Brevet FR3050036A1 — publié le 20171013

Procédé de détection de défauts non francs dans un câble par fusion de données L'invention concerne le domaine des systèmes de diagnostic filaires s basés sur le principe de la réflectométrie. Elle a pour objet un procédé de détection de défauts non francs dans un câble utilisant une méthode de fusion de données afin de produire un diagnostic unique à partir des résultats produits par plusieurs méthodes de détection de défauts indépendantes entre elles. 10 Les câbles sont omniprésents dans tous les systèmes électriques, 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 15 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 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 20 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 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 25 généralement d'une rupture des conditions de propagation du signal dans le câble. Elle résulte le plus souvent d'un défaut qui modifie localement 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 30 déduire des informations sur la présence et la localisation de ces discontinuités, donc des défauts éventuels. Une analyse dans le domaine 3050036 2 temporel ou fréquentiel est habituellement réalisée. Ces méthodes sont désignées par les acronymes TDR venant de l'expression anglo-saxonne « 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 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 io concernés peuvent être coaxiaux, bifilaires, en lignes parallèles, en paires torsadées ou autre pourvu qu'il soit possible d'y injecter un signal de réflectométrie en un point du câble et de mesurer sa réflexion au même point ou en un autre point. 15 Un problème à résoudre pour la mise en oeuvre d'une méthode de détection de défauts par réflectométrie est la limitation, voire l'annulation, des fausses détections encore appelées « faux positifs ». Un point commun à de nombreuses méthodes de détection de défauts est l'application d'un post-traitement particulier au réflectogramme temporel 20 mesuré afin d'amplifier ou d'isoler la signature d'un défaut, en particulier un défaut non franc. La recherche de la signature du défaut dans le réflectogramme post-traité conduit parfois à détecter des signatures qui ne correspondent pas à un défaut mais à un artefact de mesure, à l'influence du bruit ou à d'autres inhomogénéités présentes dans le câble. 25 Un objectif de la présente invention est de proposer une méthode de détection de défauts, applicable aux défauts non francs, qui engendre un taux de fausses détections diminué par rapport aux méthodes connues. Les méthodes de réflectométrie TDR et FDR ainsi que les méthodes 30 dérivées de ces dernières telles que la méthode MCTDR (Multi-Carrier Time Domain Reflectometry) ou OMTDR (Orthogonal Multi-tone Time Domain 3050036 3 Reflectometry) ont prouvé leur efficacité dans la détection et la localisation de défauts francs, c'est-à-dire des défauts qui impactent significativement l'impédance caractéristique locale d'un câble, par exemple des défauts associés à une détérioration du matériau diélectrique constituant le câble. 5 Au contraire, lorsqu'il s'agit de détecter et localiser la présence de défauts non francs, c'est-à-dire des défauts superficiels, ces méthodes sont relativement limitées. Cette difficulté est due au fait qu'un défaut non franc se traduit par une très faible variation d'impédance caractéristique et un coefficient de réflexion également très faible. Par conséquent, un signal se io réfléchissant sur un tel défaut non franc engendrera une réflexion d'amplitude très faible par rapport à l'amplitude d'une réflexion identique sur un défaut franc. Le pic d'amplitude, encore appelé signature, du défaut non franc peut donc être noyé dans le bruit de mesure ou masqué par un défaut franc adjacent. 15 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 20 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 25 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 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 30 ou encore le vieillissement du câble, feront évoluer un défaut non franc vers un défaut franc, dont les conséquences, tant économiques que matérielles, 3050036 4 peuvent être considérables. Détecter les défauts naissants permet une meilleure gestion de la maintenance et donc une réduction des coûts de réparation. 5 La figure 1 représente sur un histogramme, un exemple de valeurs moyennes de l'amplitude de la signature d'un défaut dans un réflectogramme, en fonction du type de défaut. Les types de défauts sont indicés de 1 à 14 et concernent : - 1 : un défaut du au bruit des équipements de mesure, 10 - 2 : un défaut du au bruit généré par le mouvement du câble, - 3 : une coupure du haut de la gaine du câble de l'ordre de 0.15mm, - 4 : une coupure du haut de la gaine du câble de l'ordre de 0.45mm, - 5 : une coupure du haut de la gaine du câble de l'ordre de 0.75mm, - 6 : une coupure du côté de la gaine du câble de l'ordre de 0.15mm, 15 - 7 : une coupure du côté de la gaine du câble de l'ordre de 0.45mm, - 8 : une coupure du côté de la gaine du câble de l'ordre de 0.75mm, - 9 : un arrachement de l'isolant du câble, - 10 : un défaut du à l'humidité, - 11 : un défaut impactant le conducteur du câble, 20 - 12 : un défaut du à l'humidité sur une section du câble où l'isolant a été arraché, - 13 : un circuit ouvert, - 14 : un court-circuit. 25 Les défauts 3 à 11 sont considérés comme des défauts non francs. La liste donnée ci-dessus à l'appui de la figure 1 est illustrative et non limitative, un défaut non franc pouvant résulter d'autres dégradations non indiquées ci-dessus. On comprend que la caractérisation d'un défaut non franc dépend de l'amplitude du signal réfléchi sur la discontinuité d'impédance engendrée par 30 ce défaut. 3050036 5 On connait plusieurs méthodes de détection et/ou localisation de défauts particulièrement adaptées aux défauts non francs. On peut citer notamment les demandes de brevet français déposées par le Demandeur sous les numéros FR1159481, FR1355377, FR1459402, FR1554632, 5 FR1651702, ainsi que les méthodes décrites dans les publications scientifiques référencées [1] et [2]. Un point commun de toutes ces méthodes est que, bien qu'elles permettent d'améliorer la détection et la localisation de défauts non francs, elles présentent toutes l'inconvénient de générer également de fausses détection sur des artefacts du réflectogramme temporel qui ne correspondent pas à des défauts mais à du bruit de mesure ou des inhomogénéités du câble. Cet inconvénient est notamment dû au fait que ces méthodes visent généralement à amplifier la signature d'un défaut non franc sur un réflectogramme mais elles entrainent aussi l'amplification d'autres inhomogénéités. Cet inconvénient a pour conséquence une ambigüité dans la détection et la localisation des défauts non francs. Un objectif de l'invention est d'améliorer le taux de fausses détection des méthodes de l'art antérieur en tirant parti de la diversité des méthodes existantes qui sont indépendantes entre elles pour appliquer un processus de fusion de données permettant d'obtenir un diagnostic unifié à partir des résultats fournis par plusieurs méthodes indépendantes. L'invention a ainsi pour objet un procédé de détection de défauts non 25 francs dans une ligne de transmission comprenant les étapes suivantes : - Acquérir une mesure, appelée réflectogramme temporel, d'un signal caractéristique de la réflexion d'un signal de référence préalablement injecté dans la ligne, - Déterminer la différence entre ledit réflectogramme temporel et un 30 réflectogramme temporel mesuré antérieurement pour la même 3050036 6 ligne ou une autre ligne de caractéristiques similaires, afin d'obtenir un réflectogramme temporel corrigé, - Appliquer une pluralité de transformations indépendantes au réflectogramme temporel corrigé afin d'obtenir une pluralité de 5 réflectogrammes transformés, - Convertir chaque réflectogramme transformé en une mesure de la probabilité d'occurrence d'un défaut, - Appliquer une méthode de fusion de données aux mesures de probabilité d'occurrence d'un défaut pour en déduire une mesure io unifiée de la probabilité d'occurrence d'un défaut. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la conversion de chaque réflectogramme transformé en une mesure de la probabilité d'occurrence d'un défaut comprend les étapes suivantes : - Normaliser en amplitude chaque réflectogramme transformé, 15 - Définir une pluralité de seuils de détection et pour chaque réflectogramme normalisé, construire un signal représentant le pourcentage de seuils de détection dépassés par chaque échantillon, - Discrétiser temporellement chaque signal, 20 - Convertir chaque signal discrétisé en une mesure de la probabilité d'occurrence d'un défaut. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la normalisation en amplitude de chaque réflectogramme transformé est une normalisation par le maximum de la valeur absolue des échantillons du réflectogramme 25 transformé. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les seuils de détection sont définis en choisissant un seuil initial so de valeur au moins supérieure à un niveau de bruit moyen et chaque seuil successif égal au seuil précédent incrémenté d'un pas constant. 30 Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la discrétisation temporelle de chaque signal comprend : 3050036 7 - la partition temporelle du signal en une pluralité d'intervalles temporels et, - pour chaque intervalle temporel, la somme des nombres de seuils normalisés comptabilisés pour chaque échantillon appartenant s audit intervalle temporel. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la conversion de chaque signal discrétisé en une mesure de la probabilité d'occurrence d'un défaut comprend l'application, à chaque signal discrétisé, d'une fonction de conversion affine. io Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la méthode de fusion de données appliquée comprend - Le regroupement des mesures de probabilité d'occurrence d'un défaut par couples, - Une première application d'une fonction de fusion de données à 15 chaque couple de mesures, - Une application itérative de la fonction de fusion de données aux résultats de la première application jusqu'à obtenir une unique mesure unifiée de probabilité d'occurrence d'un défaut. Selon une variante de réalisation, le procédé selon l'invention 20 comprend en outre une étape de diagnostic comprenant la comparaison de la mesure unifiée de probabilité d'occurrence d'un défaut à un seuil de détection. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'acquisition d'un réflectogramme temporel comprend la corrélation de la mesure du 25 signal caractéristique de la réflexion d'un signal de référence préalablement injecté dans la ligne et dudit signal de référence. 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 ainsi qu'un support d'enregistrement lisible par un processeur sur lequel est enregistré un programme comportant des instructions pour 3050036 8 l'exécution du procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'invention, lorsque le programme est exécuté par un processeur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 5 apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins annexés qui représentent : - La figure 1, un histogramme illustrant l'amplitude de la signature d'un défaut dans un réflectogramme, en fonction du type de défaut, - La figure 2, un schéma illustrant le principe connu de la réflectométrie io temporelle et son application à la détection d'un défaut non franc, - La figure 3, un exemple de réflectogramme illustrant l'allure de la signature d'un défaut non franc, - La figure 4, un organigramme détaillant les étapes du procédé selon l'invention, 15 - La figure 5, un exemple de résultat de mesure de la probabilité d'apparition d'un défaut dans un câble obtenu par le procédé selon l'invention. La figure 2 schématise, pour rappel, le principe de fonctionnement 20 d'une méthode de diagnostic par réflectométrie appliquée à une ligne de transmission L présentant un défaut non-franc DNF. L'exemple décrit ci dessous correspond à une méthode de réflectométrie temporelle. 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 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 Za 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 traduit par un pic d'amplitude négative dans le signal réfléchi R. Dans le cas 3050036 9 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 5 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 [0; 1] S(ti) -> P(Dilm) La fonction de mise en correspondance fm doit être strictement croissante. Le 30 choix de la fonction peut être adapté à chaque méthode de post-traitement afin de permettre l'interprétation probabiliste la plus pertinente possible. 3050036 18 Un exemple de fonction possible est donné par la relation (3). P(Dilm) = fm(S(ti)) = Pmin + Pmax-Pmin S(ti) (3) Smax s Il s'agit d'une fonction affine transformant l'intervalle [0 ; Smax] en l'intervalle [Pmin ; Pmax] avec Pmin et Pmax des paramètres vérifiant 0 REVENDICATIONS1. Procédé de détection de défauts non francs dans une ligne de transmission (L) comprenant les étapes suivantes : - Acquérir (401) une mesure, appelée réflectogramme temporel, d'un signal (R) caractéristique de la réflexion d'un signal de référence (S) préalablement injecté dans la ligne (L), - Déterminer (402) la différence entre ledit réflectogramme temporel et un réflectogramme temporel mesuré antérieurement pour la même ligne (L) ou une autre ligne de caractéristiques similaires, afin d'obtenir un réflectogramme temporel corrigé, - Appliquer (4031, 403i, 403N) une pluralité de transformations indépendantes au réflectogramme temporel corrigé afin d'obtenir 15 une pluralité de réflectogrammes transformés, - Convertir (404,405,406,407) chaque réflectogramme transformé en une mesure de la probabilité d'occurrence d'un défaut, - Appliquer (408) une méthode de fusion de données aux mesures de probabilité d'occurrence d'un défaut pour en déduire une 20 mesure unifiée de la probabilité d'occurrence d'un défaut. 2. Procédé de détection de défauts non francs selon la revendication 1 dans une ligne de transmission (L) dans lequel la conversion de chaque réflectogramme transformé en une mesure de la probabilité d'occurrence 25 d'un défaut comprend les étapes suivantes : - Normaliser (404) en amplitude chaque réflectogramme transformé, - Définir (405) une pluralité de seuils de détection et pour chaque réflectogramme normalisé, construire (405) un signal représentant le pourcentage de seuils de détection dépassés par chaque 30 échantillon, - Discrétiser (406) temporellement chaque signal, 3050036 24 - Convertir (407) chaque signal discrétisé en une mesure de la probabilité d'occurrence d'un défaut. 3. Procédé de détection de défauts non francs selon la revendication 2 dans s lequel la normalisation (404) en amplitude de chaque réflectogramme transformé est une normalisation par le maximum de la valeur absolue des échantillons du réflectogramme transformé. 4. Procédé de détection de défauts non francs selon l'une des io revendications 2 ou 3 dans lequel les seuils de détection sont définis (405) en choisissant un seuil initial so de valeur au moins supérieure à un niveau de bruit moyen et chaque seuil successif égal au seuil précédent incrémenté d'un pas constant. 15 5. Procédé de détection de défauts non francs selon l'une des revendications 2 à 4 dans lequel la discrétisation temporelle (406) de chaque signal comprend : - la partition temporelle du signal en une pluralité d'intervalles temporels et, 20 - pour chaque intervalle temporel, la somme des nombres de seuils normalisés comptabilisés pour chaque échantillon appartenant audit intervalle temporel. 6. Procédé de détection de défauts non francs selon l'une des 25 revendications 2 à 5 dans lequel la conversion (407) de chaque signal discrétisé en une mesure de la probabilité d'occurrence d'un défaut comprend l'application, à chaque signal discrétisé, d'une fonction de conversion affine. 3050036 25 7. Procédé de détection de défauts non francs selon l'une des revendications précédentes dans lequel la méthode de fusion de données appliquée (408) comprend : - Le regroupement des mesures de probabilité d'occurrence d'un s défaut par couples, - Une première application d'une fonction de fusion de données à chaque couple de mesures, - Une application itérative de la fonction de fusion de données aux résultats de la première application jusqu'à obtenir une unique io mesure unifiée de probabilité d'occurrence d'un défaut. 8. Procédé de détection de défauts non francs selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre une étape de diagnostic comprenant la comparaison de la mesure unifiée de probabilité 15 d'occurrence d'un défaut à un seuil de détection. 9. Procédé de détection de défauts non francs selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'acquisition (401) d'un réflectogramme temporel comprend la corrélation de la mesure du signal 20 (R) caractéristique de la réflexion d'un signal de référence (S) préalablement injecté dans la ligne (L) et dudit signal de référence (S). 10. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution du procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'une 25 quelconque des revendications 1 à 9, lorsque le programme est exécuté par un processeur. 11. Support d'enregistrement lisible par un processeur sur lequel est enregistré un programme comportant des instructions pour l'exécution du 30 procédé de détection de défauts non francs dans un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, lorsque le programme est exécuté par un processeur.