EP2622360A1 - Procede de detection de defauts d'un reseau par reflectrometrie et systeme mettant en oeuvre le procede - Google Patents

Procede de detection de defauts d'un reseau par reflectrometrie et systeme mettant en oeuvre le procede

Info

Publication number
EP2622360A1
EP2622360A1 EP11773037.4A EP11773037A EP2622360A1 EP 2622360 A1 EP2622360 A1 EP 2622360A1 EP 11773037 A EP11773037 A EP 11773037A EP 2622360 A1 EP2622360 A1 EP 2622360A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
network
response
mem
acur
standard
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11773037.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Adrien Lelong
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
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP2622360A1 publication Critical patent/EP2622360A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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 present invention relates to a method for detecting faults in a network by reflectometry and a system implementing the method. It applies in particular to the fields of OTDR in electronics and optoelectronics. Cables are ubiquitous in all electrical systems, for powering or transmitting information. These cables are subject to the same constraints as the systems they connect and may be subject to failures. It is therefore necessary to be able to test their status and provide information on the detection of defects, but also their location and type, to help with maintenance and prevention. For this, so-called reflectometry methods are implemented. These can also be used to detect faults in an optical fiber network.
  • OTDR OTDR
  • the OTDR methods use a principle similar to that of the radar: an electrical signal, the test signal, often of high frequency or wide band, is injected in one or more places of the cable to be tested. Said signal propagates in the cable or network and returns a portion of its energy when it encounters an electrical discontinuity.
  • An electrical discontinuity may result, for example, from a connection, the end of the cable or a fault.
  • the analysis of the signals returned to the injection point makes it possible to deduce information on the presence and the location of these discontinuities, thus possible defects.
  • An analysis in the time domain is usually performed.
  • TDR Time Domain Reflectometry
  • STDR Time Domain Reflectometry
  • SSTDR Time Domain Reflectometry
  • MCTDR MultiCarrier TDR
  • the test signal depends on the OTDR method used.
  • the signal resulting from the reflectometry is called reflectogram and consists of a plurality of peaks corresponding to the singularities of the network. There may be several peaks by singularity, some corresponding to multiple reflections.
  • the objective is then to determine which peak corresponds to a fault and then isolate it correctly in order to precisely locate said fault.
  • Frequency methods can also be used in the context of OTDR. However, when the duration of the measurement is an important criterion, temporal methods are preferable.
  • an x-type notation designates a vector, i.e. a set of values organized in a matrix comprising a single column.
  • An object of the invention is in particular to overcome the aforementioned drawbacks.
  • the subject of the invention is a method for detecting defects of a network by reflectometry comprising a step of measuring the response CMr of the network, a step of detecting defects by analyzing the difference h Acur between this measurement. h ⁇ r and a reference response h mem .
  • the reference h mem response is updated using measurements h oer stored in the network response.
  • a network fault is detected by determining whether the standard of the difference signal h Acur is less than a predefined threshold T.
  • the standard of the difference signal h Acur is of standard type L1 or L2 standard or L ⁇ standard.
  • the reference response h mem is updated when no fault is detected.
  • the invention provides that the reference response h mem is updated when a change of state of the network of a duration greater than a predefined value is detected.
  • the reference h mem response can be updated using the following expression: ⁇ ) & where
  • the exponent (k) designates the current measurement instant and the exponent (k-1) the instant preceding the instant (k);
  • a represents the forgetting factor of the low-pass filter.
  • the threshold T is set, for example, using the following expression:
  • N is the number of samples of the signal
  • c 2 is the average variance of the noise
  • ⁇ is a margin factor
  • the invention advantageously provides that when a fault is detected, the difference signal h Acur is deconvolved, the result of the deconvolution being used to locate and characterize the defects.
  • the method comprises a step of detecting multiple occurrences belonging to the same defect, an average of the difference signals h Acur being determined when several values of h Acur obtained successively correspond to the same defect, said mean being stored for use in locating and characterizing said defect.
  • Two difference signals A : and A 2 are considered to belong to the same defect when, for example, an estimator J Lx is less than a predefined threshold T J ⁇ the estimator being determined using the following expression:
  • the invention also relates to a reflectometry system comprising means for measuring the response of a network, means for comparing this measured response with a reference response, means for detecting and locating faults appearing in the network.
  • the system implements the method described above.
  • FIG. 1 illustrates the principle of a time domain reflectometry system for the diagnosis of in-line cables
  • FIG. 2 gives an example of a simplified diagram of the three main stages of a wired network diagnostic method by reflectometry
  • FIGS. 3A and 3B give examples of reflectograms obtained for an example of a network with and without defects
  • FIG. 4 gives a first example of implementation of the differential detection method according to the invention
  • FIG. 5 gives a second example of implementation of the differential detection method according to the invention.
  • FIG. 6 gives an example of a reflectogram obtained after application of the method according to the invention.
  • Figure 1 illustrates the principle of a time domain reflectometry system for the diagnosis of in-line cables.
  • the reflectometric analysis is performed online when it is performed on a system while it is running.
  • the system comprises a test signal generator 100.
  • the test signal is usually generated in digital form and then introduced into the test cable network 102 after being converted to an analog signal x (t) using a digital-to-analog converter CNA 101.
  • the analog signal y (t) resulting in particular from the reflection of x (t) by the network 102 is then converted into a digital signal by a CAN-to-digital converter 103.
  • the converters 101, 103 are connected to the cable network 102 via for example, a coupling system with or without galvanic isolation.
  • An electrical response measurement is generally affected by a not inconsiderable noise adding to the useful signal.
  • an averaging operation 105 is applied after the analog-to-digital conversion to improve the signal-to-noise ratio. For example, M measures of electrical signals are realized then their results are accumulated in an average vector noted y.
  • the time T mes required to perform a complete measurement can be determined using the following expression:
  • T s represents the sampling period of the test signal x (t);
  • N is the number of samples of the signal.
  • T mes MK'NT s (2) in which K 'represents the equivalent time factor.
  • the measurement time is particularly important for the detection of network faults appear intermittently because the duration of these faults can be very low. In the following description, this type of fault is called intermittent fault. In the presence of such defects, the number of measurements M remains limited in order to guarantee an acceptable capture speed. Therefore, it may be necessary to increase the signal-to-noise ratio upstream with other treatments.
  • the reflectometry system will estimate the response heart representative of network conditions using, for example, a matched filter.
  • the difference signal is processed by deconvolution 107 to separate the different peaks that compose it.
  • deconvolution 107 Different pulse deconvolution algorithms can be used for this.
  • a location processing 108 then aims to determine the distance separating the reflectometer from the fault from the position of the first peak of the result obtained.
  • Figure 2 gives an example of a simplified diagram of the three main steps of a cable diagnosis method by reflectometry.
  • a first step 200 corresponds to the acquisition of the measurements of the response of the tested network
  • a second step corresponds to the detection of the defects 201 of the network tested
  • a third step performed when there is detection, corresponds to the location 202 of these defects in said network.
  • FIGS. 3A and 3B give examples of reflectograms obtained for an example of a network with and without faults.
  • the network 300 considered in this example comprises four line sections.
  • a first section of length l 0 corresponding to a 50 ⁇ coaxial line has one of its ends used as input of the network. Its other end is connected directly to the first end of a second section 302 twisted pair type and length //.
  • the second end of the second section 302 corresponds to a junction between three sections, the latter being connected to the first end of two sections 303, 304 of twisted pair type and of respective lengths h and h, the other ends of these two sections being left in open circuit.
  • Figure 3A shows the case where there is no fault.
  • a negative peak 309 appears at the junction followed by positive peaks 310, 31 1, 312, 313 corresponding to the ends of lines 303, 304 of lengths h and
  • FIG. 3B shows curves 307, 308 representative of the state of the network in the presence of a fault.
  • the fault corresponds to a short circuit appearing at the junction.
  • the negative peak 314 corresponding to the junction becomes larger and the peaks 315, 316, 317 correspond to the secondary echoes of this short-circuit.
  • the ends of lines are no longer visible.
  • FIG. 4 gives a first example of implementation of the differential detection method according to the invention.
  • the principle of the method is to use for the detection of defects a reference stable state h mem taking into account the changes in the state of the network over time.
  • the responses h ⁇ ! - measured at each instant k are then compared to this reference.
  • the latest measure heart is acquired 400.
  • This measurement is compared to the steady state reference.
  • This comparison is made initially by determining the standard of the difference signal Acur corresponding to the difference between ⁇ and the stable state of reference mem .
  • the norm of this difference is then compared 401 to a threshold T.
  • This comparison corresponds to the inequality: l .Acur I ⁇ T with
  • the presence of a defect is manifested in particular by a peak in the reflectogram.
  • the most natural choice for determining the standard is thus to use the maximum or the infinite standard known to those skilled in the art.
  • the maximum of the signal corresponds to the amplitude of the noise, when this value is greater than the maximum amplitude of the noise a variation is detected.
  • the value of the threshold T used in expression (3) should be judiciously chosen.
  • the threshold T can be set using the expression:
  • N is the number of samples of the signal
  • c 2 is the average variance of the noise
  • ⁇ is a factor corresponding to a margin, the latter being chosen so that the energy of the noise never exceeds the threshold T; the value of ⁇ depends on the shape of the noise over time, so for a noise of a pulse nature a higher value will be chosen.
  • the standard of the difference signal h & cur can be determined on the basis of the so-called standard L1 defined by the expression:
  • refers to the L1 standard.
  • the use of the L1 standard is interesting in some cases in terms of performance and computational complexity. It is particularly preferred in the presence of a noise of impulsive nature. In other words, the choice of the standard is optimized according to the nature of the noise.
  • the value of ⁇ is rarely known in advance, so it is advantageous to be able to estimate it automatically.
  • the variance of the instantaneous difference can be used, which can be determined by using the following expression: î hLMnst It is possible to demonstrate that the variance of the noise in h Ainst is equal to 2 ⁇ 2 . An average estimate of the variance noted at 2 can then be calculated using a first-order filter.
  • the estimated variance at 2 can be determined using the expression:
  • ⁇ ⁇ is the forgetting factor of the filter.
  • the estimate can then be used directly to calculate the value of the threshold T in real time.
  • the expression (8) can be used by replacing the L2 standard with another standard.
  • a count time counter 407 is compared to a threshold count max .
  • the threshold count max corresponds, for example, to the maximum duration of a fault for it to be considered transitory or intermittent. If count> count max , the h mem must be updated. In the case where count ⁇ count max , the count counter is increments 408.
  • the 407 test makes it possible to take into account the permanent state changes of the network and not to treat them in the same way as a default appearing and disappearing. In the example of Figure 4, it avoids being stuck at the detection of a change of state.
  • the h Amem signal is the final result of the detection which will be analyzed later for the location of the defects.
  • the counter count is set to zero 402.
  • a test 403 then checks if
  • the h fflr measurement is used to update the reference state h mem 406 using a low-pass filter in order to avoid taking into account too fast changes in the state of the network.
  • This low-pass filtering can be implemented using for example the expression: in which
  • the averaging effect induced by this filtering leads to a quasi-zero noise on the reference signal h mem . It can be shown that in the case of a white noise, the signal-to-noise ratio of the reference is given by the expression:
  • SNR h is the signal-to-noise ratio of the acquired signals.
  • the method may be implemented in a distributed reflectometry system such as that described in the article by A. Lelong, L. Sommervogel, N. Ravot, and MO Carrion titled Distributed Reflectometry Method for Wire-fault Leasing Using Selective Average , Sensors Journal, IEEE, pages 300-310, February 2010.
  • FIG. 5 gives a second example of implementation of the differential detection method according to the invention.
  • Deconvolution methods used for Amem difference processing usually require a high level of signal-to-noise ratio. In a disturbed environment, it may happen that the signal-to-noise ratio of the result of a detection is low. But it is common for the same intermittent fault to occur several times in a row. It is then possible to use the multiple occurrences of the same defect to average the difference signals and thus improve the signal-to-noise ratio obtained.
  • ⁇ is a real coeficient whose function is to compensate for any difference in amplitude that may exist between the two occurrences.
  • test of the value of J amounts to testing the collinearity of the vectors i and ⁇ 2 . If the L2 standard is used, the value of this minimum can be calculated directly using the expression:
  • FIG. 6 gives an example of a reflectogram obtained after application of the method according to the invention.
  • the dashed line curve 600 gives the difference between the responses with and without defects.
  • the high resolution curve 601 can be obtained.
  • the number of samples n separating the first peak of the origin makes it possible to calculate the distance between the position of the fault in the cable network and the reflectometer. This distance can be determined using the following expression:
  • T s is the sampling period of the acquired signal and v is the speed of propagation in the network.

Landscapes

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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

L'invention a pour objet un procédé de détection de défauts d'un réseau par réflectométrie comportant une étape (200) de mesure de la réponse hcur du réseau, une étape (201 ) de détection de défauts par analyse de la différence hAcur entre cette mesure hcur et une réponse de référence hmem. La réponse de référence hmem est actualisée en utilisant des mesures hcur mémorisées de la réponse du réseau. L'invention a aussi pour objet un système de réflectométrie mettant en oeuvre le procédé.

Description

Procédé de détection de défauts d'un réseau par réflectométrie et système mettant en œuvre le procédé La présente invention concerne un procédé de détection de défauts d'un réseau par réflectométrie et un système mettant en œuvre le procédé. Elle s'applique notamment aux domaines de la réflectométrie en électronique et en optoélectronique. Les câbles sont omniprésents dans tous les systèmes électriques, pour l'alimentation ou la transmission d'information. Ces câbles sont soumis aux mêmes contraintes que les systèmes qu'ils relient et peuvent être sujets à des défaillances. Il est donc nécessaire de pouvoir tester leur état et d'apporter des informations sur la détection de défauts, mais aussi leur localisation et leur type, afin d'aider à la maintenance et à la prévention. Pour cela, des méthodes dites de réflectométrie sont mises en œuvre. Celles-ci peuvent aussi être utilisées pour détecter les défauts d'un réseau de fibres optiques.
Le principe de la réflectométrie repose sur l'injection d'un signal test. La forme de ce signal change significativement lors de leur propagation aller-retour dans un câble, ces changements étant la conséquence des phénomènes physiques d'atténuation et de dispersion.
Les méthodes de réflectométrie utilisent un principe proche de celui du radar : un signal électrique, le signal de test, souvent de haute fréquence ou large bande, est injecté en un ou plusieurs endroits du câble à tester. Ledit signal se propage dans le câble ou le réseau et renvoie une partie de son énergie lorsqu'il rencontre une discontinuité électrique. Une discontinuité électrique peut résulter, par exemple, d'un branchement, de la fin du câble ou d'un défaut. L'analyse des signaux renvoyés au point d'injection permet d'en déduire des informations sur la présence et la localisation de ces discontinuités, donc des défauts éventuels. Une analyse dans le domaine temporel est habituellement réalisée. Plusieurs méthodes temporelles existent comme la méthode TDR (Time Domain Reflectometry), la méthode STDR (Séquence Time Domain Reflectometry), la méthode SSTDR (Spread Spectrum TDR) et MCTDR (MultiCarrier TDR). Le signal test dépend de la méthode de réflectométrie utilisée. Le signal résultant de la réflectométrie est appelé réflectogramme et est constitué d'une pluralité de pics correspondant aux singularités du réseau. Il peut y avoir plusieurs pics par singularité, certains correspondants à des réflexions multiples. Dans un réseau complexe, l'objectif est alors de déterminer quel pic correspond à un défaut puis d'isoler correctement celui-ci afin de localiser précisément ledit défaut.
Des méthodes fréquentielles peuvent également être utilisées dans le cadre de la réflectométrie. Cependant, lorsque la durée de la mesure est un critère important, les méthodes temporelles sont préférables.
Pour la détection d'un défaut, les approches temporelles couramment adoptées, par exemple dans un système embarqué, s'appuient sur la détection du pic le plus important comme décrit dans le brevet US6868357 ou bien sur la détection du premier pic dépassant un seuil donné comme décrit dans la demande internationale WO/2010/032040.
Afin de pouvoir détecter correctement un défaut au sein d'un réseau arbitrairement complexe, il est nécessaire de mesurer les variations de la réponse électrique dudit réseau. La difficulté est ensuite d'identifier le premier pic qui correspond au défaut afin d'en déduire sa position.
Ainsi, la comparaison des mesures successives de cette réponse électrique peut permettre de détecter l'apparition d'un défaut mais aussi de localiser efficacement ledit défaut en calculant la différence des réponses mesurées avec et sans le défaut. Cependant, pour une détection fiable, l'analyse de signaux de différence h^ -h^ entre deux réponses successives deux instants k-1 et k n'est pas suffisante car souvent trop aléatoire. Cette approche, décrite dans la demande de brevet US2009/0228223, pose des problèmes, en particulier lorsque le défaut s'établit lentement. Dans toute la description, une notation du type x désigne un vecteur, c'est-à-dire un ensemble de valeurs organisées dans une matrice comprenant une seule colonne.
Par ailleurs, dans le cas où l'on a une apparition nette du défaut, on dispose bien des réponses avant et après le défaut mais on ne peut avoir qu'une occurrence de cette différence. Il est notamment impossible d'améliorer le rapport signal à bruit en moyennant plusieurs signaux de différence. Il est également possible de comparer chaque mesure à une référence figée comme c'est le cas dans le brevet US6937944. Cependant, en plus du fait que cela nécessite une phase de calibrage du système de diagnostic, cette solution manque de robustesse dans la mesure où l'état normal du réseau testé peut varier dans le temps.
Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités.
A cet effet l'invention a pour objet un procédé de détection de défauts d'un réseau par réflectométrie comportant une étape de mesure de la réponse hCMr du réseau, une étape de détection de défauts par analyse de la différence hAcur entre cette mesure h∞r et une réponse de référence hmem . La réponse de référence hmem est actualisée en utilisant des mesures hŒr mémorisées de la réponse du réseau.
Selon un aspect de l'invention, un défaut du réseau est détecté en déterminant si la norme du signal différence hAcur est inférieure à un seuil prédéfini T.
Selon un autre aspect de l'invention, la norme du signal de différence hAcur est de type norme L1 ou norme L2 ou norme L∞.
Dans un mode de mise en œuvre, la réponse de référence hmem est actualisée lorsqu'aucun défaut n'est détecté.
L'invention prévoit que la réponse de référence hmem est actualisée lorsqu'un changement d'état du réseau d'une durée supérieure à une valeur prédéfinie est détecté.
La réponse de référence hmem peut être actualisée en utilisant l'expression suivante : ^) & dans laquelle
l'exposant (k) désigne l'instant courant de mesure et l'exposant (k- 1) l'instant précédent l'instant (k) ;
a représente le facteur d'oubli du filtre passe-bas.
Le seuil T est fixé, par exemple, en utilisant l'expression suivante :
dans laquelle :
N est le nombre d'échantillons du signal ;
c 2 est la variance moyenne du bruit ;
β est un facteur de marge.
L'invention prévoit avantageusement que lorsqu'un défaut est détecté, le signal de différence hAcur est déconvolué, le résultat de la déconvolution étant utilisé pour localiser et caractériser les défauts.
Selon un aspect de l'invention, le procédé comprend une étape de détection d'occurrences multiples appartenant à un même défaut, une moyenne des signaux de différence hAcur étant déterminée lorsque plusieurs valeurs de hAcur obtenues successivement correspondent à un même défaut, ladite moyenne étant mémorisée pour servir à la localisation et à la caractérisation dudit défaut.
Deux signaux de différences A: et A2 sont considérés comme appartenant au même défaut lorsque, par exemple, un estimateur JLx est inférieur à un seuil prédéfini TJ } l'estimateur étant déterminé en utilisant l'expression suivante :
L'invention concerne aussi un système de réflectométrie comportant des moyens pour mesurer la réponse d'un réseau, des moyens pour comparer cette réponse mesurée à une réponse de référence, des moyens pour détecter et localiser les défauts apparaissant dans le réseau. Le système met en œuvre le procédé décrit précédemment.
Le réseau est, par exemple, un réseau de câbles électriques ou un réseau de fibres optiques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit donnée à titre illustratif et non limitatif, faite en regard des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 illustre le principe d'un système de réflectométrie dans le domaine temporel pour le diagnostic de câbles en ligne ;
la figure 2 donne un exemple de diagramme simplifié des trois étapes principales d'un procédé de diagnostic de réseau filaire par réflectométrie ;
les figures 3A et 3B donnent des exemples de réflectogrammes obtenus pour un exemple de réseau avec et sans défaut ;
La figure 4 donne un premier exemple de mise œuvre du procédé de détection différentielle selon l'invention ;
La figure 5 donne un deuxième exemple de mise œuvre du procédé de détection différentielle selon l'invention ;
La figure 6 donne une exemple de réflectogramme obtenu après application du procédé selon l'invention.
La figure 1 illustre le principe d'un système de réflectométrie dans le domaine temporel pour le diagnostic de câbles en ligne. L'analyse réflectométrique est réalisée en ligne lorsque celle-ci est effectuée sur un système pendant que celui-ci fonctionne.
Le système comprend un générateur de signal test 100. Le signal test est habituellement généré sous forme numérique pour ensuite être introduit dans le réseau de câbles à tester 102 après avoir été converti en un signal analogique x(t) à l'aide d'une convertisseur numérique-analogique CNA 101 . Le signal analogique y(t) résultant notamment de la réflexion de x(t) par le réseau 102 est ensuite converti en un signal numérique par un convertisseur analogique-numérique CAN 103. Les convertisseurs 101 , 103 sont reliés au réseau de câbles 102 via, par exemple, un système de couplage avec ou sans isolation galvanique.
Une mesure de réponse électrique est généralement affectée par un bruit non négligeable s'ajoutant au signal utile. Ainsi, une opération de moyennage 105 est appliquée après la conversion analogique-numérique afin d'améliorer le rapport signal à bruit. A titre d'exemple, M mesures de signaux électriques sont réalisées puis leurs résultats sont accumulés dans un vecteur moyen noté y .
La durée nécessaire Tmes pour effectuer une mesure complète peut être déterminée en utilisant l'expression suivante :
Tmes = MNTS , (1 ) dans laquelle
Ts représente la période d'échantillonnage du signal test x(t) ;
N est le nombre d'échantillons du signal.
Afin d'avoir une contrainte technologique moins forte sur le convertisseur analogique numérique 103, il est possible d'utiliser des méthodes d'échantillonnage temps équivalent comme décrit dans la demande internationale WO/2009/087045, et ce afin d'atteindre une fréquence d'échantillonnage du signal mesuré supérieure à celle permise par le convertisseur. Dans ce cas, la durée de la mesure est donnée par l'expression :
Tmes = MK'NTs (2) dans laquelle K' représente le facteur de temps équivalent.
Le temps de mesure est particulièrement important pour la détection de défauts du réseau apparaissent de manière intermittente car la durée de ces défauts peut être très faible. Dans la suite de la description, ce type de défaut est appelé défaut intermittent. En présence de tels défauts, le nombre de mesures M reste limité afin de garantir une vitesse de capture acceptable. C'est pourquoi il peut être nécessaire d'augmenter le rapport signal à bruit en amont à l'aide d'autres traitements.
C'est sur la base du signal reçu y(t) après conversion numérique- analogique que le système de réflectométrie va estimer la réponse cur représentative de l'état du réseau à l'aide, par exemple, d'un filtre adapté.
La réponse mesurée peut aussi être choisie, par exemple, telle que hcur = , ce choix dépendant des propriétés du bruit et du signal test.
On obtient alors une série d'estimations de la réponse du canal notées où k désigne l'instant auquel chaque estimation est capturée. Une détection différentielle 106 ayant pour objectif de détecter des défauts est ensuite effectuée. Le principe est de comparer des mesures successives de la réponse électrique avec, par exemple, une réponse de référence. Lorsqu'un défaut est détecté, le signal de différence entre une réponse de référence correspondant à la réponse du réseau considéré comme sans défaut et celle mesurée avec le défaut est transmise à un module fonctionnel effectuant une déconvolution du signal.
Le signal de différence est traité par déconvolution 107 afin de séparer les différents pics qui le composent. Différents algorithmes de déconvolution impulsionnelle peuvent être utilisés pour cela.
Un traitement de localisation 108 a ensuite pour objectif de déterminer la distance séparant le réflectomètre du défaut à partir de la position du premier pic du résultat obtenu. La figure 2 donne un exemple de diagramme simplifié des trois étapes principales d'un procédé de diagnostic de câble par réflectométrie. Une première étape 200 correspond à l'acquisition des mesures de la réponse du réseau testé, une seconde étape correspond à la détection des défauts 201 du réseau testé et une troisième étape, effectuée lorsqu'il y a détection, correspond à la localisation 202 de ces défauts dans ledit réseau.
Les figures 3A et 3B donnent des exemples de réflectogrammes obtenus pour un exemple de réseau avec et sans défaut.
Ces réflectogrammes correspondent aux résultats de réflectométrie obtenus sur un réseau avec et sans défaut, avant 305, 307 et après 306, 308 traitement haute résolution. Le réseau 300 considéré dans cet exemple comprend quatre tronçons de ligne. Un premier tronçon de longueur l0 correspondant à une ligne coaxiale 50Ω a une de ses extrémités utilisée comme entrée du réseau. Son autre extrémité est reliée directement à la première extrémité d'un second tronçon 302 de type paire torsadée et de longueur // . La deuxième extrémité du second tronçon 302 correspond à une jonction entre trois tronçons, celle-ci étant reliée à la première extrémité de deux tronçons 303, 304 de type paire torsadée et de longueurs respectives h et h , les autres extrémités de ces deux tronçons étant laissées en circuit ouvert. La figure 3A représente le cas où il n'y a pas de défaut. Un pic négatif 309 apparaît au niveau de la jonction suivi de pics positifs 310, 31 1 , 312, 313 correspondant aux bouts des lignes 303, 304 de longueurs h et ■
La figure 3B présente des courbes 307, 308 représentatives de l'état du réseau en présence d'un défaut. Dans cet exemple, le défaut correspond à un court circuit apparaissant au niveau de la jonction. Lorsque le court-circuit apparaît, le pic négatif 314 correspondant à la jonction devient plus grand et les pics suivant 315, 316, 317 correspondent aux échos secondaires de ce court-circuit. Les bouts de lignes ne sont plus visibles.
Un traitement automatique permettant d'interpréter ces courbes pour en déduire la présence d'un défaut est en pratique difficile à mettre en œuvre. Il est possible d'utiliser des algorithmes de reconstitution de topologie comme présenté dans le brevet US7282922. Il est cependant difficile de mettre en œuvre ce type de solution lorsqu'une détection en temps réel et embarquée est requise.
La figure 4 donne un premier exemple de mise œuvre du procédé de détection différentielle selon l'invention. Le principe du procédé est d'utiliser pour la détection de défauts un état stable de référence hmem prenant en compte les évolutions de l'état du réseau dans le temps. Les réponses h^!- mesurées à chaque instant k sont alors comparées à cette référence.
Ainsi, dans un premier temps, la mesure la plus récente cur est acquise 400. Cette mesure est comparée à l'état stable de référence. Cette comparaison est effectuée dans un premier temps en déterminant la norme du signal de différence Acur correspondant à la différence entre ^ et l'état stable de référence mem . La norme de cette différence est ensuite comparée 401 à un seuil T. Cette comparaison correspond à l'inégalité : l .Acur I < T avec |hAcMr || = |hCMr - mem || (3)
Comme rappelé précédemment dans la description, la présence d'un défaut se manifeste notamment par un pic dans le réflectogramme. Le choix le plus naturel pour déterminer la norme est donc d'utiliser le maximum ou la norme infini connue de l'homme du métier. En l'absence de changement, le maximum du signal correspond à l'amplitude du bruit, lorsque cette valeur est supérieure à l'amplitude maximum du bruit une variation est détectée.
Il est également possible d'utiliser la norme appelée norme L2 et définie par l'expression suivante : lli = ∑^ (4)
Dans laquelle le signe ||e||2 fait référence à la norme L2.
Concernant le seuil T , celui-ci permet de distinguer les cas où il n'y a pas de variation des cas où il y a variation par rapport à la réponse de référence. Dans le cas où il n'y a pas de variation, hAcur ne contient que du bruit.
Il convient de choisir judicieusement la valeur du seuil T utilisées dans l'expression (3). A titre d'exemple, le seuil T peut être fixé en utilisant l'expression :
Τ = βΝσ2, (5) dans laquelle
N est le nombre d'échantillons du signal ;
c 2 est la variance moyenne du bruit ;
β est un facteur correspondant à une marge, ce dernier étant choisi de manière à ce que l'énergie du bruit ne dépasse jamais le seuil T ; la valeur de β dépend de la forme du bruit dans le temps, ainsi pour un bruit de nature impulsionnelle une valeur plus élevée sera choisie.
Alternativement, la norme du signal de différence h&cur peut être déterminée sur la base de la norme dite norme L1 définie par l'expression :
n dans laquelle le signe ||·|| fait référence à la norme L1 . L'utilisation de la norme L1 est intéressante dans certains cas en terme de performance et de complexité de calcul. Elle est notamment préférée en présence d'un bruit de nature impulsive. En d'autres termes, le choix de la norme est optimisé en fonction de la nature du bruit.
La norme L2 est prise comme exemple dans la suite de la description sans que ce choix ne restreigne la portée de l'invention. Le symbole générique ||·|| pour faire référence à une norme quelconque choisie.
En pratique, la valeur de σ est rarement connue à l'avance, il est donc avantageux de pouvoir l'estimer automatiquement. Pour cela, la variance de la différence instantanée peut être utilisée, celle-ci pouvant être déterminée en utilisant l'expression suivante : î hLMnst II est possible de démontrer que la variance du bruit dans hAinst vaut 2σ2 . On peut alors calculer une estimation moyenne de la variance notée â2 en utilisant un filtre du premier ordre.
A l'instant k , la variance estimée â2 peut être déterminée en utilisant l'expression :
(k) _ . (t-l)»2
σΜ = «-G(k-i) + (1 - «σ ) — (8)
2N
Dans laquelle :
ασ est le facteur d'oubli du filtre.
L'estimation â peut ensuite être utilisée directement pour calculer la valeur du seuil T en temps réel. Lorsqu'une norme différente de la norme- L2 est utilisée, l'expression (8) peut être utilisée en remplaçant la norme L2 par une autre norme.
Dans le cas où la différence h&cur est supérieure ou égale 401 au seuil T, c'est-à-dire dans le cas où il y a une variation significative de l'état du réseau, un compteur temporel count est comparé 407 à un seuil countmax . Le seuil countmax correspond, par exemple, à la durée maximum d'un défaut pour que celui-ci soit considéré comme transitoire ou intermittent. Si count > countmax , la référence hmem doit être mise à jour. Dans le cas où count < countmax , le compteur count est incréments 408.
Le test 407 permet de prendre en compte les changements d'état permanent du réseau et de ne pas les traiter de la même manière qu'un défaut apparaissant et disparaissant. Dans l'exemple de la figure 4, cela évite de rester bloqué au niveau de la détection d'un changement d'état.
Une étape 410 a ensuite pour objectif de sélectionner l'enregistrement hAcur mémorisé présentant le niveau d'énergie maximum. Cette sélection permet d'éviter de conserver des enregistrements correspondant à un état transitoire du réseau. Ainsi, si > alors la valeur mise en mémoire de la différence hAmem est hAmem = Acur . Le signal hAmem est le résultat final de la détection qui sera analysé ultérieurement pour la localisation des défauts.
D'autre part, en conservant la différence la plus grande, le rapport signal à bruit du signal hAmem est amélioré.
Dans le cas 401 où la différence h cur est inférieure au seuil T, c'est-à-dire dans le cas où il n'y a pas eu de variation significative de l'état du réseau, le compteur count est mis à zéro 402.
Un test 403 vérifie ensuite si ||h mem|| > 0. Si c'est le cas, c'est qu'il y a un défaut et le signal hAmem est analysé 404 par exemple par déconvolution pour pouvoir localiser précisemment des défauts dans le réseau. hAmem est ensuite mis à zéro 405.
Quelque soit la valeur de||h mem|| , la mesure hfflr est utilisée pour actualiser l'état de référence hmem 406 en utilisant un filtre passe-bas afin d'éviter la prise en compte des variations trop rapides de l'état du réseau. Ce filtrage passe-bas peut être mis en œuvre en utilisant par exemple l'expression : dans laquelle
l'exposant (k) désigne l'instant courant ; a représente le facteur d'oubli du filtre passe-bas, ce facteur étant directement lié à la constante de temps par a = e τ où τ est la constante de temps du filtre exprimée en secondes.
Avantageusement, l'effet de moyennage induit par ce filtrage conduit à un bruit quasi-nul sur le signal de référence hmem . On peut montrer que dans le cas d'un bruit blanc, le rapport signal à bruit de la référence est donné par l'expression :
SNRh = -l^SNRh , (10) dans laquelle
SNRh est le rapport signal à bruit des signaux acquis.
Avantageusement, le procédé peut être mis en œuvre dans un système de réflectométrie distribuée tel que celui décrit dans l'article de A. Lelong, L. Sommervogel, N. Ravot, et M. O. Carrion intitulé Distributed reflectometry method for wire fault location using sélective average, Sensors Journal, IEEE, pages 300-310, Février 2010.
La figure 5 donne un deuxième exemple de mise œuvre du procédé de détection différentielle selon l'invention.
Les méthodes de déconvolution utilisées pour le traitement de la différence hAmem requièrent habituellement un niveau élevé de rapport signal à bruit. Dans un environnement perturbé, il peut arriver que le rapport signal à bruit du résultat d'une détection soit faible. Or il est fréquent que le même défaut intermittent se produise plusieurs fois de suite. Il est alors possible d'utiliser les occurrences multiples d'un même défaut pour effectuer une moyenne des signaux de différence et améliorer ainsi le rapport signal à bruit obtenu.
Cependant, avant de faire la moyenne de plusieurs détections, il est utile de s'assurer que ces occurrences correspondent au même défaut intermittent. En pratique, il n'est pas possible de garantir qu'un défaut intermittent produise un écho de même amplitude d'une occurrence à l'autre, en revanche la position du pic correspondant au défaut est toujours la même. Ainsi, pour vérifier si les résultats de deux détections pour deux signaux de différence Δ^ et Δ2 correspondent au même défaut, il est possible de tester la valeur d'un estimateur J, ladite valeur pouvant être obtenue en utilisant l'expression : J(A1 ,A2 ) = min||A1 -λΔ2|| (1 1 ) dans laquelle :
λ est un coeficient réel ayant pour fonction de compenser l'éventuelle différence d'amplitude qu'il peut y avoir entre les deux occurrences.
Le test de la valeur de J revient à tester la colinéarité des vecteurs i et Δ2 . Si la norme L2 est utilisée, la valeur de ce minimum peut être calculée de façon directe en utilisant l'expression :
Lorsqu'une autre norme est utilisée,on pourra utiliser le résultat plus générique de l'expression suivante :
Il est alors possible d'utiliser cette relation pour comparer les deux signaux de différence Δ: et Δ2 . On aboutit à une alternative de l'exemple de mise en œuvre du procédé de la figure 4, cette alternative étant présentée figure 5.
Il est à noter que l'on parle de similarité entre deux signaux lorsque la valeur de J telle que définie par l'expression (13) est considérée comme faible. Ainsi, il est possible en pratique de comparer la valeur J(hAcur,hAmem) à un seuil T qui peut être paramétré de la même manière que pour le seuil T décrit précédemment. Cela permet de déterminer si hAcur est similaire à hAmem 500. Au lieu de ne conserver que le maximum des signaux de différence hAmem obtenus comme avec l'exemple de la figure 4, ils sont tous utilisés afin de permettre la détermination d'une moyenne sur plusieurs valeurs retenues 501 et ainsi améliorer la valeur du rapport signal à bruit. Sinon, le défaut est considéré comme nouveau, et la moyenne est réinitialisée 502. Lorsque plusieurs occurrences de hAcur ont été accumulées dans hAmem , le signal obtenu peut être analysé par déconvolution. Il est alors possible de déterminer la localisation du défaut intermittent.
La figure 6 donne un exemple de réflectogramme obtenu après application du procédé selon l'invention.
L'exemple donné ici reprend le cas présenté avec la figure 1 . La courbe en trait pointillés 600 donne la différence entre les réponses avec et sans défaut. Après un traitement haute résolution qui peut être réalisée par déconvolution impulsionnelle, on peut obtenir la courbe haute résolution en trait plein 601 . Le nombre d'échantillons n séparant le premier pic de l'origine permet de calculer la distance entre la position du défaut dans le réseau de câbles et le réflectomètre. Cette distance peut être déterminée en utilisant l'expression suivante :
(14) dans laquelle :
Ts est la période d'échantillonnage du signal acquis et v est la vitesse de propagation dans le réseau.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé de détection de défauts d'un réseau par réflectométrie comportant une étape (200) de mesure de la réponse hCMr du réseau, une étape (201 ) de détection de défauts par analyse de la différence hAcur entre cette mesure hCMr et une réponse de référence mem , caractérisé en ce que la réponse de référence hmem est actualisée en utilisant des mesures hcur mémorisées de la réponse du réseau.
Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un défaut du réseau est détecté (401 ) en déterminant si la norme du signal différence hAcur est inférieure à un seuil prédéfini T.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la norme du signal de différence hAcur est de type norme L1 ou norme L2 ou norme L∞.
Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la réponse de référence hmem est actualisée lorsqu'aucun défaut n'est détecté.
Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la réponse de référence hmem est actualisée lorsqu'un changement d'état du réseau d'une durée supérieure à une valeur prédéfinie est détecté.
6- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la réponse de référence hmem est actualisée en utilisant l'expression suivante : em = (1 - a)hcur + hmem , dans laquelle
l'exposant (k) désigne l'instant courant de mesure et l'exposant (k- 1) l'instant précédent l'instant (k) ; a représente le facteur d'oubli du filtre passe-bas.
7- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le seuil T est fixé en utilisant l'expression suivante :
dans laquelle
N est le nombre d'échantillons du signal ;
c 2 est la variance moyenne du bruit ;
β est un facteur de marge.
8- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que lorsqu'un défaut est détecté, le signal de différence hAcur est déconvolué, le résultat de la déconvolution étant utilisé pour localiser et caractériser les défauts.
9- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détection d'occurrences multiples appartenant à un même défaut (500), une moyenne (501 ) des signaux de différence hAcur étant déterminée lorsque plusieurs valeurs de hAcur obtenues successivement correspondent à un même défaut, ladite moyenne étant mémorisée pour servir à la localisation et à la caractérisation dudit défaut.
10- Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que deux signaux de différences Δ: et A2 sont considérés comme appartenant au même défaut lorsqu'un estimateur JLx est inférieur à un seuil prédéfini 7^ , l'estimateur étant déterminé en utilisant l'expression suivante : 1 1 - Système de réflectométrie comportant des moyens pour mesurer la réponse d'un réseau, des moyens pour comparer cette réponse mesurée à une réponse de référence, des moyens pour détecter et localiser les défauts apparaissant dans le réseau caractérisé en ce qu'il met en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
12- Système selon la revendication 1 1 caractérisé en ce que le réseau est un réseau de câbles électriques.
13- Système selon la revendication 1 1 caractérisé en ce que le réseau est un réseau de fibres optiques.
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