FR2964748A1

FR2964748A1 - Procede et architecture de detection d'anomalies electriques par reflectometrie

Info

Publication number: FR2964748A1
Application number: FR1057344A
Authority: FR
Inventors: Gilles Millet
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-03-16
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: US20130200904A1; CN103109198A; US9250285B2; CN103109198B; FR2964748B1; WO2012035246A1

Abstract

L'invention vise à permettre une détection et une localisation des défauts électriques dans un réseau de structures métalliques (10) aptes à accueillir des câbles électriques et à opérer le retour courant de ces câbles. La méthode par réflectométrie consiste à injecter un signal de sonde dans un câble couplé aux structures (10) et à analyser le signal réfléchi par lesdites anomalies. Cependant le bruit de fond dû aux variations d'impédance rend difficile la détection des anomalies. Pour remédier à ce problème, l'invention propose d'agencer un élément conducteur porteur du signal de sonde à distance constante de chaque structure (10). Selon un exemple de mise en œuvre, un élément conducteur isolé (C) est disposé à l'intérieur du support métallique (10) et intégré dans une rainure longitudinale (50) d'une face d'accueil (11a) d'un support longitudinal en matériau plastique (11) calé dans ledit support (10). Le signal réfléchi en retour de ligne de l'élément conducteur (C) est comparé à un seuil au-dessus duquel une anomalie est détectée et localisée par corrélation topologique. Application aux supports pour câble des avions à peau composite.

Description

PROCEDE ET ARCHITECTURE DE DETECTION D'ANOMALIES ELECTRIQUES PAR REFLECTOMETRIE [0001] L'invention concerne un procédé et une architecture de détection d'anomalies électriques par réflectométrie, ces anomalies pouvant être par exemple un circuit ouvert dû à un mauvais contact ou à la perte d'une tresse de liaison. [0002] Une anomalie classique de circuit ouvert est en général difficile à localiser dans les installations électriques. Ainsi, dans les nouveaux avions à peau composite, la peau ne peut plus réaliser le retour courant - entre les équipements consommateurs d'énergie et les sources d'énergie - ni la protection électromagnétique, fonctions assurées auparavant par la peau métallique de l'avion. [0003] Pour réaliser le retour de courant on utilise un réseau de structures conductrices (dit ESN, initiales de « Electrical Structural Network » en langue anglaise). Ces réseaux intègrent des pièces primaires métalliques de structure et en particulier, des composants à base de profilés métalliques en « U » ou en « I » pour réaliser des supports pour câbles électrique (en anglais « raceways »), placés au plafond ou sous le plancher cabine. 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 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 des fonctions électriques de ces supports tout le long du cycle de vie de l'avion. [0005] Cette détection n'est pas réalisable globalement au moyen d'un ohmmètre car les supports pour câble 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 individuel des tresses n'est pas réaliste économiquement au regard de leur grand nombre et de leur faible accessibilité. [0006] Par ailleurs, la réflectométrie est une méthode de diagnostic utilisée pour tester des défauts dans les circuits électriques qui consiste à injecter un signal de sonde dans le circuit et à détecter le signal réfléchi vers le point d'injection lorsqu'il rencontre une discontinuité ou une rupture de circuit. Cette technique présente l'avantage principal de ne nécessiter qu'un seul point d'accès au circuit. [0007] Cependant, lorsque les défauts se traduisent par des variations du signal réfléchi avec des amplitudes équivalentes ou proches de celles dues aux fluctuations d'impédance, il devient difficile de détecter et de localiser ce type de défaut. Or, l'amplitude de ces fluctuations peut être suffisamment importante pour que certains défauts ne puissent pas ou difficilement être repérés. [0008] L'invention vise alors à permettre une détection et une localisation des défauts électriques dans un réseau de «raceways » sans ambiguïté par rapport aux fluctuations d'impédance, tout en opérant de manière simple et directe. Pour ce faire, la technique par réflectométrie d'un signal de sonde est utilisée à l'aide de conducteurs particuliers. [0009] Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de détection et de localisation par réflectométrie d'anomalies électriques dans des supports métalliques aptes à accueillir des câbles électriques et à opérer le retour courant de ces câbles. Un signal de sonde modulé est injecté à une première extrémité de la ligne de propagation constituée par les supports métalliques (« raceways ») et par un conducteur électrique isolé placé à une distance constante de ces supports, puis relié en extrémité à ces supports. Un signal réfléchi est ensuite détecté en retour de ligne des éléments conducteurs et, dans une étape ultérieure, ce signal réfléchi est analysé par comparaison et corrélation avec le signal de sonde. [0010] Ainsi, le maintien du conducteur de retour de courant à égale distance du support permet de discriminer sans ambiguïté les ruptures ou discontinuités dans le réseau de retour de courant constitué par les « raceways ». [0011] Selon des modes de mise en oeuvre particuliers : - la réflectométrie peut fonctionner dans le domaine fréquentiel (FDR), ou dans le domaine temporel (TDR) avec, respectivement, un signal de sonde modulé en fréquence ou en impulsion ; - un conducteur électrique isolé est placé à une distance constante des supports métalliques pour câble. [0012] L'invention se rapporte également à une architecture de détection apte à mettre en oeuvre le procédé ci-dessus défini. Une telle architecture comporte au moins un support métallique longitudinal pour câble électrique et au moins un élément conducteur isolé couplés, en une extrémité, à des moyens d'injection d'un signal sonde et de détection d'un signal réfléchi. Ce conducteur est agencé le long du support pour câble par des moyens de maintien à distance constante et est connecté audit support à son autre extrémité. Avantageusement, l'élément conducteur peut être agencé contre ledit support au moins partiellement par l'intermédiaire d'un matériau. [0013] Selon des modes de réalisation préférés, l'élément conducteur isolé est disposé à l'intérieur dudit support métallique et intégré à une face d'accueil longitudinale calée dans ledit support. Avantageusement, l'élément conducteur isolé est intégré dans une rainure longitudinale formée dans la face d'accueil. [0014] Selon un mode de réalisation alternatif, l'élément conducteur isolé est constitué par une piste conductrice formée sur une face principale d'une bande de circuit imprimé souple isolante présentant deux faces longitudinales principales, la bande étant disposée par son autre face principale contre une face externe de la structure métallique. De manière préférée, la bande de circuit imprimé est placée dans une glissière de dimensions appropriées et formée le long d'une face externe dudit support. En variante, la bande de circuit imprimé peut être collée contre une face externe dudit support. [0015] De préférence, l'élément conducteur isolé peut être relié électriquement à son autre extrémité audit support par une cosse sertie de l'élément conducteur. De plus, cet élément conducteur peut être relié par sa première extrémité au dispositif de détection par l'intermédiaire de moyens de connexion fixés audit support. [0016] D'autres aspects et particularités de la mise en oeuvre de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, accompagnée de dessins annexés qui représentent, respectivement : - en figures la et 1 b, un exemple de support élémentaire en vue perspective et en vue supérieure ; - en figure 2, une interconnexion entre deux supports élémentaires pour former un support pour câble; - 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 oeuvre de l'invention selon un autre mode. [0017] Des signes de référence identiques utilisés dans les figures se rapportent à des éléments identiques ou équivalents. [0018] En référence aux figures la et 1 b, il apparaît un support métallique élémentaire 10 permettant d'accueillir respectivement un et quatre câbles électriques, tel que le câble 12. Chaque câble 12 est en fait constitué d'un toron électrique comportant de nombreux câbles. Le support élémentaire 10 est composé de parois longitudinales externes 14 et 16 (figure la) et internes 18, 20 et 22 (figure 1 b), parallèlement à l'axe X `X. du support 10. Un support interne 11 accueille les câbles 12. [0019] La figure 2 montre l'interconnexion entre deux de ces supports élémentaires 10 au dos de ces supports, un ensemble de supports élémentaires ainsi interconnectées formant un support pour câble. [0020] L'interconnexion électrique est réalisée par un câble de raccordement 30 et l'interconnexion mécanique par une barrette 36. Sont également prévus des contacteurs 38 et des éléments de raccordement 40 pour le retour courant de dispositifs électriques de proximité, ou pour servir de cosse de raccordement, comme expliqué ci-après dans un exemple de réalisation de l'invention. [0021] Les principales étapes du traitement du signal de réflectométrie, telles qu'appliquées aux supports pour câble pour la détection d'anomalies électriques, sont illustrées par le diagramme de la figure 3. Un signal de sonde modulé S est émis par un générateur de signaux 100, la modulation pouvant être en fréquence ou en impulsion. Ce signal S est injecté dans la ligne de propagation, formée par un élément conducteur isolé C couplé à un support métallique du type support pour câble 10, par des moyens d'injection 200. [0022] Le conducteur C est disposé à distance constante du support pour câble 10, et est relié en extrémité à ce support pour câble, selon des aménagements qui seront détaillés plus loin. Un signal réfléchi R provenant de ladite ligne de propagation est transmis à un dispositif de détection et d'analyse de signal 300 via des moyens de connexion 400. [0023] Les moyens d'injection 200 et de connexion 400 sont regroupés en un connecteur 500. Le connecteur 500, le générateur 100 et le dispositif de détection et d'analyse 300 peuvent être avantageusement regroupés en un seul appareillage. [0024] 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 un algorithme de détection et de localisation. Une anomalie est détectée et localisée dans le réseau de supports pour câble par corrélation de durées entre l'injection et la réception du signal, et/ou d'atténuation du signal retour, et éventuellement, des données de topologie du réseau pré-mémorisée. [0025] 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'un support métallique 10. Le conducteur isolé C est inséré dans une rainure longitudinale 50 formée préalablement dans la face d'accueil 11 a du support plastique interne 11. La rainure 50 est réalisée sur toute sa longueur de sorte que sa distance au support métallique 10 soit constante. [0026] La rainure 50 et le conducteur C, qui est dans cet exemple un simple fil de cuivre gainé, ont des dimensions appropriées pour que le conducteur soit dans la rainure 50. La distance entre le fil conducteur Cet le support métallique 10 est également constante. Le fil conducteur n'est séparé du support 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. [0027] 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 aux parois du support métallique 10. [0028] En référence aux deux vues en coupe transversale des figures 5a et 5b, relatives à deux exemples de mise en oeuvre de l'invention selon un autre mode de réalisation, l'élément conducteur isolé est constitué par une piste conductrice P formée sur une face principale 60a d'une bande de circuit imprimé souple 60, de type « flex rigid ». La bande 60 est disposée par son autre face principale 60b le long de la face externe 14e d'une paroi externe 14 du support métallique 10. La piste P n'est séparée du support 10 que par l'épaisseur de la bande 60. [0029] Selon un premier exemple de mise en oeuvre, la bande de circuit imprimé 60 est placée dans une glissière 70 contre la face 14e, la bande et la glissière étant de dimensions appropriées pour réaliser un tel ajustement. La glissière peut faire partie intégrante du support 10 comme illustré ou, en variante, être rapportée sur ce support. [0030] Dans un deuxième exemple, la bande de circuit imprimé 60 est collée contre la face externe 16e d'une paroi externe 16 du support 10. Il convient avantageusement de veiller à ce que l'épaisseur de colle soit constante. [0031] L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Il est par exemple possible de prévoir des supports métalliques courbes, des fils conducteurs isolés collés sur les faces externes des supports métalliques, ou des conducteurs isolés de forme variée.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de détection et de localisation par réflectométrie d'anomalies électriques dans des supports métalliques (10) aptes à accueillir des câbles électriques (12) et à opérer le retour courant de ces câbles, caractérisé en ce que, selon des étapes successives: - au moins un élément conducteur isolé (C, P) est agencé à distance constante de chaque support (10), - un signal de sonde modulé (S) est injecté à une première extrémité proximale de cet élément conducteur, l'élément conducteur (C, P) étant relié en une autre extrémité à ce support, - un signal réfléchi (R) est détecté en retour de ligne de l'élément conducteur (C, P), et - ce signal réfléchi (R) est analysé par comparaison et corrélation avec le signal de sonde (S).
2. Procédé de détection selon la revendication 1, dans lequel la réflectométrie fonctionne dans le domaine fréquentiel FDR ou 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 l'élément conducteur (C, P) est agencé directement aux supports métalliques pour câble (10).
4. Architecture de détection apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comporte au moins un support métallique longitudinal (10) pour câble électrique (12) ainsi qu'au moins un élément conducteur isolé (C, P), et en ce que chaque élément conducteur (C, P) est couplé, en une première extrémité, à des moyens d'injection (200) d'un signal sonde (S) et de détection (300) d'un signal réfléchi (R), agencé le long du support pour câble (10) par des moyens de maintien à distance constante (11, 60), et est connecté (40) audit support (10) à son autre extrémité.
5. Architecture de détection selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'élément conducteur isolé (C) est disposé à l'intérieur dudit support métallique (10) et intégré à une face d'accueil longitudinale (11a) calée dans ledit support (10).
6. Architecture de détection selon la revendication précédente, dans laquelle l'élément conducteur isolé (C) est intégré dans une rainure longitudinale (50) formée dans la face d'accueil (11 a).
7. Architecture de détection selon l'une des revendications 4 ou 5, dans laquelle l'élément conducteur isolé (C, P) est attaché audit support (10) par une cosse (40) sertie sur l'autre extrémité de l'élément conducteur (C, P).
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 placée 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).