EP3797306A1 - Systeme de reflectometrie binaire pour l'analyse de defauts dans une ligne de transmission - Google Patents

Systeme de reflectometrie binaire pour l'analyse de defauts dans une ligne de transmission

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Publication number
EP3797306A1
EP3797306A1 EP19724835.4A EP19724835A EP3797306A1 EP 3797306 A1 EP3797306 A1 EP 3797306A1 EP 19724835 A EP19724835 A EP 19724835A EP 3797306 A1 EP3797306 A1 EP 3797306A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
reflectogram
transmission line
exclusive
reference signal
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Withdrawn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
EP19724835.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Fabrice Auzanneau
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
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, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority claimed from PCT/EP2019/062919 external-priority patent/WO2019224137A1/fr
Publication of EP3797306A1 publication Critical patent/EP3797306A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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 the field of fault analysis impacting transmission lines, such as electrical cables.
  • the invention relates to the particular field of reflectometry applied to wire diagnosis which encompasses the field of detection, localization and characterization of defects in simple transmission lines or complex wire networks.
  • the invention relates to a reflectometry system using binary or binarized signals for significantly reducing the complexity of implementation of such a system by reducing the calculations and the memory size used and increasing the speed of operation. execution.
  • the known reflectometry methods operate according to the following method.
  • a controlled reference signal for example a pulse signal or a multi-carrier signal, is injected at one end of the cable to be tested. More generally, in modern reflectometry methods, the reference signal used is chosen according to its cross-correlation properties. The signal propagates along the cable and reflects on the singularities it contains.
  • a singularity in a cable corresponds to a modification of the conditions of propagation of the signal in this cable. It most often results from a fault which locally modifies the characteristic impedance of the cable by causing a discontinuity in its linear electrical parameters.
  • the reflected signal is retro-propagated to the injection point and analyzed by the reflectometry system.
  • the delay between the injected signal and the reflected signal makes it possible to locate one (or more) singularity (s), corresponding to an electrical fault, in the cable.
  • a defect can result a short circuit, an open circuit or even a local degradation of the cable or even a simple pinching of the cable.
  • the signals used by the reflectometry systems are usually generated by a programmable digital system of the processor or integrated circuit or FPGA circuit type and converted into analog signals before being injected into the cable to be analyzed. Similarly, the measured signals, analog by nature, are converted into digital signals for processing, in particular correlated with the reference signal.
  • Each method uses a different reference signal with a common overall goal of obtaining good autocorrelation properties.
  • the STDR method uses a pseudo-random binary signal.
  • the SSTDR method combines this pseudo-random signal with a carrier frequency to shift the signal spectrum around this carrier frequency, allowing on-board and on-line use.
  • MCTDR Multi Carrier Time Domain Reflectometry
  • OMTDR Orthogonal MultitoneTime Domain Reflectometry
  • CTDR Chos Time Domain Reflectometry
  • the STDR method is for embedded use. SSTDR methods - MCTDR and OMTDR target online diagnosis.
  • the OMTDR method allows the communication of several reflectometry systems during the diagnosis to improve the result by fusion of sensors.
  • the CTDR method is well adapted to non-free defects and intermittent defects.
  • An electronic system generates the values of the signal injected at each instant of a clock.
  • This system is mostly a programmed digital system such as a processor or an FPGA.
  • the digital signal is then converted to an analog signal by a digital-to-analog converter for injection into the cable.
  • the signal re - transmitted by the cable is directed to an analog - to - digital converter which transmits digital values to the processing system to calculate the cross - correlation between the measured signal and the injected signal.
  • a digital-to-analog converter has two parameters that significantly affect the performance of the reflectometry system. This is the resolution and sampling rate.
  • the resolution corresponds to the number of bits on which each signal sample is coded. It has a particular influence on the accuracy of the inter-correlation operation.
  • a weak resolution can prevent the detection of low amplitude peaks, in a reflectogram, corresponding to unprepared faults.
  • the sampling frequency affects the fault location accuracy.
  • a high sampling frequency makes it possible to convert the high frequency components of the signal which make it possible to locate more precisely the defaults.
  • a high sampling frequency makes it possible to reduce the width of the amplitude peaks in a reflectogram and thus to discriminate neighboring peaks.
  • the complexity, and therefore the cost, of a digital-to-analog converter increases with its resolution and sampling frequency.
  • the invention aims to solve the limitations of current solutions by proposing a binary reflectometry system that does not require analog-digital or digital-to-analog converters.
  • the subject of the invention is a reflectometry system for analyzing defects in a transmission line, a reference signal being previously generated and injected into the transmission line, the system comprising:
  • a device for measuring or acquiring said analog signal retro-propagated in the transmission line
  • a binarization device for quantizing said retro-propagated analog signal into a digitized signal over two quantization levels
  • a correlator configured to correlate the digitized signal with the reference signal to produce a time reflectogram
  • a temporal reflectogram analysis module to identify the presence of faults in the transmission line.
  • the binarization device is a logic circuit of the flip-flop or comparator type.
  • the reflectometry system comprises:
  • An injection device for injecting the binarized reference signal into the transmission line.
  • the generator and the injection device are implemented in the form of a programmable digital circuit having at least one digital output pin adapted to be connected to the transmission line.
  • the reflectometry system comprises a device for adapting the impedance of the digital output pin to the impedance of the transmission line or of the printed circuit track to which it is connected.
  • the reflectometry system further comprises at least one equalizer arranged between the acquisition device and a connection point between said system and the transmission line, each equalizer being configured to equalize the amplitudes obtained. on the time reflectogram for the peaks of the signal injected after its injection point in the transmission line and the signal reflected on the end of the transmission line.
  • each equalizer is made by a voltage divider bridge comprising at least one resistor Rp.
  • each equalizer comprises two resistors Rs, Rp arranged in a bridge of resistors.
  • the values of the resistance R P or of the resistors Rs, Rp are determined from a set of impedances characterizing said system and the transmission line.
  • the reference signal is a binarized pseudo-random signal.
  • the correlator comprises at least one logic circuit implementing an exclusive NOR logic gate.
  • the correlator comprises a counter arranged to count the number of values at 1 output from the exclusive NOR gate, the correlator being configured to calculate the cross-correlation between the digitized signal and the signal of reference from this number.
  • the correlator comprises a plurality of exclusive NOR gates arranged to receive each on their inputs a sample of the digitized signal and a sample of the reference signal, an adder for summing the outputs of the logic gates NO OR exclusive , a multiplier for multiplying the output of the summator by two and an adder to add to the result of the summator a predetermined number.
  • the correlator comprises at least one logic circuit implementing an exclusive OR logic gate.
  • the correlator is configured to incrementally calculate a temporal reflectogram by means of the following steps:
  • the correlator comprises a first shift register for receiving the reference signal, the first shift register being respectively connected to a first input of the exclusive OR logic gate and to a first input of the gate NOT OR exclusive logic, a second shift register for receiving the digitized signal, the second shift register being respectively connected to a second input of the exclusive OR logic gate and to a second input of the exclusive NOR logic gate, a register for save the results of the calculation of a temporal reflectogram, a first adder arranged to add to a current value R (i) of the temporal reflectogram, a result produced at the output of the exclusive OR logic gate and a second adder arranged to add to a value current R (i) of the temporal reflectogram, a result produced at the output of the logic gate N ON OR exclusive.
  • the reflectometry system according to the invention further comprises a white noise generator arranged between the acquisition device and the binarization device.
  • the reflectometry system further comprises a time differentiation or differentiation device arranged upstream of the binarization device.
  • the reflectometry system according to the invention further comprises a digital time differentiation or differentiation device applied to the reference signal before it correlates with the digitized signal.
  • FIG. 1 a diagram of a reflectometry system according to the prior art
  • FIG. 1a an example of a reflectogram obtained with the reflectometry system of FIG. 1,
  • FIG. 2 a diagram of a reflectometry system according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 two diagrams illustrating an operation of binarization of a digital signal
  • FIG. 4 two diagrams illustrating a reflectogram obtained respectively with a reflectometry system of the prior art and a reflectometry system according to the first embodiment of the invention
  • FIG. 5 a diagram of a correlator according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 6 is a flowchart detailing the steps for implementing an optimized calculation method of a reflectogram
  • FIG. 7 a diagram illustrating a comparison of the signal injected at a point of a cable and of the signal measured at a point of a cable at two successive instants
  • FIG. 8 a diagram of a correlator according to a second variant embodiment of the invention.
  • FIG. 9 a diagram of a reflectometry system according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 10 two diagrams illustrating a reflectogram obtained respectively with a reflectometry system of the prior art and a reflectometry system according to the second embodiment of the invention
  • FIG. 11 a diagram of a reflectometry system according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 12 a diagram of an example of a differentiator circuit
  • FIG. 13 two diagrams illustrating a reflectogram obtained respectively with a reflectometry system of the prior art and a reflectometry system according to the third embodiment of the invention
  • FIG. 14 two temporal reflectograms illustrating a problem solved by a fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 15 a diagram of a reflectometry system according to a fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 16 a diagram of an example of an equalizer device
  • FIG. 17 a diagram illustrating the determination of the values of the resistances of an equalizer device according to a variant of the fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 18 two temporal reflectograms illustrating the results obtained thanks to the fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 1 represents a diagram of a fault analysis system 100 in a transmission line L, such as a cable, according to a usual method of time domain reflectometry of the state of the art.
  • a transmission line L such as a cable
  • Such a system mainly comprises a generator GEN of a digital reference signal.
  • the generated digital reference signal is converted analogically via a digital-to-analog converter DAC and then injected at a point on the transmission line L by means of a directional coupler CPL or any other device for injecting a signal into a line.
  • the signal propagates along the line and reflects on the singularities it contains. In the absence of a fault on the line, the signal is reflected on the end of the line if the termination of the line is not adapted.
  • the signal In the presence of a fault on the line, the signal is reflected on the impedance discontinuity caused by the fault.
  • the reflected signal is back-propagated to a measurement point, which may be common at the injection point or different.
  • the retro-propagated signal is captured via the directional coupler CPL and then digitally converted by an ADC digital analog converter. COR correlation is then performed between the digital signal thus obtained and a copy of the digital signal generated before injection to produce a time reflectogram R (t) corresponding to the inter-correlation between the two signals.
  • the DF position of a fault on the cable L ie its distance to the signal injection point, can be directly obtained from the measurement, on the calculated time reflectogram R (t), the duration t DF between the first amplitude peak recorded on the reflectogram and the amplitude peak corresponding to the signature of the defect, thanks to the knowledge of a speed value of signal propagation in the line.
  • FIG. 1a shows an example of a reflectogram R (n) obtained with the aid of the system of FIG. 1, on which a first peak of amplitude is observed at an abscissa N and a second peak of amplitude at an abscissa N + M.
  • the first amplitude peak corresponds to the reflection of the signal at the point in the cable, while the second peak corresponds to the reflection of the signal on an impedance discontinuity caused by a fault.
  • the abscissa point N is generally taken as a time reference and is reduced to the abscissa 0 by subtraction of N.
  • an optional average MOY calculation can be performed before or after COR correlation. The two locations of the average calculation are equivalent from an arithmetic point of view.
  • An analysis device (not shown in FIG. 1) is responsible for analyzing the reflectogram R (t) in order to deduce presence and / or fault location information as well as any electrical characteristics of the defects.
  • the transmission and reception parts of the system described in FIG. 1 can be implemented in the same device or in two separate devices.
  • the transmitting part of the system comprises the signal generator, the digital-to-analog converter and the signal injection device in a cable.
  • the reception part of the system comprises the device for measuring the back-propagated signal in the cable and the numerical calculation modules comprising the calculation of average and inter-correlation.
  • FIG. 2 describes a reflectometry system according to a first embodiment of the invention.
  • the system 200 comprises a generator GEN of the reference signal used.
  • the generator GEN is able to directly generate a binary signal, for example a pseudo-random signal of the CTDR type.
  • the generator GEN is able to generate a digital signal quantized over several bits and furthermore comprises a binarization element of the generated digital signal. Binarization is a process of transforming the digital signal into a series of binary values taking the values 0 or 1 or taking the values -1 or 1. The binarization is performed so that any positive or zero value of the signal is transformed into a value equal to 1 and any negative value of the signal is transformed into a value equal to -1.
  • the generator GEN is, for example, implemented in the form of a programmable digital system, such as a processor or a reconfigurable circuit of the FPGA type.
  • the generator GEN comprises at least one digital output pin to which is connected a CPL coupler (or any other equivalent means) capable of injecting the binary output signal of the GEN generator into the cable L.
  • the generated binary signal is output to the digital output pin in the form of an analog signal for which the binary value 1 is outputted by a maximum voltage VCC and the binary value 0 (or -1) is delivered by a minimum voltage - VDC.
  • the GEN generator digital pin is capable of delivering VCC and -VCC voltages.
  • an impedance matching device is positioned between the output pin of the generator and the coupler CPL to adapt the output impedance of the generator to that of the cable L.
  • an additional component or circuit is disposed downstream of the output pin.
  • This component is, for example, a Schmitt flip-flop whose The high and low thresholds are set to a voltage equal to a value between 0 and the maximum voltage VCC, for example VCC / 2, and the power levels are set to the maximum voltage values VCC and minimum - VCC.
  • the additional circuit is composed of a transformer whose main comprises N turns and the secondary comprises 2N turns and a capacitor disposed upstream of the main.
  • the additional circuit is composed of a logic inverter between the voltages VCC and -VCC and two resistors arranged as a voltage divider between the minimum voltage - VCC and the digital input of the circuit.
  • the additional component must include a device for adapting its input impedance to the impedance of the digital output pin of the generator.
  • Figure 3 shows respectively a chaotic pseudo-random signal as generated (in the upper diagram) and the same signal after the binarization operation (bottom diagram).
  • the back-propagated signal in the L-cable is captured, i.e., acquired or measured, by means of the CPL coupler (which may be the same or different from the coupler used for the signal injection) or any other means of measurement or signal acquisition.
  • This signal is analog.
  • the binarization operation can be done either directly by the used digital component COR, by connecting a digital input of the component (possibly equipped with an impedance matching system) to the coupler CPL, or by means of a component or additional circuit inserted between the CPL coupler and the digital component COR.
  • This circuit is a threshold-type thresholding device, or comparator B, which makes it possible to convert the measured analog signal into a digital signal. binary.
  • the COR correlator then performs the cross-correlation calculation between the received signal and the signal injected into the cable.
  • the system according to the invention as described in FIG. 2 does not require an analog digital converter or a digital-to-analog converter.
  • This type of component is expensive, consumes a lot of energy and its use limits the speed of signal acquisition.
  • the higher the speed of acquisition or conversion of the analog signal to a digital signal the higher the number of samples per second, which gives better results for fault detection but entails a higher cost for the detection of a fault. component.
  • the necessary memory size is also decreased.
  • the number of bits used to sample an analog signal is generally greater than 8 bits, which generates a very large necessary storage capacity.
  • a single bit per sample is necessary, which makes it possible to reduce the memory size by a factor of at least 8. Lossless digital compression methods would make it possible to further improve this gain in memory.
  • the signal acquisition frequency is increased thanks to the invention since it is no longer limited to the sampling frequency of the analog-digital converter.
  • the signal acquisition frequency for the system described in FIG. 2 is that of the thresholding device B which is close to or equal to the frequency of the digital component GEN.
  • Another advantage of the invention is that, despite the loss of information in the measured signal due to the decrease in the number of quantization bits, the reflectogram resulting from the inter-correlation calculation of the signal measured and the signal generated, is comparable to that which would be obtained with a method according to the prior art as shown in Figure 4.
  • FIG. 4 shows two reflectograms obtained for a line of length equal to 20 meters comprising four non-free defects of regularly spaced increasing amplitudes.
  • the top diagram corresponds to a reflectogram obtained with a system according to the prior art comprising a digital to analog converter and an analog digital converter.
  • the diagram on the left corresponds to a reflectogram obtained with a system according to the invention.
  • the defects are correctly identifiable by peaks of equivalent amplitudes on the two diagrams.
  • FIG. 5 represents a diagram of an example of COR correlator according to one embodiment of the invention.
  • the intercorrelation at a given instant represented by an index i can be expressed in the following form:
  • the products S (k) S c (j) can be calculated using a logic gate "NO OR exclusive" also called XNOR and the index value i of Cross-correlation product can be calculated by summing the outputs of the XNOR function bit by bit.
  • Another way to achieve this sum is to count the number of times that the respective bits of the signals S c and S are equal (that is, where the output of the function XNOR is equal to 1).
  • Card (E) designates the number of elements of a set E and the sets E ,, E., are defined by:
  • the COR correlator can be made from one or more XNOR logic gate (s).
  • Each XNOR logic gate receives the respective signals S and S c on its two inputs.
  • the outputs of the logic gates XNOR are summed by means of a summator SOM.
  • the summator SOM can be replaced by a counter able to count the number of 1 at the output of the logic gates XNOR, this number corresponding to the number of values of the set E ,.
  • the result produced at the output of the summator SOM is shifted one bit to the left in order to perform a multiplication by two.
  • An adder ADD is then used to add to this result the term K-i + 1.
  • the COR correlator finally comprises a BUF register for saving the values of the reflectogram R thus calculated.
  • the correlator described in FIG. 5 can be arranged differently to fulfill the same function.
  • it may include a single XNOR logic gate and a counter instead of the SOM summator.
  • the multiplication operation by 2 can also be performed using a multiplier.
  • the COR correlator described in FIG. 5 operates with binary signal samples taking the values 0 or 1.
  • the correlator thus designed makes it possible to perform an intercorrelation calculation more simply and more quickly because it does not require any multiplication or Fourier transform.
  • the patent application FR1662396 relates to a method for calculating a reflectogram to better distribute the number of operations to be implemented in order to make the calculation more efficient.
  • FIG. 6 schematizes the main steps of the method of calculating a reflectogram as described in the patent application FR1662396.
  • the method begins with an initialization step 300 which comprises the following substeps:
  • the initialization step 300 may also be made optional.
  • the reflectogram R 0 is initialized to 0, then the following steps of the method are directly executed. It is then necessary to wait to have measured K samples of the signal propagated in the cable to obtain a complete reflectogram in favor of a saving in computing time from the start of the process.
  • the number K is a parameter of the method and corresponds to the length (in number of samples) of the cross correlation made between the reference signal and the measured signal to calculate the reflectogram.
  • the signal measurement can be performed simultaneously with the injection of the signal into the cable or can be performed with an initial time offset.
  • the measuring device comprises a reference signal generator whose function is to generate a copy of the reference signal injected into the signal injection device. the cable by the injection device. This copy is used to calculate the reflectogram.
  • the initialization step 300 produces a first reflectogram, initial, denoted R 0 .
  • the two steps 301, 302 of the method consist in generating and injecting 301 in the cable, iteratively, dK samples of the reference signal and then measuring 302 dK samples of the signal propagated in the cable.
  • the number dK is a parameter of the invention and is preferably chosen much lower than the value of K.
  • the last K samples of the injected signal and the last K samples of the measured signal are saved in a buffer or a local memory in order to perform an intercorrelation calculation over a duration corresponding to the last K samples. It is recalled that the value of dK is assumed to be much lower than the value K. It is assumed that the measured signal has been previously digitized to preserve digital samples.
  • FIG. 7 illustrates a representation of the buffer containing the last K samples of the reference signal on the one hand and the signal measured on the other hand, at two successive instants i and i + dK. Between these two successive instants, a number of new signal samples are injected into the cable and the same number of new signal samples are measured.
  • the dK samples of the oldest buffer S c (denoted ECH-A in FIG. 7) are deleted from the buffer S c , i + dK at the instant following i + dK.
  • the K-dK samples of the buffer S cj the most recent (denoted ECH-C in Figure 7) are shifted in the buffer S c , i + dK at the next time i + dK.
  • the buffer S c , i + dK contains new samples (denoted ECH-N in FIG. 7) at the instant i + dK.
  • FIG. 7 shows that at two successive instants i and i + dK, the buffer containing the K last samples of the reference signal has K-dK identical values. Similarly, at two successive instants i and i + dK, the buffer containing the last K samples of the measured signal also has K-dK identical values.
  • a value Ri (n) of the reflectogram R, at time i corresponds to the inter-correlation between the samples of the buffer S c containing the last K samples of the reference signal and the samples of the buffer S, containing the last K samples the measured signal. This calculation is given by relation (2) below.
  • the index n varies over the set of time values for which the reflectogram R, is calculated.
  • the relation (2) thus gives a value of the reflectogram R, for a time instant of index n.
  • index n varies from 1 to K.
  • the index value n of the reflectogram R, calculated at time i, can be decomposed into two sums, from relation (2) which becomes the relation
  • the reflectogram values at a time i + dK are determined from the reflectogram values at a time i preceding in step 303 of the method.
  • Step 303 thus consists in subtracting from the previous reflectogram Ri the correlation products between the dK samples of the signal measured at the instant before i and a number dK of corresponding samples of the reference signal injected into the transmission line at the yet i, and to add the previous reflectogram R, the correlation products between dK new samples measured at the current time i + dK dK and a number of corresponding samples of the reference signal injected into the transmission line the current moment i + dK.
  • the calculation of the current reflectogram made in step 303 comprises a number of operations to be performed substantially reduced. A minimum number of operations is reached for a value of dK equal to 1 sample.
  • Steps 301, 302, 303 are iterated for a duration corresponding to the cable scan time.
  • Step 303 is executed for all the values of a reflectogram.
  • the calculation explained in relation (5) is executed in parallel for n values of a reflectogram, corresponding to n successive time indices.
  • a particular embodiment of the invention relates to the case where the number dK of injected samples then measured at each instant i is equal to 1. This scenario is the one for which the number of operations required for each iteration to calculate a reflectogram , is the weakest.
  • the step 303 of calculating the reflectogram can be simplified from equation (5) as follows.
  • the method for calculating a reflectogram described above can be further optimized, according to the invention, to reduce the number of operations to be performed.
  • adding the product S (K) * S c (K + 1 -n) corresponds, for binary signals, to add the result of a NON OR exclusive operation or XNOR to the values S (K) and S c ( K + 1-n).
  • this method of incremental calculation of the reflectogram can be implemented, for binary signals, only from logic gates XOR and XNOR.
  • FIG. 8 represents a diagram of a COR correlator according to a second variant embodiment of the invention, this correlator implementing the aforementioned incremental calculation.
  • a COR correlator comprises at least one XOR logic gate and one XNOR logic gate as well as two BUF I , BUF 2 shift registers.
  • the first shift register BUFi is able to receive the samples of the binary signal S generated by the component GEN.
  • the second shift register BUF 2 is able to receive the samples of the signal S c binary obtained at the output of the thresholding device B.
  • the correlator COR also comprises two adders ADD-i, ADD 2 and a third register BUF 3 to save the values R (i) calculated from the reflectogram.
  • the logic gate XOR and the first adder ADD-i are configured to add to the current value R (i) the result of the exclusive OR operation applied to the samples S (n) and S c (1).
  • the logic gate XNOR and the second adder ADD 2 are configured to add to the current value R (i) the result of the exclusive NO OR operation applied to the samples S (K) and S (K + 1 -n).
  • the samples of the binary signals S and S c take the values +1 or -1.
  • the samples are shifted from the two shift registers S and S c , the new sample of the reference signal injected is recorded in the shift register S c and the new sample of the signal in the shift register S c measured.
  • the shift operation can be suppressed by implementing a technique similar to that of the circular registers, in which the index of the oldest samples replaced by the samples measured at the current time is incremented or decremented in a circular manner (modulo the size of the register).
  • the invention applies to any type of reflectometry signals but more particularly to pseudo-random signals such as the CTDR chaotic signals. Indeed, the pseudo-random character of these signals makes it possible not to degrade the quality of the inter-correlation of the signal measured with the signal injected when the signal is binary or binarized.
  • This advantage is important in the field of the detection and location of defects on a cable because the identification of defects is related to the identification of amplitude peaks in the result of inter-correlation.
  • FIG. 9 describes a second embodiment of a reflectometry system according to the invention.
  • the system of FIG. 9 comprises the same elements as that described in FIG. 2 but also comprises a generator 901 of analog white noise, arranged between the coupler CPL and the device for binarization B of the analog signal.
  • the analog white noise generated by the generator 901 is, for example, a Gaussian additive white noise. It is added to the analog signal measured by the PLC coupler.
  • An advantage of the system described in FIG. 9 is that the addition of white noise to the measured analog signal makes it possible to better highlight, on the final reflectogram, the peaks of low amplitude corresponding to non-free defects. Indeed, low amplitude peaks can sometimes be masked by peaks near higher amplitude.
  • the addition of white noise makes it possible, on average, to highlight these peaks of low amplitude.
  • the amplitude of the added white noise is preferably at least equal to the average amplitude of the signal.
  • the amplitude of the white noise added is of the order of two to three times larger than the average amplitude of the signal.
  • FIG. 10 represents two reflectograms obtained for a line of length equal to 20 meters including a non-straightforward defect of low amplitude in the middle of the cable.
  • the diagram on the left corresponds to a reflectogram obtained with a system according to the prior art comprising a digital-analog converter and an analog-digital converter.
  • the diagram on the right corresponds to a reflectogram obtained with a system according to the second embodiment described in FIG. 9.
  • FIG. 11 describes a third embodiment of a reflectometry system according to the invention.
  • the system of FIG. 11 comprises the same elements as the system described in FIG. 2 but furthermore comprises a differentiating or differentiating circuit 902 disposed between the output of the cable and the binarization device B.
  • a derivation circuit is configured to perform a time derivative operation of the analog signal measured by the coupler CPL.
  • a differentiator circuit is configured to determine the difference between the value of the signal at a time t and its value at a previous instant t-1.
  • the addition of a time derivation or differentiation operation before the binarization operation also makes it possible to better highlight the amplitude peaks in the final reflectogram.
  • the amplitude peaks are bipolar as is identified in FIG. 13.
  • FIG. 13 represents two reflectograms obtained for a line of length equal to 20 meters including a non-straightforward defect of low amplitude in the middle of the cable.
  • the top diagram corresponds to a reflectogram obtained with a system according to the prior art comprising a digital to analog converter and an analog digital converter.
  • the bottom diagram corresponds to a reflectogram obtained with a system according to the third embodiment described in FIG. 11.
  • the system of Figure 1 1 may or may not include a white noise generator 901 disposed upstream of the circuit 902.
  • FIG. 12 schematizes an example of a derivation circuit 902 capable of performing a time derivative operation.
  • Such a circuit 902 comprises two capacitors Ci, C 2 and three resistors R I , R 2 , R 3 arranged in the manner shown in FIG. 12. It also comprises a ground GND and a power supply VCC. Moreover, it comprises a comparator COMP whose output S is directly connected to the circuit implementing the binarization operation. The input of the circuit 902 is directly connected to the cable L via a CPL coupler (not shown in FIG. 12).
  • the circuit 902 may be implemented by any other implementation that makes it possible to perform a time derivative function or time differentiation of an analog signal, for example by means of a sample-and-hold device and an analog memory.
  • a time derivative operation or temporal differentiation is applied to the generated binary signal before carrying out the intercorrelation with the binarized signal at the output of the binarization device B.
  • This operation may be carried out by the correlator COR or by a digital circuit 903 capable of calculating the derivative or the difference term in terms of the output signal of the generator GEN inserted between the generator GEN and the correlator COR.
  • the circuit 903 and COR correlator are, by example, implemented on a single integrated circuit or FPGA circuit.
  • This variant has the particular advantage of obtaining monopolar amplitude peaks in the reflectogram, and no longer bipolar as is the case if the derivation or differentiation operation is applied only to the measured signal.
  • FIG. 14 represents, on a temporal diagram, two examples of reflectograms obtained for a cable of length equal to 30 meters and presenting a non-surface imperfection at 15 meters. It is assumed that the amplitude of the first peak corresponding to the injection point of the signal and the amplitude of the last peak corresponding to the end of the cable are equal.
  • the first refi reflectogram is obtained with a system according to the invention.
  • the second Reflectogram Ref 2 is obtained with a system according to the prior art for which the measured signal is not binarized.
  • the amplitude of the peak of the reflectogram corresponding to the non-frank defect located at 15 meters is of the order of 0.1. It can be seen that this peak is embedded in the secondary lobes of the Ref 2 reflectogram in the case where the measured signal is not binarized. It is therefore not possible to detect this peak reliably with a system according to the prior art.
  • the peak corresponding to the non-straightforward defect is amplified.
  • This phenomenon is related to the binarization of the measured signal. Indeed, the reflected signal values close to 0 are amplified to values +1 or -1 after binarization.
  • the signal injected into the cable is reflected at the end of the cable that is assumed for the moment without flaws.
  • the retro-propagated signal that is measured can be considered as the sum of the signal injected and the same signal delayed by a delay equal to the round trip time of the signal between the injection point and the measuring point through the end of the cable.
  • the injected signal is binary, it takes the values 1 or -1.
  • the signal measured after backpropagation takes the values 2, -2 or 0 (omitting, for the sake of simplicity, the amplification or attenuation due to the mismatch at the injection point and the termination of the cable). In fact, the measured signal takes the value 0 in about 50% of cases.
  • this phenomenon strongly depends on the equality of the amplitudes of the signal transmitted after the injection point and the signal reflected at the end of the cable. More generally, it is observed that it is possible to detect a non-straightforward defect which generates a reflection of the amplitude signal greater than or equal to the difference of the amplitudes of the signal transmitted after the injection point and the signal reflected at the end of the signal. cable. In other words, the closer these two amplitudes are, the more it is possible to detect non-straightforward faults generating small amplitudes in the reflectectogram calculated after correlation.
  • Figure 15 describes a fourth embodiment of a reflectometry system according to the invention.
  • the system of FIG. 15 comprises the same elements as the system described in FIG. 11 (the elements 901, 902, 903 are optional) but also comprises an equalizer 904 configured to equalize the amplitudes of the signal transmitted after the injection point of the cable and signal reflected at the end of the cable.
  • FIG. 16 schematizes an exemplary embodiment of the equalizer 904. It consists of a voltage divider bridge or resistor bridge comprising two resistors Rp and Rs arranged upstream of the connection of the reflectometry system to the cable.
  • the equalizer 904 is a quadripole which is connected on the one hand to the cable and on the other hand directly to the tracks of the printed circuit on which the system according to the invention is implemented.
  • FIG. 16 diagrammatically shows the emission part E of the system which essentially comprises the generator GEN and a track or impedance connection Zi which connects this part of the system to the cable.
  • the reception part R of the system essentially comprises the binarization device B and the correlator COR.
  • the cable has a characteristic impedance Z c .
  • the load at the end of the cable has an impedance Z L and the reception part R of the system has an impedance Z R.
  • Impedances Zi, Z 2 and Z R are system manufacturing parameters. The impedances Z c and Z L depend on the cable to be tested.
  • the values of the resistors Rp and Rs are determined so as to equalize the amplitudes of the signal at the injection point and at the point of reflection. In a variant, the resistor R s is suppressed.
  • the values of the resistances Rp and Rs are determined empirically, with charts or automatically. They depend on the cable parameters (impedance, attenuation, dispersion, propagation speed) and are controllable.
  • the values of the resistances R P and R s can be determined empirically by means of the following relationships. It is assumed later that the signal injection point and the signal measurement point are identical. Firstly, it is possible to determine the amplitude A of the signal at the injection point (called “amplitude of the injection peak”) on the one hand and the amplitude B of the signal reflected on the charge at the end of the cable (called “End-of-cable peak amplitude”) from the following relationships:
  • Ti is the transmission coefficient of the signal, at the injection point, between the generator and the cable,
  • T R is the signal transmission coefficient, at the injection / measurement point, between the generator and the reception part R of the system,
  • T 2 is the transmission coefficient of the back-propagated signal, at the point of injection, of the cable towards the reception part R of the system,
  • R R is the reflection coefficient of the signal on the reception part R of the system
  • RL is the reflection coefficient of the signal on the load at the end of the cable
  • R 0 is the reflection coefficient of the signal from the reception part R of the system, on the measurement point.
  • Z R is the impedance of the reception part R of the system
  • Zi is the impedance of the track which connects the emission part E of the system to the equalizer 904,
  • Z 2 is the impedance of the track which connects the reception part R of the system to the equalizer 904,
  • Y P , R PI and R P2 are intermediate variables which depend on coefficients A ps , B pS , C ps , D pS , which themselves depend on the resistors R s and R p of the equalizer 904.
  • the condition so that the amplitudes A and B are equal is given by the relation:
  • FIG. 17 illustrates, in a diagram, an example of a method for determining the values of the resistors R s and R p of the equalizer 904 from graphs.
  • the curve 910 represents the value of the resistance Rp as a function of the impedance Z c of the cable, considering that the cable is terminated by a short circuit.
  • the curve 91 1 represents the value of the resistor Rs as a function of the impedance Z c of the cable.
  • Curve 912 represents the equal value of the amplitudes of the two peaks as a function of the cable impedance Z c .
  • Tolerance ranges can be considered around the optimal values of the resistances R s and R p in order to widen the strict equality of the amplitudes of the two peaks with minimal differences between the two amplitudes. These tolerance ranges are in particular determined according to the minimum amplitude of a peak corresponding to a non-straightforward defect that one wishes to be able to detect.
  • FIG 18 illustrates the results obtained with the fourth embodiment of the invention.
  • Reflectogram 920 is obtained without equalizer 904 and has two peaks of different amplitudes.
  • the resistors of the equalizer 904 are programmable in order to adapt the system to the type of cable tested.
  • the values of the resistances R s and R p can also be obtained automatically, in a calibration phase of the system, by measuring the amplitudes of the two peaks of the reflectogram and by adjusting the values of the resistors as and when measured according to a closed-loop operation .
  • the determination of the values of the resistances R s and R p can also be done semi-analytically by empirically calculating a range of values possible for the resistors R s and R p according to the parameters of the system and then adjusting these values by analysis of the reflectogram.
  • the voltage divider bridge can be replaced by any equivalent device capable of performing the same equalization function.
  • the equalizer (s) may also be arranged between the tracks of the printed circuit connecting the transmission line to the injection or measuring device.

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Abstract

Système de réflectométrie pour l'analyse de défauts dans une ligne de transmission, un signal de référence étant préalablement généré et injecté dans la ligne de transmission, le système comprenant: · Un dispositif d'acquisition (CPL) dudit signal analogique rétropropagé dans la ligne de transmission, · Un circuit d'égalisation (EGA) configuré pour égaliser les amplitudes obtenues sur le réflectogramme pour les pics du signal injecté après son point d'injection dans la ligne de transmission et du signal réfléchi sur l'extrémité de la ligne de transmission, · Un dispositif de binarisation (B) pour convertir ledit signal analogique rétro-propagé en un signal numérisé sur deux niveaux de quantification, · Un corrélateur (COR) configuré pour corréler le signal numérisé avec le signal de référence afin de produire un réflectogramme temporel, · Un module d'analyse du réflectogramme temporel pour identifier la présence de défauts dans la ligne de transmission.

Description

Système de réflectométrie binaire pour l’analyse de défauts dans une ligne de transmission
L’invention concerne le domaine de l’analyse de défauts impactant des lignes de transmission, tels que des câbles électriques.
Plus précisément, l’invention concerne le domaine particulier de la réflectométrie appliquée au diagnostic filaire qui englobe le domaine de la détection, la localisation et la caractérisation de défauts dans des lignes de transmission simples ou des réseaux filaires complexes.
L’invention concerne un système de réflectométrie utilisant des signaux binaires ou binarisés permettant de réduire significativement la complexité de mise en oeuvre d’un tel système de par la diminution des calculs et de la taille mémoire utilisée et l’augmentation de la vitesse d’exécution.
Les méthodes de réflectométrie connues fonctionnent selon le procédé suivant. Un signal de référence maîtrisé, par exemple un signal impulsionnel ou encore un signal multi-porteuses, est injecté à une extrémité du câble à tester. Plus généralement, dans les méthodes modernes de réflectométrie, le signal de référence utilisé est choisi en fonction de ses propriétés d’intercorrélation. Le signal se propage le long du câble et se réfléchit sur les singularités qu’il comporte.
Une singularité dans un câble correspond à une modification des conditions de propagation du signal dans ce câble. Elle résulte le plus souvent d’un défaut qui modifie localement l’impédance caractéristique du câble en provoquant une discontinuité dans ses paramètres électriques linéiques.
Le signal réfléchi est rétro-propagé jusqu’au point d’injection, puis est analysé par le système de réflectométrie. Le retard entre le signal injecté et le signal réfléchi permet de localiser une (ou plusieurs) singularité(s), correspondant à un défaut électrique, dans le câble. Un défaut peut résulter d’un court circuit, d’un circuit ouvert ou encore d’une dégradation locale du câble voire d’un simple pincement du câble.
Les signaux utilisés par les systèmes de réflectométrie sont habituellement générés par un système numérique programmable du type processeur ou circuit intégré ou circuit FPGA et transformés en signaux analogiques avant d’être injectés dans le câble à analyser. De même, les signaux mesurés, analogiques par nature, sont convertis en signaux numériques pour être traités, en particulier corrélés avec le signal de référence.
Pour permettre la détection précise, dans le réflectogramme calculé, de pics de faible amplitude correspondant à des défauts mineurs encore appelés défauts non francs, il est en général nécessaire de numériser les signaux mesurés, après leur propagation dans le câble, sur un nombre de bits important afin de garantir un niveau de précision élevé pour le résultat du calcul d’intercorrélation.
La conversion des signaux du domaine numérique vers le domaine analogique, et réciproquement, nécessite l’emploi de convertisseurs qui sont des composants complexes, coûteux et présentant des performances limitées dans l’optique d’être intégrés à des systèmes embarqués portatifs.
Il existe donc un besoin pour concevoir un système de réflectométrie permettant une détection et une localisation précise de défauts avec une architecture significativement moins complexe que les systèmes existants en termes de nombre d’opérations à réaliser et de place mémoire nécessaire.
Les travaux pionniers dans l’application de la réflectométrie au diagnostic des câbles sont ceux de l’Université de l’Utah, débutés vers 2002. Cette université a développé des méthodes de réflectométrie fréquentielle FDR et de réflectométrie temporelle TDR ainsi que des systèmes capables de les mettre en œuvre. Les méthodes de réflectométrie basées sur l’étalement de spectre (spread spectrum en anglais) sont les plus performantes au prix de l’utilisation de signaux complexes (qui présentent une fonction d’autocorrélation en forme de pic) et d’un calcul d’intercorrélation entre le signal mesuré et le signal injecté.
Chaque méthode utilise un signal de référence différent avec un objectif général commun d’obtenir de bonnes propriétés d’autocorrélation.
Parmi ces méthodes, on peut citer, les méthodes de type STDR (Sequence Time Domain Reflectometry) et SSTDR (Spread Spectrum Time Domain Reflectometry) décrites dans [1 ]. La méthode STDR utilise un signal binaire pseudo-aléatoire. La méthode SSTDR combine ce signal pseudo aléatoire avec une fréquence porteuse pour décaler le spectre du signal autour de cette fréquence porteuse, ce qui permet une utilisation embarquée et en ligne.
On connaît également la méthode MCTDR (Multi Carrier Time Domain Reflectometry) décrite dans le document [2] Cette méthode utilise un signal multi-porteuses, c’est-à-dire formé de sommes pondérées de fréquences pures.
On connaît aussi la méthode OMTDR (Orthogonal MultitoneTime Domain Reflectometry) qui utilise un signal à multi-porteuses orthogonales entre elles, inspiré des méthodes de transmission numérique OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Cette méthode est décrite dans le document [3]. Ces deux méthodes permettent aussi une utilisation embarquée et en ligne, grâce au contrôle du spectre du signal utilisé.
Enfin, on connaît également la méthode CTDR (Chaos Time Domain Reflectometry) qui utilise un signal pseudo-aléatoire chaotique analogique. Cette méthode est décrite dans [4]
Toutes ces méthodes donnent des résultats intéressants pour la détection et la localisation de défauts dans des réseaux filaires, chacune ayant ses avantages ou domaines d’utilisation prioritaires. La méthode STDR vise une utilisation embarquée. Les méthodes SSTDR - MCTDR et OMTDR ciblent le diagnostic en ligne. La méthode OMTDR permet la communication de plusieurs systèmes de réflectométrie pendant le diagnostic pour améliorer le résultat par fusion de capteurs. La méthode CTDR est bien adaptée aux défauts non francs et aux défauts intermittents.
Cependant toutes ces méthodes sont mises en oeuvre de la même manière. Un système électronique génère les valeurs du signal injecté à chaque instant d’une horloge. Ce système est la plupart du temps un système numérique programmé tel qu’un processeur ou un FPGA. Le signal numérique est ensuite converti en un signal analogique par un convertisseur numérique - analogique afin d’être injecté dans le câble. Le signal réémis par le câble est dirigé vers un convertisseur analogique - numérique qui transmet au système de traitement des valeurs numériques pour qu’il calcule l’intercorrélation entre le signal mesuré et le signal injecté.
Les solutions actuelles ne sont pas satisfaisantes car l’utilisation de convertisseurs numérique-analogique et analogique-numérique ajoute une complexité importante, tant du point de vue de la conception électronique (sur carte ou sur circuit intégré) que de celui de l’implémentation via la mémoire requise. Par ailleurs l’impact sur les performances est important car les convertisseurs limitent la bande de fréquence des signaux et donc la précision de localisation de défauts.
Un convertisseur numérique-analogique présente deux paramètres qui influent significativement sur les performances du système de réflectométrie. Il s’agit de la résolution et de la fréquence d’échantillonnage. La résolution correspond au nombre de bits sur lequel est codé chaque échantillon de signal. Elle influe particulièrement sur la précision de l’opération d’inter-corrélation. Une résolution faible peut empêcher la détection de pics de faible amplitude, dans un réflectogramme, correspondant à des défauts non francs. La fréquence d’échantillonnage influe sur la précision de localisation des défauts. Une fréquence d’échantillonnage élevée permet de convertir les composantes à hautes fréquences du signal qui permettent de localiser plus précisément les défauts. Par ailleurs, une fréquence d’échantillonnage élevée permet de réduire la largeur des pics d’amplitude dans un réflectogramme et ainsi de discriminer des pics voisins. La complexité, et donc le coût, d’un convertisseur numérique-analogique augmente avec sa résolution et sa fréquence d’échantillonnage.
De la même façon, la complexité et le coût d’un convertisseur analogique-numérique augmente également avec ses performances en termes de fréquence d’échantillonnage et de résolution. Par ailleurs, un convertisseur analogique numérique à fréquence d’échantillonnage élevée génère une très grande quantité d’échantillons qui doivent être stockés en mémoire pour être traités par le corrélateur. Ainsi, une mémoire de taille importante est le plus souvent nécessaire.
Il existe donc un besoin pour développer un système de réflectométrie qui permet une détection et localisation précise de défauts mais par le biais d’une complexité moindre en termes de nombre d’opérations à effectuer et d’espace mémoire requis.
L’invention vise à résoudre les limitations des solutions actuelles en proposant un système de réflectométrie binaire qui ne nécessite pas de convertisseurs analogique-numérique ou numérique-analogique.
L’invention a pour objet un système de réflectométrie pour l’analyse de défauts dans une ligne de transmission, un signal de référence étant préalablement généré et injecté dans la ligne de transmission, le système comprenant :
• Un dispositif de mesure ou d’acquisition dudit signal analogique rétro-propagé dans la ligne de transmission,
• Un dispositif de binarisation pour quantifier ledit signal analogique rétro-propagé en un signal numérisé sur deux niveaux de quantification, • Un corrélateur configuré pour corréler le signal numérisé avec le signal de référence afin de produire un réflectogramme temporel,
• Un module d’analyse du réflectogramme temporel pour identifier la présence de défauts dans la ligne de transmission.
Selon un aspect particulier de l’invention, le dispositif de binarisation est un circuit logique de type bascule ou comparateur.
Selon une variante particulière, le système de réflectométrie selon l’invention comprend :
• un générateur d’un signal de référence binarisé,
• un dispositif d’injection pour injecter le signal de référence binarisé dans la ligne de transmission.
Selon un aspect particulier de l’invention, le générateur et le dispositif d’injection sont implémentés sous la forme d’un circuit numérique programmable ayant au moins une broche de sortie numérique apte à être connectée à la ligne de transmission.
Selon une variante particulière, le système de réflectométrie selon l’invention comprend un dispositif d’adaptation de l’impédance de la broche de sortie numérique à l’impédance de la ligne de transmission ou de la piste du circuit imprimé sur laquelle elle est connectée.
Selon une variante particulière, le système de réflectométrie selon l’invention comprend en outre au moins un égaliseur disposé entre le dispositif d’acquisition et un point de connexion entre ledit système et la ligne de transmission, chaque égaliseur étant configuré pour égaliser les amplitudes obtenues sur le réflectogramme temporel pour les pics du signal injecté après son point d’injection dans la ligne de transmission et du signal réfléchi sur l’extrémité de la ligne de transmission.
Selon une variante particulière de l’invention, chaque égaliseur est réalisé par un pont diviseur de tension comprenant au moins une résistance Rp.
Selon une variante particulière de l’invention, chaque égaliseur comporte deux résistances Rs,Rp agencées en un pont de résistances. Selon une variante particulière de l’invention, les valeurs de la résistance RP ou des résistances Rs,Rp sont déterminées à partir d’un ensemble d’impédances caractérisant ledit système et la ligne de transmission.
Selon une variante particulière de l’invention, le signal de référence est un signal pseudo-aléatoire binarisé.
Selon une variante particulière de l’invention, le corrélateur comprend au moins un circuit logique implémentant une porte logique NON OU exclusif.
Selon une variante particulière de l’invention, le corrélateur comprend un compteur agencé pour compter le nombre de valeurs à 1 en sortie de la porte logique NON OU exclusif, le corrélateur étant configuré pour calculer l’intercorrélation entre le signal numérisé et le signal de référence à partir de ce nombre.
Selon une variante particulière de l’invention, le corrélateur comprend plusieurs portes logiques NON OU exclusif agencées pour recevoir chacune sur leurs entrées un échantillon du signal numérisé et un échantillon du signal de référence, un sommateur pour sommer les sorties des portes logiques NON OU exclusif, un multiplieur pour multiplier la sortie du sommateur par deux et un additionneur pour ajouter au résultat du sommateur un nombre prédéterminé.
Selon une variante particulière de l’invention, le corrélateur comprend au moins un circuit logique implémentant une porte logique OU exclusif.
Selon une variante particulière de l’invention, le corrélateur est configuré pour calculer de façon incrémentale un réflectogramme temporel au moyen des étapes suivantes :
- recevoir, à un instant courant i+dK, une mesure du signal après sa propagation dans la ligne de transmission, ladite mesure comprenant un nombre dK d’échantillons, - déterminer un réflectogramme R,+dK à l’instant courant i+dK, à partir d’un réflectogramme précédent R, calculé à un instant précédent i, en effectuant les opérations suivantes pour chaque valeur du réflectogramme:
• ajouter au réflectogramme précédent R,, la somme des opérations OU exclusif entre un nombre dK d’échantillons du signal mesurés à l’instant précédent i et un nombre dK d’échantillons correspondants du signal de référence injectés dans la ligne de transmission à un instant d’injection i’-dK,
• ajouter au réflectogramme antérieur R,, la somme des opérations NON OU exclusif entre un nombre dK d’échantillons mesurés à l’instant courant i+dK et un nombre dK d’échantillons correspondants du signal de référence injectés dans la ligne de transmission à un instant d’injection i’.
Selon une variante particulière de l’invention, le corrélateur comprend un premier registre à décalage pour recevoir le signal de référence, le premier registre à décalage étant connecté respectivement à une première entrée de la porte logique OU exclusif et à une première entrée de la porte logique NON OU exclusif, un deuxième registre à décalage pour recevoir le signal numérisé, le deuxième registre à décalage étant connecté respectivement à une deuxième entrée de la porte logique OU exclusif et à une deuxième entrée de la porte logique NON OU exclusif, un registre pour sauvegarder les résultats du calcul d’un réflectogramme temporel, un premier additionneur agencé pour ajouter à une valeur courante R(i) du réflectogramme temporel, un résultat produit en sortie de la porte logique OU exclusif et un second additionneur agencé pour ajouter à une valeur courante R(i) du réflectogramme temporel, un résultat produit en sortie de la porte logique NON OU exclusif. Selon une variante particulière, le système de réflectométrie selon l’invention comprend en outre un générateur de bruit blanc disposé entre le dispositif d’acquisition et le dispositif de binarisation.
Selon une variante particulière, le système de réflectométrie selon l’invention comprend en outre un dispositif de dérivation ou de différenciation temporelle disposé en amont du dispositif de binarisation.
Selon une variante particulière, le système de réflectométrie selon l’invention comprend en outre un dispositif de dérivation ou différenciation temporelle numérique appliqué au signal de référence avant sa corrélation avec le signal numérisé.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins annexés qui représentent :
- La figure 1 , un schéma d’un système de réflectométrie selon l’art antérieur,
- La figure 1 bis, un exemple de réflectogramme obtenu avec le système de réflectométrie de la figure 1 ,
- La figure 2, un schéma d’un système de réflectométrie selon un premier mode de réalisation de l’invention,
- La figure 3, deux diagrammes illustrant une opération de binarisation d’un signal numérique,
- La figure 4, deux diagrammes illustrant un réflectogramme obtenu respectivement avec un système de réflectométrie de l’art antérieur et un système de réflectométrie selon le premier mode de réalisation de l’invention,
- La figure 5, un schéma d’un corrélateur selon une première variante de réalisation de l’invention,
- La figure 6, un organigramme détaillant les étapes de mise en oeuvre d’un procédé de calcul optimisé d’un réflectogramme, La figure 7, un schéma illustrant une comparaison du signal injecté en un point d’un câble et du signal mesuré en un point d’un câble à deux instants successifs,
La figure 8, un schéma d’un corrélateur selon une seconde variante de réalisation de l’invention,
La figure 9, un schéma d’un système de réflectométrie selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
La figure 10, deux diagrammes illustrant un réflectogramme obtenu respectivement avec un système de réflectométrie de l’art antérieur et un système de réflectométrie selon le deuxième mode de réalisation de l’invention,
La figure 1 1 , un schéma d’un système de réflectométrie selon un troisième mode de réalisation de l’invention,
La figure 12, un schéma d’un exemple de circuit dérivateur,
La figure 13, deux diagrammes illustrant un réflectogramme obtenu respectivement avec un système de réflectométrie de l’art antérieur et un système de réflectométrie selon le troisième mode de réalisation de l’invention,
La figure 14, deux réflectogrammes temporels illustrant un problème résolu par un quatrième mode de réalisation de l’invention,
La figure 15, un schéma d’un système de réflectométrie selon un quatrième mode de réalisation de l’invention,
La figure 16, un schéma d’un exemple de dispositif égaliseur,
La figure 17, un diagramme illustrant la détermination des valeurs des résistances d’un dispositif égaliseur selon une variante du quatrième mode de réalisation de l’invention,
La figure 18, deux réflectogrammes temporels illustrant les résultats obtenus grâce au quatrième mode de réalisation de l’invention.
La figure 1 représente un schéma d’un système 100 d’analyse de défaut dans une ligne de transmission L, telle qu’un câble, selon une méthode usuelle de réflectométrie temporelle de l’état de l’art. Un tel système comprend principalement un générateur GEN d’un signal numérique de référence. Le signal de référence numérique généré est converti analogiquement via un convertisseur numérique-analogique DAC puis est injecté en un point de la ligne de transmission L au moyen d’un coupleur directionnel CPL ou tout autre dispositif permettant d’injecter un signal dans une ligne. Le signal se propage le long de la ligne et se réfléchit sur les singularités qu’elle comporte. En l’absence de défaut sur la ligne, le signal se réfléchit sur l’extrémité de la ligne si la terminaison de la ligne est non adaptée. En présence de défaut sur la ligne, le signal se réfléchit sur la discontinuité d’impédance provoquée par le défaut. Le signal réfléchi est rétro-propagé jusqu’à un point de mesure, qui peut être commun au point d’injection ou différent. Le signal rétro-propagé est capturé via le coupleur directionnel CPL puis converti numériquement par un convertisseur analogique numérique ADC. Une corrélation COR est ensuite effectuée entre le signal numérique ainsi obtenu et une copie du signal numérique généré avant injection afin de produire un réflectogramme temporel R(t) correspondant à l’inter-corrélation entre les deux signaux.
Comme cela est connu dans le domaine des méthodes de diagnostic par réflectométrie temporelle, la position dDF d’un défaut sur le câble L, autrement dit sa distance au point d’injection du signal, peut être directement obtenue à partir de la mesure, sur le réflectogramme temporel calculé R(t), de la durée tDF entre le premier pic d’amplitude relevé sur le réflectogramme et le pic d’amplitude correspondant à la signature du défaut, grâce à la connaissance d’une valeur de vitesse de propagation de signaux dans la ligne.
La figure 1 bis représente un exemple de réflectogramme R(n) obtenu à l’aide du système de la figure 1 , sur lequel on observe un premier pic d’amplitude à une abscisse N et un second pic d’amplitude à une abscisse N+M. Le premier pic d’amplitude correspond à la réflexion du signal au point d’injection dans le câble, tandis que le second pic correspond à la réflexion du signal sur une discontinuité d’impédance provoquée par un défaut. Le point d’abscisse N est généralement pris comme référence de temps et est ramené à l’abscisse 0 par soustraction de N.
Différentes méthodes connues sont envisageables pour déterminer la position dDF du défaut. Une première méthode consiste à appliquer la relation liant distance et temps : dDF = Vg-tDF/2 où Vg est la vitesse de propagation du signal dans le câble. Une autre méthode possible consiste à appliquer une relation de proportionnalité du type düF/tDF = Lc/t0 où Lc est la longueur du câble et t0 est la durée, mesurée sur le réflectogramme, entre le pic d’amplitude correspondant à la discontinuité d’impédance au point d’injection et le pic d’amplitude correspondant à la réflexion du signal sur l’extrémité du câble. Afin de diminuer le niveau du bruit de mesure, un calcul de moyenne MOY optionnel peut être réalisé avant ou après la corrélation COR. Les deux emplacements du calcul de moyenne sont équivalents d’un point de vue arithmétique.
Un dispositif d’analyse (non représenté à la figure 1 ) est chargé d’analyser le réflectogramme R(t) pour en déduire des informations de présence et/ou localisation de défauts ainsi que les caractéristiques électriques éventuelles des défauts.
Sans sortir du cadre de l’invention, les parties émission et réception du système décrit à la figure 1 peuvent être implémentées dans un même dispositif ou dans deux dispositifs distincts. La partie émission du système comprend le générateur de signal, le convertisseur numérique-analogique et le dispositif d’injection du signal dans un câble. La partie réception du système comprend le dispositif de mesure du signal rétro-propagé dans le câble et les modules de calcul numériques comprenant le calcul de moyenne et d’inter-corrélation. La figure 2 décrit un système de réflectométrie selon un premier mode de réalisation de l’invention.
Le système 200 comprend un générateur GEN du signal de référence utilisé. Selon une première variante de réalisation, le générateur GEN est apte à générer directement un signal binaire, par exemple un signal pseudo aléatoire de type CTDR. Selon une autre variante de réalisation, le générateur GEN est apte à générer un signal numérique quantifié sur plusieurs bits et comprend en outre un organe de binarisation du signal numérique généré. La binarisation est une opération de transformation du signal numérique en une suite de valeurs binaires prenant les valeurs 0 ou 1 ou prenant les valeurs -1 ou 1. La binarisation est effectuée de sorte que toute valeur positive ou nulle du signal est transformée en une valeur égale à 1 et toute valeur négative du signal est transformée en une valeur égale à -1.
Le générateur GEN est, par exemple, implémenté sous la forme d’un système numérique programmable, tel qu’un processeur ou un circuit reconfigurable de type FPGA. Le générateur GEN comporte au moins une broche numérique de sortie à laquelle est relié un coupleur CPL (ou tout autre moyen équivalent) apte à injecter le signal binaire de sortie du générateur GEN, dans le câble L.
Le signal binaire généré est délivré sur la broche numérique de sortie sous la forme d’un signal analogique pour lequel la valeur binaire 1 est délivrée par une tension maximum VCC et la valeur binaire 0 (ou -1 ) est délivrée par une tension minimum -VCC. La broche numérique du générateur GEN est capable de délivrer les tensions VCC et -VCC.
Avantageusement, un dispositif d’adaptation d’impédance est positionné entre la broche de sortie du générateur et le coupleur CPL pour adapter l’impédance de sortie du générateur à celle du câble L.
Dans une variante de réalisation, si la broche numérique ne peut pas fournir de telles tensions, notamment la tension négative -VCC, un composant ou circuit supplémentaire est disposé en aval de la broche de sortie. Ce composant est, par exemple, une bascule de Schmitt dont les seuils haut et bas sont fixés à une tension égale à une valeur comprise entre 0 et la tension maximum VCC, par exemple VCC/2, et les niveaux d’alimentation sont fixés aux valeurs de tension maximum VCC et minimum - VCC.
Dans encore une variante de réalisation, le circuit supplémentaire est composé d’un transformateur dont le principal comprend N spires et le secondaire comprend 2N spires et d’une capacité disposée en amont du principal.
Dans encore une variante de réalisation, le circuit supplémentaire est composé d’un inverseur logique entre les tensions VCC et -VCC ainsi que deux résistantes agencées en diviseur de tension entre la tension minimale - VCC et l’entrée numérique du circuit.
Le composant supplémentaire doit comprendre un dispositif d’adaptation de son impédance d’entrée à l’impédance de la broche numérique de sortie du générateur.
La figure 3 représente respectivement un signal pseudo-aléatoire chaotique tel que généré (sur le diagramme du haut) et le même signal après l’opération de binarisation (diagramme du bas).
Le signal rétro-propagé dans le câble L est capturé, c'est-à-dire acquis ou mesuré, au moyen du coupleur CPL (qui peut être identique ou différent du coupleur utilisé pour l’injection du signal) ou tout autre moyen de mesure ou d’acquisition du signal. Ce signal est analogique. L’opération de binarisation peut être faite soit directement par le composant numérique utilisé COR, en connectant une entrée numérique du composant (éventuellement équipée d’un système d’adaptation d’impédance) au coupleur CPL, soit au moyen d’un composant ou circuit supplémentaire inséré entre le coupleur CPL et le composant numérique COR. Ce circuit est un dispositif de seuillage de type bascule à seuil, ou comparateur B qui permet de convertir le signal analogique mesuré en un signal numérique binaire. Le corrélateur COR réalise ensuite le calcul d’intercorrélation entre le signal reçu et le signal injecté dans le câble.
L’utilisation d’un signal binaire ou binarisé à la place d’un signal numérique non binaire présente plusieurs avantages.
En premier lieu, le système selon l’invention tel que décrit à la figure 2 ne nécessite pas de convertisseur analogique numérique ni de convertisseur numérique analogique. Ce type de composant est coûteux, consomme beaucoup d’énergie et son utilisation limite la vitesse d’acquisition du signal. En effet, plus la vitesse d’acquisition ou de conversion du signal analogique en signal numérique est élevée, plus le nombre d’échantillons par seconde est élevé ce qui procure de meilleurs résultats pour la détection de défaut mais entraîne un coût plus élevé pour le composant.
Par ailleurs, grâce à l’invention, la taille mémoire nécessaire est aussi diminuée. Le nombre de bits utilisés pour échantillonner un signal analogique est en général supérieur à 8 bits, ce qui engendre une capacité de stockage nécessaire très importante. Plus la dynamique d’échantillonnage est élevée, meilleures sont les performances en termes de détection pour des défauts de faible amplitude. Grâce à l’invention, un seul bit par échantillon est nécessaire ce qui permet de réduire la taille mémoire d’un facteur au moins égal à 8. Des méthodes de compression numérique sans pertes permettraient d’améliorer encore ce gain en place mémoire.
Enfin, la fréquence d’acquisition du signal est augmentée grâce à l’invention car elle n’est plus limitée à la fréquence d’échantillonnage du convertisseur analogique numérique. En effet, la fréquence d’acquisition du signal pour le système décrit à la figure 2 est celle du dispositif de seuillage B qui est proche ou égale de la fréquence du composant numérique GEN.
Un autre avantage de l’invention est que, malgré la perte d’information dans le signal mesuré du fait de la diminution du nombre de bits de quantification, le réflectogramme issu du calcul d’inter-corrélation du signal mesuré et du signal généré, est comparable à celui qui serait obtenu avec une méthode selon l’art antérieur comme cela est illustré à la figure 4.
Sur cette figure 4, on a représenté deux réflectogrammes obtenus pour une ligne de longueur égale à 20 mètres comprenant quatre défauts non francs d’amplitudes croissantes régulièrement espacés.
Le diagramme du haut correspond à un réflectogramme obtenu avec un système selon l’art antérieur comprenant un convertisseur numérique analogique et un convertisseur analogique numérique. Le diagramme de gauche correspond à un réflectogramme obtenu avec un système selon l’invention. Les défauts sont correctement identifiables par des pics d’amplitudes équivalentes sur les deux diagrammes.
La figure 5 représente un schéma d’un exemple de corrélateur COR selon un mode de réalisation de l’invention.
Le fait que les valeurs des signaux utilisés par le système selon l’invention soient binaires permet une accélération du calcul de l’intercorrélation entre le signal injecté Sc binarisé et le signal mesuré S binarisé. En effet, l’intercorrélation à un instant donné représenté par un indice i peut être exprimée sous la forme suivante :
Puisque les valeurs des signaux Sc et S sont égales à 1 ou -1 , le calcul précédent peut être simplifié de la façon suivante :
Ainsi, les produits S(k)Sc(j) peuvent être calculés à l’aide d’une porte logique « NON OU exclusif » encore appelée XNOR et la valeur d’indice i du produit d’intercorrélation peut être calculée en sommant les sorties de la fonction XNOR bit par bit.
Une autre façon de réaliser cette somme consiste à compter le nombre de fois où les bits respectifs des signaux Sc et S sont égaux (c’est-à- dire où la sortie de la fonction XNOR est égale à 1 ).
Dans la formule précédente, Card(E) désigne le nombre d’éléments d’un ensemble E et les ensembles E,, E., sont définis par :
Ei= { j ³ i , Sc(j) = S(j-i+1 ) }
E-i= { j ³ l, Sc(j) ¹ S(j-i+1 ) }
Par ailleurs, si le nombre d’échantillons de signal est égal à K-i+1 , on a card(Ei)+card(E.i)= K-i+1.
Ainsi, l’intercorrélation d’indice i est obtenue à l’aide du calcul suivant :
En conséquence le corrélateur COR peut être réalisé à partir d’une ou plusieurs porte(s) logique(s) XNOR. Chaque porte logique XNOR reçoit les signaux respectifs S et Sc sur ses deux entrées. Les sorties des portes logiques XNOR sont sommées au moyen d’un sommateur SOM. Le sommateur SOM peut être remplacé par un compteur apte à compter le nombre de 1 en sortie des portes logiques XNOR, ce nombre correspondant au nombre de valeurs de l’ensemble E,.
Selon le mode de réalisation décrit à la figure 5, le résultat produit en sortie du sommateur SOM est décalé d’un bit vers la gauche afin de réaliser une multiplication par deux. Un additionneur ADD est ensuite utilisé pour ajouter à ce résultat le terme K-i+1.
Le corrélateur COR comprend enfin un registre BUF pour sauvegarder les valeurs du réflectogramme R ainsi calculé. Sans sortir du cadre de l’invention, le corrélateur décrit à la figure 5 peut être agencé différemment pour remplir la même fonction. Par exemple, il peut comprendre une seule porte logique XNOR et un compteur à la place du sommateur SOM. L’opération de multiplication par 2 peut aussi être réalisée à l’aide d’un multiplieur.
Le corrélateur COR décrit à la figure 5 fonctionne avec des échantillons binaires de signaux prenant les valeurs 0 ou 1.
Le corrélateur ainsi conçu permet de réaliser un calcul d’intercorrélation plus simplement et plus rapidement car il ne nécessite aucune multiplication ni transformée de Fourier.
On décrit à présent un autre aspect de l’invention relatif à l’utilisation de signaux de réflectométrie binaires ou binarisés tels que décrits précédemment avec un corrélateur implémentant la méthode de calcul d’un réflectogramme décrite dans la demande de brevet français du Demandeur déposée sous le numéro FR1662396 le 14 décembre 2016. Cette demande précitée est incorporée par renvoi dans la présente demande.
La demande de brevet FR1662396 concerne une méthode pour calculer un réflectogramme permettant de mieux répartir le nombre d’opérations à mettre en oeuvre afin de rendre le calcul plus efficace.
La figure 6 schématise les principales étapes du procédé de calcul d’un réflectogramme tel que décrit dans la demande de brevet FR1662396.
Le procédé débute par une étape d’initialisation 300 qui comprend les sous-étapes suivantes :
- Génération et injection dans le câble de K premiers échantillons du signal de référence,
- Mesure de K échantillons du signal propagé dans le câble, - Calcul initial du réflectogramme R0 à partir de l’intercorrélation entre les K échantillons du signal injecté et les K échantillons du signal mesuré.
L’étape d’initialisation 300 peut également être rendue optionnelle. Dans ce cas, le réflectogramme R0 est initialisé à 0 puis, les étapes suivantes du procédé sont directement exécutées. Il faut alors attendre d’avoir mesuré K échantillons du signal propagé dans le câble pour obtenir un réflectogramme complet au profit d’un gain en temps de calcul dès le démarrage du procédé.
Le nombre K est un paramètre du procédé et correspond à la longueur (en nombre d’échantillons) de l’intercorrélation réalisée entre le signal de référence et le signal mesuré pour calculer le réflectogramme.
La mesure du signal peut être réalisée simultanément à l’injection du signal dans le câble ou peut être réalisée avec un décalage temporel initial.
Dans le cas d’un dispositif de réflectométrie pour lequel le dispositif de mesure est distinct du dispositif d’injection du signal, le dispositif de mesure comprend un générateur du signal de référence qui a pour rôle de générer une copie du signal de référence injecté dans le câble par le dispositif d’injection. Cette copie est utilisée pour calculer le réflectogramme.
L’étape d’initialisation 300 produit un premier réflectogramme, initial, noté R0.
Le procédé se poursuit par l’exécution itérative des étapes 301 ,302,303.
Les deux étapes 301 ,302 du procédé consistent à générer et injecter 301 dans le câble, itérativement, dK échantillons du signal de référence puis à mesurer 302 dK échantillons du signal propagé dans le câble. Le nombre dK est un paramètre de l’invention et est préférablement choisi très inférieur à la valeur de K. La valeur de dK est au moins égale à 1. Les étapes 301 et 302 sont exécutées itérativement, autrement dit, à chaque instant i, on injecte dK échantillons de signal dans le câble et on mesure dK échantillons de signal propagé. L’injection et la mesure du signal sont faites en continu pendant toute la durée de l’analyse du câble.
A chaque instant i, correspondant à une itération, les K derniers échantillons du signal injecté et les K derniers échantillons du signal mesuré sont sauvegardés dans un buffer ou une mémoire locale en vue de réaliser un calcul d’intercorrélation sur une durée correspondant aux K derniers échantillons. On rappelle que la valeur de dK est supposée très inférieure à la valeur K. On suppose que le signal mesuré a été préalablement numérisé pour conserver des échantillons numériques.
La figure 7 illustre une représentation du buffer contenant les K derniers échantillons du signal de référence d’une part et du signal mesuré d’autre part, à deux instants successifs i et i+dK. Entre ces deux instants successifs, un nombre dK de nouveaux échantillons de signal sont injectés dans le câble et le même nombre dK de nouveaux échantillons de signal sont mesurés.
Sur le haut de la figure 7, on a représenté le buffer Scj contenant les échantillons du signal de référence sauvegardés à l’instant i et le buffer Scj+dK contenant les échantillons du signal de référence sauvegardés à l’instant suivant i+dK.
Les dK échantillons du buffer Sc les plus anciens (notés ECH-A sur la figure 7) sont supprimés du buffer Sc,i+dK à l’instant suivant i+dK. Les K-dK échantillons du buffer Scj les plus récents (notés ECH-C sur la figure 7) sont décalés dans le buffer Sc,i+dK à l’instant suivant i+dK. Enfin, le buffer Sc,i+dK contient dK nouveaux échantillons (notés ECH-N sur la figure 7) à l’instant suivant i+dK.
Sur le bas de la figure 7, on a représenté, de la même façon, le buffer S, contenant les échantillons du signal mesuré, sauvegardés à l’instant i et le buffer Si+dK contenant les échantillons du signal mesuré, sauvegardés à l’instant suivant i+dK.
La figure 7 permet d’observer qu’à deux instants successifs i et i+dK, le buffer contenant les K derniers échantillons du signal de référence présente K-dK valeurs identiques. De même à deux instants successifs i et i+dK, le buffer contenant les K derniers échantillons du signal mesuré présente également K-dK valeurs identiques.
Une valeur Ri(n) du réflectogramme R, à l’instant i correspond à l’inter- corrélation entre les échantillons du buffer Sc contenant les K derniers échantillons du signal de référence et les échantillons du buffer S, contenant les K derniers échantillons du signal mesuré. Ce calcul est donné par la relation (2) ci-dessous.
L’indice n varie sur l’ensemble des valeurs temporelles pour lesquelles le réflectogramme R, est calculé. La relation (2) donne donc une valeur du réflectogramme R, pour un instant temporel d’indice n.
Pour générer un réflectogramme complet, il faut exécuter la relation
(2) en faisant varier l’indice n sur l’ensemble de l’intervalle temporel correspondant à la durée du réflectogramme. Ainsi l’indice n varie de 1 à K.
La valeur d’indice n du réflectogramme R, calculé à l’instant i peut être décomposée en deux sommes, à partir de la relation (2) qui devient la relation
Ri (n
De la même façon, la valeur d’indice n du réflectogramme Ri+dK calculé à l’instant i+dK peut être décomposée en deux sommes tel qu’illustré par la relation (4) :
1)(4)
D’après l’illustration de la figure 7, on sait que les valeurs ECH_C des échantillons du signal de référence Sc mémorisé à l’instant i+dK, allant des indices 1 à K-dK sont identiques aux valeurs des échantillons du signal de référence Sc mémorisé à l’instant i, allant des indices dK+1 à K. La même conclusion s’applique pour le signal mesuré S.
A partir de ces constatations et des relations (3) et (4) on peut en déduire la relation de récurrence (5) entre une valeur du réflectogramme calculé à l’instant i et la même valeur d’indice n du réflectogramme calculé à l’instant suivant i+dK :
Ainsi, les valeurs du réflectogramme à un instant i+dK sont déterminées à partir des valeurs du réflectogramme à un instant i précédent à l’étape 303 du procédé.
L’étape 303 consiste ainsi à retrancher au réflectogramme précédent Ri, les produits de corrélation entre les dK échantillons du signal mesurés à l’instant précédent i et un nombre dK d’échantillons correspondants du signal de référence injectés dans la ligne de transmission à l’instant i, puis à ajouter au réflectogramme précédent R,, les produits de corrélation entre les dK nouveaux échantillons mesurés à l’instant courant i+dK et un nombre dK d’échantillons correspondants du signal de référence injectés dans la ligne de transmission à l’instant courant i+dK. Ainsi, le calcul du réflectogramme courant réalisé à l’étape 303 comprend un nombre d’opérations à effectuer sensiblement réduit. Un nombre d’opérations minimal est atteint pour une valeur de dK égale à 1 échantillon.
Les formules (2) à (5) sont données en considérant que l’instant d’injection de nouveaux échantillons du signal de référence dans le câble et l’instant de mesure de nouveaux échantillons du signal propagé dans le câble sont identiques et correspondent à l’indice i. Sans perte de généralité, l’instant d’injection i’ et l’instant de mesure i peuvent être différents, les relations (2) à (5) peuvent alors être réécrites en remplaçant i par i’ dans les expressions du signal mesuré S. L’injection du signal et sa mesure doivent cependant être synchronisées et fonctionner à un rythme d’échantillonnage identique.
Les étapes 301 ,302,303 sont itérées pendant une durée correspondant à la durée d’analyse du câble.
L’étape 303 est exécutée pour toutes les valeurs d’un réflectogramme. Ainsi, le calcul explicité à la relation (5) est exécuté en parallèle pour n valeurs d’un réflectogramme, correspondant à n indices temporels successifs.
Un exemple de réalisation particulier de l’invention concerne le cas où le nombre dK d’échantillons injectés puis mesurés à chaque instant i est égal à 1. Ce scénario est celui pour lequel le nombre d’opérations nécessaires à chaque itération pour calculer un réflectogramme, est le plus faible.
Pour ce mode de réalisation particulier, l’étape 303 de calcul du réflectogramme peut être simplifiée à partir de l’équation (5) de la façon suivante.
A l’instant courant i, on retranche à chaque valeur indicée n du réflectogramme Rj(n), le produit S(n)*Sc(1 ), puis on décale d’une valeur les échantillons dans les deux buffers S et Sc et on enregistre dans le buffer Sc le nouvel échantillon du signal de référence injecté et dans le buffer S le nouvel échantillon du signal mesuré. Enfin, on ajoute à chaque valeur indicée n du réflectogramme R,(n), le produit S(K)*Sc(K+1 -n).
En utilisant des signaux binaires ou binarisés, le procédé de calcul d’un réflectogramme décrit ci-dessus peut être encore optimisé, selon l’invention, pour diminuer le nombre d’opérations à réaliser.
En effet, en reprenant l’exemple ci-dessus donné pour dK=1 , retrancher le produit S(n)*Sc(1 ) correspond, pour des signaux binaires, à ajouter le résultat d’une opération OU exclusif ou XOR appliquée aux valeurs S(n) et Sc(1 ).
De plus, ajouter le produit S(K)*Sc(K+1 -n) correspond, pour des signaux binaires, à ajouter le résultat d’une opération NON OU exclusif ou XNOR aux valeurs S(K) et Sc(K+1 -n).
Ainsi, cette méthode de calcul incrémental du réflectogramme peut être mise en oeuvre, pour des signaux binaires, uniquement à partir de portes logiques XOR et XNOR.
La figure 8 représente un schéma d’un corrélateur COR selon une seconde variante de réalisation de l’invention, ce corrélateur implémentant le calcul incrémental précité. Un tel corrélateur COR comprend au moins une porte logique XOR et une porte logique XNOR ainsi que deux registres à décalage BUFI ,BUF2. Le premier registre à décalage BUFi est apte à recevoir les échantillons du signal S binaire généré par le composant GEN. Le deuxième registre à décalage BUF2 est apte à recevoir les échantillons du signal Sc binaire obtenu en sortie du dispositif de seuillage B. Le corrélateur COR comprend également deux additionneurs ADD-i, ADD2 et un troisième registre BUF3 pour sauvegarder les valeurs R(i) calculées du réflectogramme. La porte logique XOR et le premier additionneur ADD-i sont configurés pour ajouter à la valeur courante R(i) le résultat de l’opération OU exclusif appliquée aux échantillons S(n) et Sc(1 ). La porte logique XNOR et le second additionneur ADD2 sont configurés pour ajouter à la valeur courante R(i) le résultat de l’opération NON OU exclusif appliquée aux échantillons S(K) et S(K+1 -n). Dans ce second mode de réalisation du corrélateur COR, les échantillons des signaux binaires S et Sc prennent les valeurs +1 ou -1. De ce fait, tous les composants du corrélateur COR, en particulier les portes logiques XOR et XNOR fonctionnent en logique +1/-1 et non pas en logique 1/0.
Dans le cas où on se place en logique binaire 1/0 et non plus en logique binaire 1/-1 , on applique le raisonnement incrémental décrit ci- dessus à la relation (1 ) :
A l’instant courant i, on retranche à chaque valeur indicée n du réflectogramme R,(n), le résultat d’une opération OU exclusif XOR aux valeurs S(1 ) etSc(n) décalée d’un bit vers la gauche(pour la multiplier par 2).
Ensuite, on décale d’une valeur les échantillons dans les deux registres à décalage S et Sc, on enregistre dans le registre à décalage Sc le nouvel échantillon du signal de référence injecté et dans le registre à décalage S le nouvel échantillon du signal mesuré.
L’opération de décalage peut être supprimée en mettant en œuvre une technique similaire à celle des registres circulaires, dans laquelle l’indice des échantillons les plus anciens remplacés par les échantillons mesurés à l’instant courant est incrémenté ou décrémenté de manière circulaire (modulo la taille du registre).
Enfin, on ajoute à chaque valeur indicée n du réflectogramme Rj(n), le résultat d’une opération OU exclusif XOR aux valeurs S(K-n+1 ) et SC(K) décalée d’un bit vers la gauche. L’Homme du métier saura sans difficulté adapter le dispositif de la figure 8, décrit pour une logique binaire 1/-1 , à un calcul incrémental en logique binaire 1/0 tel que décrit ci-dessus, notamment en utilisant cette fois deux portes logiques XOR et non plus une porte logique XOR et une porte logique XNOR comme décrit sur la figure 8.
L’invention s’applique à tout type de signaux de réflectométrie mais plus particulièrement à des signaux pseudo-aléatoires tels que les signaux chaotiques CTDR. En effet, le caractère pseudo-aléatoire de ces signaux permet de ne pas dégrader la qualité de l’inter-corrélation du signal mesuré avec le signal injecté lorsque le signal est binaire ou binarisé.
Cet avantage est important dans le domaine de la détection et localisation de défauts sur un câble car l’identification des défauts est liée à l’identification de pics d’amplitude dans le résultat de l’inter-corrélation.
La figure 9 décrit un deuxième mode de réalisation d’un système de réflectométrie selon l’invention.
Le système de la figure 9 comprend les mêmes éléments que celui décrit à la figure 2 mais comprend en outre un générateur 901 de bruit blanc analogique, disposé entre le coupleur CPL et le dispositif de binarisation B du signal analogique. Le bruit blanc analogique généré par le générateur 901 est, par exemple, un bruit blanc additif Gaussien. Il est ajouté au signal analogique mesuré par le coupleur CPL.
Un avantage du système décrit à la figure 9 est que l’ajout de bruit blanc au signal analogique mesuré permet de mieux faire ressortir, sur le réflectogramme final, les pics de faible amplitude correspondant à des défauts non francs. En effet, les pics de faible amplitude peuvent parfois être masqués par des pics proches d’amplitude plus élevée. L’ajout de bruit blanc permet, en moyenne, de faire ressortir ces pics de faible amplitude. L’amplitude du bruit blanc ajouté est, préférablement, au moins égale à l’amplitude moyenne du signal. Avantageusement, l’amplitude du bruit blanc ajouté est de l’ordre de deux à trois fois plus importante que l’amplitude moyenne du signal.
La figure 10 représente deux réflectogrammes obtenus pour une ligne de longueur égale à 20 mètres comprenant un défaut non franc de faible amplitude au milieu du câble.
Le diagramme de gauche correspond à un réflectogramme obtenu avec un système selon l’art antérieur comprenant un convertisseur numérique analogique et un convertisseur analogique numérique. Le diagramme de droite correspond à un réflectogramme obtenu avec un système selon le deuxième mode de réalisation décrit à la figure 9.
La figure 1 1 décrit un troisième mode de réalisation d’un système de réflectométrie selon l’invention.
Le système de la figure 1 1 comporte les mêmes éléments que le système décrit à la figure 2 mais comprend en outre un circuit 902 dérivateur ou différenciateur disposé entre la sortie du câble et le dispositif de binarisation B.
Un circuit dérivateur est configuré pour réaliser une opération de dérivation temporelle du signal analogique mesuré par le coupleur CPL. Un circuit différenciateur est configuré pour déterminer la différence entre la valeur du signal à un instant t et sa valeur à un instant précédent t-1.
L’ajout d’une opération de dérivation temporelle ou de différenciation avant l’opération de binarisation permet également de mieux faire ressortir les pics d’amplitude dans le réflectogramme final. Dans ce cas, les pics d’amplitude sont bipolaires comme cela est identifié sur la figure 13.
La figure 13 représente deux réflectogrammes obtenus pour une ligne de longueur égale à 20 mètres comprenant un défaut non franc de faible amplitude au milieu du câble. Le diagramme du haut correspond à un réflectogramme obtenu avec un système selon l’art antérieur comprenant un convertisseur numérique analogique et un convertisseur analogique numérique. Le diagramme du bas correspond à un réflectogramme obtenu avec un système selon le troisième mode de réalisation décrit à la figure 11.
Le système de la figure 1 1 peut comprendre ou non un générateur de bruit blanc 901 disposé en amont du circuit 902.
La figure 12 schématise un exemple de circuit dérivateur 902 apte à réaliser une opération de dérivation temporelle.
Un tel circuit 902 comprend deux capacités Ci,C2 et trois résistances RI ,R2,R3 agencées de la façon représentée sur la figure 12. Il comprend également une masse GND et une alimentation VCC. Par ailleurs, il comprend un comparateur COMP dont la sortie S est directement reliée au circuit implémentant l’opération de binarisation. L’entrée du circuit 902 est directement reliée au câble L par l’intermédiaire d’un coupleur CPL (non représenté à la figure 12).
Le circuit 902 peut être mis en œuvre par toute autre implémentation permettant de réaliser une fonction de dérivation temporelle ou de différenciation temporelle d’un signal analogique, par exemple au moyen d’un échantillonneur bloqueur et d’une mémoire analogique.
Selon une variante du troisième mode de réalisation de l’invention décrit ci-dessus, une opération de dérivation temporelle ou différentiation temporelle est appliquée au signal binaire généré avant de réaliser l’intercorrélation avec le signal binarisé en sortie du dispositif de binarisation B. Cette opération peut être effectuée par le corrélateur COR ou par un circuit numérique 903 apte à calculer la dérivée ou la différence termes à termes du signal de sortie du générateur GEN inséré entre le générateur GEN et le corrélateur COR. Le circuit 903 et le corrélateur COR sont, par exemple, implémenté sur un seul et même circuit intégré ou circuit FPGA. Cette variante présente notamment l’intérêt d’obtenir des pics d’amplitude monopolaire, dans le réflectogramme, et non plus bipolaires comme cela est le cas si l’opération de dérivation ou différenciation est appliquée uniquement au signal mesuré.
On décrit à présent un quatrième mode de réalisation de l’invention qui vise plus particulièrement l’amélioration de la capacité de détection de défauts non francs générant, dans le réflectogramme, des signatures de très faible amplitude.
La figure 14 représente, sur un diagramme temporel, deux exemples de réflectogrammes obtenus pour un câble de longueur égale à 30 mètres et présentant un défaut non franc superficiel à 15 mètres. On suppose que l’amplitude du premier pic correspondant au point d’injection du signal et l’amplitude du dernier pic correspondant à l’extrémité du câble sont égales. Le premier réflectogramme Refi est obtenu avec un système selon l’invention. Le second réflectogramme Ref2 est obtenu avec un système selon l’art antérieur pour lequel le signal mesuré n’est pas binarisé.
L’amplitude du pic du réflectogramme correspondant au défaut non franc situé à 15 mètres est de l’ordre de 0,1. On peut voir que ce pic est noyé dans les lobes secondaires du réflectogramme Ref2 dans le cas où le signal mesuré n’est pas binarisé. Il n’est donc pas possible de détecter ce pic de manière fiable avec un système selon l’art antérieur.
Au contraire, on voit sur le réflectogramme Refi obtenu avec l’invention que le pic correspondant au défaut non franc est amplifié. Ce phénomène est lié à la binarisation du signal mesuré. En effet, les valeurs du signal réfléchi proches de 0 sont amplifiées aux valeurs +1 ou -1 après binarisation.
Le signal injecté dans le câble est réfléchi à l’extrémité du câble que l’on suppose pour l’instant sans défaut. Le signal rétro-propagé qui est mesuré peut être considéré comme la somme du signal injecté et du même signal retardé d’un retard égal au temps d’aller-retour du signal entre le point d’injection et le point de mesure en passant par l’extrémité du câble. Lorsque le signal injecté est binaire, il prend les valeurs 1 ou -1. Ainsi, le signal mesuré après rétro-propagation prend les valeurs 2, -2 ou 0 (en omettant, par souci de simplicité, l’amplification ou atténuation due à la désadaptation au point d’injection et à la terminaison du câble). Dans les faits, le signal mesuré prend la valeur 0 dans à peu près 50% des cas. Considérons ensuite qu’un défaut non franc est présent et qu’il génère une réflexion du signal de faible amplitude, par exemple égale à 0,1. Les valeurs à 0 dans le signal mesuré deviennent alors 0,1 ou -0,1. Après binarisation, ces valeurs deviennent 1 ou -1. Ainsi, la binarisation permet d’amplifier la signature d’un défaut non franc générant une réflexion du signal de faible amplitude.
Cependant, ce phénomène dépend fortement de l’égalité des amplitudes du signal transmis après le point d’injection et du signal réfléchi à l’extrémité du câble. Plus généralement on observe qu’il est possible de détecter un défaut non franc qui génère une réflexion du signal d’amplitude supérieure ou égale à la différence des amplitudes du signal transmis après le point d’injection et du signal réfléchi à l’extrémité du câble. Autrement dit, plus ces deux amplitudes sont proches, plus il est possible de détecter des défauts non francs générant des amplitudes faibles dans le réflectogramme calculé après corrélation.
Ainsi, pour améliorer la précision de la détection de défauts non francs de faible amplitude, il convient de modifier le système de réflectométrie selon l’invention en ajoutant un dispositif qui a pour fonction d’égaliser les amplitudes du signal transmis après le point d’injection et du signal réfléchi à l’extrémité du câble.
A cet effet, la figure 15 décrit un quatrième mode de réalisation d’un système de réflectométrie selon l’invention. Le système de la figure 15 comporte les mêmes éléments que le système décrit à la figure 1 1 (les éléments 901 ,902,903 sont optionnels) mais comprend en outre un égaliseur 904 configuré pour égaliser les amplitudes du signal transmis après le point d’injection du câble et du signal réfléchi à l’extrémité du câble.
La figure 16 schématise un exemple de réalisation de l’égaliseur 904. Il est constitué d’un pont diviseur de tension ou pont de résistances comprenant deux résistances Rp et Rs disposées en amont de la connexion du système de réflectométrie au câble. Par exemple, l’égaliseur 904 est un quadripôle qui est connecté d’une part au câble et d’autre part directement aux pistes du circuit imprimé sur lequel est implémenté le système selon l’invention. Sur la figure 16, on a représenté schématiquement la partie émission E du système qui comprend essentiellement le générateur GEN et une piste ou connexion d’impédance Z-i qui relie cette partie du système au câble. La partie réception R du système comprend essentiellement le dispositif de binarisation B et le corrélateur COR. Elle est également reliée via une piste ou connexion d’impédance Z2 au câble. La connexion des pistes vers le câble peut être réalisée au moyen d’un coupleur CPL non représenté. Le câble a une impédance caractéristique Zc. La charge en fin de câble a une impédance ZL et la partie réception R du système a une impédance ZR. Les impédances Zi,Z2 et ZR sont des paramètres de fabrication du système. Les impédances Zc et ZL dépendent du câble à tester.
Les valeurs des résistances Rp et Rs sont déterminées de sorte à égaliser les amplitudes du signal au point d’injection et au point de réflexion. Dans une variante, la résistance Rs est supprimée.
Les valeurs des résistances Rp et Rs sont déterminées empiriquement, avec des abaques ou de manière automatique. Elles dépendent des paramètres du câble (impédance, atténuation, dispersion, vitesse de propagation) et sont contrôlables.
Par exemple, les valeurs des résistances RP et Rs peuvent être déterminées empiriquement au moyen des relations suivantes. On suppose par la suite que le point d’injection du signal et le point de mesure du signal sont identiques. En premier lieu, on peut déterminer l’amplitude A du signal au point d’injection (appelée « amplitude du pic d’injection ») d’une part et l’amplitude B du signal réfléchi sur la charge en fin de câble (appelée « amplitude du pic de fin de câble ») à partir des relations suivantes :
Ti est le coefficient de transmission du signal, au point d’injection, entre le générateur et le câble,
TR est le coefficient de transmission du signal, au point d’injection/mesure, entre le générateur et la partie réception R du système,
T2 est le coefficient de transmission du signal rétro-propagé, au point d’injection, du câble vers la partie réception R du système,
RR est le coefficient de réflexion du signal sur la partie réception R du système,
RL est le coefficient de réflexion du signal sur la charge en fin de câble,
R0 est le coefficient de réflexion du signal provenant de la partie réception R du système, sur le point de mesure.
L’Homme du métier saura sans difficultés adapter les équations précédentes à d’autres configurations plus ou moins complexes du système notamment des configurations pour lesquelles le câble présente plusieurs ramifications et jonctions avec plusieurs charges aux extrémités. D’autres paramètres du système peuvent également être pris en compte dans les équations, en particulier les paramètres liés à l’atténuation du signal dans le câble.
Lorsque l’égaliseur 904 est inséré dans le système, les relations précédentes peuvent être modifiées pour aboutir à :
ZR est l’impédance de la partie réception R du système,
Zi est l’impédance de la piste qui relie la partie émission E du système à l’égaliseur 904,
Z2 est l’impédance de la piste qui relie la partie réception R du système à l’égaliseur 904,
YP, RPI et RP2 sont des variables intermédiaires qui dépendent de coefficients Aps,BpS,Cps,DpS, qui dépendent eux-mêmes des résistances Rs et Rp de l’égaliseur 904. Ainsi, la condition pour que les amplitudes A et B soient égales est donnée par la relation :
A partir de la relation (1 ), en fixant les différents paramètres du système, on peut en déduire les valeurs des résistances Rs et Rp de l’égaliseur 904.
La figure 17 illustre, sur un diagramme, un exemple de méthode pour déterminer les valeurs des résistances Rs et Rp de l’égaliseur 904 à partir d’abaques. Pour cet exemple, les valeurs des impédances du système sont fixées aux valeurs Zi = 100 Ohms, Z2= 1000 Ohms et ZR = 1000 Ohms. La courbe 910 représente la valeur de la résistance Rp en fonction de l’impédance Zc du câble en considérant que le câble est terminé par un court-circuit. La courbe 91 1 représente la valeur de la résistance Rs en fonction de l’impédance Zc du câble. La courbe 912 représente la valeur égale des amplitudes des deux pics en fonction de l’impédance Zc du câble.
En utilisant le diagramme de la figure 17, on peut ainsi déterminer les valeurs optimales des résistances Rs et Rp à partir de la valeur de l’impédance Zc du câble.
Des plages de tolérance peuvent être envisagées autour des valeurs optimales des résistances Rs et Rp afin d’élargir l’égalité stricte des amplitudes des deux pics à des différences minimes entre les deux amplitudes. Ces plages de tolérance sont notamment déterminées en fonction de l’amplitude minimale d’un pic correspondant à un défaut non franc que l’on souhaite pouvoir détecter.
La figure 18 illustre les résultats obtenus avec le quatrième mode de réalisation de l’invention. Le réflectogramme 920 est obtenu sans l’égaliseur 904 et présente deux pics d’amplitudes différentes. Le réflectogramme 921 est obtenu pour le même câble en introduisant l’égaliseur 904 avec des résistances Rs=0,75 Ohms et Rp=907,86 Ohms et présente deux pics d’amplitudes identiques.
Avantageusement, les résistances de l’égaliseur 904 sont programmables afin d’adapter le système au type de câble testé.
Les valeurs des résistances Rs et Rp peuvent aussi être obtenues automatiquement, dans une phase de calibration du système, en mesurant les amplitudes des deux pics du réflectogramme et en ajustant les valeurs des résistances au fur et à mesure selon un fonctionnement en boucle fermée.
La détermination des valeurs des résistances Rs et Rp peut aussi se faire semi-analytiquement en calculant empiriquement une plage de valeurs possibles pour les résistances Rs et Rp en fonction des paramètres du système puis en ajustant ces valeurs par analyse du réflectogramme.
Sans sortir du cadre de l’invention le pont diviseur de tension peut être remplacé par tout dispositif équivalent apte à réaliser la même fonction d’égalisation.
Dans une autre variante de réalisation, plusieurs égaliseurs peuvent être utilisés au lieu d’un unique égaliseur 904.
Le ou les égaliseur(s) peuvent être également disposés entre les pistes du circuit imprimé reliant la ligne de transmission au dispositif d’injection ou de mesure.
Références
[1] “Analysis of spread spectrum time domain reflectometry for wire fault location”, P. Smith; C. Furse; J. Gunther, IEEE Sensors Journal, Year: 2005, Volume: 5, Issue: 6, Pages: 1469 - 1478
[2] On line wire diagnosis using Multicarrier Time Domain Reflectometry for fault location”, A. Lelong and M. Olivas Carrion, IEEE Sensors Conférence, Christchurch, New Zealand, 2009, pp. 751 -754
[3] “OMTDR using BER estimation for ambiguities cancellation in ramified networks diagnosis”, Wafa Ben Hassen; Fabrice Auzanneau; Luca Incarbone;
François Pérès; Ayeley P. Tchangani, 2013 IEEE Eighth International Conférence on Intelligent Sensors, Sensor Networks and Information Processing
[4]“Chaos Time Domain Reflectometry for Online Defect Détection in Noisy Wired Networks”, Fabrice Auzanneau; Nicolas Ravot; Luca Incarbone, IEEE
Sensors Journal, Year: 2016, Volume: 16, Issue: 22, Pages: 8027 - 8034

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de réflectométrie pour l’analyse de défauts dans une ligne de transmission, un signal de référence étant préalablement généré et injecté dans la ligne de transmission, le système comprenant :
• Un dispositif d’acquisition (CPL) pour acquérir un signal analogique rétro-propagé dans la ligne de transmission,
• Un dispositif de binarisation (B) pour quantifier ledit signal analogique rétro-propagé en un signal numérisé sur deux niveaux de quantification,
• Un corrélateur (COR) configuré pour corréler le signal numérisé avec le signal de référence afin de produire un réflectogramme temporel,
• Un module d’analyse du réflectogramme temporel pour identifier la présence de défauts dans la ligne de transmission.
2. Système de réflectométrie selon la revendication 1 dans lequel le dispositif de binarisation (B) est un circuit logique de type bascule ou comparateur.
Système de réflectométrie selon l’une des revendications précédentes comprenant :
• un générateur (GEN) d’un signal de référence binarisé,
• un dispositif d’injection (CPL) pour injecter le signal de référence binarisé dans la ligne de transmission.
4. Système de réflectométrie selon la revendication 3 dans lequel le générateur (GEN) et le dispositif d’injection (CPL) sont implémentés sous la forme d’un circuit numérique programmable ayant au moins une broche de sortie numérique apte à être connectée à la ligne de transmission.
5. Système de réflectométrie selon la revendication 4 comprenant un dispositif d’adaptation de l’impédance de la broche de sortie numérique à l’impédance de la ligne de transmission.
6. Système de réflectométrie selon l’une des revendications 3 à 5 comprenant en outre au moins un égaliseur (904) disposé entre le dispositif d’acquisition (CPL) et un point de connexion entre ledit système et la ligne de transmission, chaque égaliseur (904) étant configuré pour égaliser les amplitudes obtenues sur le réflectogramme temporel pour les pics respectifs du signal injecté après son point d’injection dans la ligne de transmission et du signal réfléchi sur l’extrémité de la ligne de transmission.
7. Système de réflectométrie selon la revendication 6 dans lequel un égaliseur (904) est réalisé par un pont diviseur de tension comprenant au moins une résistance RP.
8. Système de réflectométrie selon la revendication 7 dans lequel un égaliseur (904) comporte deux résistances Rs,Rp agencées en un pont de résistances.
9. Système de réflectométrie selon l’une des revendications 7 ou 8 dans lequel les valeurs de la résistance RP ou des résistances Rs,Rp sont déterminées à partir d’un ensemble d’impédances caractérisant ledit système et la ligne de transmission.
10. Système de réflectométrie selon l’une des revendications précédentes dans lequel le signal de référence est un signal pseudo-aléatoire binarisé.
11. Système de réflectométrie selon l’une des revendications précédentes dans lequel le corrélateur (COR) comprend au moins un circuit logique implémentant une porte logique NON OU exclusif (XNOR).
12. Système de réflectométrie selon la revendication 1 1 dans lequel le corrélateur (COR) comprend un compteur agencé pour compter le nombre de valeurs à 1 en sortie de la porte logique NON OU exclusif, le corrélateur étant configuré pour calculer l’intercorrélation entre le signal numérisé et le signal de référence à partir de ce nombre.
13. Système de réflectométrie selon la revendication 1 1 dans lequel le corrélateur (COR) comprend plusieurs portes logiques NON OU exclusif agencées pour recevoir chacune sur leurs entrées un échantillon du signal numérisé et un échantillon du signal de référence, un sommateur (SOM) pour sommer les sorties des portes logiques NON OU exclusif, un multiplieur pour multiplier la sortie du sommateur (SOM) par deux et un additionneur (ADD) pour ajouter au résultat du sommateur (SOM) un nombre prédéterminé.
14. Système de réflectométrie selon la revendication 1 1 dans lequel le corrélateur (COR) comprend au moins un circuit logique implémentant une porte logique OU exclusif (XOR).
15. Système de réflectométrie selon la revendication 14 dans lequel le corrélateur (COR) est configuré pour calculer de façon incrémentale un réflectogramme temporel au moyen des étapes suivantes :
- recevoir, à un instant courant i+dK, une mesure du signal après sa propagation dans la ligne de transmission, ladite mesure comprenant un nombre dK d’échantillons,
- déterminer un réflectogramme R,+dK à l’instant courant i+dK, à partir d’un réflectogramme précédent R, calculé à un instant précédent i, en effectuant les opérations suivantes pour chaque valeur du réflectogramme:
• ajouter au réflectogramme précédent R,, la somme des opérations OU exclusif entre un nombre dK d’échantillons du signal mesurés à l’instant précédent i et un nombre dK d’échantillons correspondants du signal de référence injectés dans la ligne de transmission à un instant d’injection i’-dK,
• ajouter au réflectogramme antérieur Ri la somme des opérations NON OU exclusif entre un nombre dK d’échantillons mesurés à l’instant courant i+dK et un nombre dK d’échantillons correspondants du signal de référence injectés dans la ligne de transmission à un instant d’injection i’.
16. Système de réflectométrie selon la revendication 14 dans lequel le corrélateur (COR) comprend un premier registre à décalage (BUF-i) pour recevoir le signal de référence, le premier registre à décalage étant connecté respectivement à une première entrée de la porte logique OU exclusif (XOR) et à une première entrée de la porte logique NON OU exclusif (XNOR), un deuxième registre à décalage (BUF2) pour recevoir le signal numérisé, le deuxième registre à décalage étant connecté respectivement à une deuxième entrée de la porte logique OU exclusif (XOR) et à une deuxième entrée de la porte logique NON OU exclusif (XNOR), un registre (BUF3) pour sauvegarder les résultats du calcul d’un réflectogramme temporel, un premier additionneur (ADD-i) agencé pour ajouter à une valeur courante R(i) du réflectogramme temporel, un résultat produit en sortie de la porte logique OU exclusif (XOR) et un second additionneur (ADD2) agencé pour ajouter à une valeur courante R(i) du réflectogramme temporel, un résultat produit en sortie de la porte logique NON OU exclusif (XNOR).
17. Système de réflectométrie selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre un générateur (901 ) de bruit blanc disposé entre le dispositif d’acquisition (CPL) et le dispositif de binarisation (B).
18. Système de réflectométrie selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre un dispositif (902) de dérivation ou de différenciation temporelle disposé en amont du dispositif de binarisation (B).
19. Système de réflectométrie selon la revendication 18 comprenant en outre un dispositif (903) de dérivation ou différenciation temporelle numérique appliqué au signal de référence avant sa corrélation avec le signal numérisé.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5425017A (en) * 1993-01-11 1995-06-13 Forte Networks, Inc Token ring local area network testing apparatus inserted in an active "T" co
US5382910A (en) * 1993-04-06 1995-01-17 John Fluke Mfg. Co., Inc. Dual time base zero dead zone time domain reflectometer
TW559668B (en) * 1999-02-08 2003-11-01 Advantest Corp Apparatus for and method of measuring a jitter
US6934655B2 (en) * 2001-03-16 2005-08-23 Mindspeed Technologies, Inc. Method and apparatus for transmission line analysis
WO2004046652A2 (fr) * 2002-11-19 2004-06-03 University Of Utah Dispositif et procede de detection d'anomalies dans un cable
US8280655B2 (en) * 2007-03-01 2012-10-02 International Rectifier Corporation Digital power monitoring circuit and system
US8988081B2 (en) * 2011-11-01 2015-03-24 Teradyne, Inc. Determining propagation delay
FR2994484B1 (fr) * 2012-08-07 2014-08-22 Commissariat Energie Atomique Systeme de reflectometrie comprenant un mecanisme de transmission d'informations
FR3003410B1 (fr) * 2013-03-18 2016-07-01 Win Ms Dispositif de protection de reseaux electriques
FR3037147B1 (fr) * 2015-06-04 2017-06-02 Win Ms Procede et dispositif de reflectometrie pour le diagnostic de cables en fonctionnement.
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