Brevet FR3142047A1 — publié le 20240517

Système de collecte de données par signaux électromagnétiques, comprenant, d’une part, un collecteur (100) pourvu d’une première antenne (105) ayant une bande passante prédéterminée, et, d’autre part, au moins un dispositif électronique déporté (200) comportant une deuxième antenne (205) ayant une deuxième bande passante coïncidant avec la première bande passante pour échanger des signaux avec la première antenne. Le dispositif comporte une enveloppe de protection thermique (207 ; 210) entourant au moins la deuxième antenne (205) en définissant une cavité autour de celle-ci de sorte que la deuxième antenne rayonne des signaux à l’extérieur de l’enveloppe de protection sensiblement dans la deuxième bande passante. Aéronef équipé d’un tel système. FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 1 Système de collecte de données sans fil La présente invention concerne le domaine de la collecte de données notamment dans les véhicules, et par exemple pour la collecte de données dans un environnement chaud tel que le compartiment moteur d’un véhicule. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION Les véhicules motorisés comportent un moteur logé dans un compartiment moteur plus ou moins isolé, notamment thermiquement et phoniquement, du reste du véhicule qui héberge un poste de commande du moteur. Pour commander le fonctionnement du moteur et/ou assurer sa maintenance, il est nécessaire de récupérer un certain nombre d’informations relatives au moteur comme par exemple des données de température, de chocs, de vibrations ainsi que des informations de configurations (par exemple le numéro de produit P/N et le numéro de série S/N). Concernant la récupération de données relatives au fonctionnement du moteur : une solution classique est de disposer des capteurs dans le compartiment moteur et de relier ceux-ci par des câbles électriques au poste de commande qui collecte les données en question. Toutefois, l’utilisation de câbles augmente le poids du véhicule et donc sa consommation d’énergie, et se révèle assez contraignante en terme de conception des véhicules. Pour la collecte des informations de configuration, une solution classique est de maintenir à jour, dans un système d’information en dehors du véhicule, une liste des composants remplaçables utilisés (on parle couramment de LRU, de l’anglais Line- R eplaceable U nit ). Toutefois, la recopie des données (P/N et S/N) est source de travail et surtout d’erreurs (non-respect du potentiel de vie d’un LRU ou mise en œuvre d’une configuration non conforme). Par ailleurs, dans d’autres domaines de la vie courante, comme par exemple l’emballage et le suivi de colis, il est connu de collecter des données via la technologie RFID (de l’anglais R adio F requency ID entification ou radio-identification). Cette technologie est mise en œuvre au moyen de systèmes comprenant un lecteur et des radio-étiquettes (couramment appelées tag RFID ). Le lecteur comprend un premier circuit électronique à circuit intégré relié à une première antenne ayant une première bande passante et chaque radio-étiquette comprend un deuxième circuit électronique à circuit intégré relié à une deuxième antenne ayant une deuxième bande passante sensiblement identique à la première bande passante. Le premier circuit électronique du lecteur peut ainsi communiquer avec le deuxième circuit électronique par l’échange de signaux électromagnétiques. Les radio-étiquettes sont relativement fragiles et très sensibles à la chaleur. OBJET DE L’INVENTION L’invention a notamment pour but de permettre une collecte de données, comme des identifiants, dans un environnement relativement chaud en limitant le poids de l’appareillage nécessaire à la collecte. A cet effet, on prévoit, selon l’invention un système de collecte de données par signaux électromagnétiques, comprenant, d’une part, un collecteur pourvu d’une première antenne ayant une bande passante prédéterminée, et, d’autre part, au moins un dispositif électronique déporté comportant une deuxième antenne ayant une deuxième bande passante coïncidant avec la première bande passante pour échanger des signaux avec la première antenne. Le dispositif comporte une enveloppe de protection thermique entourant au moins la deuxième antenne en définissant une cavité autour de celle-ci de sorte que la deuxième antenne rayonne des signaux à l’extérieur de l’enveloppe de protection sensiblement dans la deuxième bande passante. Ainsi, il est possible de collecter les données sans recourir à des câbles électriques tout en assurant une transmission fiable des données. Cependant, pour protéger l’antenne de la chaleur, l’antenne est entourée d’une enveloppe de protection thermique. Or, cette enveloppe pourrait altérer les propriétés de l’antenne. Pour y remédier, l’enveloppe définit autour de l’antenne une cavité permettant à l’antenne de rayonner dans l’espace libre de la cavité. L’épaisseur de l’enveloppe de protection thermique autour de l’antenne peut être limitée pour que l’enveloppe puisse assurer sa fonction de protection thermique sans altérer significativement le rayonnement de l’antenne. L’invention est adaptée à une utilisation dans l’environnement d’un moteur thermique avec des températures comprises entre 100°C et 250°C voire plus. L’invention concerne également un véhicule comportant un moteur de propulsion disposé dans un compartiment moteur et au moins un dispositif déporté d’un tel système, le dispositif déporté étant fixé dans le compartiment moteur. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l’invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : la est une vue schématique partielle en perspective d’un aéronef équipé d’un système selon l’invention, montrant plus particulièrement un compartiment moteur de cet aéronef ; la est une vue schématique par bloc d’un système de collecte de données selon l’invention ; la est une vue schématique d’un dispositif déporté de ce système, selon un premier mode de réalisation de l’invention, en coupe selon un plan parallèle à un substrat d’un circuit électronique du dispositif déporté ; la est une vue schématique de ce dispositif déporté, en coupe selon un plan perpendiculaire au substrat du circuit électronique du dispositif déporté ; la est une vue analogue à la d’un dispositif déporté selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION En référence à la , l’invention est ici décrite en application à un aéronef A comportant deux moteurs M placés dans un même compartiment moteur C. Le compartiment moteur C comprend une cloison avant Cav, une cloison arrière Car, deux cloisons latérales Cl et une cloison pare-feu Cpf séparant les deux moteurs M l’un de l’autre. Le compartiment moteur C comporte une ouverture supérieure fermée par un capot supérieur Cs. En référence à la , le système selon l’invention comprend un collecteur (ou lecteur) de données généralement désigné en 100 et ici une pluralité de dispositifs électroniques déportés 200. Le collecteur 100 comprend un circuit électronique 101 qui comporte une carte de circuit imprimé 102 portant un circuit intégré 103 et un émetteur/récepteur 104 relié par un câble de liaison à une antenne 105 (ou première antenne) qui est séparée du circuit électronique 101. Le circuit intégré 103 comprend un processeur et une mémoire contenant un programme exécutable par le processeur et des données. La carte de circuit imprimé 102 comprend en outre au moins un connecteur 106 permettant de relier le circuit électronique 101 à un réseau avionique R de l’aéronef A. L’antenne 105 est accordé sur une bande de fréquence (ou première bande passante) faisant partie des bandes de fréquence utilisées pour les dispositifs RFID. Le collecteur 100 est ici embarqué dans l’aéronef : le circuit électronique 101 est disposé à l’extérieur du compartiment moteur C ; l’antenne 105 est disposée dans le compartiment moteur. Chaque dispositif déporté 200 comprend un circuit électronique 201 qui comporte une carte de circuit imprimé 202 portant un circuit intégré 203 et un émetteur/récepteur 204 relié à une antenne 205 accordée sur une deuxième bande de fréquence (ou deuxième bande passante) pour pouvoir communiquer avec le collecteur 100 comme on va le voir. L’antenne 205 a ainsi une deuxième bande passante coïncidant avec la première bande passante. Par « coïncider », on entend que chacune de ces deux bandes passantes se superposent à l’autre sur au moins un tiers, voire sur la moitié de cette bande passante, ou plus selon la fiabilité de transmission recherchée. La bande passante s’étend ici entre -3dB et + 3dB autour de la fréquence correspondant à la puissance maximum des signaux transmis. Le circuit intégré 203 comprend un processeur et une mémoire contenant un programme informatique, exécutable par le processeur, et des données. Le dispositif déporté 200 peut être agencé pour réaliser au moins l’une des fonctions suivantes : une fonction de mémorisation d’une identification du composant sur lequel il est fixé ; une fonction de mémorisation d’un paramétrage ou d’une configuration du composant sur lequel il est fixé ; une fonction de mesure et de mémorisation d’un paramètre environnemental du composant sur lequel il est fixé… A cette fin, le circuit électronique 201 du dispositif déporté 200 est relié à un capteur 206 (par exemple de température, de choc ou de vibration ou de pression). Le dispositif déporté 200 est un dispositif RFID de type passif au sens il ne comporte pas de batterie et est alimenté par l’énergie des signaux qu’il reçoit via l’antenne 205. Ce type d’alimentation en énergie des dispositif RFID est classique. Le dispositif déporté 200 comporte une enveloppe de protection thermique dans laquelle est logée au moins l’antenne 205, mais ici également l’ensemble du circuit électronique 201. Le dispositif déporté 200 comporte également un moyen de compensation d’une influence de l’enveloppe de protection thermique sur les signaux électromagnétiques échangés entre les deux antennes 105, 205. Le moyen de compensation est agencé pour que les signaux électromagnétiques transmis dans la première bande passante par l’antenne 105 soient reçus dans la deuxième bande passante par l’antenne 205 et inversement. Ainsi, le collecteur 100 peut récupérer les données mémorisées en interrogeant le dispositif déporté 200. La collecte est initiée par le collecteur 100 qui envoie un signal de requête contenant une requête de données (par exemple d’identification), le circuit électronique 201 du dispositif déporté 200, alimenté par l’énergie du signal de requête, transmet un signal d’identification contenant l’identifiant du composant sur lequel il est fixé avant d’envoyer : un signal de données contenant les autres données contenues dans sa mémoire. un signal d’identification contenant un TID (Transponder ID). Le circuit électronique 101 du collecteur 100 est programmé pour collecter les données de manière automatique avant chaque vol, pendant le vol ou après le vol. Le circuit électronique 101 du collecteur 100 peut être programmé pour collecter des données de manière périodique ou en une seule fois. Les données récupérées par le collecteur 100 sont ensuite transmises à un système de maintenance prédictive par exemple soit via le réseau avionique R, soit par une liaison RFID initiée avec un lecteur d’un opérateur de maintenance. Les données récupérées par le collecteur 100 peuvent être stockées dans la mémoire du collecteur 100 ou dans une mémoire reliée au réseau avionique R. On notera que le collecteur 100 peut aussi être programmé pour mettre à jour des données mémorisées dans le circuit électronique 201 du dispositif déporté 200, comme : l’identifiant du composant auquel le dispositif déporté 200 est associé, une configuration ou un paramétrage du composant auquel le dispositif déporté 200 est associé, la valeur d’un seuil d’alerte, la valeur d’un seuil de commande de la mémorisation ou de la transmission du paramètre mesuré par le dispositif déporté 200… Par exemple, dans ce dernier cas appliqué à un dispositif déporté 200 mesurant la température, la température n’est pas mémorisée ou n’est pas transmise tant qu’elle est inférieure à la valeur de seuil. Par ailleurs la température peut être utilisée pour prolongée la durée de vie du dispositif déporté 200. En effet, si on interroge un dispositif déporté 200 à une température trop élevée, on risque de le vieillir prématurément. Il est donc préférable qu’un dispositif déporté 200 ne réponde pas à une requête RFID si sa température interne est trop élevée. Le dispositif comporte une enveloppe de protection thermique entourant au moins l’antenne 205 en définissant une cavité autour de celle-ci. Cela permet de réduire, voire d’annuler un décalage de la bande passante de l’antenne causé par la présence de l’enveloppe de protection. L’enveloppe de protection thermique a autour de l’antenne 205 une épaisseur qui peut être ajustée, si besoin, de manière à réduire encore ce décalage de fréquence. Quoiqu’il en soit, l’antenne rayonne des signaux, à l’extérieur de l’enveloppe de protection, sensiblement dans la deuxième bande passante. Comme représenté sur les figures 3 et 4, et selon le premier mode de réalisation de l’enveloppe de protection thermique, l’enveloppe de protection thermique, référencée 207, comprend un bloc de résine polymère définissant une cavité 208 dans laquelle s’étend l’antenne 205 et qui permet à l’antenne 205 de résonner dans l’air de la cavité 208. La cavité 208 forme alors un moyen de compensation permettant de limiter l’influence de l’enveloppe de protection thermique sur la bande passante de l’antenne 205. Le volume de cette cavité 208 peut être déterminé en fonction de la compensation à réaliser. L’épaisseur de l’enveloppe de protection est déterminée en fonction d’une conductivité thermique de l’enveloppe de protection thermique (207 ; 210) et d’une température environnante estimée en cours de fonctionnement. Plus précisément, l’épaisseur du bloc de résine polymère formant l’enveloppe de protection thermique 207 autour de la cavité 208 est déterminé en fonction de : la conductivité thermique de la résine polymère, la température maximale que peut supporter le circuit électronique 201 et plus particulièrement l’antenne 205, la température maximale extérieure, et éventuellement un coefficient de sécurité. L’épaisseur dépend également des capacités de résistance mécanique que l’on souhaite pour que la résine assure une fonction de protection mécanique adaptée aux conditions environnement du dispositif déporté 200. La résine polymère choisie est ici une résine silicone réticulable à température ambiante (RTV de l’anglais ro o m temperature vulcanizable). Les résines polymères RTV suivantes sont utilisables : RTV 160, RTV 162, RTV 167, RTV 511, RTV 560, RTV 577. On notera que la résine polymère ici choisie est dépourvue de particules métalliques, ces charges métalliques étant opaques au rayonnement électromagnétique. Pour ce type de matériaux, en dehors de la zone où est située la cavité, l’épaisseur de l’enveloppe de protection peut alors être comprise entre 0,5 et 5 cm, par exemple. Ici, l’épaisseur de l’enveloppe de protection au niveau de la cavité est plus faible que sur le reste de la carte. On peut prévoir que l’épaisseur de l’enveloppe au niveau de la cavité, selon une direction perpendiculaire à la carte, est inférieure à l’épaisseur de la cavité elle-même selon cette direction, voire inférieure à la moitié de l’épaisseur de la cavité. L’épaisseur de la cavité est comprise par exemple entre 0,3 et 2 cm. L’enveloppe de protection thermique 207 est formée par moulage en disposant le circuit électronique 201 dans un moule comportant des tiges supportant le circuit électronique 201 à distance des parois du moule, en posant sur l’antenne 205 un capotage délimitant la cavité 208 (le capotage peut être fabriqué par fabrication additive) et en versant dans le moule la résine polymère sous forme liquide pour qu’elle encapsule l’ensemble du circuit électronique 201, le capot formant une partie de moule perdue. Le moule est ensuite positionné sur un mélangeur planétaire pour favoriser un dégagement des bulles d’air éventuellement emprisonnées dans la résine liquide avant d’être placé dans un four à basse température (50-60°C) pour aider le durcissement de la résine polymère. Après durcissement, le dispositif déporté 200 est ôté du moule, les trous laissés par les tiges ainsi que le volume lié à la rétractation de la résine au séchage sont rebouchés avec de la résine mise ensuite à durcir. Des opérations d’ébavurage, surfaçage, gravage sont ensuite éventuellement réalisées. Pour faciliter l’évacuation des bulles d’air, il est possible également de placer le moule dans une enceinte sous vide à la place ou en complément de l’utilisation d’un planétaire. En outre, si la résine polymère a une dureté suffisante, on peut prévoir de monter des tubes de passage de vis dans le moule avant le versement de la résine de manière à permettre de fixer le dispositif déporté 200 sur une platine 250 en introduisant des vis dans les tubes pour les visser dans des trous taraudés de la platine. Selon un mode de fabrication alternatif, on peut utiliser des couches successives prémoulées dont au moins l’une présente une réserve pour former l’enceinte 207 et qui sont empilées les unes sur les autres jusqu’à encapsuler complètement le circuit électronique 201. La fixation des couches entre elles peut être assurée par exemple par collage ou en fixant l’empilement sur une platine par des vis traversantes serrant l’empilement sur la platine et les couches les unes contre les autres. Comme représenté sur la , et selon un deuxième mode de réalisation de l’enveloppe de protection thermique, l’enveloppe de protection thermique, référencée 210, est réalisée en céramique et plus particulièrement ici en nitrure de silicium. Comme précédemment, une cavité 211 est délimitée par l’enveloppe de protection thermique 208 autour de l’antenne 205 mais ici aussi autour de l’ensemble du circuit électronique 1. L’enveloppe de protection thermique 210 peut entraîner des pertes par réflexion liées à la permittivité relative de l’enveloppe de protection 210 et des pertes par dissipation dans la céramique à cause de la tangente de pertes. Sa forme, son épaisseur et la céramique retenue seront déterminées de manière à limiter cette influence tout en offrant la protection thermique souhaitée. On pourra réaliser une compensation plus précise en prenant en compte d’autres influences possibles, comme une altération de la directivité de l’antenne 205 (accroissement des lobes latéraux par exemple), désadaptation de l’antenne (augmentation du rapport d’onde stationnaire de tension), erreur de pointage de l’antenne, dépolarisation… Le moyen de compensation n’est donc pas limité au rattrapage d’un décalage de fréquence et peut être agencé pour compenser d’autres défauts si nécessaire (compensation de défaut de fabrication du circuit formant l’antenne). Dans le mode de réalisation préférentiel de l’invention, le système comprend plusieurs dispositifs déportés 200 répartis dans le compartiment moteur C, à savoir : au moins un sur la cloison avant Cav, au moins un sur la cloison arrière Car, au moins un sur le capot supérieur Cs, au moins un sur la cloison pare-feu Cpf. Pour améliorer la transmission des signaux, on peut prévoir des métasurfaces de renvoi d’onde fixées sur les cloisons Cav, Car, Cs et/ou Cpf et/ou le capot Cs pour renvoyer les ondes provenant des antennes 205 vers le collecteur 100 et inversement. Les métasurfaces sont des surfaces réfléchissant les ondes à une fréquence donnée, ici celle des signaux RFID. Elles peuvent éventuellement être conçues pour réfléchir de façon dirigée ces ondes. On peut prévoir d’encapsuler/noyer au moins l’une des métasurfaces dans un matériau de protection thermique comme l’antenne 205. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications. En particulier, le dispositif déporté peut avoir une structure différente de celle décrite. Le bloc/l’enveloppe de protection thermique peut être disposée autour de l’antenne uniquement, l’antenne étant reliée par un câble ou un connecteur au reste du circuit électronique. D’autres résines polymères peuvent être choisies pour former l’enveloppe de protection thermique et par exemple une résine époxy ou une résine PG 231 ou PG 355. La plage d’utilisation en terme de température sera de préférence de -40°C (voire -60°C) à +150°C, voire plus et au-delà de 250°C, et la conductivité thermique inférieure à 1 W/(m.K). On choisira en outre de préférence une résine la plus dure possible, avec une dureté Shore D au moins égale à 30 pour assurer une protection mécanique de l’antenne et du circuit électronique. D’autres céramiques peuvent être choisies pour former l’enveloppe de protection thermique et par exemple une céramique verre. Le matériau du bloc / de l’enveloppe de protection thermique sera de préférence choisi en fonction de ses performances en matière de transmission d’onde radioélectrique. L’invention est applicable aussi aux dispositifs RFID de type actif, c’est-à-dire comprenant une batterie d’alimentation du circuit électronique pour des applications à des températures de préférence inférieures à 200°C. Le dispositif déporté 200 peut être agencé pour réaliser d’autres fonctions que celles indiquées et par exemple une ou plusieurs fonctions permettant d’estimer une durée de vie du composant auquel il est associé, comme : incrémenter un compteur à chaque lecture du dispositif déporté 200 par le collecteur 100 en se basant sur l’hypothèse qu’une lecture est réalisée après chaque cycle de fonctionnement ; incrémenter un compteur sur une commande RFID spécifique utilisée à chaque démarrage du moteur pour compter le nombre de cycles pendant lesquels le moteur est en fonctionnement ; mesurer une température au moyen d’un capteur de température intégré pour compter le nombre de cycles voir le temps de fonctionnement du LRU (ce qui suppose que le dispositif déporté 200 soit alimenté en permanence pour mesurer et traiter de l’information de température : soit parce que l’antenne 205 est soumise en permanence à un rayonnement radioélectrique, soit parce que le dispositif déporté 200 incorpore une batterie) ; mesurer une accélération au moyen d’un accéléromètre intégré pour compter le nombre de cycles voir le temps de fonctionnement du LRU (ce qui suppose que le dispositif déporté 200 soit alimenté en permanence pour mesurer et traiter de l’information d’accélération : soit parce que l’antenne 205 est soumise en permanence à un rayonnement radioélectrique, soit parce que le dispositif déporté 200 incorpore une batterie). Le dispositif déporté peut avoir une structure beaucoup plus basique que celle décrite et ne comprendre que des composants passifs. L’antenne peut avoir une structure différente de celle décrite et être réalisée à partir de tout élément électriquement conducteur comme une piste de circuit imprimé, un câble, une barre ou une métasurface. Il y deux manières d’identifier le composant auquel un dispositif déporté 200 est associé : soit les données S/N et P/N sont stockées dans la mémoire du dispositif déporté 200 comme décrit plus haut ; soit le collecteur 100 récupère l’identifiant du dispositif déporté 200 (cet identifiant est souvent appelé TID et est propre à chaque dispositif RFID) et c’est le système d’information qui fait la correspondance entre le TID et les P/N et S/N. La première solution est plus simple pour récupérer les P/N et S/N. La deuxième solution est moins coûteuse en énergie, le TID étant plus directement accessible (ceci a son importance lorsque le dispositif déporté 200 est en limite de portées des antennes RFID et dispose donc de peu d’énergie). Le collecteur peut être embarqué à bord de l’aéronef ou être indépendant de l’aéronef pour être utilisé au sol par un opérateur de maintenance. L’invention est applicable à des véhicules de tout type, comme des véhicules terrestres, nautiques ou aériens, embarquant un équipage ou non. Concernant les véhicules aériens, l’invention est applicable aux aéronefs à voilure fixe ou tournante, quel que soit le nombre de moteurs qu’ils comportent. Système de collecte de données par signaux électromagnétiques, comprenant, d’une part, un collecteur (100) pourvu d’une première antenne (105) ayant une bande passante prédéterminée, et, d’autre part, au moins un dispositif électronique déporté (200) comportant une deuxième antenne (205) ayant une deuxième bande passante coïncidant avec la première bande passante pour échanger des signaux avec la première antenne, caractérisé en ce que le dispositif comporte une enveloppe de protection thermique (207 ; 210) entourant au moins la deuxième antenne (205) en définissant une cavité autour de celle-ci de sorte que la deuxième antenne rayonne des signaux à l’extérieur de l’enveloppe de protection sensiblement dans la deuxième bande passante. Système selon la revendication 1, dans lequel une épaisseur de l’enveloppe de protection est déterminée en fonction d’une conductivité thermique de l’enveloppe de protection thermique (207 ; 210) et d’une température environnante estimée en cours de fonctionnement. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’enveloppe de protection thermique (207) est réalisée dans une résine polymère. Système selon la revendication 3, dans lequel la résine polymère a une conductivité thermique inférieure à 1W/(m.K). Système selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la résine polymère est une résine silicone ou une résine époxy. Système selon la revendication 1, dans lequel l’enveloppe de protection thermique (210) est en céramique. Système selon la revendication 6, dans lequel la céramique est en nitrure de silicium ou une céramique de verre. Véhicule (A) comportant un moteur de propulsion (M) disposé dans un compartiment moteur (C), et au moins un dispositif déporté (200) d’un système selon l’une quelconque des revendications précédentes, le dispositif déporté (200) étant fixé dans le compartiment moteur (C). Véhicule selon la revendication 8, le véhicule étant un aéronef. Véhicule selon la revendication 9, l’aéronef étant de type hélicoptère.