BRPI0900661B1

BRPI0900661B1 - Dispositivo e processo de detecção com limiar de segurança de uma informação de estado a partir de um sinal analógico

Info

Publication number: BRPI0900661B1
Application number: BRPI0900661-3A
Authority: BR
Inventors: Odon De Mareschal; Jacques Thanh Tung; Pascal Plantard
Original assignee: Alstom Transport Technologies
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2019-07-02
Also published as: CN101537848A; CN101537848B; ES2359669T3; US20090241014A1; FR2929056A1; EP2104010B1; US8316290B2; ATE496320T1; BRPI0900661A8; DE602009000586D1; EP2104010A1; BRPI0900661A2; FR2929056B1

Abstract

dispositivo e processo de detecção com limiar de segurança de uma informação de estado a partir de um sinal analógico. o dispositivo de detecção com limiar de segurança de uma informação de estado a partir de um sinal analógico que compreende um aparelho de decisão (28, 228) e pelo menos duas cadeias de aquisição (3, 5, 203, 305) de diversificação que inclui em série um circuito de segurança (10, 12, 210) de adaptação, um circuito eletrônico de conversão analógico - digital (14,18), uma unidade de comparação (22, 24, 222) do sinal de saida digital do circuito de conversão analógico - digital com um sinal de referência. o dispositivo compreende um circuito de detecção de defeito (26, 226) de comparação mútua dos sinais de saída digitais provenientes dos circuitos de conversão e fornece um resultado de coerência. a saida do aparelho de decisão (88) é função do resultado de coerência fornecido pela unidade de detecção de defeito (26, 226) e dos resultados de comparação das unidades de comparação (22, 24) associados as respectivas cadeias de aquisição (3, 4).

Description

Campo da Invenção [001] A presente invenção trata de um dispositivo e de um processo de detecção com limiar de segurança de uma informação de estado a partir de um sinal analógico, destinado em particular a uma aplicação de tipo ferroviário.

Antecedentes da Invenção [002] Esse dispositivo é usado para a aquisição de informações de segurança dos estados de um circuito de via, por exemplo, de uma lâmpada ou de uma posição de agulhagem por uma calculadora de segurança que realiza, em seguida, processamentos associados à mudança de estado da informação e envia depois comandos aos equipamentos de sinalização;

[003] Costuma-se denominar “estado restritivo” um estado de uma variável de comando ou de sinalização que, quando detectado e estiver incorreto, acarreta um risco grave de acidente.

[004] Costuma-se denominar “estado permissivo” um estado de uma variável de comando ou de sinalização, um estado que, quando é detectado e estiver incorreto, não acarreta uma perda de segurança.

[005] O termo “detecção de segurança” define a concepção de um dispositivo ou de um processo que garante a impossibilidade de detectar um estado permissivo em um sinal que representa um estado restritivo. Inversamente, em tal concepção, a detecção de um estado permissivo ou restritivo em um sinal que representa um estado permissivo é autorizada.

[006] Classicamente, um circuito de detecção de segurança compreende um circuito com limiar de segurança, realizado na forma de um diodo ou de um transistor, e que utiliza de modo seguro a variação de impedância

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2/21 não linear da junção com semicondutor presente nesses componentes.

[007] A concepção e a validação de segurança de tal circuito de detecção é extremamente complexa e onerosa devido, em particular, a um limite de basculamento mal definido na zona linear.

[008] O problema técnico consiste em substituir um circuito com limiar de segurança clássico de tipo junção com semicondutor por um circuito com limiar de segurança menos complexo a ser de desenvolvido e a ser validado em termos de concepção de segurança.

Descrição da Invenção [009] Para esse fim, a presente invenção tem por objeto um dispositivo de detecção com limiar de segurança de uma informação de estado a partir de um sinal analógico, destinado em particular a uma aplicação de tipo ferroviário, dispositivo esse que compreende:

um aparelho de decisão apto a determinar em uma saída uma informação de estado de segurança detectada do dispositivo e pelo menos duas cadeias de aquisição de diversificação, e cada cadeia de aquisição inclui em série:

um circuito de adaptação do sinal analógico em um sinal adaptado contínuo analógico de segurança;

um circuito com limiar não de segurança de cadeia apto a fornecer uma informação de estado de cadeia que compreende uma fonte de tensão estabilizada em temperatura em uma faixa de temperatura predeterminada e que serve de referência de tensão;

caracterizado pelo fato de que o circuito com limiar de segurança compreende:

um circuito eletrônico de conversão analógico-digital apto a receber o sinal adaptado contínuo de segurança, sinal de entrada do conversor, e a emitir um sinal de saída digital de amostragem do sinal de entrada de cadeia

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3/21 em uma frequência de amostragem predeterminada, uma unidade de comparação do sinal de saída digital com um sinal digital de referência apta a fornecer uma informação de estado de saída de cadeia como resultado da comparação;

e pelo fato de que o dispositivo compreende um circuito de detecção de defeito do dispositivo apto a comparar mutuamente os sinais de saída digitais fornecidos em entradas e provenientes respectivamente dos circuitos de conversão analógico-digital e a fornecer em uma saída um resultado de coerência função da comparação mútua dos sinais de saída digitais;

e pelo fato de que a saída do aparelho de decisão é função do resultado de coerência fornecido pela unidade de detecção do defeito e dos resultados de comparação associados com as respectivas cadeias de aquisição.

[010] De acordo com modos particulares de realização, o dispositivo de detecção com limiar de segurança pode comportar uma ou mais das seguintes características:

- o sinal de entrada de cada circuito de conversão analógico digital é próprio para ser amostrado a uma velocidade suficiente superior a duas vezes o inverso da duração de transitório que corresponde à mudança de estado do sinal de entrada;

- o circuito de detecção de defeito compreende apenas um comparador apto a comparar mutuamente os sinais de saída digitais provenientes de amostra por amostra e a declarar uma coerência mútua quando a diferença entre duas amostras estiver compreendida em um intervalo de largura predeterminada;

- o circuito de detecção de defeito compreende pelo menos dois comparadores vetoriais aptos a comparar mutuamente os sinais de saída digitais provenientes a partir de uma base de um conjunto de amostras por conjunto de

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4/21 amostras e a declarar uma coerência mútua entre dois sinais digitais quando uma distância entre dois conjuntos de amostras for inferior a um valor predeterminado;

- a estabilidade de temperatura da fonte de tensão é regulada de modo que a sensibilidade de temperatura de cada circuito de conversão analógico - digital for pelo menos inferior à sensibilidade de temperatura do limiar de detecção de um circuito de segurança com junção de semicondutor compensado em temperatura, e a sensibilidade de temperatura é definida como uma variação de tensão, respectivamente tensão de referência para o circuito de conversão analógico - digital e tensão de limiar para o circuito com junção, observada na mesma faixa de temperatura predeterminada;

- os conversores analógico-digitais são sistemas tecnológicos diferentes;

- cada unidade de comparação de uma cadeia de aquisição compreende uma entrada de recepção de um sinal digital de referência e um meio de regulagem do valor do sinal digital de referência;

- o circuito de adaptação de uma cadeia compreende um transformador de isolação galvânica;

- o circuito de adaptação de uma cadeia compreende um circuito retificador de corrente ligado no secundário do transformador;

- o circuito de adaptação de uma cadeia compreende um octoacoplador;

- o dispositivo compreende apenas duas cadeias de aquisição e quando o resultado de coerência mútua for negativo, o circuito de detecção de defeito está apto a emitir ao aparelho de decisão um sinal de saída no estado restritivo e a emitir ainda um sinal de diagnóstico de uma pane do dispositivo;

- o dispositivo compreende pelo menos três cadeias e quando existir uma predominância de sinais de saída digitais sensivelmente idênticos e

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5/21 os estados de cadeia forem idênticos, o aparelho de decisão está apto a emitir a informação de estado das cadeias predominantemente idênticas como estado de saída de segurança do dispositivo;

- o circuito de detecção de defeito está apto a emitir um sinal de diagnóstico de pane do dispositivo de detecção quando existirem pelo menos dois sinais de saída digital nitidamente diferentes;

- o circuito de detecção de defeito está apto a emitir um sinal de identificação da cadeia de aquisição em pane quando dois sinais de saída digitais forem sensivelmente idênticos e nitidamente diferentes do terceiro resultado, e a cadeia de aquisição identificada em pane é a referida terceira cadeia; e

- cada cadeia de aquisição compreende um circuito de comutação com pelo menos uma entrada do primeiro tipo apta a receber um sinal adaptado contínuo, uma segunda entrada de segundo tipo apta a receber um sinal de teste e uma saída conectada ao circuito de conexão analógico digital associado da cadeia apta a emitir um sinal de saída que forma uma multiplexagem temporal dos sinais recebidos nas entradas de primeiro e segundo tipo.

[011] A presente invenção tem igualmente por objeto um processo de detecção com limiar de segurança de uma informação de estado a partir de sinais analógicos de segurança, destinado em particular a uma aplicação de tipo ferroviário.

[012] O processo compreende as etapas que consistem em:

- amostrar em pelo menos duas vias de aquisição com diversificação sinais de entrada analógicos de segurança adaptados e isolados, provenientes de um mesmo sinal analógico de entrada em sinais de saída digitais,

- determinar a coerência mútua dos sinais de saída digitais de saída por comparação e fornecer um resultado de coerência,

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- em cada sinal digital de saída, fazer uma comparação em relação a um limiar associado predeterminado e detectar um estado de saída de cadeia, e

- determinar a informação de estado de segurança de saída de detecção em função do resultado de coerência e das informações dos estados de saída das cadeias de diversificação.

[013] De acordo com modos particulares de realização, o processo de detecção com limiar de segurança comporta uma ou mais das seguintes características:

- ele compreende a etapa que consiste em efetuar um teste de estado de funcionamento de cadeia por meio de um sinal de teste calibrado injetado na entrada de cada cadeia.

Breve Descrição das Figuras [014] A presente invenção será mais bem compreendida com a leitura da descrição a seguir, dada unicamente a título de exemplo e feita em relação aos desenhos, nos quais:

- a figura 1 é uma vista esquemática de uma primeira forma de realização de dispositivo de detecção com limiar de segurança de acordo com a presente invenção;

- a figura 2 é uma vista esquemática de uma segunda forma de realização de dispositivo de detecção com limiar de segurança de acordo com a presente invenção;

- a figura 3 é uma realização alternativa da primeira forma de realização descrita na figura 1, que permite assegurar uma detecção com limiar de segurança em pelo menos duas entradas de sinal analógico, e

- a figura 4 é um fluxograma que ilustra etapas do processo de detecção com limiar de segurança realizado pelo dispositivo de detecção descrito na figura 3, de acordo com a presente invenção.

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Descrição de Realizações Particulares [015] O dispositivo de detecção 1 com limiar de segurança da figura 1 é formado por duas cadeias de aquisição com diversificação 3 e 5, e cada cadeia de aquisição está apta a receber um mesmo sinal analógico, neste caso do tipo tudo ou nada, proveniente de uma dupla entrada diferencial formada pelos bornes 7 e 9.

[016] Cada cadeia de aquisição 3 e 5 compreende em série um circuito de adaptação 10 e 12 com isolação galvânica, um circuito de conversão analógico - digital 14 e 18 associado respectivamente com uma fonte de tensão 16 e 20 estabilizada em temperatura e uma unidade de comparação 22 e 24.

[017] O dispositivo de detecção 1 com limiar de segurança compreende igualmente um circuito de detecção de defeito 26, um aparelho de decisão 28 apto a determinar uma informação de estado de segurança de saída do dispositivo e um relógio de amostragem 30.

[018] Os circuitos de adaptação 10 e 12 com isolação galvânica são igualmente dotados respectivamente de bornes de entrada 32, 34 e 36, 38 conectados aos bornes de entrada 7 e 9 de recepção do sinal analógico de entrada.

[019] Os circuitos de isolação galvânica de adaptação 10 e 12 são igualmente dotados respectivamente de bornes de saída 40, 42 e 44, 46 aptos a emitir um sinal adaptado contínuo analógico de segurança de tipo tudo ou nada, obtido a partir de um sinal analógico de tipo tudo ou nada fornecido às entradas 32, 34 e 36, 38.

[020] Um sinal adaptado de segurança corresponde à impossibilidade de transformar por adaptação um estado realmente restritivo em um estado permissivo, sendo que o inverso é pouco importante.

[021] Aqui, supõe-se que o sinal analógico de entrada é de tipo tensão contínua. O circuito de isolação galvânica de adaptação compreende um

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8/21 oscilador de tipo LC (montagem de tipo Colpit, por exemplo, com L uma indutância e C uma capacidade) apto a fornecer uma tensão proporcional à tensão de entrada e um sinal de frequência relativamente elevada (50 a 100 kHz) e um transformador cujo circuito primário é pelo menos uma parte da indutância do isolador. Um isolamento da entrada do transformador em relação a circuitos ligados ao circuito secundário do transformador pode assim ser realizado. No secundário do transformador, dois retificadores de dupla alternância estão ligados de modo a poder fornecer uma tensão positiva e uma tensão negativa de diversificação.

[022] A concepção de segurança desse circuito chamada de segurança intrínseca garante que a tensão retificada não possa aumentar intempestivamente.

[023] Como variante, quando o sinal de entrada se apresentar na forma de uma tensão alternada, o circuito de isolação galvânica de adaptação 10, 12 compreende um transformador de intensidade. Uma resistência em série com o primário do transformador determina o consumo do circuito. O secundário é carregado por um retificador seguido por duas resistências de tecnologias diferentes em série, e o ponto comum está ligado em um ponto em zero volt do transformador. O circuito de isolação galvânica está assim apto a fornecer uma tensão positiva e uma tensão negativa.

[024] Como variante, cada circuito de isolação galvânica compreende um optoacoplador.

[025] Os circuitos eletrônicos de conversão analógico-digital 14 e 18 são circuitos eletrônicos integrados de tipo VLSI, por exemplo, denominados CAN ou ADC, fabricados em grande escala no comércio e que provêm de dois fabricantes diferentes que utilizam processos de fabricação diferentes, processos esses que são também chamados sistemas tecnológicos.

[026] Os circuitos eletrônicos de conversão analógico-digital 14 e

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9/21 estão associados respectivamente com as fontes de tensão estabilizadas em temperatura 16 e 20.

[027] Os circuitos eletrônicos de conversão analógico-digital 14 e 18 estão conectados respectivamente por seus bornes de entrada 48, 50 e 52, 24 aos bornes de saída 40, 42, e 44, 46 dos circuitos com isolação galvânica de adaptação 10 e 12.

[028] Os circuitos eletrônicos de conversão analógico-digital 14 e 18 compreendem respectivamente bornes de entrada 56 e 58 de tensão de referência conectados com as fontes de tensão 16 e 20, estabilizados em temperatura. Eles compreendem ainda respectivamente bornes de entrada 60 e 62 de comando de um instante de amostragem, conectados ao relógio de amostragem 30 e respectivamente bornes de saída 64 e 66 aptos a emitir sinais de saída digitais de amostragem em forma de vetores com valores binários que correspondem aos sinais analógicos com entrada diferencial fornecidos em 48, 50 e 52, 54 amostrados.

[029] A frequência de amostragem de cada circuito de conversão analógico - digital 14 e 16 é escolhida de modo a ser suficiente para fornecer aos bornes de saída 64 e 66 de modo síncrono ou quase-síncrono pelo menos dois valores de amostras de sinais de entrada coletados no intervalo de tempo definido pelo transitório correspondente à mudança de estado dos sinais de entrada fornecidos respectivamente aos bornes 48, 50 e 52 e 54, respeitando assim a condição clássica chamada de “Shannon” que exige uma frequência de amostragem igual ao dobro da largura de banda do espectro que representa o sinal a ser amostrado para poder reconstituí-lo fielmente.

[030] Aqui, o mesmo relógio 30 está conectado aos dois circuitos de conversão analógico-digital 14, 18, garantindo assim um sincronismo de amostragem dos dois circuitos eletrônicos de conversão analógico-digital.

[031] Como variante, diversos relógios síncronos ou quasePetição 870190027326, de 21/03/2019, pág. 18/36

10/21 síncronos entre si comandam os circuitos de conversão analógico - digital 14 e 18.

[032] As fontes de tensão 16, 20 são fontes eletrônicas de tensão com baixa corrente, reguladas em temperatura, de tipo bem conhecido em eletrônica analógica pelo nome de “regulador de tensão” e apresentam, cada uma, uma característica da tensão de saída estável em temperatura.

[033] As unidades de comparação 22 e 24 compreendem respectivamente bornes de entrada 28, 69 respectivamente ligados aos bornes 64, 66 de saída dos circuitos eletrônicos de conversão analógico-digital 14, 16 e bornes de entrada 70 e 71 destinados a receber sinais de referência a fim de efetuar uma comparação entre os sinais de saída digitais provenientes dos circuitos de conversão analógico-digital e os sinais de referência.

[034] As unidades de comparação 22 e 24 compreendem igualmente bornes de saída 72 e 74 respectivamente destinados a emitir o resultado das comparações, e cada resultado de comparação é uma informação de estado de saída das cadeias de aquisição 3, 5.

[035] Os sinais de referência das unidades de comparação 22, 24 são sinais com valor fixo, reguláveis por meios de regulagem não representados na figura 1.

[036] As unidades de comparação 22, 24 são, por exemplo, circuitos eletrônicos digitais de tecnologia C-MOS denominados classicamente comparadores digitais. Nesse caso, os bornes de entrada 64, 66, 70, 71 possuem entradas múltiplas devido ao fato de cada borne receber um vetor de bits na forma de entradas paralelas ao passo que os bornes de saída são simples para fornecer um bit de resultado da comparação.

[037] Como variante, os sinais de referência são sinais mais complexos formados de vários vetores binários a fim de efetuar uma comparação de tipo funcional em uma série temporal de vetores amostra. Nesse caso, as

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11/21 unidades de comparação 22, 24 são circuitos eletrônicos digitais de tecnologia C-MOS mais complexos formados por um conjunto de comparadores digitais vetoriais no caso de um processamento paralelo ou por um único comparador digital vetorial no caso de um processamento serial, e de uma unidade de cálculo de distância.

[038] O circuito de detecção de defeito 26 do dispositivo compreende dois bornes de entrada 76 e 78 conectados aos bornes 64 e 66 respectivamente dos circuitos de conversão analógico - digital 14, 18.

[039] O circuito de detecção de defeito 26 compreende igualmente dois bornes de saída 80 e 82.

[040] O primeiro borne 80 está apto a emitir um sinal de diagnóstico de defeito do dispositivo 1, uma vez que uma pane pode ocorrer em uma ou duas cadeias de aquisição.

[041] O borne 82 está apto a fornecer um resultado de coerência proveniente da comparação mútua e de um cálculo de distância dos sinais de saída digitais provenientes de circuitos de conversão analógico-digital 14, 18.

[042] Aqui, dois sinais de saída digitais são coerentes entre si quando sua distância mútua for inferior a um valor predeterminado.

[043] Aqui, a distância entre dois sinais é igual à diferença entre apenas duas amostras fornecidas nas entradas 76, 78 associadas respectivamente aos circuitos de conversão analógico-digital 14, 18 considerados no mesmo instante de amostragem.

[044] O circuito de detecção de defeito 26 é realizado na forma de um subtrator digital seguido de um comparador digital de duas entradas vetoriais e de uma saída em um bit de tecnologia CMOS.

[045] Como variante, a distância é uma distância funcional formada a partir das diferenças de cada amostra de mesma condição de duas séries temporais de amostras associados respectivamente às entradas 76 e 78.

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Nesse caso, o circuito de detecção de defeito 26 é realizado na forma de um circuito eletrônico digital de tecnologia CMOS mais complexo formado por um conjunto de comparadores digitais vetoriais no caso de um processamento paralelo ou de um só comparador digital vetorial no caso de um processamento serial e de uma unidade de cálculo, e de uma unidade de cálculo de distância.

[046] Como variante, dois sinais de saída digitais são coerentes entre si quando o resultado da função de correlação que opera com os dois sinais for superior a um valor de limitar predeterminado. Nesse caso, o circuito de detecção de defeito é realizado na forma de um correlator eletrônico seguido de um comparador eletrônico.

[047] O aparelho de decisão 28 apto a determinar a informação de estado de segurança de saída do dispositivo de detecção com limitar de segurança compreende três entradas 84, 86 e 88. As entradas 84 e 86 estão conectadas respectivamente às saídas 72 e 74 dos circuitos de comparação digital 22 e 24 ao passo que a entrada 88 está conectada à saída 82 do circuito de detecção de defeito 26.

[048] O aparelho de decisão 28 compreende uma saída 90 na qual é emitida a informação de estado de segurança de saída do dispositivo 1 que é função do resultado de coerência fornecido pelo circuito de detecção de defeito 26 em 88 e dos resultados de comparação ou informações de estado de cadeia das unidades de comparação 22 e 24 fornecidos nos bornes 84 e 86.

[049] A fim de garantir a concepção de segurança do dispositivo, o aparelho de decisão 28 está apto a forçar o estado de saída para um estado restritivo quando o resultado de coerência for negativo, ou seja, quando aparecer uma ausência de coerência ou quando os resultados das comparações das unidades de comparação 22, 24 forem diferentes.

[050] O aparelho de decisão 28 é realizado, conforme se desejar, na forma de um conjunto discreto de circuitos lógicos cabeado, de um FPGA ou

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13/21 de um microprocessador programado.

[051] Como variante, o aparelho de decisão 28 e o circuito de detecção de defeito 26 são realizados na forma de um mesmo microprocessador programado.

[052] Em funcionamento, um sinal analógico de entrada de tipo tudo ou nada é fornecido aos bornes 7 e 9 de entrada diferencial. O mesmo sinal analógico de entrada é fornecido às entradas 32, 34 e 36, 38 dos circuitos de isolação galvânica de adaptação 10 e 12 associados respectivamente às cadeias de aquisição 3 e 5.

[053] Os sinais de entrada são adaptados pelos circuitos de adaptação 10 e 12 com isolação galvânica adaptados em sinais adaptados analógicos de segurança.

[054] Os sinais que entram assim nos circuitos de conversão analógico-digital 14 e 18 são amostrados na frequência de relógio fornecida pelo relógio 30 em relação à referência de tensão estabilizada em temperatura, respectivamente 16 e 20, a fim de emitir nas saídas 64 e 66 sinais de saída digital amostrados.

[055] Os sinais de saída digitais fornecidos nas entradas 76 e 78 são comparados mutuamente pelo circuito de detecção de defeito 26 e o resultado de coerência se apresenta na forma de um sinal binário como já foi descrito acima.

[056] O resultado de coerência indica de modo mais apurado e mais preciso o fato de saber se pelo menos uma cadeia de aquisição 3, 5 antes da comparação de limiar efetuada em cada cadeia está defeituosa, por exemplo, por causa de um circuito de conversão analógico - digital em pane em uma das duas cadeias.

[057] No caso desse estado existir, quaisquer que sejam as informações de comparação fornecidas pelas unidades de comparações 22 e 24, mesmo no caso delas serem idênticas, o aparelho de decisão 28 emite uma

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14/21 informação de estado restritivo em 90 a fim de garantir a segurança do sistema ferroviário.

[058] Assim, a função de segurança do circuito com limiar de segurança de concepção clássica, oneroso em termos de desenvolvimento, é realizada por um circuito com limiar de concepção diferente que utiliza conversores eletrônicos analógico-digitais amplamente distribuídos no comércio e uma unidade de processamento digital associado pouco complexa e onerosa em termos de desenvolvimento e validação de segurança.

[059] Deve-se observar que um teste de coerência efetuado a partir dos resultados de comparação das unidades de comparação corresponde apenas a uma estratégia de diversificação com voto majoritário que já é bem conhecido. Esse teste exigiria um número elevado de cadeias de diversificação para tornar a decisão do estado segura devido ao fato de que as unidades de comparação são detectores com limiar não seguro.

[060] Inversamente, o teste de coerência mútua efetuado antes das unidades de comparação de cadeia de acordo com a presente invenção é seguro devido ao fato de que a totalidade do conteúdo de informação dos sinais de saída dos circuitos de conversão analógico - digital e, portanto, suas diferenças, é analisada.

[061] Além disso, esse dispositivo apresenta a vantagem de um melhor domínio do limiar de funcionamento em temperatura devido ao fato de que é possível dispor de fonte de tensão estabilizada em temperatura muito precisa geralmente conhecida pelo nome de reguladores de tensão. De fato, as fontes de tensão estáveis em temperatura de tipo regulador de tensão garantem que a sensibilidade de temperatura para cada circuito de conversão analógico digital 14 e 18 seja pelo menos inferior à sensibilidade de temperatura do limiar de detecção de um circuito clássico com junção semicondutor compensado em temperatura e de concepção de segurança. A sensibilidade de temperatura é

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15/21 definida como uma variação de tensão, respectivamente tensão de referência para o circuito de conversão analógico - digital e a tensão de limiar para o circuito com junção, observada na mesma faixa de temperatura.

[062] O dispositivo 1 permite igualmente melhorar o domínio do limite de basculamento na zona de funcionamento linear correspondente ao transitório de uma mudança de estado dispondo de um número de amostras suficiente durante o transitório de basculamento. É permitido assim efetuar processamento do sinal apropriado tal como uma filtragem do ruído térmico, correções de distorção, eliminações de parasitas discretos. Assim, é possível reduzir a amplitude de histerese do limiar de desencadeamento do dispositivo de detecção.

[063] Vantajosamente, o dispositivo de detecção 1 permite determinar se pelo menos uma cadeia está em pane.

[064] A figura 2 representa um segundo modo de realização do dispositivo de detecção com limiar de segurança 201 com três cadeias de aquisição de diversificação.

[065] O conjunto das três cadeias de aquisição configuradas em paralelo é formado por duas cadeias de aquisição 3 e 5 cuja descrição é idêntica à da figura 1 e por uma cadeia de aquisição adicional 203 conectada igualmente aos bornes de entrada 7 e 9 e destinada a receber o sinal analógico de entrada de tipo tudo ou nada.

[066] Como as duas cadeias de aquisição 3 e 5, a cadeia de aquisição adicional 203 compreende de modo análogo ao descrito na figura 1, montados em série, um circuito de isolação galvânica de adaptação 210, um circuito de conversão analógico-digital 214 associado à fonte de tensão 216 com um borne de saída 230, e uma unidade de comparação 222 com uma entrada 232 conectada ao borne de saída 230.

[067] O dispositivo de saída 201 compreende igualmente um

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16/21 circuito de detecção de defeito 226 com três entradas e duas saídas e uma porção de decisão 228 apto a determinar uma informação de estado de segurança de saída do dispositivo com quatro entradas e uma saída.

[068] Os três bornes de entrada 238, 240 e 242 do circuito de detecção de defeito 226 estão conectados respectivamente aos bornes 64, 66, 230 de saída dos circuitos de conexão analógico-digital 14, 28, 214.

[069] O circuito de detecção de defeito 226 compreende igualmente um borne de saída 244 destinado a emitir um sinal de diagnóstico de pane do dispositivo 201 com eventualmente uma identificação de uma cadeia de aquisição defeituosa e um borne de saída 242 destinado a fornecer um sinal de resultado de coerência na forma de um tripleto dos valores de coerência.

[070] Os valores de coerência são os resultados das comparações mútuas dos sinais de saída digitais, considerados dois a dois e provenientes dos circuitos de conversão analógico-digital 14, 28, 214.

[071] Assim, os primeiro, segundo e terceiro valores de coerência são respectivamente os resultados de comparação mútua entre os sinais digitais de saída provenientes respectivamente dos bornes de saída 64 e 66 e 230, 64 e 230.

[072] O aparelho de decisão 228 compreende três bornes de entrada 248, 250 e 252 conectados respectivamente aos bornes de saída 72, 74 e 234 das unidades de comparação e uma entrada 254 de fornecimento do resultado de coerência conectada à saída 246 do circuito de detecção de defeito 242.

[073] O aparelho de decisão 224 está apto a determinar uma informação de estado de segurança de saída do dispositivo 201 em função dos resultados de comparação das unidades de comparação fornecidas aos bornes de entrada 248, 250 e 252 e do resultado de coerência emitido em uma entrada 254.

[074] O aparelho de decisão 228 compreende um borne de saída 260 destinado a emitir uma informação de estado de segurança de saída do

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17/21 dispositivo de detecção 201.

[075] Em funcionamento, cada cadeia de aquisição 3, 5 e 203 funciona de modo análogo ao descrito na figura 1 de qualquer uma das cadeias de aquisição.

[076] O aparelho de detecção de defeito 226 efetua três comparações mútuas entre os sinais de saída digitais provenientes dos bornes 64, 66 e 230 das unidades de conversão analógico-digital 14, 18 e 214 considerados dois a dois em vez de um só como para o primeiro modo de realização e emite um sinal de coerência na forma de um tripleto de valores de coerência, e cada valor de coerência é calculado por um processo análogo ao descrito na figura 1.

[077] Quando o resultado de coerência indicar que os três sinais de saída digitais são idênticos, o circuito de detecção de defeito 226 emite no borne 244 um sinal de ausência de pane, ao passo que quando existir pelo menos um sinal entre os três sensivelmente diferente de pelo menos um dos dois outros, então o circuito de detecção de defeito 226 emite um sinal de presença de pane em pelo menos uma das cadeias.

[078] No caso particular de dois sinais de saída digitais apenas entre os três serem sensivelmente idênticos, então a cadeia de aquisição correspondente ao sinal de saída sensivelmente diferente dos dois outros é identificado como uma cadeia defeituosa e um sinal de identificação da cadeia em pane é emitido no borne de saída 244.

[079] Quando uma pane é detectada pelo circuito de detecção de defeito 226 com somente dois sinais de saída digitais sensivelmente idênticos e dois resultados de comparação das cadeias associadas idênticos, o aparelho de detecção 228 emite em 260 um sinal de informação de estado idêntico aos resultados de comparação idênticos das duas cadeias.

[080] Nos outros casos, o aparelho de decisão emite em 260 um sinal de informação de estado restritivo.

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18/21 [081] Vantajosamente, a configuração da figura 2 permite não apenas detectar um defeito em uma das cadeias de aquisição, mas também em certos casos de localizar a cadeia defeituosa.

[082] Como variante, o dispositivo de detecção com limiar de segurança compreende mais de três cadeias de aquisição.

[083] A figura 3 é um terceiro modo de realização no qual o primeiro modo de realização descrito na figura 1 foi enriquecido com comutadores a fim de gerar a entrada de vários sinais analógicos de entrada.

[084] Nesse terceiro modo de realização, a cadeia de aquisição 3 descrita na figura 3 é substituída por uma cadeia de aquisição 303 na qual foi adicionado um circuito de isolação galvânica 314 conectada a uma segunda entrada de sinal analógico 307, 309 e cuja saída 318 está ligada na entrada de um comutador 322.

[085] Nesse terceiro modo de realização, a cadeia de aquisição 5 descrita na figura 1 é substituída por uma cadeia de aquisição 305 na qual foi adicionado um circuito de isolação galvânica 316 conectado a uma segunda entrada de sinal analógico 307, 309 e cuja saída 320 está conectada em uma entrada de um comutador 324.

[086] O comutador 322 da cadeia 303 compreende dois bornes com dupla entrada 326, 328 conectados respectivamente aos bornes de saída 40, 42 e 318 dos circuitos de isolação galvânica de adaptação 10 e 314. O comutador 322 compreende igualmente um borne 330 único apto a emitir o sinal selecionado durante uma comutação conectada à entrada da unidade de conversão analógico-digital 14.

[087] O comutador 324 da cadeia 305 compreende dois bornes com entrada dupla 332, 334 ligados respectivamente aos bornes de saída 44, 46 e 320 dos circuitos de isolação galvânica de adaptação 12 e 316.

[088] O comutador 324 compreende igualmente um borne 326

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19/21 único, apto a emitir um sinal selecionado durante uma comutação, e conectado na entrada da unidade de conversão analógico-digital 18.

[089] O comutador 322 compreende três interruptores 338, 340 e

342.

[090] Os interruptores 338, 340 estão conectados respectivamente entre os bornes 326 e 330, entre os bornes 328 e 330, e o interruptor 342 está conectado entre uma entrada 344 apta a receber um sinal de teste calibrado e o borne de saída 330.

[091] O comutador 324 compreende três interruptores 346, 348 e 350. Os interruptores 346, 348 estão conectados respectivamente entre os bornes 332 e 336, entre os bornes 334 e 336, e o interruptor está conectado entre uma entrada 352 apta a receber um sinal de teste calibrado e o borne de saída 336.

[092] Em funcionamento, na cadeia de aquisição 303, o comutador 322 comuta na saída 220, segundo uma multiplexagem temporal, dois sinais adaptados analógicos de segurança, recebidos respectivamente em 326, 328 e que resultam respectivamente de dois sinais analógicos de entrada emitidos em 7,9 e 307, 309 e um sinal de teste recebido no borne 344.

[093] Em paralelo, na cadeia de aquisição 305, o comutador 324 comuta na saída 336, segundo uma multiplexagem temporal, dois sinais adaptados analógicos contínuos de segurança, recebidos respectivamente em 332, 334 e que resultam respectivamente de dois mesmos sinais analógicos de entrada emitidos em 7, 9 e 307, 309 para cadeia 303, e um sinal de teste recebido no borne 352.

[094] Os sinais de teste fornecidos respectivamente nas entradas 344 e 352 permitem efetuar um diagnóstico de pane e identificar a pane em uma cadeia de aquisição, em particular em um circuito de conversão analógico - digital.

[095] Vantajosamente, o modo de realização da figura 3 permite

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20/21 dispor de um dispositivo de detecção universal capaz de se adaptar e de se interfacear em uma pluralidade de diversos sinais analógicos de tipo tudo ou nada.

[096] Ele permite assim simplificar a concepção e abaixar o custo de um sistema que realiza um grande número de detecções com limiar de segurança em sinais analógicos de tipo tudo ou nada.

[097] A figura 4 descreve o fluxograma de um processo 400 de detecção de segurança de uma informação de estado a partir de vários sinais analógicos de entrada, aqui de tipo tudo ou nada, realizado por um dispositivo de detecção analógico do tipo descrito na figura 3.

[098] Em uma primeira etapa de inicialização 402, o estado de marcha de certos componentes é verificado pela injeção de sinais de teste nas entradas 344 e 352 do dispositivo descritas na figura 3.

[099] Em seguida, em uma etapa 404, em cada uma das vias de aquisição de diversificação, cada sinal analógico de entrada é transformado em um sinal adaptado contínuo de segurança e depois amostrado através de uma unidade de conversão analógico-digital em sinal de saída digital.

[0100] Depois, em uma etapa 406, em cada sinal analógico de entrada, uma comparação mútua dos sinais digitais de saída associados a um mesmo sinal analógico de entrada é efetuada a fim de determinar a coerência dos sinais entre si na forma de um resultado de coerência.

[0101] Em seguida, em uma etapa 408, para cada sinal analógico de entrada e para cada cadeia de aquisição, um resultado de comparação associado à cadeia e ao sinal analógico de entrada é determinado a partir de uma comparação entre o sinal de saída digital da cadeia associado e ao sinal analógico de entrada, e um sinal de referência.

[0102] Em seguida, em uma etapa 410, com base no resultado de coerência determinado na etapa 406, um diagnóstico de defeito do dispositivo é

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21/21 efetuado permitindo detectar um defeito em um ou mais das cadeias de aquisição e mesmo identificar a cadeia de aquisição que está em pane.

[0103] Ainda na etapa 410, para cada sinal analógico de entrada, uma informação de estado de saída detectado é determinada em função do resultado de coerência determinado na etapa 406 e dos resultados de comparação de cada cadeia determinada na etapa 408.

[0104] Essas etapas são reproduzidas segundo um período predeterminado função da amostragem usada para os conversores analógicos digitais e os tempos de ciclo de cálculo de verificação de coerência.

[0105] A etapa 412 é uma etapa que corresponde ao fim da realização do processo de detecção das informações de estado de segurança associadas respectivamente a cada sinal analógico de entrada.

[0106] O processo descrito é realizado vantajosamente por um dispositivo correspondente simples de desenvolver e de validar respeitando as exigências de concepção de segurança.

Claims

Reivindicações

1. DISPOSITIVO DE DETECÇÃO COM LIMIAR DE SEGURANÇA DE UMA INFORMAÇÃO DE ESTADO A PARTIR DE UM SINAL ANALÓGICO, destinado em particular a uma aplicação de tipo ferroviário, dispositivo esse que compreende:

um aparelho de decisão (28; 228) apto a determinar em uma saída (90) uma informação de estado de segurança detectada do dispositivo e pelo menos duas cadeias de aquisição (3, 5; 203; 303, 305) de diversificação, e cada cadeia de aquisição (3, 5; 203; 303, 305) inclui em série:

um circuito de adaptação (10, 12, 210) de sinal analógico em um sinal adaptado contínuo analógico de segurança;

um circuito com limiar (14, 16, 22, 18, 20, 24) não de segurança de cadeia apto a fornecer uma informação de estado de cadeia que compreende uma fonte de tensão (16, 20) estabilizada em temperatura em uma faixa de temperatura predeterminada e que serve de referência de tensão;

caracterizado pelo fato de que o circuito com limiar (14, 16, 22, 18, 20, 24) de cada cadeia (3, 5, 303, 305) compreende:

um circuito eletrônico de conversão analógico-digital (14, 18) apto a receber o sinal adaptado contínuo de segurança, sinal de entrada do conversor, e a emitir um sinal de saída digital de amostragem do sinal de entrada de cadeia do conversor a uma frequência de amostragem predeterminada;

uma unidade de comparação (22, 24; 222) do sinal de saída digital com um sinal digital de referência apto a fornecer uma informação de estado de saída de cadeia como resultado da comparação;

e pelo fato de que o dispositivo compreende adicionalmente um circuito de detecção de defeito (26; 226) do dispositivo apto a comparar mutuamente os sinais de saída digitais fornecidos em entradas (76, 78) e provenientes respectivamente dos circuitos de conversão analógico Petição 870190027326, de 21/03/2019, pág. 31/36
2/5 digital (14, 28) e a fornecer em uma saída (80) um resultado de coerência função da comparação mútua dos sinais de saída digitais;

e pelo fato de que a saída (90) do aparelho de decisão (88) é função do resultado de coerência fornecido pela unidade de detecção de defeito (26; 226) e dos resultados de comparação (22, 24) associados com as respectivas cadeias de aquisição (3, 4).

2. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sinal de entrada de cada circuito de conversão analógico - digital (14, 18) é próprio para ser amostrado em uma velocidade suficiente superior a duas vezes o inverso da duração do transitório correspondente à mudança de estado do sinal de entrada.
3. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que circuito de detecção de defeito (26, 226) compreende apenas um comparador apto a comparar mutuamente os sinais de saída digitais provenientes de (14, 18) amostra por amostra e a declarar uma coerência mútua quando a diferença entre suas amostras estiver compreendida em um intervalo de largura predeterminada.
4. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que o circuito de detecção de defeito (26, 226) compreende pelo menos dois comparadores vetoriais aptos a comparar mutuamente os sinais de saída digitais provenientes (14, 18) com base em um conjunto de amostras por conjunto de amostras e a declarar uma coerência mutua entre dois sinais digitais quando uma distância entre dois conjuntos de amostras for inferior a um valor predeterminado.
5. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a estabilidade de temperatura da fonte de tensão e (16,20) é regulada de modo que a sensibilidade da temperatura de cada circuito de conversão analógico - digital (14, 18) é pelo

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3/5 menos inferior à sensibilidade de temperatura do limiar de detecção de um circuito de segurança com junção de semicondutor compensado em temperatura, e a sensibilidade de temperatura é definida como uma variação de tensão, respectivamente tensão de referência para o circuito de conversão analógico - digital e tensão de limiar para o circuito de junção, observada na mesma faixa de temperatura predeterminada.
6. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os conversores analógicodigitais são sistemas tecnológicos diferentes.
7. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que cada unidade de comparação de uma cadeia de aquisição compreende uma entrada (70) de recepção de um sinal digital de referência e um meio de regulagem do valor do sinal digital de referência.
8. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o circuito de adaptação (10, 12, 210) de uma cadeia compreende um transformador de isolação galvânica.
9. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o circuito de adaptação (10, 12, 210) de uma cadeia compreende um circuito retificador de corrente conectado no secundário do transformador.
10. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o circuito de adaptação (10, 12, 210) de uma cadeia (3, 5) compreende um optoacoplador.
11. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreende apenas duas cadeias de aquisição (3, 5), e de que quando o resultado de coerência mútua for negativo, o circuito de detecção de defeito (126, 226) está

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4/5 apto a emitir ao aparelho de decisão (28, 228) um sinal de saída no estado restritivo e a emitir ainda um sinal de diagnóstico de uma pane do dispositivo.
12. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreende pelo menos três cadeias e pelo fato de que quando existe uma maioria de sinais de saída digitais sensivelmente idênticos e os estados de cadeia são idênticos, o aparelho de decisão (28, 228) está apto a emitir a informação de estado das cadeias majoritariamente idênticas como estado de saída de segurança do dispositivo.
13. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o circuito de detecção de defeito (26) está apto a emitir um sinal de diagnóstico de pane do dispositivo de detecção quando existirem pelo menos dois sinais de saída digitais nitidamente diferentes.
14. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o circuito de detecção de defeito está apto a emitir um sinal de identificação da cadeia de aquisição em pane quando dois sinais de saída digitais forem sensivelmente idênticos e nitidamente diferentes do terceiro restante, e a cadeia de aquisição identificada é a referida terceira cadeia.
15. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que cada cadeia de aquisição (303, 305) compreende um circuito de comutação (322, 324) com pelo menos uma entrada de primeiro tipo (338, 348) apta a receber um sinal adaptado contínuo, uma segunda entrada de segundo tipo (344, 352) apta a receber um sinal de teste e uma saída (330, 336) conectada ao circuito de conversão analógico digital (14, 18) associado da cadeia (303, 305) apto a emitir um sinal de saída que forma uma multiplexagem temporal dos sinais recebidos nas entradas de primeiro e segundo tipo.
16. PROCESSO DE DETECÇÃO COM LIMIAR DE

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SEGURANÇA DE UMA INFORMAÇÃO DE ESTADO A PARTIR DE SINAIS ANALÓGICOS DE SEGURANÇA, destinado em particular a uma aplicação de tipo ferroviário, caracterizado por compreender as etapas que consistem em amostrar (404) em pelo menos duas vias de aquisição (3, 5) com diversificação de sinais de entrada analógicos de segurança adaptados e isolados, provenientes de um mesmo sinal analógico de entrada em sinais de saída digitais, determinar (406) a coerência mútua dos sinais de saída digitais de saída por comparação e fornecer um resultado de coerência, em cada sinal digital de saída, fazer uma comparação (408) em relação a um limiar associado predeterminado e detectar um sinal de saída de cadeia, determinar (410) a informação de estado de segurança de saída de detecção em função do resultado de coerência e das informações dos estados de saída das cadeias com diversificação.
17. PROCESSO DE DETECÇÃO DE INFORMAÇÃO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de compreender a etapa que consiste em:

efetuar (402) um teste de estado de funcionamento de cadeia por meio de um sinal de teste calibrado injetado na entrada de cada cadeia.