Brevet FR3093812A1 — publié le 20200918

Description Titre de l'invention : DETECTION DE DEFAUT PAR REFLEC- TOMETRIE DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR [0001] L'invention concerne le domaine général (les méthodes de détection par réllec- tométrie, notamment la détection d'un arc électrique dans un circuit électrique. [0002] Dans des environnements contraints, notamment dans les systèmes avioniques, l'augmentation (les niveaux de puissance embarquée augmentent la densité de câblage et donc les risques d'arc électriques. [0003] Sur les réseaux classiques, composés de réseaux en tension alternative (classiquement 115/230V), les passages à 0 volt de la tension sont favorables à l'extinction des arcs. Dans des réseaux en tension continue (classiquement d'un niveau de tension de 28V), la puissance transportée ne favorise pas la création et la dangerosité des arcs électriques. 100041 En cas d'augmentation de ces niveaux de tension et/ou le choix d'un passage en tension continue, cela augmente sensiblement le risque d'arc électrique, notamment en raison de la proximité des câbles les uns par rapport aux autres. 100051 L'état de l'art des systèmes de détection active commercialisés ou simplement étudiés montre des faiblesses sur les niveaux de fiabilité de détection des arcs électriques et de robustesse face à l'environnement. 100061 La fiabilité est le critère majeur d'acceptabilité d'un système de détection active. Celui-ci doit être en mesure de détecter tous les types d'arcs électriques : - parallèles et séries, - de différentes puissances, - de différentes durées, - quelques soient leurs positions sur le réseau électrique. 100071 Un arc électrique se comporte comme une faible impédance ajoutée en parallèle ou série sur le réseau. Cela a pour conséquence une évolution plus ou moins importante sur les signaux mesurés par les systèmes de coupure. Par exemple, le courant du réseau sera fortement impacté au cours d'un arc parallèle. Au contraire, au cours d'un arc série, le courant vu par le système de coupure ne sera que très faiblement altéré. 100081 Des méthodes de rétlectométrie ont été proposées de manière à détecter les arcs électriques. 100091 De telles méthodes sont configurées pour détecter des variations d'impédance locale lente ou rapide. [0010] Une telle méthode consiste à injecter un signal dans un câble puis à détecter les ondes 2 réfléchies sur les différentes discontinuités d'impédance caractéristique. [0011] Une solution connue de détection d'arc électrique embarquée classiquement utilisée exploite la technologie réflectométrie de type MCTDR (MultiCarricr Ti me Domain Rcflcctomctry). [0012] Cette technologie est capable de détecter les variations d'impédance locale lentes ou rapides (défauts francs et intermittents). [0013] Il est cependant observé que les réseaux alternatifs présents sur avion (pour des fréquences allant jusqu'à 800Hz) impactent la fiabilité d'un tel système de détection. [0014] En effet, la variabilité du réseau alternatif (et donc des niveaux de tension et de courant) fait varier rapidement l'énergie de l'arc et son impédance. En conséquence, suivant le moment précis de l'injection des signaux de réflectométrie, cela peut influencer le pic de désadaptation d'impédance locale mesuré sur le réflectograrnme. [0015] Il est classiquement entendu par désadaptation (ou adaptation) d'impédance locale, un principe qualifiant le rapport entre des mesures d'impédances réalisées le long de la propagation du signal sur un réseau maillé. Le maillage possède un pas d'une unité de longueur. Le terme local est alors assimilé à la capacité de distinguer les variations d'impédance caractéristiques entre chaque pas du maillage. Il s'agit alors de la mesure de variation d'impédance en fonction de la distance par rapport à l'émetteur. [0016] Dans des réseaux alternatifs dont la fréquence peut s'établir jusqu'à 800Hz, le signal traité par un système de détection par réflectométrie peut être très bruité. [0017] Pour augmenter la robustesse, une méthode consiste à rehausser les seuils de détection, mais parfois au détriment de la fiabilité de détection. Et cette conséquence sur la fiabilité est d'autant plus prononcée que la fréquence du réseau est importante car la durée du défaut d'arc dans une demi-période de signal est fonction de la fréquence du réseau. Plus le défaut est court, plus il est difficile à détecter. [0018] Ensuite, pour de plus hautes fréquences (réseaux 800 Hz par exemple), la rapidité d'apparition/disparition de la désadaptation d'impédance de l'arc est augmentée puisque l'arc naît et s'éteint au cours d'une demi-période de signal. Dans le cas où l'arc ne redémarrerait pas systématiquement à la demi-période suivante, cela pourrait conduire à des ratés de détection pour un tel système de détection. [0019] En effet, suivant la complexité de création des signaux réfiectométriques à émettre, la durée de l'envoi de série de motifs peut être trop importante face à la durée de ces défauts. [0020] Certains évènements d'arcs pourraient être ratés (pas assez de motifs sont superposés à l'arc en regard des seuils de détection choisis). [0021] Dans certains cas, notamment dans des systèmes dans lesquels les signaux provenant du suivi de plusieurs lignes sont multiplexés, le risque de non détection d'événement est accru. 3 PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTION 100221 Un but de l'invention est de favoriser la détection d'arcs par un dispositif de réflec- tométrie. 100231 Un autre but de l'invention est de réduire le temps de calcul du traitement. de signal dans un procédé de détection par réflectométrie. [0024] Un autre but est d'augmenter la robustesse des dispositifs de détection d'arcs par ré- flectométrie, et limitant leur réponse aux bruits de mesure. [0025] L'invention propose un procédé de détection d'événement par réfleetométrie dans une ligne électrique d'un système avionique, ladite ligne étant alimentée par une tension alternative à une première fréquence, ladite tension alternative étant composée d'une succession de demi-périodes alternées, [0026] ledit procédé comportant une étape d'injection d'un signal de réflectométrie dans le réseau, le signal de réflectométrie présentant une deuxième fréquence supérieure à la première fréquence ; [0027] dans lequel l'étape d'injection est synchronisée avec la tension alternative ou la mesure dc fréquence dc cette tension, l'étape d'injection étant réalisée en injectant le signal dc réflectométrie dans le réseau pendant une durée d'injection comprise entre le début et la fin d'une demi-période de la tension alternative d'alimentation. [0028] Optionnellement mais avantageusement, l'invention peut être complétée par les ca- ractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : - l'étape d'injection est lancée à un instant d'injection situé après le début d'une demi-période, l'instant d'injection et le début dc la demi-période étant séparés dans le temps ; - l'instant d'injection est situé après une portion de demi-période, la portion de demi-période étant une durée à partir du début de demi-période et représentant une partie de demi-période, la portion de demi-période représentant entre 5% et 95% de la durée de demi-période, préférentiellement entre 40% et 60% de la durée de demi-période, par exemple 45%; - l'injection de signaux réflectométriques s'arrête à partir d'un instant d'arrêt situé après l'instant d'injection et avant la fin de la demi-période ; - l'instant d'arrêt est situé au début d'une portion non traitée, la portion non traitée étant comprise entre la valeur de la portion de demi-période et 100%, préférentiellement entre la valeur de la portion de demi-période et 90%, par exemple 83% ; [0029] - le procédé comporte un procédé de paramétrage en continu comportant les étapes suivantes : - Sl/ Acquisition en temps réel du signal de tension alternative du réseau, - S2/ Définition de l'instant d'injection en fonction de l'instant de changement de signe, S3/ Réglage d'une horloge cadencée à une troisième fréquence, de préférence identique à la première fréquence, - S4/ Génération des signaux réflectométriques, S5/ Injection des signaux réflectométriques cadencés à la troisième fréquence et décalés à l'instant d'injection, [0030] dans lequel le procédé de paramétrage en continu est configuré pour pouvoir être mis en oeuvre en parallèle du procédé de détection, de manière à mettre à jour les pa- ramètres du procédé de détection et à synchroniser le procédé de détection et le réseau ; - le procédé de paramétrage en continu est configuré pour être mis en oeuvre toutes les N demi périodes du signal de tension alternative, N étant supérieur ou égale à 1. [0031] Selon un autre aspect, l'invention propose un dispositif de détection par réflec- tométrie comportant : - un élément d'acquisition connecté à la ligne et configuré pour réaliser une acquisition des signaux transitant dans la ligne ; - Un élément de paramétrage connecté à l'élément d'acquisition, l'élément de paramétrage comportant une mémoire dans laquelle sont stockées des données de code, les données de code comportant des algorithmes permettant l'exécution d'un procédé de détection selon l'invention ; - Une horloge de cadencement connectée à l'élément de paramétragc et configurée pour définir les débuts d'étapes d'injection au cours du procédé de détection ; - Une unité de génération de signaux de réflectométrie, connectée d'une part à l'horloge de cadencement et d'autre part à l'élément de conversion, l'unité de génération étant configurée pour générer les signaux de réflectométrie en fonction des paramètres définis par l'horloge de cadencement et l'élément de paramétrage. [0032] Selon un autre aspect, l'invention propose un système avionique comportant un dispositif de détection par réflectométrie selon l'invention. Brève description des dessins [0033] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la des- cription qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : [0034] [fig.]] La figure 1 est un relevé tension/courant en fonction du temps qui représente les signaux injectés sur le réseau au cours d'un procédé de détection semblable à l'invention ; [0035] [fig.2] La figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de réflectométrie permettant la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention. [0036] DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN OEUVRE ET DE REALISATION [0037] Un procédé de détection d'un événement électrique par réflectométrie dans un réseau alimenté par un signal de tension alternative est représenté en figure 1, sous forme d'un relevé courant/tension en fonction du temps. [0038] Le signal de tension alternative présente une première fréquence fl et une demi- période tl. [0039] Il est ici entendu par demi-période tl une portion de la période du signal périodique pendant laquelle la tension du signal périodique reste positive ou négative. [0040] Une demi-période s'étend donc d'un premier instant, au moment du passage de la tension au potentiel OV, à un deuxième instant qui est le moment de passage de la tension à OV après le premier instant. [0041] Le procédé comporte une étape d'acquisition du signal de tension alternative transitant dans le réseau, avantageusement réalisée en continu. [0042] Le signal acquis subit une étape de traitement permettant d'identifier le début de la demi-période tl . Il s'agit donc d'un traitement fréquentiel [0043] Le procédé comporte en outre une étape d'injection d'un signal de réflectométrie dans le réseau, le signal de réflectométrie présentant une deuxième fréquence f2 supérieure à la première fréquence fl. [0044] L'étape d'injection est réalisée en synchronisant l'injection du signal de réflec- tométrie dans le réseau sur le signal de tension alternative de fréquence fl. [0045] Le signal de réflectométrie est injecté dans le réseau pendant une durée d'injection ti inférieure à la demi-période tl, la durée d'injection ti et la première fréquence fl étant configurées de telle manière que lorsque le signal de réflectométrie est injecté dans le réseau, le signal de tension alternative présente un signe constant. [0046] Dans un mode de réalisation, l'étape d'injection est répétée à chaque demi-période du signal de tension alternative, de sorte qu'à chaque fois que le signal de tension alternative change de signe, un signal de réflectométrie est injecté dans le réseau pendant une durée d'injection ti qui se termine avant que le signal de tension alternative ne change de signe à nouveau. [0047] Dit autrement, à chaque demi-période du signal de tension alternative, un signal de réflectométrie est injecté dans le réseau pendant une durée d'injection ti qui se termine avant la fin de la demi-période du signal de tension alternative. [0048] Le signal de réflectométrie n'est ainsi jamais émis lorsque le signal de tension al- ternative passe à une valeur de zéro. [0049] Cela permet de maximiser l'efficacité du dispositif de détection d'arc en évitant d'émettre un signal de réflectométrie à un moment où l'arc est dissipé par un passage à 6 zéro du signal de tension alternative. [0050] Dans le cas d'une mesure d'un arc parallèle, le signal de réflectométric est ainsi syn- chronisé sur les moments au cours desquels les valeurs de courant d'arc sont potentiellement maximales. [0051] Le potentiel de détection de l'arc par le dispositif est donc maximisé. [0052] Cela permet en outre de limiter les effets de bruitage de mesure, ce qui permet d'augmenter la robustesse du système de détection. [0053] En effet, dans le cas de détection d'arcs parallèles, synchroniser les périodes d'injection avec les maximas potentiels de courant d'arc peut permettre de relever le seuil de détection d'arc, et ainsi de limiter le franchissement du seuil de détection par le bruit de mesure. [0054] Dans le cas d'un arc série, l'incidence sur le courant est souvent très faible tout comme les conséquences en termes de désadaptation d'impédance. Néanmoins, comme pour l'arc parallèle, l'ignition de l'arc électrique est catalysée par le niveau de tension entre les électrodes. Ainsi, par extension et pour permettre au système d'être universel, la statistique d'apparition de l'arc série dans la demi-période est équivalente et le paramétrage du système l'est aussi. [0055] Le procédé de détection par réflectométric est notamment réalisé au moyen d'un dispositif 1 de détection et localisation d'arc parallèle et série par réflectométric sur une ligne électrique, présenté en figure 2. [0056] Dans un mode de réalisation, le système 1 de détection et localisation d'arc parallèle et série par rétlectométrie comporte les éléments suivants : - Un générateur de tension alternative 2 connecté à la ligne et configuré pour alimenter la ligne au moyen d'un signal de tension alternative ; - Une puce de corrélation 3 comportant une mémoire 4 dans laquelle sont stockées des données de code, les données de code comportant des algorithmes de traitement de signal permettant la corrélation des signaux et le diagnostic de détection/localisation des défauts rencontrés sur le réseau surveillé ; - Un élément de conversion 5 comportant un convertisseur analogique/numérique (CAN) et un convertisseur numérique/analogique (CNA). La puce de corrélation 3 est connectée à l'élément de conversion 5 et commande son fonctionnement ; Un bloc de couplage 6 connecté à la ligne d'une part et à l'élément de conversion 5 d'autre part et configuré pour : Coupler les signaux Hautes Fréquences issus d'un convertisseur numérique/analogique (CNA) sur le réseau surveillé, Découpler les signaux Hautes Fréquences issus du réseau surveillé à destination d'un convertisseur analogique/numérique (CAN), Protéger le système numérique (convertisseurs et puce numérique in- 7 telligente) des tensions du réseau étudié, [0057] - Un élément d'acquisition 7 connecté à la ligne et configure pour réaliser une ac- quisition des signaux transitant dans la ligne ; - Un élément de paramétrage 8 connecté à l'élément d'acquisition 7, l'élément de paramétrage comportant une mémoire dans laquelle sont stockées des données de code, les données de code comportant des algorithmes permettant l'exécution d'un procédé de paramétrage du procédé de détection ; - Une horloge de cadencement 9 connectée à l'élément de paramétrage 8 et configure° pour définir les débuts d'étapes d'injection au cours du procédé de détection ; - Une unité de génération 10 de signaux de réflectométrie, connectée d'une part à l'horloge de cadencement 9 et d'autre part à l'élément de conversion 5, l'unité de génération 10 étant configurée pour générer les signaux de réflectométrie en fonction des paramètres définis par l'horloge de cadencement 9 et l'élément de paramétrage 8. [0058] Afin de synchroniser les émissions de motifs de réflectométrie sur le signal de tension de la ligne, le paramétrage d'un mode de réalisation d'un procédé de détection de défaut par réflectométrie peut comporter les étapes suivantes : - S1/ Acquisition en temps réel du signal de tension alternative du réseau ; - S2/ Définition d'un instant d'injection Il pour lequel démarrer le diagnostic par réflectométrie, en fonction d'un instant de changement de signe 10 coïncidant avec le passage à OV de la tension du signal de tension alternative (début de la demi-période) ; - S3/ Réglage d'une horloge cadencée à la troisième fréquence f3, de préférence identique à la première fréquence fl (celle du réseau) ; - S4/ Génération des signaux réflectométriques ; - S5/ Injection des signaux réflectornétriques cadencés à la troisième fréquence f3 et décalés à l'instant d'injection II défini précédemment ; - S6/ Réception des signaux réfléchis ; - S7/ Traitement du signal réfléchi au moyen des algorithmes de détection d'arc électrique. [0059] Optionnellement, en fonction des potentielles variation du signal transitant dans le réseau, les étapes S2 à S5 sont réitérées toutes les N demi-périodes (où N > 1) du signal de tension alternative. [0060] Cela permet de synchroniser le signal de réflectométrie et le signal de tension al- ternative à tout moment quelles que soient les variations subies par le réseau. [0061] Au cours de l'étape S2, l'instant d'injection Il peut être défini suivant la formule : [Math. 1] X% I1 =Io+ 2 x fi' 8 [0062] où fl ' est la fréquence obtenue à l'issue du post traitement du signal de tension al- ternative de la ligne. [0063] Une portion de demi-période x peut être adaptée, et peut être comprise entre 0% et 100%, préférentiellement entre 40% et 60%, par exemple 45%. [0064] Il a en effet été observé que les arcs parallèles ne présentent pas de valeur maximale de courant avant un certain temps après le début d'une demi-période. [0065] Le fait de minimiser le temps d'émission de signal réflectométrique permet de libérer de la bande passante sur le réseau et de réduire le temps de calcul nécessaire au traitement du signal acquis par le dispositif de détection. [0066] L'arc électrique étant catalysé par le niveau de tension, la mesure de la tension de réseau de fréquence fl pour en déduire le moment le plus approprié pour faire des envois de signaux de réflectométrie permet d'améliorer les performances de détection. [0067] En arc parallèle, la conséquence du choix de début d'envoi de ces motifs, basé sur une étude statistique, est que l'on s'assure d'envoyer des motifs de réflectométrie au moment où l'arc présente son courant d'arc le plus élevé. Ce niveau de courant d'arc est directement lié aux niveaux de pic de désadaptation que l'on observe sur le réflectogramme. En d'autres termes, plus le courant d'arc est important, plus le pic sera grand, plus la détection d'un arc parallèle sera facile. [0068] Et par extension, ce processus sera tout aussi intéressant pour le diagnostic d'arcs séries puisque leur apparition dans la demi-période est aussi conditionnée par un minimum de tension, celui-ci apparaissant statistiquement un peu plus tard dans la demi-période et étant dépendant de nombreux paramètres comme la distance entre les électrodes, le milieu gazeux inter-électrodes, etc... En conséquence, il est donc statistiquement plus intéressant de démarrer le diagnostic d'un arc série à l'instant d'injection Il. [0069] En arc série, la création de l'arc étant également catalysée par le niveau de tension. Il est nécessaire que la tension atteigne un certain seuil dans la demi période avant que l'arc ne démarre. La différence avec l'arc parallèle est que le courant d'arc obtenu n'évolue pas au cours de la demi période. En suivant le même procédé, on s'assure quand même d'envoyer des motifs de réflectométrie au moment où le déclenchement d'un arc est le plus probable dans la demi période. [0070] Dans un mode de réalisation, il peut être choisi d'arrêter d'injecter les signaux réflec- tométriques dans le réseau à partir d'un instant d'arrêt 12 : [0071] [Math.2] = / % 0 + 2 x fl ' [0072] La portion d'arrêt d'émission Y (%) est un paramètre à spécifier par les concepteurs du système de détection (Y est compris entre X et 100%), et correspond à une 9 proportion de demi-période à partir de laquelle l'émission de signaux de réflectométrie est stoppée. En fonction de la valeur définie pour la portion d'arrêt d'émission Y, le concepteur peut ainsi favoriser le temps de calcul ou la bande passante en prenant une portion d'arrêt d'émission en spécifiant Y faiblement plus élevé que la portion de demi-période X, ou favoriser la détection d'arc en prenant une valeur proche de 100%. [0073] Dans un mode de réalisation, si la portion d'arrêt d'émission Y est paramétrée à 100%, cela signifie que le concepteur fait le choix de prolonger le diagnostic jusqu'à la fin de la demi-période afin de ne rater aucun maxima de courant d'arc parallèle, au détriment de la rapidité de calcul et de traitement. [0074] Des études ont été menées et permettent de constater qu'au-delà de 84% de demi- période, aucun maxima de courant d'arc parallèle n'a été relevé. En effet, durant les derniers pourcents de la demi-période, la tension de ligne chutant, le courant de défaut chute également. [0075] Dans un mode de réalisation, la portion d'arrêt d'émission Y présente une valeur de 83%. [0076] De plus, il a été constaté que les dommages créés par les arcs arrivant au-delà d'un certain pourcentage de la demi-période sont moins occurrents et plus faibles en énergie. [0077] Dans une variante, un système de détection est configuré pour les ignorer afin de gagner du temps de calcul où de la bande passante de signal émis. [0078] Suivant les critères d'acceptation de dommages que peuvent créer un arc (critères à la charge du concepteur et dépendant de nombreux paramètres), celui-ci prendra alors la décision d'ignorer ou non les défauts les plus faibles et les moins occurrents. Il calibrera alors Y en conséquence. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6]