Brevet FR3089636A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Procédé de détection d'une défaillance d'un capteur de vibration pour une pièce d'un moteur Domaine technique [0001] L'invention concerne de manière générale la surveillance des vibrations d'un moteur, notamment dans le domaine de l'aéronautique. Plus précisément, l'invention concerne la surveillance des vibrations d'une turbomachine à l'aide d'un accéléromètre et la détection d'une éventuelle défaillance dudit accéléromètre. Technique antérieure [0002] Dans le cadre de la surveillance des vibrations d'un moteur, des accéléromètres sont placés sur le moteur, généralement sur la face externe de leur carter. [0003] De manière connue en soi, afin de détecter d'éventuelles pannes, ces accéléromètres sont surveillés par un calculateur dans le but de détecter leurs défaillances et d'avertir l'équipage afin qu'une maintenance soit planifiée. Pour cela, le calculateur cherche en particulier à détecter un circuit ouvert, c'est-à-dire une perte de continuité électrique entre le calculateur et l'accéléromètre, par exemple en cas de débranchement de harnais. [0004] Il est connu de réaliser une telle détection de circuits ouverts afin de détecter une éventuelle panne d'un capteur. A cet effet, le calculateur concerné surveille la tension aux bornes du capteur. Lorsque cette tension est nulle et qu'une telle valeur est valide pour le capteur surveillé (par exemple sur des capteurs de vitesse inductifs ou les thermocouples), le calculateur vérifie que la mesure remontée est cohérente avec une autre mesure moteur. On pourra notamment se référer au document EP 0 655 376, qui propose d'utiliser une corrélation entre la différence de vitesse des roues d'un véhicule et l'accélération tangentielle. [0005] Dans le cas d'un capteur du type accéléromètre, la tension nulle est bien une valeur valide, c'est-à-dire une valeur susceptible d'être prise par la tension d'un accéléromètre en fonctionnement nominal. Cependant, il n'existe pas d'autre mesure similaire pour réaliser une corrélation et en déduire une éventuelle défaillance de l'accéléromètre. Il a donc été proposé, dans le cas des accéléromètres, de vérifier que la mesure de vibration est supérieure à un seuil dans certaines phases de régime. Cette solution n'est cependant pas optimale dans la mesure où le niveau vibratoire des moteurs est faible, ce qui conduit à des signaux bien plus faibles que prévu, et que le niveau de bruit sur les accéléromètres est du même ordre de grandeur que le bruit environnant et complique donc le choix d'un seuil fournissant un compromis acceptable entre erreur de première et de deuxième espèce. 2 Résumé de l'invention [0006] Un objectif de l'invention est donc de résoudre les problèmes identifiés dans l'art antérieur en proposant une solution permettant de détecter de manière simple et robuste les éventuelles défaillances d'un capteur étant configuré pour détecter au moins une vibration d'une pièce (l'un moteur, en particulier d'un moteur d'aéronef, notamment d'un accéléromètre, notamment lorsque cet accéléromètre est utilisé pour surveiller les vibrations d'un moteur. [0007] Pour cela, l'invention propose un procédé de détection d'une défaillance d'un capteur, ledit capteur étant configuré pour détecter au moins une vibration d'une pièce d'un moteur, en particulier d'un moteur d'aéronef, et pour fournir une tension électrique représentative de la vibration détectée, le procédé de détection comprenant les étapes suivantes : SI : mesurer une tension fournie par le capteur, S2 : comparer la tension ainsi mesurée à un premier seuil prédéfini, S3 : lorsque la tension est supérieure au premier seuil prédéfini, déterminer au moins un paramètre de forme à partir des mesures de la tension fournie par le capteur, S4 : comparer le paramètre de forme ainsi déterminé à un deuxième seuil prédéfini et S5 : générer un signal de défaillance lorsque le paramètre de forme dépasse le deuxième seuil prédéfini. [0008] Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du procédé de détection décrit ci-dessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : l'étape S2 de détermination du paramètre de forme comprend la détermination d'un coefficient d'asymétrie ou d'un coefficient d'aplatissement. le procédé comprend en outre une étape de filtrage de la tension en fonction de deux régimes vibratoires de la pièce prédéterminés de sorte à obtenir deux signaux de tension filtrés, et dans lequel l'étape S3 est appliquée à chaque signal de tension filtré de sorte à obtenir deux paramètres de forme. le procédé comprend en outre une étape de calcul d'une moyenne quadratique des deux paramètres de forme, l'étape S4 de comparaison comprenant la comparaison de ladite moyenne quadratique au deuxième seuil prédéfini. [0009] Selon un deuxième aspect, l'invention propose un système de détection d'une dé- faillance d'un capteur, configuré pour mettre en oeuvre un procédé comme décrit ci-dessus, ledit capteur étant configuré pour détecter au moins une vibration d'une pièce d'un moteur et pour fournir une tension électrique représentative de la vibration détectée, le système de détection comprenant : 3 des moyens de mesure d'une tension fournie par le capteur, un premier comparateur configuré pour comparer la tension ainsi mesurée à un premier seuil prédéfini, un calculateur configuré pour déterminer au moins un paramètre de forme à partir des mesures de tension procurées par les moyens de mesure, un deuxième comparateur configuré pour comparer le paramètre de forme ainsi déterminé à un deuxième seuil prédéfini et une alarme configurée pour générer un signal de défaillance lorsque le coefficient d'asymétrie dépasse le deuxième seuil prédéfini. [0010] Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du système de détection comme décrit ci-dessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : le capteur comprend un accéléromètre et/ou le paramètre de forme est un coefficient d'asymétrie ou un coefficient d'aplatissement. [0011] Selon un troisième aspect, l'invention propose un ensemble de détection de vibration pour une paroi d'une pièce d'une turbomachine, en particulier pour une paroi d'un carter de turbomachine, comprenant un capteur fixé sur ladite paroi et configuré pour détecter au moins une vibration de la paroi, et un système de détection d'une défaillance du capteur comme décrit ci-dessus. [0012] Selon un quatrième aspect, l'invention propose un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution d'un procédé de détection d'une défaillance d'un capteur comme décrit ci-dessus. [0013] Selon un cinquième aspect, l'invention propose un moyen de stockage lisible par un équipement informatique sur lequel un produit programme d'ordinateur comprend des instructions de code pour l'exécution d'un procédé de détection d'une défaillance d'un capteur comme décrit ci-dessus. Brève description des dessins [0014] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : [0015] [fig.l] [0016] La figure 1 illustre un exemple de relevé statistique pour un capteur du type accé- léromètre fixé sur une paroi d'un carter de turbomachine, représentant la moyenne quadratique des niveaux pilotés du capteur pour deux régimes moteur de la turbomachine en fonction du régime moteur (en tours par minute). [0017] [fig.2] [0018] La figure 2 illustre de manière schématique un exemple de réalisation de système de détection d'une défaillance d'un capteur conforme à l'invention. [0019] [fig.3] [0020] La figure 3 est un organigramme illustrant les étapes d'un procédé de détection d'une défaillance d'un capteur conforme à un mode de réalisation de l'invention. [0021] DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0022] Afin de détecter une défaillance d'un capteur 1 configuré pour détecter au moins unc vibration d'une pièce d'un moteur, en particulier d'un moteur d'aéronef, et pour fournir une tension électrique représentative de la vibration détectée, l'invention propose, en plus du suivi de la tension fournie par le capteur 1, d'intégrer des statistiques complexes (dont un paramètre de forme) comme critère de décision là où les méthodes actuelles utilisent soit une valeur instantanée, éventuellement filtrée, soit une moyenne. L'utilisation de statistiques avancées pour l'identification du statut de fonctionnement du capteur 1, même lorsque ce capteur 1 est sous fort niveau de bruit, permet en effet d'extraire plus d'informations sous forme synthétique. [0023] Le capteur 1 est fixé sur unc paroi 2 de la pièce 1 et peut notamment comprendre un accéléromètre. En particulier, le capteur 1 peut être fixé sur la paroi 2 d'un carter d'une turbomachine afin d'en surveiller les vibrations. [0024] Plus précisément, l'invention propose un procédé S de détection d'une défaillance du capteur 1 (l'accéléromètre) comprenant les étapes suivantes : Si : mesurer une tension fournie par le capteur 1, S2 : comparer la tension ainsi mesurée à un premier seuil prédéfini, S3 : lorsque la tension est supérieure au premier seuil prédéfini, déterminer au moins un paramètre de forme à partir des mesures de la tension fournie par le capteur 1, S4 : comparer le paramètre de forme ainsi déterminé à un deuxième seuil prédéfini et S5 : générer un signal de défaillance lorsque le coefficient d'asymétrie dépasse le deuxième seuil prédéfini. [0025] Un tel procédé S de détection peut être mis en oeuvre par un système 8 de détection d'une défaillance du capteur 1 comprenant : des moyens de mesure 3 d'une tension fournie par le capteur 1, un premier comparateur 4 configuré pour comparer la tension ainsi mesurée à un premier seuil prédéfini, un calculateur 5 configuré pour déterminer au moins un paramètre de forme à partir des mesures de la tension fournie par le capteur 1, un deuxième comparateur 5 configuré pour comparer le paramètre de forme ainsi déterminé à un deuxième seuil prédéfini et une alarme 6 configurée pour générer un signal de défaillance lorsque le coefficient d'asymétrie dépasse le deuxième seuil prédéfini. [0026] Dans le cas d'un capteur 1 du type accéléromètre, la mesure d'une tension nulle fournie par le capteur 1 n'implique pas nécessairement une défaillance du capteur 1. La tension nulle est en effet une mesure valide pour ce type de capteur 1. [0027] Afin de corréler cette mesure et de détecter une éventuelle défaillance, l'invention propose de déterminer si la mesure d'une tension nulle fournie par le capteur 1 signifie que celui-ci est débranché (cas d'une défaillance) ou s'il est branché (capteur 1 en fonctionnement nominal). [0028] Les mesures, d'amplitude vibratoire étant toujours positives, par définition, la ré- partition des mesures bruitées ne se fait pas selon une loi normale mais selon une loi normale repliée. [0029] Ainsi, dans le cas d'un capteur 1 débranché, les mesures de tension suivent une loi demi-normale qui est un cas particulier d'une loi normale repliée, tandis que dans le cas d'un capteur 1 branché, les mesures de tension suivent sensiblement une loi normale si la moyenne est supérieure à plusieurs écarts-type, et une loi partiellement repliée dans le cas contraire. [0030] La moyenne et la variance de ces deux populations ne permettant pas de distinguer ces deux cas simplement, l'invention propose de déterminer un paramètre de forme à partir des mesures de la tension fournies par le capteur 1 afin de distinguer ces deux distributions. [0031] Dans une première forme de réalisation, le paramètre de forme déterminé à l'étape S3 comprend le moment centré d'ordre 3, appelé coefficient d'asymétrie (« skewness factor » en anglais) pour distinguer les deux distributions. [0032] En effet, le coefficient d'asymétrie vaudra 0 pour une distribution gaussienne (correspondant au capteur 1 débranché et donc à une panne à détecter) et une valeur strictement positive pour une distribution demi-normale (correspondant au capteur 1 branché et donc au fonctionnement nominal) [0033] De plus, plus la loi est repliée, plus elle sera « lourde » à gauche de la moyenne. A l'inverse, une loi normale non repliée sera équilibrée. [0034] En variante, dans une deuxième forme de réalisation, le paramètre de forme comprend le coefficient d'aplatissement (kurtosis en anglais) pour distinguer les deux distributions. [0035] Au cours des étapes S3 et S4, on définit ensuite un critère sur le coefficient d'asymétrie permettant de tester la continuité électrique. Le deuxième seuil est en particulier déterminé en fonction des objectifs d'erreur de première et deuxième espèce grâce à des retours d'essai. [0036] Par exemple, dans une forme de réalisation, on effectue un relevé statistique d'un 6 capteur 1 du même type que celui que l'on souhaite surveiller et dans les mêmes conditions d'utilisation, en déterminant le paramètre de forme pour chaque valeur de tension mesurée et en distinguant, pour les paramètres de forme ainsi déterminés, les populations branchées et débranchées. Il est ensuite possible, partant de cc relevé statistique, de choisir un seuil pour lequel le taux de fausses alertes est acceptable pour l'application voulue du capteur 1, puis d'utiliser cette valeur comme deuxième seuil lors de la détection d'une défaillance du capteur 1 dont on souhaite détecter des défaillances (étape S4). [0037] Dans une deuxième forme de réalisation, au lieu de n'utiliser que la tension mesurée lors de l'étape S2, le procédé S comprend en outre une étape de filtrage de la tension mesurée à cette étape S2 en fonction de deux régimes vibratoires de la pièce prédéterminés de sorte à obtenir deux signaux filtrés (généralement appelés « niveaux pilotés »). L'application de tels filtres permet ainsi de supprimer le bruit environnant du capteur 1. [0038] Dans le cas où la pièce est un carter de turbomachine et où le capteur 1 est un accé- léromètre, les régimes vibratoires peuvent par exemple correspondre au régime N1 de l'arbre basse pression et au régime N2 de l'arbre haute pression de la turbomachine, de sorte à supprimer les bruits environnants tels que ceux dus à l'aéronef. [0039] Cc sont alors ces deux niveaux pilotés qui sont utilisés dans l'étape S3 de sorte que l'on obtient deux paramètres de forme (un paramètre de forme pour chaque régime). Le procédé S comprend ensuite une sous-étape de calcul de la moyenne quadratique de ces deux paramètres de forme et c'est alors cette moyenne quadratique qui est comparée au deuxième seuil, dans l'étape S4, afin de détecter une éventuelle défaillance. [0040] Dans cette forme de réalisation, le deuxième seuil peut alors être déterminé en ef- fectuant un relevé statistique d'un capteur 1 du même type que celui que l'on souhaite surveiller en conditions d'utilisation, en déterminant pour chaque régime prédéterminé et pour chaque valeur de tension mesurée un paramètre de forme associé. On obtient donc deux paramètres de forme par valeur de tension mesurée. On calcule ensuite la moyenne quadratique de chaque paire de paramètres de forme issus d'une même valeur de tension, puis on distingue, pour les moyennes quadratiques ainsi déterminées, les populations branchées et débranchées. Il est ensuite possible, partant de ce relevé statistique, de choisir un seuil pour lequel le taux de fausses alertes est acceptable pour l'application voulue du capteur 1, puis d'utiliser cette valeur comme deuxième seuil lors de la détection d'une défaillance du capteur 1 dont on souhaite détecter des défaillances. La figure 1 illustre un exemple d'un tel relevé statistique, dans le cas d'un capteur du type accéléromètre fixé sur un carter de turbomachine. Sur cette figure, on a représenté la moyenne quadratique des paires de coefficients d'asymétrie des niveaux 7 pilotés des signaux (tension) obtenus par filtrage en fonction du régime de l'arbre basse pression (N1) et de l'arbre haute pression (N2) en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre haute pression (N2) en tours par minute. Comme cela ressort de cette figure, les points correspondant aux cas dans lesquels l'accéléromètre était débranché (pour simuler une défaillance) sont regroupés dans la partie supérieure du graphique (moyenne quadratique des coefficients d'asymétrie des niveaux pilotés supérieure à 10) tandis que les points correspondant aux cas dans lesquels l'accéléromètre était branché (pour simuler un fonctionnement nominal) sont regroupés dans la partie inférieure du graphique (moyenne quadratique moyenne quadratique des coefficients d'asymétrie des niveaux pilotés inférieure à 10). Dans cet exemple d'accéléromètre, le deuxième seuil peut par exemple être fixé à 10. [0041] Lors de la mise en oeuvre du procédé S de l'invention, les défaillances peuvent être détectées en temps réel en appliquant les formules de calcul du paramètre de forme faisant l'objet de la publication de PEBAY Philippe, « Formulas for robust, one-pass parallel computation of covariances and arbitrary-ordcr statistical moment », Sandia Report SAND2008-6212, Sandia National Lahoratorics, 2008, vol. 94. Plus précisément, ces formules permettent de d'effectuer les calculs sous forme itérative afin de limiter l'empreinte mémoire et de lisser la charge de calcul. Ces formules sont valables que le paramètre de forme soit le coefficient d'asymétrie ou le coefficient d'aplatissement. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]