EP2041588A2 - Procede et dispositif d'analyse de reseaux de cables electriques - Google Patents

Procede et dispositif d'analyse de reseaux de cables electriques

Info

Publication number
EP2041588A2
EP2041588A2 EP07787124A EP07787124A EP2041588A2 EP 2041588 A2 EP2041588 A2 EP 2041588A2 EP 07787124 A EP07787124 A EP 07787124A EP 07787124 A EP07787124 A EP 07787124A EP 2041588 A2 EP2041588 A2 EP 2041588A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frequency
network
frequencies
section
filters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07787124A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas Ravot
Josy Cohen
Pascal Chambaud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP2041588A2 publication Critical patent/EP2041588A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/11—Locating faults in cables, transmission lines, or networks using pulse reflection methods

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for analyzing networked electrical cables for detecting and locating faults in the cables of this network.
  • the electric cables concerned may be energy transmission cables or communication cables, in fixed installations (distribution network, internal or external communication network) or mobile (energy or communication network in an airplane, a boat, automobile, etc.).
  • the cables concerned may be any: coaxial or two-wire, in parallel lines or in twisted pairs, shielded or not, etc., provided that the speed of propagation of the signals in these cables can be known.
  • These networks can be organized according to different known topologies: bus, tree, mesh, ring, star, linear, or mixed of these different topologies.
  • the faults concerned are faults that can affect the electrical operation of the circuits whose cables are part of and may have sometimes very critical consequences (failures of electrical systems in an aircraft for example), or even defects that can directly cause fire starts (short circuit, arcing in a dry environment or in the presence of moisture, etc.). It is important to be able to detect these defects to remedy them in time.
  • Time Domain Reflectometry In Time Domain Reflectometry (TDR) methods, an electromagnetic wave is injected into the cable in the form of a voltage pulse, a voltage step or the like. The wave reflected at the location of the impedance discontinuity is detected at the injection site and the time difference between the transmitted and received edges is measured. The position of the fault is determined from this difference, and the amplitude and polarity of the reflected pulse give an indication of the type of fault (open circuit, short circuit, resistive fault, or other).
  • FDR Frequency Domain Reflectometry
  • Frequency domain reflectometry methods are effective for analyzing a single cable. They are difficult to use when the cable has taps. The time domain reflectometry methods can be used even with derivations but the analysis of the reflected signals is difficult due to the presence of multiple reflections. It has also been proposed in the published patent application WO
  • This system is particularly suitable for detecting intermittent faults as it can operate even while the network is in use; however, intermittent faults may only occur when the network is in service and disappear when it is no longer (eg a fault that would occur while a plane is flying but disappears on the ground).
  • This method can be used for cables with taps, but it still has ambiguities: it is not known which branch a fault is detected on.
  • the purpose of the invention is to remove these ambiguities, especially in cables having a T-structure (also called a Y-structure), that is to say having at least one branch.
  • the invention proposes a method for testing a network of cables comprising at least one junction from which N secondary sections (N greater than or equal to 2) start, the method consisting of:
  • test signal modulated simultaneously or successively by N-1 different carrier frequencies each located in one of the N-1 frequency bands of the filters placed at the input of the sections, the test signal is also modulated by an N I ⁇ m ⁇ frequency located outside the bands of the N-1 filters,
  • the amplitude of the modulation of the pulse test signal applied to the input is preferably of Gaussian form.
  • the frequency modulation by the N frequencies of the test signal is preferably simultaneous, the pulse containing the N carrier frequencies, but one can also imagine a solution in which several successive pulses are emitted, each modulated by a respective frequency. This latter solution, however, is less advantageous because it generates several distinct response patterns that must then be compared with each other.
  • the fault position detection is preferably done via a time-frequency analysis providing a time-frequency diagram of the signals reflected to the cable input; the time position of the spot centers of a series of reflection spots corresponding to different frequencies in the time-frequency diagram then represents information on the position of a defect and the section in which it is located.
  • a device for analyzing an electrical cable network comprising at least one junction from which N secondary sections (N greater than or equal to 2) start, the device comprising, in series with the input of each of N-1 secondary sections starting from the junction, a bidirectional passive filter capable of cutting a frequency band associated with this section, the filters all leaving the frequencies useful for the normal operation of the network,
  • a short-duration test signal generator modulated simultaneously or successively by N-1 different carrier frequencies each situated in one of the N-1 frequency bands of the filters placed at the input of the sections, the test signal being also modulated by an N I ⁇ m ⁇ frequency located outside the rejection bands of the N-1 filters, and a device for detecting the time position of signal peaks resulting from the reflection of the test signal, for each of the N frequencies.
  • the bidirectional passive filters pass the signal by filtering it both in the forward direction of the transmitted pulse and in the return direction of a reflected pulse.
  • These are preferably reciprocal filters, having the same function of transfer in both directions.
  • FIG. 1 shows a network of shunt cables that it is desired to analyze
  • FIG. 2 represents a reflectogram generated by conventional test means applied to the network of FIG. 1;
  • FIG. 3 represents the analysis device according to the invention;
  • FIG. 4 represents a preferred waveform for the pulse test signal applied to the input;
  • FIG. 5 represents a diagram which is the result of a time-frequency analysis of the transmitted pulse
  • FIG. 6 represents a time-frequency diagram of the signals reflected by the cable in the configuration of FIG. 3;
  • FIG. 9 shows another testable cable network configuration using the present invention (1 junction and 4 leads);
  • FIG. 10 represents an example of filter templates that can be used in the test of a multi-branch network requiring four filters, for example the network of FIG. 9 or the network of FIG.
  • FIG. 1 1 shows yet another configuration of cable network with serial junctions (3 junctions and 4 leads).
  • FIG. 1 diagrammatically shows a network with one junction and two branches having three sections T1, T2 and T3.
  • the sections T2 and T3 have an input end connected to a junction point A located at an output end of the section T1.
  • T or Y
  • the sections considered and represented by a line may consist of a sheathed conductor wire or a pair of sheathed wires or a coaxial cable.
  • This network can be used either to transport energy or communication signals from the input E1 to the outputs S2 and S3, or in the opposite direction from an output S2 or S3 to the other or to the input E1. That's why the notions of input and output are used here only for the application of reflectometry and to fix the direction of emission of measurement signals that will be used for the detection of defects: the input E1 here will be assumed to be the one on which the test signals of the network are applied.
  • the outputs of sections T2 and T3 may be in open circuit or short circuit or adapted to the impedance of the network (if they are adapted they do not cause reflection); in this example it has been assumed that the outputs S2 and S3 are in open circuit (CO), which will allow to observe signals reflected at the ends to better understand the principles of the invention.
  • These open circuits can also represent faults to be detected and located, for example unplugged connectors.
  • a test pulse would typically be applied from the input E1, and a signal pattern called a "reflectogram" would be collected on the same input; the reflectogram is the plot of a curve representing revolution of a voltage amplitude recorded at the input E1 over time.
  • FIG. 2 represents such a reflectogram for the cable of FIG. 1, with the time on the abscissa and a voltage amplitude on the ordinate.
  • the test is made for a faultless cable having a length of 10 meters for the first section L1, and lengths of 1 m80 and 1 m for the sections L2 and L3.
  • the input pulse, on the left of the diagram, is a positive pulse of short duration with respect to propagation times in the cables so that the reflected pulses do not mix with the transmitted pulse.
  • the reflected pulses are first of all a negative reflection pulse at the junction; the junction creates an impedance mismatch in which the impedance seen is lower than the characteristic impedance of the cable, hence the negative amplitude of the reflected signal.
  • a fault may have the effect of displacing some of the pulses or simply of adding impulses to the diagram of Figure 2. It is therefore not easy to interpret the existence of a defect and find the location of the defect from such a reflectogram.
  • FIG. 3 represents the principle of the defect analysis device according to the invention, applied to a T-cable of the same kind as that shown in FIG. 1; the cable here comprises two parallel son, twisted or coaxial and the two son are represented by parallel lines.
  • the cable parameters (characteristic impedance, propagation speed) are assumed to be identical for all sections; only the lengths differ.
  • the section T2 is larger than the section T3.
  • a test signal is applied to the input E1 in the form of a pulse of short duration.
  • Short term is short term compared to the time taken by the pulse to propagate and reflect at the location of a fault located at a distance where we want to be able to detect this defect. For example, if we want to detect a fault located 1 meter from the entrance while the speed of propagation of signals in a cable is of the order of 200 000 km / s, it will be understood that the pulse must have a duration that does not exceed a few tens of nanoseconds, so that the reflected pulse does not mix with the transmitted pulse in time.
  • the pulse is frequency modulated and its overall amplitude is defined by a non-zero amplitude level envelope during this short time; this amplitude is modulated simultaneously by two carrier frequencies F2 and F3 located largely above the frequency band of the signals that the cable is supposed to transmit in operation. For a low frequency power transmission cable, this is not a problem.
  • the frequencies F2 and F3 For a digital communications cable to transmit for example 100 megabits per second, the frequencies F2 and F3 must be well above 100 megahertz. They can be for example 500 and 1000 MHz respectively.
  • the constraints are the following ones: the frequencies F2 and F3 should not be too high so that the pulses are not overly attenuated in their propagation, the attenuation in the cables increasing for the high frequencies. They must be sufficiently separated from each other so that it is possible to easily make separate rejecting filters which reject one of the frequencies while letting the other pass through.
  • the form of the voltage envelope of the short-duration test signal is preferably a Gaussian form because it is this type of shape that allows for the most concentrated signal spectrum around the F2 and F3 modulation frequencies; it is also this type of shape that allows the pulse signal to undergo the least spectrum distortion during its propagation and its reflections.
  • envelope shapes that are too square, however, are less advantageous because they have a less concentrated spectrum around the modulation frequencies.
  • a notch filter (notch filter) FR2 which strongly attenuates the frequencies in a band which contains the frequency F2 (for example a band centered on the frequency F2) but which does not attenuate or almost not the frequency F3 nor the frequencies located in the useful bandwidth of the signals that must be transported by the cable in operation.
  • a rejector filter FR3 is placed at the input of the section T3 which strongly attenuates the frequencies in a band which contains the frequency F3 (for example a band centered on the frequency F3) but which does not attenuate or virtually frequency F2 or frequencies within the useful bandwidth of the signals to be carried by the cable in operation.
  • the filter FR2 is in series in the section T2 and the filter FR3 is in series in the section T3.
  • the filters are bidirectional so that they act as well for the signals traveling on the T2 or T3 section from the input to the output as for the signals traversing the section in the opposite direction.
  • These are passive filters based on inductances and capacitors, possibly resistors. Their attenuation is preferably as low as possible, especially in the useful frequency band of the signals which must be transported in normal operation.
  • the filters are from Preferably, their transfer function is preferably identical in both directions.
  • the pulse modulated by the frequencies F2 and F3 propagates in the section T1; it is partially reflected at the junction A because of the impedance discontinuity presented at this point; it is partially transmitted by the section T2 except for the frequency band around F2 which is rejected by the filter FR2; the part that passes (and in particular the modulation at the frequency F3) is reflected at the end of the section T2.
  • the non-reflected part at the junction A passes in the section T3 except for the frequency band around F3 which is rejected by the filter FR3; the modulation at the frequency F2 passes and is reflected at the end of the section T3.
  • FIG. 4 represents the preferred waveform (Gaussian modulated in frequency by the frequencies F2 and F3) of the emitted test pulse; the time T is on the abscissa, in seconds; the instantaneous amplitude V is in the ordinate, in arbitrary units.
  • the duration of the pulse in this example is about 30 nanoseconds (width at mid-height of the Gaussian: about 12 nanoseconds).
  • This pulse is applied to the input E1 (FIG. 3) by a not shown test signal generator.
  • FIG. 5 represents the same test signal, but according to another representation comprising three associated diagrams; the diagrams represent the transmitted pulse, respectively in a temporal domain (upper rectangle of FIG. 5), in a spectral domain (left rectangle of the figure) and in a time-frequency domain (the largest rectangle between the upper rectangle and the left rectangle).
  • the representation in the time domain is only a reduction of the representation of FIG. 4: time T in horizontal abscissa to the right, voltage amplitude V in vertical ordinate upwards.
  • the representation in the spectral domain shows two peaks centered around the modulation frequencies F2 and F3 of the pulse.
  • the representation in the time-frequency domain shows two concentrated spots corresponding to two narrow spectra, one centered on the frequency F2, the other on the frequency F3; the centers of the spots have for abscissa the moment corresponding to the vertex of the peak of the Gaussian envelope of the pulse and for ordinates the frequencies F2 and F3 respectively.
  • the instantaneous amplitude of the pulse is of the form
  • S (t) is the amplitude as a function of time t;
  • SO is an amplitude of the top of the Gaussian envelope;
  • a is a coefficient which determines the width of the Gaussian pulse at half height, that is to say the more or less large spread of the pulse; this width at half height is equal to
  • variable may be selected equal to approximately 5.10 "9, t being expressed in seconds.
  • the time-frequency diagram is plotted using a time-frequency analyzer connected to the input E1 of the network by a T-junction.
  • Such analyzers are known, they operate by sampling and digitizing the signals they receive. , and calculation on the samples, in particular Fourier transform calculations making it possible to determine the frequency components contained in a signal of short duration. Digital time-frequency algorithms can also be used to perform this analysis.
  • the same time-frequency analyzer connected to the input E1 also makes it possible to draw a time-frequency diagram of the signals reflected towards the input E1.
  • FIG. 6 represents, with a double representation of time amplitude on the one hand and time-frequency on the other hand, a reflectogram resulting from the application of a voltage pulse of Gaussian amplitude, modulated by the frequencies F2 and F3 in a cable equipped according to the invention with reject filters FR2 and FR3; the assembly is in accordance with the diagram of FIG. 3; the cable lengths are as follows: about 3 meters for L1, 3m for L3, 6m for L2.
  • the transmitted pulse is not represented on this reflectogram because of the scales used for both amplitude V and time T; only the reflections are represented.
  • the origin of time is arbitrary in this drawing.
  • the time / frequency reflectectogram (at the bottom of the figure), more explicit than the amplitude / time reflectogram (at the top), reveals several spots centered on a respective time and frequency.
  • the leftmost spots centered respectively on the frequencies F2 and F3, correspond to the reflection of the Gaussian pulse on the junction A.
  • There is one spot for each frequency and the propagation times for the two frequencies are identical, so that the spots are centered on the same instant which is the peak of a Gaussian signal modulated by the two frequencies.
  • the next spot to the right is centered on the frequency F2; it does not come from a reflection in the section T2 which does not allow the passage of this frequency; it corresponds to the reflection at the end S3 of the section T3 (which is the shortest).
  • the next spot to the right is centered on the frequency F3; it can not correspond to a reflection in the section T3 that does not let this frequency pass; it corresponds to a reflection at the end S2 of the other section T2.
  • the last spot on the right corresponds, since it is centered on the frequency F2, to a multiple reflection in the section T3 (two round trip between the junction A and the end S3).
  • a double spot one centered on F2 and the other on F3 may appear between the position of the spot representing the input pulse (not visible in FIG. 6) and the spot representing the junction A.
  • the temporal position of this task makes it possible to deduce the physical position of the defect, knowing the speed of propagation of the signals in the cable.
  • the sign of the amplitudes makes it possible to know if the defect is of type open circuit (signal of the same sign as the emitted pulse) or of type short circuit (negative signal).
  • a spot at the frequency F3 appears between the spot corresponding to the junction A and that corresponding to the known theoretical length L2 of the section.
  • a stain at the frequency F2 appears between the position of the junction A and the position of the output S3 of the section T3.
  • the time-frequency representation that can give a frequency analysis apparatus therefore provides a very convenient representation of possible cable faults.
  • the position can be determined. a fault along the cable by distinguishing the different sections.
  • FIG. 7 represents another reflectogram which would be obtained if the section T3 was longer than the section T2, and FIG. 8 a reflectogram corresponding to sections of the same length.
  • N rejecting filters one at the entry of each section
  • N-1 rejecting filters one at the entry of each section except for the N I ⁇ m ⁇ section . Therefore, in general, the method will use at least N-1 rejector filters and possibly an N I ⁇ m ⁇ rejection filter.
  • FIG. 9 represents a configuration with 4 sections starting from the same junction A, thus requiring four test frequencies F1, F2, F3, F4.
  • FIG. 10 represents the schematic diagram of each of the four filters: the filter FR1 rejects a frequency band centered on F1, the filter FR2 rejects a band centered on F2, the filter FR3 rejects a band centered on F3.
  • the filter corresponding to the highest test frequency that is the FR4 filter in this case, corresponding to the frequency F4, may be a low-pass filter rather than a notch filter, cutting the frequency F4 and higher frequencies and passing frequencies F1, F2 and F3. If there is no FR4 filter in this four-section structure, it is the filter FR3 which can be a low-pass filter, allowing frequencies F1 and F2 to pass and cutting the frequency F3.
  • the band of useful frequencies in operation represented by a frequency Fu in the diagram of FIG. 10, is hypothetically lower than all the frequencies used in the modulation of the signal of test; it is not attenuated by any of the filters because it is lower than all the frequency bands cut by the filters.
  • FIG. 11 shows another cable network configuration, with several successive junctions A, B, C with two leads each, in total 3 junctions and four leads:
  • Tc2 Tc3 for the junction C located at the end of the section Tb2.
  • This configuration can be tested by the same method, and requires four test frequencies F1 to F4 and four filters (or at least three) whose templates meet the same requirements as before. The number of frequencies required for the test is deduced from the configuration, so that there are not two notch filters in series. The first two junctions can only be followed by one filter each, the last junction can have one or two filters.
  • test pulse was a single pulse simultaneously modulated by several carrier frequencies.
  • Gaussian test pulse generator could also provide a plurality of successive pulses each modulated by a respective frequency. Several reflectograms are then produced and they must be superimposed to deduce the presence, the position and the nature of the defect. This solution is less advantageous.

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif d'analyse de câbles électriques en réseau, pour la détection et la localisation de défauts dans les réseaux comportant au moins une jonction d'où partent N tronçons secondaires de câbles. Le procédé consiste à: - interposer dans le réseau, en série à l'entrée de chacun des tronçons secondaires (T2, T3) partant de la jonction (A), un filtre passif bidirectionnel respectif (FR2, FR3) apte à couper une bande de fréquences respective associée à ce tronçon, les filtres laissant tous passer les fréquences utiles au fonctionnement normal du réseau, - appliquer à l'entrée du réseau un signal de test impulsionnel modulé par N fréquences porteuses différentes situées chacune dans une des N bandes de fréquence des filtres, - détecter la position temporelle de pics de signal de test réfléchis pour chacune des N fréquences, et en déduire la position de défauts éventuels sur un tronçon de câble du réseau.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D'ANALYSE DE RESEAUX DE CABLES ELECTRIQUES
L'invention concerne un procédé et un dispositif d'analyse de câbles électriques en réseau, pour la détection et la localisation de défauts dans les câbles de ce réseau.
Les câbles électriques concernés peuvent être des câbles de transmission d'énergie ou des câbles de communication, dans des installations fixes (réseau de distribution, réseau de communication intérieur ou extérieur) ou mobiles (réseau d'énergie ou de communication dans un avion, un bateau, une automobile, etc.). Les câbles concernés peuvent être quelconques : coaxiaux ou bifilaires, en lignes parallèles ou en paires torsadées, blindés ou non, etc., pourvu que la vitesse de propagation des signaux dans ces câbles puisse être connue. Ces réseaux peuvent être organisés selon différentes topologies connues : en bus, arbre, maillé, en anneau, étoile, linéaire, ou mixtes de ces différentes topologies.
Les défauts concernés sont des défauts pouvant affecter le fonctionnement électrique des circuits dont les câbles font partie et pouvant avoir des conséquences parfois très critiques (pannes de systèmes électriques dans un avion par exemple), ou même des défauts pouvant directement engendrer des débuts d'incendie (court-circuits, arcs électriques en milieu sec ou en présence d'humidité, etc.). Il est important de pouvoir détecter ces défauts pour y remédier à temps.
On comprend que le problème de la détection des défauts est d'autant plus important que les réseaux de câbles électriques sont plus longs et plus complexes ou qu'ils sont plus difficiles d'accès (câbles enterrés par exemple). C'est pourquoi on a imaginé des systèmes de détection et de localisation à distance, fonctionnant à partir d'une extrémité du câble. Les méthodes utilisées sont des méthodes dites de réflectométrie, dans lesquelles un signal injecté à une extrémité d'un câble se propage dans ce câble et une partie de l'amplitude du signal est réfléchie à l'endroit du défaut, en raison de la discontinuité d'impédance que le signal rencontre à cet endroit. Si la vitesse de propagation des signaux dans le câble (liée à son impédance caractéristique) est connue, la mesure de la durée qui sépare l'onde émise de l'onde réfléchie donne une indication de la distance entre l'extrémité du câble et le défaut. Dans les méthodes de réflectométrie temporelle (TDR pour "Tïme- Domain Reflectometry"), on injecte une onde électromagnétique dans le câble sous la forme d'une impulsion de tension, d'un échelon de tension, ou autre. L'onde réfléchie à l'endroit de la discontinuité d'impédance est détectée à l'endroit de l'injection et on mesure l'écart temporel entre les fronts émis et reçus. La position du défaut est déterminée à partir de cet écart, et l'amplitude et la polarité de l'impulsion réfléchie donnent une indication du type de défaut (circuit ouvert, court-circuit, défaut résistif, ou autre). II existe aussi des méthodes de réflectométrie dans le domaine fréquentiel (FDR pour "Frequency Domain Reflectometry"), qui consistent à injecter à l'entrée du câble une sinusoïde wobulée en fréquence en continu ou par échelons et à mesurer l'écart de fréquence ou de phase entre l'onde émise et l'onde réfléchie. La demande de brevet publiée WO 02/068968 décrit une méthode de réflectométrie dans le domaine fréquentiel. Dans une variante appelée SWR pour "Standing Wave Reflectometry", on détecte les nœuds et ventres d'une onde stationnaire engendrée par la combinaison d'une onde incidente et de sa réflexion.
Les méthodes de réflectométrie dans le domaine fréquentiel sont efficaces pour analyser un câble simple. Elles sont difficilement utilisables lorsque le câble comporte des dérivations. Les méthodes de réflectométrie dans le domaine temporel peuvent être utilisées même avec des dérivations mais l'analyse des signaux réfléchis est difficile en raison de la présence de réflexions multiples. On a également proposé, dans la demande de brevet publiée WO
2004/005947, une méthode à la fois temporelle et fréquentielle consistant à injecter un signal wobulé linéairement avec une enveloppe d'amplitude gaussienne.
On a aussi proposé des méthodes de réflectométrie à étalement de spectre, dans l'article "Spread Spectrum Sensors for Critical Fault Location on Live Wire Networks" par Cynthia Furse et autres, dans Journal of Structural Control and Health Monitoring, Volume 12, Issue 3-4, 2005. On transmet un signal sous forme d'un code pseudo-aléatoire de bas niveau sur un réseau, même lorsqu'il est en service ; ce signal et son écho réfléchi par le défaut éventuel sont corrélés avec des décalages temporels variables pour établir une courbe de corrélation en fonction du temps. Cette courbe présente des pics de corrélation à des décalages temporels liés à la position des défauts et des jonctions et/ou dérivations du réseau. Ce système est particulièrement adapté à la détection de défauts intermittents car il peut fonctionner même alors que le réseau est utilisé ; or, les défauts intermittents peuvent très bien ne se produire que lorsque le réseau est en service et disparaître lorsqu'il ne l'est plus (par exemple un défaut qui se produirait pendant qu'un avion vole mais qui disparaîtrait au sol). Cette méthode peut être utilisée pour des câbles comportant des dérivations, mais elle conserve des ambiguïtés : on ne sait pas dire sur quelle branche se situe un défaut détecté.
Enfin, une méthode similaire mais utilisant tout simplement les signaux ou le bruit naturel circulant dans le câble, et non pas un code pseudo-aléatoire injecté à l'entrée du câble, a été proposée dans l'article de Chet Lo et Cynthia Furse "Noise-Domain Reflectometry for Locating Wiring Faults" publié dans IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol 47 N °1 Février 2005. Des pics de forte corrélation sont détectés dans un processus de corrélation du signal avec lui-même. Cette méthode souffre du même défaut que la précédente, c'est-à-dire qu'elle ne permet pas facilement de lever les ambiguïtés de position lorsqu'il y a plusieurs branches.
L'invention a pour but de lever ces ambiguïtés, notamment dans les câbles présentant une structure en T (également appelée structure en Y), c'est-à-dire comportant au moins une dérivation.
Pour y parvenir, l'invention propose un procédé de test d'un réseau de câbles comportant au moins une jonction d'où partent N tronçons secondaires (N supérieur ou égal à 2), le procédé consistant à:
- interposer dans le réseau, en série à l'entrée de chacun de N-1 tronçons secondaires partant de la jonction, un filtre passif bidirectionnel apte à couper une bande de fréquences associée à ce tronçon, les filtres laissant tous passer les fréquences utiles au fonctionnement normal du réseau,
- appliquer à l'entrée du réseau un signal de test impulsionnel modulé simultanément ou successivement par N-1 fréquences porteuses différentes situées chacune dans une des N-1 bandes de fréquences des filtres placés à l'entrée des tronçons, le signal de test étant également modulé par une NIΘmΘ fréquence située hors des bandes des N-1 filtres,
- détecter la position temporelle de pics de signal issus de la réflexion du signal de test, pour chacune des N fréquences, - et en déduire la position de défauts éventuels sur un tronçon de câble du réseau.
L'amplitude de la modulation du signal de test impulsionnel appliqué à l'entrée est de préférence de forme gaussienne.
La modulation de fréquence par les N fréquences du signal de test est de préférence simultanée, l'impulsion contenant les N fréquences porteuses, mais on imagine aussi une solution dans laquelle plusieurs impulsions successives sont émises, chacune modulée par une fréquence respective. Cette dernière solution est cependant moins avantageuse car elle engendre plusieurs diagrammes de réponse distincts qu'il faut rapprocher ensuite les uns des autres.
La détection de position de défauts est faite de préférence par l'intermédiaire d'une analyse temps-fréquence fournissant un diagramme temps-fréquence des signaux réfléchis vers l'entrée du câble ; la position temporelle des centres de tache d'une série de taches de réflexion correspondant à des fréquences différentes dans le diagramme temps- fréquence représente alors des informations sur la position d'un défaut et le tronçon dans lequel il se situe.
Avec ce procédé, il est possible d'extraire une information non ambiguë sur la position d'un défaut dans un câble en réseau ayant une ou plusieurs dérivations. La localisation d'un défaut sur un tronçon est en effet effectuée à partir d'un signal réfléchi qui ne contient pas, à un instant donné, la fréquence caractéristique liée à ce tronçon ; ce défaut peut ainsi être distingué des défauts présents sur un autre tronçon et des extrémités de ces autres tronçons. La présence des filtres réduit le nombre de réflexions multiples qui tendent, dans l'art antérieur, à rendre difficilement exploitables les réflectogrammes engendrés.
En pratique, on peut prévoir
- soit qu'un des tronçons secondaires raccordés à la jonction ne comporte pas de filtre et par conséquent qu'il y a au total N-1 filtres associés à N-1 dérivations et N fréquences appliquées à l'entrée du réseau,
- soit que tous les tronçons secondaires comportent un filtre, auquel cas il y a N filtres associés aux N dérivations et N fréquences appliquées à l'entrée du réseau.
Selon l'invention, on propose également un dispositif d'analyse d'un réseau de câbles électriques comportant au moins une jonction d'où partent N tronçons secondaires (N supérieur ou égal à 2), le dispositif comportant, - en série à l'entrée de chacun de N-1 tronçons secondaires partant de la jonction, un filtre passif bidirectionnel apte à couper une bande de fréquences associée à ce tronçon, les filtres laissant tous passer les fréquences utiles au fonctionnement normal du réseau,
- un générateur de signal de test de courte durée modulé simultanément ou successivement par N-1 fréquences porteuses différentes situées chacune dans une des N-1 bandes de fréquence des filtres placés à l'entrée des tronçons, le signal de test étant également modulé par une NIΘmΘ fréquence située hors des bandes de réjection des N-1 filtres, - et un dispositif de détection de la position temporelle de pics de signal issus de la réflexion du signal de test, pour chacune des N fréquences.
Les filtres passifs bidirectionnels laissent passer le signal en le filtrant aussi bien dans le sens aller de l'impulsion émise que dans le sens retour d'une impulsion réfléchie. Ce sont de préférence des filtres réciproques, ayant la même fonction de transfert dans les deux sens.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente un réseau de câbles à dérivation que l'on souhaite analyser ;
- la figure 2 représente un réflectogramme engendré par des moyens de test classiques appliqués au réseau de la figure 1 ; - la figure 3 représente le dispositif d'analyse selon l'invention ; - la figure 4 représente une forme d'onde préférée pour le signal de test impulsionnel appliqué à l'entrée ;
- la figure 5 représente un diagramme qui est le résultat d'une analyse temps-fréquence de l'impulsion émise ; - la figure 6 représente un diagramme temps-fréquence des signaux réfléchis par le câble dans la configuration de la figure 3 ;
- la figure 7 représente un diagramme similaire dans le cas où le tronçon T3 du câble est plus long que le tronçon T2 ;
- la figure 8 représente un diagramme dans le cas où les tronçons sont identiques ;
- la figure 9 représente une autre configuration de réseau de câble testable en utilisant la présente invention (1 jonction et 4 dérivations);
- la figure 10 représente un exemple de gabarits de filtres utilisables dans le test d'un réseau à plusieurs branches nécessitant quatre filtres, comme par exemple le réseau de la figure 9 ou le réseau de la figure
1 1 ;
- la figure 1 1 représente encore une autre configuration de réseau de câbles avec des jonctions en série (3 jonctions et 4 dérivations).
Sur la figure 1 , on a représenté schématiquement un réseau à une jonction et deux dérivations, ayant trois tronçons T1 , T2 et T3. Les tronçons T2 et T3 ont une extrémité d'entrée raccordée à un point de jonction A situé à une extrémité de sortie du tronçon T1 . Ainsi, si on suit le réseau en partant d'une extrémité d'entrée E1 de celui-ci, on rencontre successivement une longueur de câble L1 du tronçon T1 , puis une jonction en A, et, selon qu'on suit le tronçon T2 ou le tronçon T3, respectivement une longueur de câble L2 du tronçon T2 jusqu'à son extrémité de sortie S2, ou une longueur de câble L3 du tronçon T3 jusqu'à son extrémité de sortie S3.
Il s'agit là d'un exemple simple de réseau en T (ou Y). Les tronçons considérés et représentés par un trait peuvent être constitués par un fil conducteur gainé ou une paire de fils gainés ou un câble coaxial. Ce réseau peut servir indifféremment à transporter de l'énergie ou des signaux de communication de l'entrée E1 vers les sorties S2 et S3, ou dans le sens contraire depuis une sortie S2 ou S3 vers l'autre ou vers l'entrée E1 . C'est pourquoi les notions d'entrée et sortie ne sont utilisées ici que pour l'application de réflectométrie et pour fixer le sens d'émission de signaux de mesure qu'on utilisera pour la détection des défauts : l'entrée E1 sera ici par hypothèse celle sur laquelle on applique les signaux de test du réseau. Les sorties des tronçons T2 et T3 peuvent être en circuit ouvert ou en court- circuit ou adaptées à l'impédance du réseau (si elles sont adaptées elles n'engendrent pas de réflexion) ; dans cet exemple on a supposé que les sorties S2 et S3 sont en circuit ouvert (CO), ce qui permettra d'observer des signaux réfléchis aux extrémités pour mieux faire comprendre les principes de l'invention. Ces circuits ouverts peuvent aussi représenter des défauts à détecter et localiser, par exemple des connecteurs débranchés.
Dans les méthodes classiques de détection de défauts, on appliquerait typiquement une impulsion de test à partir de l'entrée E1 , et on recueillerait sur cette même entrée un motif de signaux appelé "réflectogramme" ; le réflectogramme est le tracé d'une courbe représentant révolution d'une amplitude de tension relevée à l'entrée E1 au cours du temps.
La figure 2 représente un tel réflectogramme pour le câble de la figure 1 , avec le temps en abscisse et une amplitude de tension en ordonnée. Le test est fait pour un câble sans défaut ayant une longueur de 10 mètres pour le premier tronçon L1 , et des longueurs de 1 m80 et 1 m environ pour les tronçons L2 et L3. L'impulsion d'entrée, à gauche sur le diagramme, est une impulsion positive de courte durée par rapport aux durées de propagation dans les câbles afin que les impulsions réfléchies ne se mélangent pas avec l'impulsion émise. Les impulsions réfléchies sont d'abord une impulsion de réflexion négative à la jonction ; la jonction crée une désadaptation d'impédance dans laquelle l'impédance vue est plus faible que l'impédance caractéristique du câble, d'où l'amplitude négative du signal réfléchi. Puis on trouve une impulsion positive réfléchie par l'extrémité en circuit ouvert (impédance élevée) du tronçon T2, puis une impulsion qui semble issue d'un trajet aller-retour entre la jonction A et l'extrémité S2 du deuxième tronçon. Puis se produit une impulsion due à la réflexion à l'extrémité S3 du troisième tronçon. Ensuite, les impulsions issues d'autres réflexions multiples ou combinées apparaissent, par exemple une impulsion résultant de la réflexion, à l'extrémité du tronçon T2, d'une impulsion déjà réfléchie par l'extrémité du troisième tronçon. Les premières impulsions sont les plus significatives, les autres sont plus difficiles à exploiter.
Si un défaut est présent dans l'un des tronçons, il peut avoir pour effet de déplacer certaines des impulsions ou tout simplement de rajouter des impulsions au diagramme de la figure 2. Il n'est donc pas facile d'interpréter l'existence d'un défaut et de trouver la localisation du défaut à partir d'un tel réflectogramme.
La figure 3 représente le principe du dispositif d'analyse de défauts selon l'invention, appliqué à un câble en T du même genre que celui qui est représenté à la figure 1 ; le câble comprend ici deux fils parallèles, torsadés ou coaxiaux et les deux fils sont représentés par des traits parallèles. Les paramètres du câble (impédance caractéristique, vitesse de propagation) sont supposés identiques pour tous les tronçons ; seules les longueurs diffèrent. Dans l'exemple représenté à la figure 3, le tronçon T2 est plus grand que le tronçon T3. Les longueurs peuvent être respectivement L1 =10 mètres environ, L2=1 ,80 m environ, L3=1 m environ.
On applique à l'entrée E1 un signal de test sous forme d'une impulsion de courte durée. Par courte durée, on entend courte par rapport au temps mis par l'impulsion pour se propager et se réfléchir à l'endroit d'un défaut situé à une distance où on veut pouvoir détecter ce défaut. A titre d'exemple, si on veut détecter un défaut situé à 1 mètre de l'entrée alors que la vitesse de propagation des signaux dans un câble est de l'ordre de 200 000 km/s, on comprendra que l'impulsion doit avoir une durée qui n'excède pas quelques dizaines de nanosecondes, afin que l'impulsion réfléchie ne se mélange pas dans le temps avec l'impulsion émise.
L'impulsion est modulée en fréquence et son amplitude globale est définie par une enveloppe de niveau d'amplitude non nulle pendant cette courte durée ; cette amplitude est modulée simultanément par deux fréquences porteuses F2 et F3 situées largement au-dessus de la bande de fréquence des signaux que le câble est supposé transmettre en fonctionnement. Pour un câble de transport d'énergie à basse fréquence, cela ne pose pas de problème. Pour un câble de communications numérique devant transmettre par exemple 100 mégabits par secondes, les fréquences F2 et F3 devront être largement supérieures à 100 mégahertz. Elles peuvent être par exemple de 500 et 1000 MHz respectivement. Les contraintes sont les suivantes : les fréquences F2 et F3 ne doivent pas être trop élevées pour que les impulsions ne soient pas exagérément atténuées dans leur propagation, l'atténuation dans les câbles augmentant pour les fréquences élevées. Elles doivent être suffisamment séparées l'une de l'autre pour qu'on puisse réaliser facilement des filtres réjecteurs distincts qui rejettent l'une des fréquences en laissant passer l'autre.
La forme de l'enveloppe de tension du signal de test de courte durée est de préférence une forme gaussienne car c'est ce type de forme qui permet d'avoir un spectre de signal le plus concentré autour des fréquences de modulation F2 et F3 ; c'est aussi ce type de forme qui permet au signal impulsionnel de subir le moins de distorsions de spectre lors de sa propagation et de ses réflexions. On pourrait cependant utiliser d'autres formes d'enveloppe du signal de test ; les formes d'enveloppe trop carrées sont cependant moins avantageuses du fait qu'elles présentent un spectre moins concentré autour des fréquences de modulation.
Après la jonction A, on place à l'entrée du tronçon T2 un filtre réjecteur (filtre coupe-bande) FR2 qui atténue fortement les fréquences dans une bande qui contient la fréquence F2 (par exemple une bande centrée sur la fréquence F2) mais qui n'atténue pas ou pratiquement pas la fréquence F3 ni les fréquences situées dans la bande passante utile des signaux qui doivent être transportées par le câble en fonctionnement.
De même, on place à l'entrée du tronçon T3 un filtre réjecteur FR3 qui atténue fortement les fréquences dans une bande qui contient la fréquence F3 (par exemple une bande centrée sur la fréquence F3) mais qui n'atténue pas ou pratiquement pas la fréquence F2 ni les fréquences situées dans la bande passante utile des signaux qui doivent être transportées par le câble en fonctionnement.
Le filtre FR2 est en série dans le tronçon T2 et le filtre FR3 est en série dans le tronçon T3. Les filtres sont bidirectionnels de sorte qu'ils agissent aussi bien pour les signaux parcourant le tronçon T2 ou T3 de l'entrée vers la sortie que pour les signaux parcourant le tronçon dans le sens inverse. Ce sont des filtres passifs à base d'inductances et de capacités, éventuellement de résistances. Leur atténuation est de préférence la plus faible possible, surtout dans la bande de fréquence utile des signaux qui doivent être transportés en fonctionnement normal. Les filtres sont de préférence réciproques c'est-à-dire que leur fonction de transfert est de préférence identique dans les deux sens.
L'impulsion modulée par les fréquences F2 et F3 se propage dans le tronçon T1 ; elle est partiellement réfléchie à la jonction A du fait de la discontinuité d'impédance présentée à cet endroit ; elle est partiellement transmise par le tronçon T2 sauf en ce qui concerne la bande de fréquences autour de F2 qui est rejetée par le filtre FR2 ; la partie qui passe (et notamment la modulation à la fréquence F3) est réfléchie à l'extrémité du tronçon T2. Inversement, la partie non réfléchie à la jonction A passe dans le tronçon T3 sauf en ce qui concerne la bande de fréquences autour de F3 qui est rejetée par le filtre FR3 ; la modulation à la fréquence F2 passe et est réfléchie à l'extrémité du tronçon T3.
La figure 4 représente la forme d'onde préférée (gaussienne modulée en fréquence par les fréquences F2 et F3) de l'impulsion de test émise ; le temps T est en abscisse, en secondes ; l'amplitude instantanée V est en ordonnée, en unités arbitraires. La durée de l'impulsion dans cet exemple est d'environ 30 nanosecondes (largeur à mi-hauteur de la gaussienne : environ 12 nanosecondes). On distingue la modulation par deux fréquences superposées, dont l'une est, dans cet exemple, double de l'autre (typiquement 500 et 1000 MHz) ; on distingue aussi l'enveloppe gaussienne de l'amplitude du signal. Cette impulsion est appliquée à l'entrée E1 (figure 3) par un générateur de signal de test non représenté.
La figure 5 représente le même signal de test, mais selon une autre représentation comportant trois diagrammes associés ; les diagrammes représentent l'impulsion émise, respectivement dans un domaine temporel (rectangle supérieur de la figure 5), dans un domaine spectral (rectangle gauche de la figure) et dans un domaine temps-fréquence (rectangle le plus grand entre le rectangle supérieur et le rectangle de gauche).
La représentation dans le domaine temporel n'est qu'une réduction de la représentation de la figure 4 : temps T en abscisse horizontale vers la droite, amplitude de tension V en ordonnée verticale vers le haut.
La représentation dans le domaine spectral (fréquence F en abscisse verticale vers le haut, densité d'énergie E en ordonnée horizontale vers la gauche) montre deux pics centrés autour des fréquences de modulation F2 et F3 de l'impulsion.
La représentation dans le domaine temps-fréquence (temps T en abscisse horizontale vers la droite, fréquence F en ordonnée verticale vers le haut) montre deux taches concentrées correspondant à deux spectres étroits l'un centré sur la fréquence F2, l'autre sur la fréquence F3 ; les centres des taches ont pour abscisse l'instant correspondant au sommet du pic de l'enveloppe gaussienne de l'impulsion et pour ordonnées les fréquences F2 et F3 respectivement. Pour terminer cette description du signal de test, on peut indiquer que l'amplitude instantanée de l'impulsion est de la forme
S(t) = S0e (1/2)[(t/a)puιss2].[cos(2π.F2.t)+cos(2π.F3.t)]
S(t) est l'amplitude en fonction du temps t ; SO est une amplitude du sommet de l'enveloppe gaussienne ; a est un coefficient qui détermine la largeur de l'impulsion gaussienne à mi-hauteur, c'est-à-dire l'étalement plus ou moins grand de l'impulsion ; cette largeur à mi-hauteur est égale à
2a.(2log2)(1/2) ; (t/a)puiss2 représente l'élévation au carré (t/a)2 du rapport t/a.
Typiquement, pour une impulsion de l'ordre de 30 nanosecondes, la variable a peut être choisie égale à environ 5.10"9, t étant exprimé en secondes.
Le diagramme temps-fréquence est tracé à l'aide d'un analyseur temps-fréquence connecté à l'entrée E1 du réseau par une jonction en T. De tels analyseurs sont connus, ils fonctionnent par échantillonnage et numérisation des signaux qu'ils reçoivent, et calcul sur les échantillons, notamment des calculs par transformée de Fourier permettant de déterminer les composantes de fréquence contenues dans un signal de courte durée. On peut aussi utiliser des algorithmes numériques temps-fréquence pour effectuer cette analyse.
Le même analyseur temps-fréquence connecté à l'entrée E1 permet aussi de tracer un diagramme temps-fréquence des signaux réfléchis vers l'entrée E1.
La figure 6 représente, avec une double représentation amplitude temps d'une part et temps-fréquence d'autre part, un réflectogramme résultant de l'application d'une impulsion de tension d'amplitude gaussienne, modulée par les fréquences F2 et F3 dans un câble équipé selon l'invention avec des filtres réjecteurs FR2 et FR3 ; le montage est conforme au schéma de la figure 3 ; les longueurs de câble sont les suivantes : environ 3 mètres pour L1 , 3m pour L3, 6m pour L2. L'impulsion émise n'est pas représentée sur ce réflectogramme en raison des échelles utilisées aussi bien pour l'amplitude V que pour le temps T ; seules les réflexions sont représentées. L'origine des temps est arbitraire sur ce dessin.
Le réflectogramme temps/fréquence (en bas de la figure), plus explicite que le réflectogramme amplitude/temps (en haut) fait apparaître plusieurs taches centrées sur un temps et une fréquence respectifs. Les taches les plus à gauche, centrées respectivement sur les fréquences F2 et F3, correspondent à la réflexion de l'impulsion gaussienne sur la jonction A. Il y a une tache pour chaque fréquence et les durées de propagation pour les deux fréquences sont identiques, de sorte que les taches sont centrées sur le même instant qui est le pic d'un signal gaussien modulé par les deux fréquences. La tache suivante vers la droite est centrée sur la fréquence F2 ; elle ne provient pas d'une réflexion dans le tronçon T2 qui n'autorise pas le passage de cette fréquence ; elle correspond à la réflexion à l'extrémité S3 du tronçon T3 (qui est le plus court). La tache suivante vers la droite est centrée sur la fréquence F3 ; elle ne peut pas correspondre à une réflexion dans le tronçon T3 qui ne laisse pas passer cette fréquence ; elle correspond à une réflexion à l'extrémité S2 de l'autre tronçon T2. La dernière tache à droite correspond, puisqu'elle est centrée sur la fréquence F2, à une réflexion multiple dans le tronçon T3 (deux aller-retour entre la jonction A et l'extrémité S3). En cas de défaut dans le tronçon T1 , une double tache (l'une centrée sur F2 et l'autre sur F3) peut apparaître entre la position de la tache représentant l'impulsion d'entrée (non visible sur la figure 6) et la tache représentant la jonction A. La position temporelle de cette tache permet de déduire la position physique du défaut, connaissant la vitesse de propagation des signaux dans le câble. Le signe des amplitudes permet de savoir si le défaut est de type circuit ouvert (signal de même signe que l'impulsion émise) ou de type court-circuit (signal négatif). En cas de défaut dans le tronçon T2, une tache à la fréquence F3 apparaît entre la tache correspondant à la jonction A et celle qui correspond à la longueur théorique L2 connue du tronçon. Enfin, en cas de défaut dans le tronçon T3, une tache à la fréquence F2 apparaît entre la position de la jonction A et la position de la sortie S3 du tronçon T3. La présence des filtres réjecteurs permet, sans ambiguité, de savoir sur quel tronçon se situe le défaut, si on connaît la topologie de principe du réseau en l'absence de défaut. On comprendra que pour une meilleure détection et analyse des défauts, il est préférable de connaître les longueurs théoriques des tronçons de câble, ce qui permet d'identifier avec certitude les taches de réflexion qui correspondent à des extrémités normales des tronçons pour les distinguer de taches correspondant à des défauts. Si les extrémités S2 et S3 des câbles sont chargées par des impédances adaptées à l'impédance caractéristique du câble il n'y a pas de réflexion (hormis à la jonction) et seuls les défauts engendrent des réflexions dès lors très faciles à identifier en nature et en position.
La représentation temps-fréquence que peut donner un appareil d'analyse de fréquences fournit donc une représentation très commode des défauts éventuels du câble. En lisant à la fois l'instant d'arrivée d'une tache issue d'une réflexion du signal de test et la fréquence correspondant à cette tache, et en tenant compte de la vitesse de propagation dans le câble, on peut déterminer la position d'un défaut le long du câble en distinguant les différents tronçons.
La figure 7 représente un autre réflectogramme qui serait obtenu si le tronçon T3 était plus long que le tronçon T2, et la figure 8 un réflectogramme correspondant à des tronçons de même longueur.
De manière générale, on comprend qu'un défaut situé à une distance donnée de l'entrée donne lieu à un réflectogramme différent selon qu'il est situé sur le deuxième ou le troisième tronçon.
Dans ce qui précède, on a considéré que si le câble possède deux tronçons après la jonction A, on utilise deux filtres réjecteurs FR2 et FR3 centrés autour des fréquences de modulation F2 et F3. Toutefois, on peut envisager d'utiliser un seul filtre, par exemple un filtre FR2 à l'entrée du tronçon T2 mais pas de filtre FR3 à l'entrée du tronçon T3. On peut encore, même dans ce cas, discriminer les défauts sur les deux tronçons : une réflexion sur le tronçon T3 correspondra à deux taches centrées sur le même instant et correspondant aux deux fréquences F2 et F3, alors qu'une réflexion dans le tronçon T2 n'engendrera qu'une tache à la fréquence F3. L'invention peut être utilisée lorsqu'il y a plus de deux tronçons à la sortie de la jonction. S'il y a N tronçons raccordés à la jonction, on utilisera N filtres réjecteurs (un à l'entrée de chaque tronçon) ou bien N-1 filtres réjecteurs seulement (un à l'entrée de chaque tronçon sauf pour le NIΘmΘ tronçon). Par conséquent, d'une manière générale le procédé utilisera au moins N-1 filtres réjecteurs et éventuellement un NIΘmΘ filtre réjecteur.
En supposant qu'il y a un défaut de court-circuit ou circuit ouvert à une position donnée de l'un des tronçons, on verra apparaître à un instant qui correspond à l'aller-retour de signal de l'entrée jusqu'au défaut une série de N taches de réflexion dans le domaine temps-fréquence si le défaut se produit avant la jonction (ou après la jonction mais sur un tronçon sans filtre réjecteur). Mais si le défaut existe, à cette distance, sur un jΘmΘ tronçon pourvu d'un filtre réjecteur pour une fréquence Fj, il n'y aura pas de tache à la fréquence Fj dans la série de taches centrées sur l'instant considéré et c'est ce manque dans une série de taches centrées sur un même instant qui permettra de déterminer que le défaut correspondant à cet instant se situe bien sur le jΘmΘ tronçon.
La figure 9 représente une configuration avec 4 tronçons qui partent d'une même jonction A, nécessitant donc quatre fréquences de test F1 , F2, F3, F4. Il y a quatre filtres réjecteurs FR1 , FR2, FR3, FR4 correspondant à ces quatre tronçons ; l'un de ces filtres pourrait être supprimé comme expliqué à propos d'une jonction à deux dérivations.
La figure 10 représente le gabarit schématisé de chacun des quatre filtres : le filtre FR1 rejette une bande de fréquences centrée sur F1 , le filtre FR2 rejette une bande centrée sur F2, le filtre FR3 rejette une bande centrée sur F3. Le filtre correspondant à la fréquence de test la plus haute, c'est-à-dire le filtre FR4 dans ce cas, correspondant à la fréquence F4, peut être un filtre passe-bas plutôt qu'un filtre coupe-bande, coupant la fréquence F4 et les fréquences supérieures et laissant passer les fréquences F1 , F2 et F3. S'il n'y a pas de filtre FR4 dans cette structure à quatre tronçons, c'est le filtre FR3 qui peut être un filtre passe-bas, laissant passer les fréquences F1 et F2 et coupant la fréquence F3.
La bande de fréquences utile en fonctionnement, représentée par une fréquence Fu sur le schéma de la figure 10, est par hypothèse plus basse que toutes les fréquences utilisées dans la modulation du signal de test ; elle n'est atténuée par aucun des filtres car elle est plus basse que toutes les bandes de fréquence coupées par les filtres.
La figure 1 1 illustre une autre configuration de réseau de câbles, avec plusieurs jonctions successives A, B, C à deux dérivations chacune, au total 3 jonctions et quatre dérivations :
- Ta2, Ta3 pour la jonction A,
- Tb2, Tb3 pour la jonction B située à l'extrémité du tronçon Ta2,
- Tc2, Tc3 pour la jonction C située à l'extrémité du tronçon Tb2. Cette configuration peut être testée par la même méthode, et nécessite quatre fréquences de test F1 à F4 et quatre filtres (ou à la rigueur trois) dont les gabarits répondent aux mêmes impératifs que précédemment. Le nombre de fréquences nécessaires au test se déduit de la configuration, en faisant en sorte qu'il n'y ait pas deux filtres coupe-bande en série. Les deux premières jonctions ne peuvent être suivies que d'un filtre chacune, la dernière jonction peut comporter un ou deux filtres.
Dans ce qui précède, on a considéré que l'impulsion de test était une impulsion unique modulée simultanément par plusieurs fréquences porteuses. Comme indiqué plus haut, le générateur d'impulsion de test gaussienne pourrait aussi fournir plusieurs impulsions successives modulées chacune par une fréquence respective. Plusieurs réflectogrammes sont alors produits et il faut les superposer pour en déduire la présence, la position et la nature du défaut. Cette solution est moins avantageuse.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de test d'un réseau de câbles électriques comportant au moins une jonction d'où partent N tronçons secondaires de câbles (N supérieur ou égal à 2), le procédé consistant à:
- interposer dans le réseau, en série à l'entrée de chacun de N-1 tronçons secondaires (T2, T3) partant de la jonction (A), un filtre passif bidirectionnel apte à couper une bande de fréquences associée à ce tronçon, les filtres laissant tous passer les fréquences utiles au fonctionnement normal du réseau,
- appliquer à l'entrée du réseau un signal de test impulsionnel modulé simultanément ou successivement par N-1 fréquences porteuses différentes situées chacune dans une des N-1 bandes de fréquence des filtres placés à l'entrée des tronçons, le signal de test étant également modulé par une NIΘmΘ fréquence située hors des bandes des N-1 filtres, - détecter la position temporelle de pics de signal issus de la réflexion du signal de test, pour chacune des N fréquences,
- et en déduire la position de défauts éventuels sur un tronçon de câble du réseau.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'un NIΘmΘ filtre réjecteur, rejetant les fréquences autour de la NIΘmΘ fréquence est placé à l'entrée du NlèmΘ tronçon.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal de test est modulé en amplitude par une forme d'onde gaussienne.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un des filtres bidirectionnels est un filtre réciproque.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la détection de position de défauts est faite par l'intermédiaire d'une analyse temps-fréquence fournissant un diagramme temps-fréquence des signaux réfléchis vers l'entrée du réseau, la position temporelle des centres d'une série de taches de réflexion correspondant à des fréquences différentes dans le diagramme temps-fréquence représentant une information sur la position d'un défaut et le tronçon dans lequel il se situe.
6. Dispositif d'analyse d'un réseau de câbles électriques comportant au moins une jonction d'où partent N tronçons secondaires de câbles (N supérieur ou égal à 2), comportant, en série à l'entrée de chacun de N-1 tronçons secondaires (T2, T3) partant de la jonction (A), un filtre passif bidirectionnel apte à couper une bande de fréquences respective associée à ce tronçon, les filtres laissant tous passer les fréquences utiles au fonctionnement normal du réseau, un générateur de signal de test de courte durée modulé simultanément ou successivement par N-1 fréquences porteuses différentes situées chacune dans une des N-1 bandes de fréquence des filtres placés à l'entrée des tronçons, le signal étant également modulé par une NIΘmΘ fréquence située hors des bandes des N-1 filtres, et un dispositif de détection de la position temporelle de pics de signal issus de la réflexion du signal de test, pour chacune des N fréquences.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un analyseur temps-fréquence apte à fournir un diagramme d'analyse temps-fréquence des signaux réfléchis vers l'entrée du réseau, la position temporelle du centre d'une série de taches de réflexion correspondant à des fréquences différentes dans le diagramme temps- fréquence représentant une information sur la position d'un défaut et le tronçon dans lequel il se situe.
8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'au moins un des filtres bidirectionnels est un filtre réciproque.
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