caractéristiques de la propagation du signal dans le câble. La détection de défauts non francs est faite en analysant les paramètres estimés. On connait également les demandes de brevet français du Demandeur déposées respectivement sous les numéros FR1459402 et FR1554632. La première propose une méthode de corrélation auto-adaptative entre le signal réfléchi et le signal injecté tandis que la seconde se concentre sur une recherche des passages à zéro du réflectogramme et une comparaison de l'énergie du signal calculée de part et d'autre du passage à 3048511 4 zéro. On peut citer également la méthode dite de corrélation soustractive décrite dans le document « Méthodes d'amélioration pour le diagnostic de câble par réflectométrie », Lola El Sahmarany, Université Blaise Pascal Clermont-Ferrand II, 2013. 5 Ces dernières méthodes présentent des résultats améliorés pour la détection de défauts non francs mais peuvent cependant engendrer un nombre non négligeable de fausses détections ou faux positifs du fait de la difficulté de discriminer les pics de faible amplitude associés à des défauts et ceux associés à du bruit de mesure ou à des inhomogénéités natives du 10 câble. L'invention propose une nouvelle méthode de détection de défauts non francs basée sur un post-traitement appliqué à l'intégrale du réflectogramme mesuré. 15 L'invention présente l'avantage de limiter les fausses détections et d'être peu complexe à mettre en oeuvre, facilitant ainsi son implémentation dans un dispositif embarqué. L'invention a ainsi pour objet un procédé de détection de défauts non 20 francs dans une ligne de transmission comprenant les étapes suivantes : - Acquérir un signal de mesure, appelé réflectogramme temporel, caractéristique de la réflexion d'un signal de référence préalablement injecté dans la ligne, - Calculer l'intégrale du réflectogramme temporel, 25 - Sélectionner, parmi les échantillons de l'intégrale du réflectogramme temporel, un premier échantillon P1, un deuxième échantillon P2, retardé d'un premier retard k1 par rapport au premier échantillon P1 et un troisième échantillon P3, retardé d'un second retard k2 par rapport au deuxième échantillon P2, 30 - Calculer une première distance égale à la différence en valeur absolue entre la valeur du second échantillon P2 et la valeur de 3048511 5 l'un quelconque du premier échantillon P1 ou du troisième échantillon P3, - Calculer une seconde distance égale à la différence en valeur absolue entre la valeur du premier échantillon P1 et du troisième 5 échantillon P3, - Effectuer une première comparaison de la première distance à la seconde distance pondérée par un coefficient de pondération 13, - Déduire du résultat de la première comparaison une information sur l'existence d'un défaut non franc en une position du câble 10 correspondant à l'abscisse temporelle du second échantillon P2. Selon un mode particulier de réalisation, le procédé selon l'invention comprend en outre les étapes suivantes : - Effectuer une seconde comparaison de la première distance à un seuil de détection a, 15 - Déduire du résultat de la première comparaison et de la seconde comparaison une information sur l'existence d'un défaut non franc en une position du câble correspondant à l'abscisse temporelle du second échantillon P2. Selon un aspect particulier de l'invention, le premier retard k1 et le 20 second retard k2 sont déterminés au moins en fonction de la largeur du premier pic de désadaptation mesuré sur le réflectogramme temporel. Selon un aspect particulier de l'invention, on itère le procédé en faisant varier le premier échantillon P1 sur une pluralité d'échantillons de l'intégrale du réflectogramme temporel en conservant les valeurs du premier 25 retard k1 et du second retard k2 fixes au cours des itérations. Selon un aspect particulier de l'invention, le premier retard k1 est égal au second retard k2. Selon un aspect particulier de l'invention, le seuil de détection a est configuré au moins en fonction d'un paramètre parmi le rapport signal à bruit 30 sur le premier signal r(t) et la sévérité du défaut non franc visé. 3048511 6 Selon un aspect particulier de l'invention, la valeur du coefficient de pondération p est prise dans l'intervalle [3 ; 9]. Selon un aspect particulier de l'invention, le réflectogramme temporel est remplacé par l'intercorrélation entre le premier signal r(t) de mesure et le 5 signal de référence s(t). Selon un mode particulier de réalisation, le procédé selon l'invention comprend une étape de diagnostic consistant à conclure à la présence d'un défaut non franc en une position du câble correspondant à l'abscisse temporelle du second échantillon P2 si la première distance est supérieure au 1 0 seuil de détection a et si la première distance est supérieure à la seconde distance pondérée par le coefficient de pondération p. Selon un mode particulier de réalisation, le procédé selon l'invention comprend une étape de diagnostic consistant à conclure à l'absence d'un défaut non franc en une position du câble correspondant à l'abscisse 15 temporelle du second échantillon P2 si la première distance est inférieure au seuil de détection a et si la première distance est inférieure à la seconde distance pondérée par le coefficient de pondération p. L'invention a aussi pour objet un dispositif de détection de défauts non francs dans un câble comprenant un appareil de mesure, en un point du 20 câble, d'un signal rétro-propagé dans le câble et un calculateur configuré pour exécuter le procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'invention. L'invention a aussi pour objet un système de réflectométrie comprenant un dispositif d'injection, en un point du câble, d'un signal de 25 référence et un dispositif de détection de défauts non francs dans un câble selon l'invention. L'invention a aussi pour objet un programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution du procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'invention, lorsque le programme est exécuté par 30 un processeur. 3048511 7 L'invention a aussi pour objet un support d'enregistrement lisible par un processeur sur lequel est enregistré un programme comportant des instructions pour l'exécution du procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'invention, lorsque le programme est exécuté par un 5 processeur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins annexés qui représentent : 10 - La figure 1, un schéma illustrant le principe connu de la réflectométrie temporelle et son application à la détection d'un défaut non franc, - La figure 2, un exemple de réflectogramme illustrant l'allure de la signature d'un défaut non franc, - La figure 3, un organigramme détaillant les étapes de mise en oeuvre 15 du procédé selon l'invention, - Les figures 4a,4b,4c plusieurs diagrammes illustrant certaines étapes du procédé selon l'invention, - La figure 5, un schéma d'un exemple de réalisation d'un dispositif de détection de défauts non francs selon l'invention. 20 Un défaut non franc introduit généralement une modification locale des caractéristiques électriques d'une ligne de transmission, par exemple d'un câble. La dégradation physique, même superficielle, de la ligne entraine en particulier une modification locale de l'impédance caractéristique du 25 câble, ce qui entraine une modification du coefficient de réflexion à l'endroit du défaut. Le terme défaut non franc vise ici tout défaut impactant superficiellement un câble de sorte à engendrer une variation de l'impédance caractéristique localement. En particulier, de tels défauts incluent une 30 éraflure ou une usure de la gaine, du diélectrique mais aussi le début de la dégradation du conducteur métallique, la compression d'un câble, le 3048511 8 frottement ou encore la corrosion. Ces dégradations peuvent, au premier abord, sembler bénignes et sans répercussions notables pour le système. Cependant, si rien n'est fait, les contraintes mécaniques, environnementales ou encore le vieillissement du câble, feront évoluer un défaut non franc vers 5 un défaut franc, dont les conséquences, tant économiques que matérielles, peuvent être considérables. Détecter les défauts naissants permet une meilleure gestion de la maintenance et donc une réduction des coûts de réparation. La figure 1 schématise le principe de fonctionnement d'une méthode 10 de diagnostic par réflectométrie appliquée à une ligne de transmission L présentant un défaut non-franc DNF. Un signal de référence S est injecté dans la ligne de transmission en un point P. Le signal réfléchi R est mesuré au même point P (ou en un autre point de la ligne). Ce signal se propage dans la ligne et rencontre, au cours 15 de sa propagation, une première discontinuité d'impédance à l'entrée du défaut non franc DNF. Le signal se réfléchit sur cette discontinuité avec un coefficient de réflexion F1 . Si l'impédance caractéristique Zc2 dans la zone du défaut non franc DNF est inférieure à l'impédance caractéristique Zcl avant l'apparition du défaut, alors le coefficient de réflexion F1 est négatif et se 20 traduit par un pic d'amplitude négative dans le signal réfléchi R. Dans le cas inverse, le coefficient de réflexion F1 est positif et se traduit par un pic d'amplitude positive dans le signal réfléchi R. La partie transmise T du signal incident S continue de se propager dans la ligne et rencontre ensuite une deuxième discontinuité d'impédance 25 créant une deuxième réflexion du signal incident avec un coefficient de réflexion F2 de signe opposé au premier coefficient de réflexion F1. Si F1 O. Si F1 > 0 alors F2 REVENDICATIONS1. Procédé de détection de défauts non francs dans une ligne de transmission (L) comprenant les étapes suivantes : - Acquérir (301) un signal (R) de mesure, appelé réflectogramme temporel, caractéristique de la réflexion d'un signal de référence (S) préalablement injecté dans la ligne (L), - Calculer (302) l'intégrale (INT) du réflectogramme temporel, - Sélectionner (303), parmi les échantillons de l'intégrale (INT) du réflectogramme temporel, un premier échantillon P1, un deuxième échantillon P2, retardé d'un premier retard k1 par rapport au premier échantillon P1 et un troisième échantillon P3, retardé d'un second retard k2 par rapport au deuxième échantillon P2, - Calculer (304) une première distance égale à la différence en valeur absolue entre la valeur du second échantillon P2 et la valeur de l'un quelconque du premier échantillon P1 ou du troisième échantillon P3, - Calculer (305) une seconde distance égale à la différence en valeur absolue entre la valeur du premier échantillon P1 et du troisième échantillon P3, - Effectuer une première comparaison (307) de la première distance à la seconde distance pondérée par un coefficient de pondération [3, - Déduire du résultat de la première comparaison (307) une information sur l'existence d'un défaut non franc en une position du câble correspondant à l'abscisse temporelle du second échantillon P2. 2. Procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon la revendication 1 comprenant en outre les étapes suivantes : 3048511 19 - Effectuer une seconde comparaison (306) de la première distance à un seuil de détection a, - Déduire du résultat de la première comparaison (307) et de la seconde comparaison (306) une information sur l'existence d'un 5 défaut non franc en une position du câble correspondant à l'abscisse temporelle du second échantillon P2. 3. Procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'une des revendications précédentes dans lequel le premier retard k1 et le 10 second retard k2 sont déterminés au moins en fonction de la largeur du premier pic de désadaptation mesuré sur le réflectogramme temporel. 4. Procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'une des revendications précédentes dans lequel on itère le procédé en faisant 15 varier le premier échantillon P1 sur une pluralité d'échantillons de l'intégrale (INT) du réflectogramme temporel en conservant les valeurs du premier retard k1 et du second retard k2 fixes au cours des itérations. 5. Procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'une 20 des revendications précédentes dans lequel le premier retard k1 est égal au second retard k2. 6. Procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'une des revendications précédentes dans lequel le seuil de détection a est 25 configuré au moins en fonction d'un paramètre parmi le rapport signal à bruit sur le premier signal r(t) et la sévérité du défaut non franc visé. 7. Procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'une des revendications précédentes dans lequel la valeur du coefficient de 30 pondération p est prise dans l'intervalle [3 ; 9]. 3048511 20 8. Procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'une des revendications précédentes dans lequel le réflectogramme temporel est remplacé par l'intercorrélation entre le premier signal r(t) de mesure et le signal de référence s(t). 5 9. Procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'une des revendications précédentes comprenant une étape de diagnostic consistant à conclure à la présence d'un défaut non franc en une position du câble correspondant à l'abscisse temporelle du second échantillon P2 1 0 si la première distance est supérieure au seuil de détection a et si la première distance est supérieure à la seconde distance pondérée par le coefficient de pondération 13. 10. Procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'une 15 des revendications précédentes comprenant une étape de diagnostic consistant à conclure à l'absence d'un défaut non franc en une position du câble correspondant à l'abscisse temporelle du second échantillon P2 si la première distance est inférieure au seuil de détection a et si la première distance est inférieure à la seconde distance pondérée par le 20 coefficient de pondération R. 11. Dispositif de détection de défauts non francs dans un câble (CA) comprenant un appareil de mesure (Ml), en un point du câble (CA), d'un signal rétro-propagé dans le câble et un calculateur (MC) configuré pour 25 exécuter le procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12. Système de réflectométrie comprenant un dispositif d'injection (GS), en un point du câble, d'un signal de référence et un dispositif de détection de 30 défauts non francs dans un câble (CA) selon la revendication 11. 3048511 21 13. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution du procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, lorsque le programme est exécuté par un processeur. 5 14.Support d'enregistrement lisible par un processeur sur lequel est enregistré un programme comportant des instructions pour l'exécution du procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, lorsque le programme est exécuté 10 par un processeur.