MILLET, Gilles (3 avenue de Toulouse, Lezat Sur Leze, F-09210, FR)
| REVENDICATIONS 1 . Procédé de détection par réflectométrie d'anomalies électriques inaccessibles dans des structures métalliques (10) aptes à accueillir des câbles électriques (12) en réseaux et à opérer le retour courant de ces câbles, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter un signal de sonde modulé (S) à une première extrémité d'éléments conducteurs isolés (C, P), ces éléments étant agencés à distance constante de chaque structure (10) sensiblement tout le long de ces supports et reliés à cette structure (10) par une deuxième extrémité, à détecter et analyser un signal réfléchi (R) en retour de ligne des éléments conducteurs (C, P) par comparaison à un seuil au-dessus duquel une anomalie est détectée (300a) et localisée (300b) par corrélation topologique. 2. Procédé de détection selon la revendication 1 , dans lequel la réflectométrie fonctionne dans le domaine fréquentiel FDR et dans le domaine temporel TDR avec, respectivement, un signal de sonde (S) modulé en fréquence ou en impulsion. 3. Procédé de détection selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les éléments conducteurs (C, P) sont agencés par continuité de matière aux structures métalliques (10). 4. Architecture de détection apte à mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comporte au moins une structure métallique longitudinale (10) d'accueil d'un câble électrique (12) et au moins un élément conducteur isolé (C, P) en liaison avec des moyens d'émission (100) et d'injection (200) d'un signal sonde (S) et de connexion (400) à un dispositif de détection et d'analyse (300) d'un signal réfléchi (R) à une première extrémité et à ladite structure (10) à une deuxième extrémité, et en ce que l'élément conducteur (C, P) est agencé contre ladite structure (10) par l'intermédiaire d'un matériau (1 1 , 60) d'épaisseur constante. 5. Architecture de détection selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'élément conducteur isolé (C) est disposé à l'intérieur de ladite structure métallique (10) et intégré à une face d'accueil (1 1 a) d'un support longitudinal en matériau plastique (1 1 ) calé dans ladite structure (10), ladite face d'accueil (1 1 a) présentant une courbure apte à loger le câble électrique (12). 6. Architecture de détection selon la revendication précédente, dans laquelle l'élément conducteur isolé (C) est intégré au support (1 1 ) dans une rainure longitudinale (50) formée dans la face d'accueil (1 1 a) du support (1 1 ). 7. Architecture de détection selon la revendication précédente, dans laquelle la rainure est réalisée dans une zone où le support (1 1 ) présente un rayon de courbure minimal. 8. Architecture de détection selon la revendication 4, dans laquelle l'élément conducteur isolé est constitué par une piste conductrice (P) formée sur une face principale (60a) d'une bande de circuit imprimé souple isolante (60) présentant deux faces longitudinales principales (60a, 60b), la bande (60) étant disposée par son autre face principale (60b) contre une face externe (14e, 16e) de la structure métallique (10). 9. Architecture de détection selon la revendication précédente, dans laquelle la bande de circuit imprimé (60) est ajustée serrée dans une glissière (70) de dimensions appropriées et formée le long d'une face externe (14e) de ladite structure (10). 10. Architecture de détection selon la revendication 8, dans laquelle la bande de circuit imprimé (60) est collée contre une face externe (16e) de ladite structure (10). 1 1 . Architecture de détection selon l'une des revendications 4 ou 5, dans laquelle l'élément conducteur isolé (C, P) est attaché à ladite structure (10) par une cosse (40) sertie sur la deuxième extrémité de l'élément conducteur (C, P), et est relié par sa première extrémité au dispositif de détection et d'analyse (300) par l'intermédiaire de moyens de connexion (400) fixés à ladite structure (10). 12. Architecture de détection selon l'une quelconque des revendications 4 à 1 1 , dans laquelle le dispositif de détection et d'analyse (300) comporte également les moyens d'émission (100) du signal de sonde (S). 13. Architecture de détection selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, dans laquelle les moyens d'injection (200) et de connexion (400) forment un seul connecteur (500). |
PAR REFLECTOMETRIE
[0001] L'invention concerne un procédé et une architecture de détection par réflectométrie d'anomalies électriques inaccessibles, telles que des pertes ou des défauts de passage de courant dans un conducteur électrique.
[0002] Une anomalie classique est le défaut de retour de courant, qui est en général difficile à localiser dans les installations électriques. Ainsi, dans les nouveaux avions à peau composite, tels que les matériaux plastiques renforcés par des fibres de carbone (en abrégé CFRC), la peau ne peut plus réaliser le retour courant entre les passagers et les sources d'énergie ou la protection électromagnétique, fonctions assurées auparavant par la peau métallique de l'avion.
[0003] Pour y remédier, des réseaux de structure électrique sont proposés. Ces réseaux intègrent des pièces primaires métalliques de structure et des conducteurs spécifiques. En particulier, des composants forment des structures métalliques en « U » ou en « I » pour réaliser des supports pour câbles (en anglais « raceways »), le long du fuselage ou du plafond de soute d'un avion. Ces raceways sont constitués d'éléments interconnectés par des tresses métalliques et sont utilisés à la fois comme écrans de protection électromagnétique et comme support de cheminement des câbles électriques sur de grandes longueurs.
[0004] Mais surtout, ces raceways vont concentrer le retour des courants portés par les câbles, en constituant une ligne de courant basse impédance avec les câbles qu'ils contiennent. Dans ces conditions, il paraît essentiel de pouvoir détecter la perte d'une tresse ou la dégradation de ses fonctions électriques tout le long du cycle de vie de l'avion.
[0005] En effet, les longueurs des câbles représentent plusieurs centaines de kilomètres dans les avions modernes et un diagnostic fiable de la validité du réseau électrique est un enjeu important voire vital.
[0006] Cette détection n'est pas réalisable globalement au moyen d'un ohmmètre car les raceways étant connectés au réseau ESN en de nombreux points, la perte ou la dégradation d'une tresse n'est pas significative sur la valeur de la résistance totale de l'ESN. Un contrôle individuelle des tresses n'est pas réaliste économiquement au regard de leur grand nombre et de leur faible accessibilité.
[0007] Par ailleurs, la réflectométrie, méthode de diagnostic basée sur le principe du radar, a déjà été envisagée pour tester des défauts dans les circuits électriques. La réflectométrie est une méthode de diagnostic basée sur l'injection d'un signal de sonde dans un milieu à diagnostiquer. Une partie de l'énergie de ce signal, qui se propage selon la loi de propagation du milieu considéré, se réfléchit vers le point d'injection lorsqu'il rencontre une discontinuité. Cette technique présente l'avantage principal de ne nécessiter qu'un seul point d'accès au circuit.
[0008] Par exemple, le document de brevet US 7 215 126 décrit un réflectomètre à signal mixte combinant un signal de superposition d'un signal de sonde injecté en un point d'injection unique du circuit et des réflexions de ce signal générés dans le circuit. Ce réflectomètre comporte un générateur de signal test, un détecteur configuré pour déterminer une auto-corrélation du signal mixte et un analyseur configuré pour évaluer une caractéristique du circuit en fonction de cette auto-corrélation.
[0009] Cette solution s'inscrit parmi les différentes techniques connues pour tester des câblages électriques par réflectométrie. Ces techniques comportent la génération d'un signal de sonde, la détection des signaux réfléchis et l'analyse de ces signaux, à l'image des moyens évoqués ci-dessus. Ces techniques relèvent d'un fonctionnement dans le domaine fréquentiel, en abrégé FDR, ou dans le domaine temporel, en abrégé TDR selon la nature du signal injecté : la FDR utilise un signal sinusoïdal vobulé (modulé en fréquence) et la TDR un signal impulsionnel modulé.
[0010] La réflectométrie peut être appliquée pour tester un réseau de raceways par couplage de ce réseau à un câblage électrique composé de câbles isolés et disposés le long des raceways. Chaque câble est alors relié électriquement à l'une de ses extrémités au raceway associé et est muni d'un connecteur à son autre extrémité pour le relier à un dispositif réflectométrique de détection et d'analyse. Une ligne de propagation du signal est ainsi créée par la présence de câbles associés au plan de masse formé par le raceway. L'injection d'un signal de sonde dans le câble par le connecteur fournit un signal réfléchi un chronogramme des variations d'intensité en fonction du temps.
[0011] Sur ce diagramme obtenu à partir d'un oscilloscope d'analyse, avec des unités arbitraires appropriées, apparaît un premier pic « positif » du signal réfléchi.d'intensité sensiblement supérieure à celles des autres pics positifs: ce premier pic correspond au signal injecté en début de ligne. Le dernier pic « négatif » (c'est-à-dire de sens opposé) correspond au signal réfléchi par le court- circuit en fin de ligne. Les pics intermédiaires qui apparaissent entre les pics extrêmes sont dus aux fluctuations d'impédance de la ligne de propagation. Le spectre obtenu est la signature de référence du raceway.
[0012] Un défaut de connexion dans le raceway, par exemple par déconnexion ou mauvaise connexion d'une tresse, génère une rupture d'impédance. Le signal de sonde va se réfléchir sur cette rupture. Cette réflexion se traduit par une zone perturbée par rapport au diagramme de référence et la formation d'un pic de réflexion dans cette zone.
[0013] De tels changements dans le spectre sont détectés et les défauts ainsi localisés lors de tests de maintenance par comparaison entre la mesure effectuée et la signature de référence enregistrée à la livraison.
[0014] Cependant, lorsque les défauts se traduisent par des variations du signal réfléchi avec des intensités équivalentes ou proches de celles des fluctuations d'impédance, il devient difficile de détecter et de localiser ce type de défaut. Or, l'intensité de ces fluctuations peut être suffisamment importante pour que certains défauts ne puissent pas ou difficilement être repérés.
[0015] L'invention vise alors à permettre une détection et une localisation sans ambiguïté des défauts électriques dans un réseau de raceways, tout en opérant de manière simple et directe, c'est-à-dire sans nécessiter de mémoriser des signatures de raceways. Pour ce faire, Il a été remarqué que les fluctuations d'impédance étaient particulièrement sensibles aux variations de distance entre le conducteur et le raceway correspondant servant de plan de masse.
[0016] Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de détection par réflectométrie d'anomalies électriques inaccessibles dans des [0016] Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de détection par réflectométrie d'anomalies électriques inaccessibles dans des structures métalliques aptes à accueillir des câbles électriques en réseaux et à opérer le retour courant de ces câbles. Un signal de sonde modulé est injecté à une première extrémité d'éléments conducteurs isolés, ces éléments étant agencés à distance constante de chaque structure sensiblement tout le long de ces supports et reliés à cette structure à une deuxième extrémité. Un signal réfléchi est détecté et analysé en retour de ligne des éléments conducteurs par comparaison à un seuil au-dessus duquel une anomalie est détectée et localisée par corrélation topologique.
[0017] Selon des modes de mise en œuvre particuliers :
- la réflectométrie peut fonctionner dans le domaine fréquentiel (FDR) et dans le domaine temporel (TDR) avec, respectivement, un signal de sonde modulé en fréquence ou en impulsion ;
- les éléments conducteurs sont agencés par continuité de matière aux structures métalliques.
[0018] L'invention se rapporte également à une architecture de détection apte à mettre en œuvre le procédé ci-dessus défini. Une telle architecture comporte au moins une structure métallique longitudinale d'accueil d'un câble électrique et au moins un élément conducteur isolé en liaison avec des moyens d'mission et d'injection d'un signal sonde et de connexion à un dispositif de détection et d'analyse d'un signal réfléchi à une première extrémité et avec ladite structure à une deuxième extrémité. L'élément conducteur est agencé contre ladite structure par l'intermédiaire d'un matériau d'épaisseur constante.
[0019] Selon des modes de réalisation préférés :
- l'élément conducteur isolé est disposé à l'intérieur de ladite structure métallique et intégré à une face d'accueil d'un support longitudinal en matériau plastique calé dans ladite structure, ladite face d'accueil présentant une courbure apte à loger le câble électrique ;
- l'élément conducteur isolé est intégré audit support dans une rainure longitudinale formée dans la face d'accueil du support, de préférence dans une zone où le support présente un rayon de courbure minimal ; présentant deux faces longitudinales principales, la bande étant disposée par son autre face principale contre une face externe de la structure métallique ;
- la bande de circuit imprimé est ajustée serrée dans une glissière de dimensions appropriées et formée le long d'une face externe de ladite structure ;
- la bande de circuit imprimé est collée contre une face externe de ladite structure ;
- l'élément conducteur isolé est attaché, de préférence par clipsage, à ladite structure par une cosse sertie sur la deuxième extrémité de l'élément conducteur, et est relié par sa première extrémité au dispositif de détection et d'analyse par l'intermédiaire de moyens de connexion fixés à ladite structure ;
- le dispositif de détection et d'analyse comporte également des moyens d'émission du signal de sonde ;
- les moyens d'injection et de connexion forment un seul connecteur. D'autres aspects et particularités de la mise en œuvre de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, accompagnée de dessins annexés qui représentent, respectivement :
- en figures 1a et 1b, un exemple de support élémentaire en vue perspective et en vue supérieure ;
- en figure 2, une interconnexion entre deux supports élémentaires pour former uncâble ;
- en figure 3, un diagramme des principales étapes de traitement de signal par réflectométrie ;
- en figures 4a et 4b, des vues en coupe transversale et longitudinale selon le plan de symétrie Ps d'un support métallique dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention conformément à un premier mode, et
- en figure 5a et 5b, deux vues en coupe transversale de deux exemples de mise en œuvre de l'invention selon un autre mode.
[0020] Des signes de référence identiques utilisés dans les figures se rapportent à des éléments identiques ou équivalents.
[0021] En référence aux figures 1a et 1b, il apparaît une structure métallique élémentaire 10 permettant d'accueillir respectivement un et quatre câbles électriques, tel que le câble 12. La structure élémentaire 10 a environ deux mètres de long et est composée de parois longitudinales externes 14 et 16 (cf. figure 3a) et internes 18, 20 et 22 (dans le cas de la structure à logements multiples de la figure 3b), parallèlement à l'axe X'X de la structure 10. Un support longitudinal en matériau plastique 11 est calé dans la structure pour accueillir les câbles 12 sur une face d'accueil 11a présentant une courbure apte à loger le câble électrique Des attaches 24 sont régulièrement disposées le long de chaque logement de câble 26 défini entre deux parois. Des fixations 28 sont également prévues pour solidariser la structure élémentaire 10 à un bâti.
[0022] La figure 2 montre l'interconnexion entre deux de ces structures élémentaires 10 au dos de ces structures, un ensemble de structures élémentaires ainsi interconnectées formant un raceway.
[0023] L'interconnexion électrique est réalisée par les tresses d'un câble de raccordement isolé souple 30. Ce câble comporte à ses extrémités des fiches métalliques 32 dans lesquelles sont serties les extrémités des tresses, les fiches étant introduits en ajustage serré dans des embases femelles 34 fixées au dos des structures 10.
[0024] L'interconnexion mécanique entre deux structures 10 est réalisée par une barrette 36 fixée sur chaque structure 10, l'une des fixations étant amovible. Une rampe de contacteurs électriques 38 est également prévue, ainsi que d'autres câbles de raccordement 40 pour le retour courant de dispositifs électriques de proximité, ou pour servir de cosse de raccordement dans un exemple de réalisation de l'invention comme expliqué ci-après.
[0025] Les principales étapes du traitement de signal par réflectométrie, telles qu'appliquées aux raceways pour la détection d'anomalies électriques par le retour courant, sont illustrées par le diagramme de la figure 3. Un signal de sonde S est émis et modulé dans un générateur de signaux 100, la modulation pouvant être en fréquence ou en impulsion. Ce signal S est injecté à une première extrémité d'un élément conducteur isolé C par des moyens d'injection 200.
[0026] Le conducteur C, qui réalise la fonction de retour courant, disposé à distance constante d'une structure métallique 10 de type raceway et relié en extrémité à ce raceway, selon des aménagements qui seront détaillés plus loin. Un signal réfléchi R provenant du conducteur C est transmis à un dispositif de détection et d'analyse de signal 300 via des moyens de connexion 400.
[0027] Les moyens d'injection et de connexion peuvent être avantageusement regroupés en un seul connecteur 500, ainsi que le générateur et le dispositif de détection et d'analyse en un seul appareillage 600.
[0028] Le signal réfléchi R est démodulé et filtré dans une partie de détection 3a du dispositif 300, puis converti en données numériques, données qui sont traitées pour être analysables dans une partie de traitement de données 3b du dispositif 300. L'analyse de ces données est effectuée par comparaison à un seuil au-dessus duquel une anomalie est considérée comme détectée. Cette anomalie est alors localisée dans le réseau de raceways par une corrélation entre les données et la topologie du réseau pré-mémorisée.
[0029] L'exemple de réalisation de l'invention selon un premier mode est illustré aux figures 4a et 4b par des vues en coupe transversale et longitudinale selon le plan de symétrie Ps d'une structure métallique 10. Le conducteur isolé C est inséré dans une rainure longitudinale 50 formée préalablement dans la face d'accueil 11a du support plastique 11 de la structure 10. La rainure 50 est réalisée avec un gabarit reproductible sur toute sa longueur par usinage et rectification de sorte que sa distance à la structure métallique 10 soit la plus constante possible compte tenu de l'outillage utilisé.
[0030] La rainure 50 et le conducteur C, qui est dans cet exemple un simple fil de cuivre gainé de norme « gauge 22 », ont des dimensions appropriées pour que le conducteur soit ajusté serré dans la rainure 50. Ainsi, la distance entre le fil conducteur C et la structure métallique 10 est également la plus constante possible. Le fil conducteur n'est séparé de la structure que par le support plastique 11. Dans cet exemple, la rainure est formée dans la zone où la face d'accueil en « U » du support 11 présente un rayon de courbure minimal afin d'éviter aux mieux les déplacements ou déformations provoqués par l'installation ultérieure du câble.
[0031] Le fil conducteur C est relié à l'une de ses extrémités au connecteur
500 (cf. figue 3) et à son autre extrémité, par sertissage, à une cosse 40 (cf. figure 2) fixée par clipsage aux parois de la structure métallique 0. [0032] En référence aux deux vues en coupe transversale des figures 5a et 5b, relatives à deux exemples de mise en œuvre de l'invention selon un autre mode de réalisation, l'élément conducteur isolé qui réalise le retour courant est constitué par une piste conductrice P formée sur une face principale 60a d'une bande de circuit imprimé souple 60. Ce type de ruban ou bande, de type « flex rigid », est bien connu dans le domaine de la connectique en particulier de la connectique numérique. La bande 60 est disposée par son autre face principale 60b le long de la face externe 14e d'une paroi externe 14 de la structure métallique 10. La piste P n'est séparée de la structure 10 que par l'épaisseur de la bande 60.
[0033] Selon un premier exemple de mise en œuvre, la bande de circuit imprimé 60 est ajustée serrée dans une glissière 70 contre la face 14e, la bande et la glissière étant de dimensions appropriées pour réaliser un tel ajustement. La glissière fait partie intégrante de la structure 10. La glissière est ainsi réalisée en fabrication, par exemple par injection dans un moule approprié, dans la paroi 14 de la structure 10.
[0034] Dans un deuxième exemple, la bande de circuit imprimé 60 est soigneusement collée contre la face externe 16e d'une paroi externe 16 de la structure 10. Il convient de veiller à ce que l'épaisseur de colle soit calibrée par tout moyen approprié (distributeur de colle précis, aplanissement, rectification, etc.) pour être la plus constante possible.
[0035] L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Il est par exemple possible des structures métalliques courbes, des fils conducteurs isolés collés sur les faces externes des structures métalliques, ou des conducteurs isolés de forme variée.