La présente invention concerne une chaîne d'acquisition d'au moins une grandeur physique pour un système avionique embarqué critique.

Plus particulièrement, l'invention se rapporte à une telle chaîne d'acquisition, du type comportant :

- au moins un capteur permettant de mesurer la grandeur physique ;

- au moins une voie d'acquisition recevant un signal analogique correspondant à la grandeur physique mesurée par le capteur et transformant ce signal analogique en un signal numérique correspondant, au moins certaines de ces transformations étant aptes à s'effectuer avec des pertes de précision ;

- des moyens d'autotest permettant de vérifier l'intégrité de la voie d'acquisition et de générer au moins un résultat d'autotest.

La présente invention concerne également un procédé d'acquisition associé à cette chaîne d'acquisition.

Une telle chaîne d'acquisition comporte par exemple un capteur permettant de mesurer au moins une grandeur physique comme par exemple la position, la vitesse, la température ambiante, la pression ou l'humidité.

La grandeur physique mesurée est transmise à la chaîne d'acquisition par exemple sous la forme d'une résistance électrique ou, plus généralement sous la forme d'un signal analogique.

La chaîne d'acquisition permet alors de transformer ce signal analogique en un signal numérique qui peut être ensuite traité par des moyens de traitement numériques adaptés et être éventuellement communiqué à un opérateur.

Les chaînes d'acquisition sont particulièrement utilisables dans le cas des systèmes avioniques embarqués et permettent par exemple de mesurer la température à l'extérieur de l'aéronef à l'aide d'un capteur adapté.

Le fonctionnement de telles chaînes d'acquisition doit donc répondre à un certain niveau de criticité ou de sûreté imposé généralement par les normes aéronautiques en fonction de l'importance de la grandeur physique fournie et/ou de son influence sur le pilotage de l'aéronef.

Ainsi, par exemple, les normes aéronautiques ARP 4754A, ED-12C et DO-178C définissent cinq niveaux de criticité (de A à E) ou DAL (de l'anglais « Design Assurance Level ») pour les systèmes avioniques. Le niveau DAL A présente le niveau de criticité le plus élevé et est attribué à des systèmes avioniques dont un défaut de fonctionnement peut provoquer un événement catastrophique au sens aéronautique du terme (perte de vies humaines).

Le niveau DAL A est attribué par exemple à différentes chaînes d'acquisition utilisables dans des systèmes avioniques de niveau DAL A. Ceci impose de nombreuses contraintes sur la sûreté de fonctionnement de ces chaînes. On conçoit alors que les coûts de développement, de production et d'exploitation des chaînes deviennent de plus en plus conséquents avec l'augmentation du nombre de ces contraintes.

Ainsi, pour diminuer ces coûts tout en conservant le niveau de criticité global DAL A du système avionique, il est connu l'utilisation de plusieurs chaînes d'acquisition redondantes de niveau de criticité inférieur, par exemple de niveau DAL B. Différents systèmes de votes peuvent ensuite être appliqués par le système avionique pour choisir la valeur majoritaire parmi toutes les valeurs délivrées par ces chaînes d'acquisition redondantes.

Par ailleurs, pour prévenir le vieillissement de ces chaînes, leur niveau de criticité est souvent surdimensionné à la production ce qui permet d'assurer leur bon fonctionnement sur toute la période d'exploitation malgré un éventuel vieillissement.

On conçoit alors que ceci se traduit par un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels figurent la consommation électrique, l'encombrement, la complexité, le poids et les coûts élevés de ces chaînes d'acquisition.

En outre, les chaînes d'acquisition existantes présentent souvent des capacités limitées de détection de défauts de leur fonctionnement et permettent de détecter uniquement des défauts abrupts de type pannes franches.

La présente invention a pour but de proposer une chaîne d'acquisition remédiant à ces inconvénients et présentant des capacités plus élevées de détection de défauts de son fonctionnement.

À cet effet, la présente invention a pour objet une chaîne d'acquisition du type précité, comportant en outre des moyens d'analyse du résultat d'autotest pour déterminer un mode de fonctionnement normal, dégradé ou défaillant de la voie d'acquisition, et pour activer le fonctionnement de moyens de correction du signal numérique délivré par la voie lorsque celle-ci est dans le mode de fonctionnement dégradé.

Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, la chaîne d'acquisition comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :

- dans le mode de fonctionnement normal, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition appartiennent à une première plage de valeurs prédéterminée ; - dans le mode de fonctionnement dégradé, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition appartiennent à une deuxième plage de valeurs prédéterminée, chaque valeur de la deuxième plage étant supérieure à chaque valeur de la première plage et inférieure à chaque valeur d'une troisième plage de valeurs prédéterminée ;

- dans le mode de fonctionnement défaillant, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition appartiennent à la troisième plage de valeurs ;

- les moyens d'autotest comportent une unité de calcul apte à exécuter dynamiquement un modèle de fonctionnement inverse de la voie d'acquisition, le modèle de fonctionnement inverse étant défini par une pluralité de paramètres et permettant aux moyens de correction de corriger le signal numérique délivré par la voie d'acquisition lorsque celle-ci est dans le mode de fonctionnement dégradé ;

- elle est apte à délivrer au moins un signal numérique d'origine correspondant au signal numérique délivré par la voie d'acquisition, un signal d'état généré par les moyens d'analyse et indiquant le mode de fonctionnement courant de la voie d'acquisition, et un signal numérique avec compensation généré par les moyens de correction et correspondant au signal numérique délivré par la voie d'acquisition et corrigé par ces moyens de correction ;

- les moyens d'autotest comportent en outre une unité de mémorisation apte à stocker une base de données comportant les paramètres du modèle de fonctionnement inverse ;

- les paramètres du modèle de fonctionnement inverse sont calculés dynamiquement ;

- le modèle de fonctionnement inverse permet en outre de calculer pour un signal numérique de référence, un signal analogique de référence, pour l'injecter dans la voie d'acquisition ;

- les moyens d'autotest comportent une unité de mémorisation apte à stocker une base de données comportant des signaux numériques de référence et des signaux analogiques de référence, chaque signal numérique de référence étant associé à un signal analogique de référence apte à être injecté dans la voie d'acquisition ;

- les moyens d'autotest comportent en outre une unité de comparaison d'un signal numérique de test délivré par la voie d'acquisition et correspondant audit signal analogique de référence injecté dans la voie d'acquisition, avec ledit signal numérique de référence ;

- elle comporte en outre des moyens d'apprentissage aptes à calibrer les paramètres du modèle de fonctionnement inverse, dans le mode de fonctionnement dégradé de la voie d'acquisition ; - les moyens de correction sont aptes à corriger le signal numérique délivré, à partir des paramètres du modèle de fonctionnement inverse calibrés par les moyens d'apprentissage ;

- les moyens d'autotest, les moyens d'analyse, les moyens de correction et les moyens d'apprentissage sont intégrés au moins en partie dans un composant unique ; et

- le composant unique est situé à proximité du capteur.

La présente invention a également pour objet un procédé d'acquisition d'au moins une grandeur physique, mis en œuvre par la chaîne d'acquisition telle que définie, comprenant une phase d'acquisition comportant les étapes suivantes :

- la mesure d'une grandeur physique par le capteur ;

- l'injection d'un signal analogique correspondant à la grandeur physique mesurée dans la voie d'acquisition ;

- la transformation du signal analogique en un signal numérique par la voie d'acquisition ;

- la délivrance du signal numérique.

Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le procédé d'acquisition comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :

- il comprend en outre une phase d'autotest comportant les étapes suivantes : l'élaboration d'un signal numérique de référence ; la transformation du signal numérique de référence en un signal analogique de référence par le modèle de fonctionnement inverse ; l'injection de ce signal analogique de référence dans la voie d'acquisition ; la transformation de ce signal analogique de référence en un signal numérique de test par la voie d'acquisition ; la comparaison du signal numérique de test avec le signal numérique de référence par l'unité de comparaison ; et la détermination d'un mode de fonctionnement de la voie d'acquisition parmi les modes de fonctionnement normal, dégradé ou défaillant ;

- il comprend en outre une phase d'apprentissage comportant les étapes suivantes : l'application de la phase d'autotest pour un signal numérique de référence minimal et pour un signal numérique de référence maximal pour déterminer les pertes de précision sur chacun de ces signaux numériques de référence et le calibrage d'un nouveau jeu de paramètres du modèle de fonctionnement inverse de la voie d'acquisition par les moyens d'apprentissage ;

- il comprend en outre une phase de compensation comportant les étapes suivantes : la transformation du signal numérique délivré par la voie d'acquisition en un signal analogique avec compensation par le modèle de fonctionnement inverse calibré avec le nouveau jeu de paramètres et la transformation du signal analogique avec compensation en un signal numérique avec compensation par les moyens de correction.

Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique d'une chaîne d'acquisition selon l'invention ;

- la figure 2 est un organigramme d'une phase d'acquisition d'une grandeur physique mise en œuvre dans un procédé d'acquisition selon l'invention ;

- la figure 3 est un organigramme d'une phase d'autotest mise en œuvre dans le procédé de la figure 2 ;

- la figure 4 est un organigramme d'une phase d'apprentissage mise en œuvre dans le procédé de la figure 2 ;

- la figure 5 est un organigramme d'une phase de compensation mise en œuvre dans le procédé de la figure 2 ; et

- la figure 6 est un schéma illustrant différents modes de fonctionnement de la chaîne de la figure 1 en fonction de son vieillissement.

On a en effet représenté sur la figure 1 , une chaîne d'acquisition d'au moins une grandeur physique selon l'invention. Sur cette figure 1 , la chaîne d'acquisition est désignée par la référence générale 10.

Cette chaîne d'acquisition 10 est utilisable dans des systèmes avioniques embarqués dans un aéronef. La chaîne d'acquisition 10 répond ainsi à un certain niveau de criticité, par exemple au niveau de criticité DAL A.

La chaîne 10 comporte par exemple un capteur permettant de mesurer la grandeur physique et étant apte à émettre un signal analogique SA correspondant à cette grandeur physique. Ce capteur est désigné par la référence générale 12 sur la figure 1 .

La grandeur physique mesurée est par exemple la température à l'extérieur de l'aéronef ou la position d'une gouverne. Ainsi, dans ce cas, le signal analogique SA correspond par exemple à une valeur de résistance émise par le capteur 12.

La chaîne 10 comporte en outre une voie d'acquisition reliée au capteur 12 et apte à recevoir le signal analogique SA émis par le capteur 12 pour le transformer en un signal numérique SN. La voie d'acquisition est désignée par la référence générale 14 sur la figure 1 .

Ainsi, ce signal numérique SN est délivré par exemple à un calculateur embarqué relié à la voie d'acquisition 14 et permettant de traiter ce signal de manière adaptée. Ce calculateur est alors désigné par la référence générale 16 sur la figure 1 . Comme connu en soi dans l'état de la technique, les transformations du signal analogique SA en un signal numérique SN peuvent s'effectuer avec d'éventuelles pertes de précision.

La chaîne 10 comporte en outre des moyens d'autotest pour vérifier l'intégrité de la voie d'acquisition 14, des moyens d'analyse de résultats de cette vérification, des moyens de correction du signal numérique délivré par la voie d'acquisition 14 et des moyens de calibrage des moyens d'autotest.

Sur la figure 1 , ces moyens sont désignés respectivement par les références générales 18, 20, 22 et 24.

En outre, ces moyens 18, 20, 22 et 24 sont intégrés au moins en partie dans un composant unique désigné par la référence générale 26 sur la figure 1 .

Le composant unique 26 est situé par exemple à proximité immédiate du capteur

12.

Les moyens d'autotest 18 permettent de vérifier l'intégrité de la voie d'acquisition 14 en y injectant un signal analogique de référence SA _R et en comparant un signal numérique de test SN _T délivré par la voie d'acquisition 14 et correspondant à ce signal analogique de référence SA _R , avec le signal d'origine.

Pour ceci, les moyens d'autotest 18 comportent une unité de mémorisation, une unité de calcul et une unité de comparaison désignées respectivement par les références générales 30, 32 et 34 sur la figure 1 .

L'unité de calcul 32 est apte à exécuter dynamiquement un modèle de fonctionnement inverse de la voie d'acquisition 14 permettant de modéliser le fonctionnement de la voie d'acquisition 14 pour vérifier son intégrité.

Le modèle de fonctionnement inverse est défini par une pluralité de paramètres issus d'une base de données prévue à cet effet et stockée dans l'unité de mémorisation 30.

Ces paramètres sont calculés dynamiquement par l'unité de calcul 30 et décrivent au moins en partie le fonctionnement de la voie d'acquisition 14.

Ainsi, le modèle de fonctionnement inverse permet de calculer à partir d'un signal numérique de référence SN _R| un signal analogique de référence SA _R , pour injecter ce signal analogique dans la voie d'acquisition 14.

Selon une autre variante de réalisation, le couple de signal numérique de référence SN _R et de signal analogique de référence SA _R est issu par exemple d'une base de données stockée dans l'unité de mémorisation 30. Selon encore une autre variante de réalisation, le signal numérique de référence SN _R correspond à un signal numérique SN acquis précédemment par la voie d'acquisition 14.

L'unité de comparaison 34 permet alors de comparer le signal numérique de test SN _T délivré par la voie d'acquisition 14 avec le signal numérique de référence SN _R d'origine de ce signal de test.

L'unité de comparaison 34 permet en outre de générer un résultat de cette comparaison et de le délivrer aux moyens d'analyse 20.

Ce résultat de comparaison correspond par exemple à des pertes de précision entre le signal numérique de test SN _T et le signal numérique de référence SN _R d'origine de ce signal de test.

En fonction du résultat de la comparaison, les moyens d'analyse 20 permettent de déterminer un mode de fonctionnement de la voie d'acquisition 14 entre un mode de fonctionnement normal, dégradé ou défaillant.

Ainsi, dans le mode de fonctionnement normal, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition 14 appartiennent à une première plage [V _{1 ;} V ₂ ] de valeurs prédéterminée.

Dans ce mode de fonctionnement, les pertes de précision dans la voie d'acquisition 14 n'ont pas d'influence sur le fonctionnement de la chaîne 10.

Dans le mode de fonctionnement dégradé, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition 14 appartiennent à une deuxième plage ]V ₂ , V ₃ ] de valeurs prédéterminée.

Chaque valeur de la deuxième plage ]V ₂ , V ₃ ] est supérieure à chaque valeur de la première plage [V _{1 ;} V ₂ ] et inférieure à chaque valeur d'une troisième plage ]V ₃ , V ₄ ] de valeurs prédéterminée.

Ainsi, dans ce mode de fonctionnement, les pertes de précision dans la voie d'acquisition 14 ont une influence sur le fonctionnement de la chaîne 10 mais sont tolérées.

Finalement, dans le mode de fonctionnement défaillant, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition 14 appartiennent à la troisième plage ]V ₃ , V ₄ ] de valeurs.

Ceci signifie que dans le mode défaillant, les pertes de précision dans la voie d'acquisition 14 ne sont pas tolérées et la chaîne d'acquisition 10 est reconnue entièrement comme défaillante. Les moyens d'analyse 20 sont aptes par ailleurs à émettre un signal d'état SE à destination du calculateur 16, indiquant le mode de fonctionnement courant de la voie d'acquisition 14.

Lorsque la voie d'acquisition 14 est dans le mode de fonctionnement dégradé ou défaillant, le modèle de fonctionnement inverse permet aux moyens de correction 22 de corriger le signal numérique SN délivré par la voie d'acquisition 14.

En outre, dans le mode de fonctionnement dégradé ou défaillant, les moyens d'apprentissage 24 sont aptes à calibrer les paramètres du modèle de fonctionnement inverse en minimisant les pertes de précision entre les signaux numériques de test SN _T et les signaux numériques de référence SN _R correspondant à ces signaux de test.

Ainsi, les moyens de correction 22 sont aptes à générer un signal numérique avec compensation SN _C correspondant à un signal analogique avec compensation SA _C calculé à partir du signal numérique SN délivré par la voie d'acquisition 14 et corrigé à l'aide du modèle de fonctionnement inverse re-calibré. Ce signal numérique avec compensation SN _C est par exemple délivré au calculateur 16.

Ceci permet plus particulièrement d'adapter ces paramètres au vieillissement de la voie d'acquisition 14.

On conçoit alors qu'en fonction de résultats de ce calibrage, les moyens d'analyse 20 peuvent changer le mode de fonctionnement dégradé pour le mode de fonctionnement normal ou le mode de fonctionnement défaillant pour le mode de fonctionnement dégradé.

Il est clair par ailleurs que les moyens de correction 22 peuvent corriger le signal numérique délivré, à partir des paramètres du modèle de fonctionnement inverse calibrés par les moyens d'apprentissage 24.

Un procédé 50 d'acquisition d'au moins une grandeur physique, mis en œuvre par la chaîne d'acquisition 10 va désormais être expliqué en référence aux figures 2 à 5.

Ce procédé 50 comprend une phase d'acquisition P _{1 ;} une phase d'autotest P ₂ , une phase d'apprentissage P ₃ et une phase de compensation P ₄ .

Un organigramme de la phase d'acquisition du procédé 50 est représenté sur la figure 2.

Ainsi, selon cet organigramme, lors d'une étape initiale 51 de la phase P _{1 ;} le capteur 12 mesure la grandeur physique et génère un signal analogique SA correspondant à la valeur mesurée.

Lors d'une étape 53 suivante, le capteur 12 injecte le signal analogique SA générée dans la voie d'acquisition 14.

Lors d'une étape 55 suivante, la voie d'acquisition 14 transforme ce signal analogique SA en un signal numérique SN. Finalement, lors d'une étape 57 finale, la voie d'acquisition 14 délivre le signal numérique SN transformé au calculateur 16.

Un organigramme de la phase d'autotest P ₂ du procédé 50 est présenté sur la figure 3.

Ainsi, selon cet organigramme, lors d'une étape initiale 61 de la phase P ₂ , les moyens d'autotest 18 élaborent un signal numérique de référence SN _R comme indiqué précédemment.

Lors d'une étape 63 suivante, les moyens d'autotest 18 transforment ce signal numérique de référence SN _R en un signal analogique de référence SA _R par application du modèle de fonctionnement inverse.

Lors d'une étape 65 suivante, les moyens d'autotest 18 injectent ce signal analogique de référence SA _R dans la voie d'acquisition 14.

Lors d'une étape 67 suivante, la voie d'acquisition 14 transforme ce signal analogique de référence SA _R en un signal numérique de test SN _T et délivre ce signal de test aux moyens d'autotest 18.

Lors d'une étape 69 suivante, les moyens d'autotest 18 et en particulier l'unité de comparaison 34, comparent le signal numérique de test SN _T avec le signal numérique de référence SN _R correspondant et communiquent le résultat de cette comparaison aux moyens d'analyse 20. Ce résultat correspond par exemple à des pertes de précision entre les deux signaux.

Lors d'une étape 71 suivante, les moyens d'analyse 20 déterminent un mode de fonctionnement de la voie d'acquisition 14 parmi les modes de fonctionnement normal, dégradé ou défaillant.

Finalement, lors d'une étape 73 finale, les moyens d'analyse 20 émettent un signal d'état SE indiquant le mode de fonctionnement courant de la voie d'acquisition 10 à destination du calculateur 16.

La phase d'apprentissage P ₃ du procédé 50 est apte à être lancée après la phase d'autotest P ₂ .

Un organigramme de la phase d'apprentissage P ₃ du procédé 50 est présenté sur la figure 4.

Ainsi, selon cet organigramme, lors d'une étape initiale 81 de la phase P ₃ , les moyens d'apprentissage 24 élaborent un signal numérique de référence minimal SN _R min et un signal numérique de référence maximal SN _R max.

Lors d'une étape 83 suivante, une séquence d'autotest reprenant les étapes 63 à 69 de la phase d'autotest P ₂ est lancée pour déterminer les pertes de précision sur chaque signal numérique de référence SN _R min et SN _R max. Lors d'une étape finale 85, les moyens d'apprentissage 24 calibrent les paramètres du modèle de fonctionnement inverse de la voie d'acquisition 14 pour minimiser les pertes de précision.

La phase de compensation P ₄ du procédé 50 est apte à être lancée après la phase d'apprentissage P ₃ .

Un organigramme de la phase de compensation P ₄ du procédé 50 est présenté sur la figure 5.

Ainsi, selon cet organigramme, lors d'une étape initiale 91 de la phase P ₄ , les moyens de correction 22 transforme le signal numérique SN délivré par la voie d'acquisition 14 en un signal analogique avec compensation SA _C par le modèle de fonctionnement inverse calibré avec les nouveaux paramètres.

Lors d'une étape 93 suivante, les moyens de correction 22 transforment le signal analogique avec compensation SA _C en un signal numérique avec compensation SN _C par l'application d'un modèle de fonctionnement normal de la chaîne d'acquisition avec les paramètres initiaux.

Finalement, lors d'une étape 95 finale, les moyens de correction 22 délivrent le signal numérique avec compensation SN _C au calculateur 16.

Un schéma illustrant les pertes de précision dans la voie d'acquisition 14 en fonction du vieillissement de la chaîne d'acquisition 10, est présenté sur la figure 6.

Ainsi, comme illustré sur cette figure 6, initialement les pertes de précision sont minimales et la voie d'acquisition 14 est dans le mode de fonctionnement normal.

Dans ce mode de fonctionnement, la phase d'autotest P ₂ succède la phase d'acquisition P-ι pour évaluer les pertes de précision.

Lorsque ces pertes dépassent le seuil V ₂ , les moyens d'analyse 20 activent le mode de fonctionnement dégradé.

Dans ce mode de fonctionnement, les phases d'apprentissage P ₃ et de compensation P ₄ sont lancées respectivement pour calibrer les paramètres du modèle de fonctionnement inverse de la voie d'acquisition 14 et pour corriger le signal numérique délivré.

Si après la phase d'apprentissage P ₃ , les pertes de précision sont au-dessous du seuil V ₂ , les moyens d'analyse 20 activent le mode de fonctionnement normal. Sinon, la voie d'acquisition 14 continue à fonctionner dans le mode de fonctionnement dégradé.

Lorsque les pertes de précision dépassent le seuil V ₃ , les moyens d'analyse 20 activent le mode de fonctionnement défaillant et les phases d'apprentissage P ₃ et de compensation P ₄ sont lancées à nouveau. Si après la phase d'apprentissage P ₃ , les pertes de précision sont au-dessous du seuil V ₃ , les moyens d'analyse 20 activent le mode de fonctionnement dégradé. Sinon, la voie d'acquisition 14 continue à fonctionner dans le mode de fonctionnement défaillant et c'est donc la chaîne 10 entière qui est reconnue par le calculateur 16 comme défaillante.

Bien entendu, d'autres modes et exemples de réalisation de la chaîne d'acquisition et du procédé associé peuvent être également envisagés.

On conçoit alors que la présente invention présente un certain nombre d'avantages.

La chaîne d'acquisition selon l'invention prend en compte le vieillissement de la voie d'acquisition et adapte ainsi ses moyens d'autotest.

Ceci permet alors de modéliser cette chaîne d'acquisition en fonction de son niveau de criticité réel au début de sa vie sans avoir besoin de le surdimensionner.

Ainsi, la chaîne d'acquisition selon l'invention est moins encombrante, plus simple et plus compacte d'exploitation par rapport aux chaînes d'acquisition de l'état de la technique.

De plus, la chaîne d'acquisition selon l'invention permet de détecter des défauts de son fonctionnement de manière efficace.