EP4620054A1 - Systeme de collecte de donnees sans fil - Google Patents

Systeme de collecte de donnees sans fil

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Publication number
EP4620054A1
EP4620054A1 EP23800872.6A EP23800872A EP4620054A1 EP 4620054 A1 EP4620054 A1 EP 4620054A1 EP 23800872 A EP23800872 A EP 23800872A EP 4620054 A1 EP4620054 A1 EP 4620054A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
bandwidth
envelope
remote device
thermal protection
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.)
Pending
Application number
EP23800872.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Fabien Lamazere
Mathieu ERACARRET
Nicolas FANTON
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.)
Safran Helicopter Engines SAS
Safran Electronics and Defense SAS
Original Assignee
Safran Helicopter Engines SAS
Safran Electronics and Defense SAS
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 Safran Helicopter Engines SAS, Safran Electronics and Defense SAS filed Critical Safran Helicopter Engines SAS
Publication of EP4620054A1 publication Critical patent/EP4620054A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H01Q1/2225—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in active tags, i.e. provided with its own power source or in passive tags, i.e. deriving power from RF signal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/002—Protection against seismic waves, thermal radiation or other disturbances, e.g. nuclear explosion; Arrangements for improving the power handling capability of an antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H01Q1/2216—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in interrogator/reader equipment

Definitions

  • the present invention relates to the field of data collection particularly in vehicles, and for example for the collection of data in a hot environment such as the engine compartment of a vehicle.
  • Motorized vehicles include an engine housed in an engine compartment more or less isolated, in particular thermally and acoustically, from the rest of the vehicle which houses an engine control station. To control the operation of the motor and/or ensure its maintenance, it is necessary to recover a certain amount of information relating to the motor such as for example temperature data, shocks, vibrations as well as configuration information (for example the product number P/N and serial number S/N).
  • information relating to the motor such as for example temperature data, shocks, vibrations as well as configuration information (for example the product number P/N and serial number S/N).
  • RFID tags are used to collect data via RFID technology (from the English Radio Frequency IDentification or radio-identification).
  • This technology is implemented using systems comprising a reader and radio tags (commonly called RFID tags).
  • the reader comprises a first electronic circuit with an integrated circuit connected to a first antenna having a first bandwidth and each radio tag comprises a second electronic circuit with an integrated circuit connected to a second antenna having a second bandwidth substantially identical to the first bandwidth .
  • the first electronic circuit of the reader can thus communicate with the second electronic circuit by the exchange of electromagnetic signals.
  • Radio labels are relatively fragile and very sensitive to heat.
  • the invention aims in particular to allow collection of data, such as identifiers, in a relatively hot environment by limiting the weight of the equipment necessary for collection.
  • a system for collecting data by electromagnetic signals comprising, on the one hand, a collector provided with a first antenna having a predetermined bandwidth, and, on the other hand, at at least one remote electronic device comprising a second antenna having a second bandwidth coinciding with the first bandwidth for exchanging signals with the first antenna.
  • the device comprises a thermal protection envelope surrounding at least the second antenna by defining a cavity around it so that the second antenna radiates signals outside the protective envelope substantially in the second bandwidth.
  • the antenna is surrounded by a thermal protection envelope.
  • this envelope could alter the properties of the antenna.
  • the envelope defines a cavity around the antenna allowing the antenna to radiate into the free space of the cavity.
  • the thickness of the thermal protection envelope around the antenna can be limited so that the envelope can ensure its thermal protection function without significantly altering the radiation of the antenna.
  • the invention is suitable for use in the environment of a heat engine with temperatures between 100°C and 250°C or more.
  • the invention also relates to a vehicle comprising a propulsion engine arranged in an engine compartment and at least one remote device of such a system, the remote device being fixed in the engine compartment.
  • Figure 1 is a partial schematic perspective view of an aircraft equipped with a system according to the invention, showing more particularly an engine compartment of this aircraft;
  • Figure 2 is a schematic block view of a data collection system according to the invention
  • Figure 3 is a schematic view of a remote device of this system, according to a first embodiment of the invention, in section along a plane parallel to a substrate of an electronic circuit of the remote device;
  • Figure 4 is a schematic view of this remote device, in section along a plane perpendicular to the substrate of the electronic circuit of the remote device;
  • Figure 5 is a view similar to Figure 3 of a remote device according to a second embodiment of the invention.
  • the engine compartment C comprises a front partition Cav, a rear partition Car, two side partitions Cl and a Cpf firewall separating the two M engines from each other.
  • the engine compartment C has an upper opening closed by an upper cover Cs.
  • the system comprises a data collector (or reader) generally designated 100 and here a plurality of remote electronic devices 200.
  • the collector 100 comprises an electronic circuit 101 which comprises a printed circuit board 102 carrying an integrated circuit 103 and a transmitter/receiver 104 connected by a connecting cable to an antenna 105 (or first antenna) which is separated from the electronic circuit 101.
  • the integrated circuit 103 includes a processor and a memory containing a program executable by the processor and data.
  • the printed circuit board 102 further comprises at least one connector 106 making it possible to connect the electronic circuit 101 to an avionics network R of the aircraft A.
  • the antenna 105 is tuned to a frequency band (or first bandwidth) which is part of the frequency bands used for RFID devices.
  • the collector 100 is here on board the aircraft: the electronic circuit 101 is arranged outside the engine compartment C; the antenna 105 is arranged in the engine compartment.
  • Each remote device 200 comprises an electronic circuit 201 which comprises a printed circuit board 202 carrying an integrated circuit 203 and a transmitter/receiver 204 connected to an antenna 205 tuned to a second frequency band (or second bandwidth) to be able to communicate with the collector 100 as we will see.
  • the antenna 205 thus has a second bandwidth coinciding with the first bandwidth.
  • coincidede we mean that each of these two bandwidths overlaps with the other on at least a third, or even on half of this bandwidth, or more depending on the desired transmission reliability.
  • the bandwidth here extends between -3dB and +3dB around the frequency corresponding to the maximum power of the transmitted signals.
  • the integrated circuit 203 comprises a processor and a memory containing a computer program, executable by the processor, and data.
  • the remote device 200 can be arranged to perform at least one of the following functions: a function of memorizing an identification of the component on which it is fixed; - a function for storing a setting or configuration of the component on which it is attached;
  • the electronic circuit 201 of the remote device 200 is connected to a sensor 206 (for example temperature, shock or vibration or pressure).
  • a sensor 206 for example temperature, shock or vibration or pressure.
  • the remote device 200 is a passive type RFID device in the sense that it does not include a battery and is powered by the energy of the signals that it receives via the antenna 205. This type of energy supply for RFID devices is classic .
  • the remote device 200 comprises a thermal protection envelope in which at least the antenna 205 is housed, but here also the entire electronic circuit 201.
  • the remote device 200 also comprises a means of compensating for an influence of the envelope thermal protection on the electromagnetic signals exchanged between the two antennas 105, 205.
  • the compensation means is arranged so that the electromagnetic signals transmitted in the first bandwidth by the antenna 105 are received in the second bandwidth by the antenna 205 and vice versa.
  • the collector 100 can retrieve the stored data by interrogating the remote device 200.
  • the collection is initiated by the collector 100 which sends a request signal containing a request for data (for example identification), the electronic circuit 201 of the device remote 200, powered by the energy of the request signal, transmits an identification signal containing the identifier of the component on which it is attached before sending:
  • a request signal containing a request for data (for example identification)
  • the electronic circuit 201 of the device remote 200 powered by the energy of the request signal, transmits an identification signal containing the identifier of the component on which it is attached before sending:
  • TID Transponder ID
  • the electronic circuit 101 of the collector 100 is programmed to collect data automatically before each flight, during the flight or after the flight.
  • the electronic circuit 101 of the collector 100 can be programmed to collect data periodically or all at once.
  • the data recovered by the collector 100 are then transmitted to a predictive maintenance system, for example either via the avionics network R, or by an RFID link initiated with a reader of a maintenance operator.
  • the data recovered by the collector 100 can be stored in the memory of the collector 100 or in a memory connected to the avionics network R.
  • the collector 100 can also be programmed to update data stored in the electronic circuit 201 of the remote device 200, such as:
  • the value of a threshold for controlling the storage or transmission of the parameter measured by the remote device 200 is not memorized or is not not transmitted as long as it is below the threshold value.
  • the temperature can be used to extend the life of the remote device 200. Indeed, if a remote device 200 is interrogated at too high a temperature, there is a risk of aging it prematurely. It is therefore preferable that a remote device 200 does not respond to an RFID request if its internal temperature is too high.
  • the device comprises a thermal protection envelope surrounding at least the antenna 205 by defining a cavity around it. This makes it possible to reduce or even cancel a shift in the bandwidth of the antenna caused by the presence of the protective envelope.
  • the thermal protection envelope has a thickness around the antenna 205 which can be adjusted, if necessary, so as to further reduce this frequency shift. In any case, the antenna radiates signals, outside the protective envelope, substantially in the second bandwidth.
  • the thermal protection envelope As shown in Figures 3 and 4, and according to the first embodiment of the thermal protection envelope, the thermal protection envelope, referenced 207, comprises a block of polymer resin defining a cavity 208 in which extends the antenna 205 and which allows the antenna 205 to resonate in the air of the cavity 208.
  • the cavity 208 then forms a compensation means making it possible to limit the influence of the thermal protection envelope on the bandwidth of the antenna 205.
  • the volume of this cavity 208 can be determined as a function of the compensation to be made.
  • the thickness of the protective envelope is determined as a function of a thermal conductivity of the thermal protective envelope (207; 210) and an estimated surrounding temperature during operation. More precisely, the thickness of the polymer resin block forming the thermal protection envelope 207 around the cavity 208 is determined as a function of:
  • the thickness also depends on the mechanical resistance capacities that are desired for the resin to provide a mechanical protection function adapted to the environmental conditions of the remote device 200.
  • the polymer resin chosen here is a silicone resin crosslinkable at room temperature (RTV from English room temperature vulcanizable).
  • RTV polymer resins can be used: RTV 160, RTV 162, RTV 167, RTV 511, RTV 560, RTV 577.
  • the polymer resin chosen here is devoid of metallic particles, these metallic fillers being opaque to electromagnetic radiation.
  • the thickness of the protective envelope can then be between 0.5 and 5 cm, for example.
  • the thickness of the protective envelope at the level of the cavity is lower than on the rest of the card.
  • the thickness of the envelope at the level of the cavity in a direction perpendicular to the map, is less than the thickness of the cavity itself in this direction, or even less than half the thickness of the cavity.
  • the thickness of the cavity is for example between 0.3 and 2 cm.
  • the thermal protection envelope 207 is formed by molding by placing the electronic circuit 201 in a mold comprising rods supporting the electronic circuit 201 at a distance from the walls of the mold, by placing on the antenna 205 a covering delimiting the cavity 208 (the cover can be manufactured by additive manufacturing) and by pouring the polymer resin in liquid form into the mold so that it encapsulates the entire electronic circuit 201, the cover forming a lost mold part.
  • the mold is then positioned on a planetary mixer to promote the release of air bubbles possibly trapped in the liquid resin before being placed in an oven at low temperature (50-60°C) to help harden the polymer resin. .
  • the remote device 200 After hardening, the remote device 200 is removed from the mold, the holes left by the rods as well as the volume linked to the shrinkage of the resin during drying are filled with resin then allowed to harden. Deburring, surfacing and engraving operations are then possibly carried out. To facilitate the evacuation of air bubbles, it is also possible to place the mold in a vacuum chamber instead of or in addition to the use of a planetary gear. In addition, if the polymer resin has sufficient hardness, it is possible to install screw passage tubes in the mold before pouring the resin so as to allow the remote device 200 to be fixed on a plate 250 by introducing screws into the tubes to screw them into tapped holes on the plate.
  • successive premolded layers can be used, at least one of which has a reserve to form the enclosure 207 and which are stacked one on top of the other until the electronic circuit 201 is completely encapsulated. layers between them can be ensured for example by gluing or by fixing the stack on a plate by through screws tightening the stack on the plate and the layers against each other.
  • the thermal protection envelope is made of ceramic and more particularly here of silicon nitride.
  • a cavity 211 is delimited by the thermal protection envelope 208 around the antenna 205 but here also around the entire electronic circuit 1.
  • the thermal protection envelope 210 can cause reflection losses linked to the relative permittivity of the protective envelope 210 and the dissipation losses in the ceramic because of the loss tangent. Its shape, its thickness and the ceramic chosen will be determined in such a way as to limit this influence while offering the desired thermal protection.
  • the compensation means is therefore not limited to making up for a frequency shift and can be arranged to compensate for other faults if necessary (compensation for fault of manufacturing of the circuit forming the antenna).
  • the system comprises several remote devices 200 distributed in the engine compartment C, namely:
  • wave return metasurfaces can be provided fixed on the partitions Cav, Car, Cs and/or Cpf and/or the cover Cs to return the waves coming from the antennas 205 towards the collector 100 and vice versa.
  • Metasurfaces are surfaces reflecting waves at a given frequency, here that of RFID signals. They can possibly be designed to reflect these waves in a directed manner. It is possible to plan to encapsulate/embed at least one of the metasurfaces in a thermal protection material such as the antenna 205.
  • the remote device may have a structure different from that described.
  • the thermal protection block/envelope can be arranged around the antenna only, the antenna being connected by a cable or connector to the rest of the circuit electronic.
  • polymer resins can be chosen to form the thermal protection envelope and for example an epoxy resin or a PG 231 or PG 355 resin.
  • the range of use in terms of temperature will preferably be -40°C (or even -60°C) to +150°C, or even more and beyond 250°C, and the thermal conductivity less than 1 W/ (m.K).
  • Ceramics can be chosen to form the thermal protection envelope and for example a glass ceramic.
  • the material of the thermal protection block/envelope will preferably be chosen according to its performance in terms of radio wave transmission.
  • the invention is also applicable to active type RFID devices, that is to say comprising a power battery for the electronic circuit for applications at temperatures preferably below 200°C.
  • the remote device 200 can be arranged to perform functions other than those indicated and for example one or more functions making it possible to estimate a lifespan of the component with which it is associated, such as:
  • the remote device may have a much more basic structure than that described and may only include passive components.
  • the antenna can have a structure different from that described and be made from any electrically conductive element such as a printed circuit track, a cable, a bar or a metasurface.
  • the collector 100 retrieves the identifier of the remote device 200 (this identifier is often called TID and is specific to each RFID device) and it is the information system which makes the correspondence between the TID and the P/N and S/N.
  • this identifier is often called TID and is specific to each RFID device
  • the first solution is simpler to recover the P/N and S/N.
  • the second solution is less expensive in terms of energy, the TID being more directly accessible (this is important when the remote device 200 is at the limit of the range of the RFID antennas and therefore has little energy).
  • the collector can be on board the aircraft or be independent of the aircraft to be used on the ground by a maintenance operator.
  • the invention is applicable to vehicles of all types, such as land, water or air vehicles, carrying a crew or not. Concerning aerial vehicles, the invention is applicable to fixed or rotary wing aircraft, regardless of the number of engines they contain.

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Abstract

Système de collecte de données par signaux électromagnétiques, comprenant, d'une part, un collecteur (100) pourvu d'une première antenne (105) ayant une bande passante prédéterminée, et, d'autre part, au moins un dispositif électronique déporté (200) comportant une deuxième antenne (205) ayant une deuxième bande passante coïncidant avec la première bande passante pour échanger des signaux avec la première antenne. Le dispositif comporte une enveloppe de protection thermique (207; 210) entourant au moins la deuxième antenne (205) en définissant une cavité autour de celle-ci de sorte que la deuxième antenne rayonne des signaux à l'extérieur de l'enveloppe de protection sensiblement dans la deuxième bande passante. Aéronef équipé d'un tel système.

Description

SYSTEME DE COLLECTE DE DONNEES SANS FIL
La présente invention concerne le domaine de la collecte de données notamment dans les véhicules , et par exemple pour la collecte de données dans un environnement chaud tel que le compartiment moteur d' un véhicule .
ARRIERE PLAN DE L' INVENTION
Les véhicules motorisés comportent un moteur logé dans un compartiment moteur plus ou moins isolé , notamment thermiquement et phoniquement , du reste du véhicule qui héberge un poste de commande du moteur . Pour commander le fonctionnement du moteur et/ou assurer sa maintenance , il est nécessaire de récupérer un certain nombre d' informations relatives au moteur comme par exemple des données de température, de chocs , de vibrations ainsi que des informations de configurations (par exemple le numéro de produit P/N et le numéro de série S/N) .
Concernant la récupération de données relatives au fonctionnement du moteur : une solution classique est de disposer des capteurs dans le compartiment moteur et de relier ceux-ci par des câbles électriques au poste de commande qui collecte les données en question . Toutefois , l ' utilisation de câbles augmente le poids du véhicule et donc sa consommation d' énergie, et se révèle assez contraignante en terme de conception des véhicules .
Pour la collecte des informations de configuration, une solution classique est de maintenir à j our, dans un système d' information en dehors du véhicule , une liste des composants remplaçables utilisés (on parle couramment de LRU, de l ' anglais Line-Replaceable Uni t) . Toutefois , la recopie des données ( P/N et S/N) est source de travail et surtout d' erreurs (non-respect du potentiel de vie d' un LRU ou mise en œuvre d' une configuration non conforme ) .
Par ailleurs , dans d' autres domaines de la vie courante , comme par exemple l ' emballage et le suivi de colis , il est connu de collecter des données via la technologie RFID (de l ' anglais Radio Frequency IDentifica tion ou radio-identification) . Cette technologie est mise en œuvre au moyen de systèmes comprenant un lecteur et des radio-étiquettes (couramment appelées tag RFID) . Le lecteur comprend un premier circuit électronique à circuit intégré relié à une première antenne ayant une première bande passante et chaque radio-étiquette comprend un deuxième circuit électronique à circuit intégré relié à une deuxième antenne ayant une deuxième bande passante sensiblement identique à la première bande passante . Le premier circuit électronique du lecteur peut ainsi communiquer avec le deuxième circuit électronique par l ' échange de signaux électromagnétiques . Les radio-étiquettes sont relativement fragiles et très sensibles à la chaleur .
OBJET DE L' INVENTION
L' invention a notamment pour but de permettre une collecte de données , comme des identifiants , dans un environnement relativement chaud en limitant le poids de l ' appareillage nécessaire à la collecte .
RESUME DE L ' INVENTION
A cet effet, on prévoit, selon l ' invention un système de collecte de données par signaux électromagnétiques , comprenant, d' une part, un collecteur pourvu d' une première antenne ayant une bande passante prédéterminée , et, d' autre part, au moins un dispositif électronique déporté comportant une deuxième antenne ayant une deuxième bande passante coïncidant avec la première bande passante pour échanger des signaux avec la première antenne . Le dispositif comporte une enveloppe de protection thermique entourant au moins la deuxième antenne en définissant une cavité autour de celle-ci de sorte que la deuxième antenne rayonne des signaux à l'extérieur de l'enveloppe de protection sensiblement dans la deuxième bande passante.
Ainsi, il est possible de collecter les données sans recourir à des câbles électriques tout en assurant une transmission fiable des données. Cependant, pour protéger l'antenne de la chaleur, l'antenne est entourée d'une enveloppe de protection thermique. Or, cette enveloppe pourrait altérer les propriétés de l'antenne. Pour y remédier, l'enveloppe définit autour de l'antenne une cavité permettant à l'antenne de rayonner dans l'espace libre de la cavité. L'épaisseur de l'enveloppe de protection thermique autour de l'antenne peut être limitée pour que l'enveloppe puisse assurer sa fonction de protection thermique sans altérer significativement le rayonnement de l'antenne. L'invention est adaptée à une utilisation dans l'environnement d'un moteur thermique avec des températures comprises entre 100°C et 250°C voire plus.
L' invention concerne également un véhicule comportant un moteur de propulsion disposé dans un compartiment moteur et au moins un dispositif déporté d'un tel système, le dispositif déporté étant fixé dans le compartiment moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l'invention .
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
[Fig. 1] la figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'un aéronef équipé d'un système selon l'invention, montrant plus particulièrement un compartiment moteur de cet aéronef ;
[Fig. 2] la figure 2 est une vue schématique par bloc d'un système de collecte de données selon l'invention ; [Fig. 3] la figure 3 est une vue schématique d'un dispositif déporté de ce système, selon un premier mode de réalisation de l'invention, en coupe selon un plan parallèle à un substrat d'un circuit électronique du dispositif déporté ;
[Fig. 4] la figure 4 est une vue schématique de ce dispositif déporté, en coupe selon un plan perpendiculaire au substrat du circuit électronique du dispositif déporté ; [Fig. 5] la figure 5 est une vue analogue à la figure 3 d'un dispositif déporté selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence à la figure 1, l'invention est ici décrite en application à un aéronef A comportant deux moteurs M placés dans un même compartiment moteur C. Le compartiment moteur C comprend une cloison avant Cav, une cloison arrière Car, deux cloisons latérales Cl et une cloison pare-feu Cpf séparant les deux moteurs M l'un de l'autre. Le compartiment moteur C comporte une ouverture supérieure fermée par un capot supérieur Cs .
En référence à la figure 2, le système selon l'invention comprend un collecteur (ou lecteur) de données généralement désigné en 100 et ici une pluralité de dispositifs électroniques déportés 200.
Le collecteur 100 comprend un circuit électronique 101 qui comporte une carte de circuit imprimé 102 portant un circuit intégré 103 et un émetteur/récepteur 104 relié par un câble de liaison à une antenne 105 (ou première antenne) qui est séparée du circuit électronique 101. Le circuit intégré 103 comprend un processeur et une mémoire contenant un programme exécutable par le processeur et des données . La carte de circuit imprimé 102 comprend en outre au moins un connecteur 106 permettant de relier le circuit électronique 101 à un réseau avionique R de l ' aéronef A . L' antenne 105 est accordé sur une bande de fréquence (ou première bande passante ) faisant partie des bandes de fréquence utilisées pour les dispositifs RFID . Le collecteur 100 est ici embarqué dans l ' aéronef : le circuit électronique 101 est disposé à l ' extérieur du compartiment moteur C ; l ' antenne 105 est disposée dans le compartiment moteur .
Chaque dispositif déporté 200 comprend un circuit électronique 201 qui comporte une carte de circuit imprimé 202 portant un circuit intégré 203 et un émetteur/récepteur 204 relié à une antenne 205 accordée sur une deuxième bande de fréquence (ou deuxième bande passante ) pour pouvoir communiquer avec le collecteur 100 comme on va le voir . L' antenne 205 a ainsi une deuxième bande passante coïncidant avec la première bande passante . Par « coïncider », on entend que chacune de ces deux bandes passantes se superposent à l ' autre sur au moins un tiers , voire sur la moitié de cette bande passante , ou plus selon la fiabilité de transmission recherchée . La bande passante s ' étend ici entre -3dB et + 3dB autour de la fréquence correspondant à la puissance maximum des signaux transmis .
Le circuit intégré 203 comprend un processeur et une mémoire contenant un programme informatique , exécutable par le processeur, et des données . Le dispositif déporté 200 peut être agencé pour réaliser au moins l ' une des fonctions suivantes : une fonction de mémorisation d' une identification du composant sur lequel il est fixé ; - une fonction de mémorisation d'un paramétrage ou d'une configuration du composant sur lequel il est fixé ;
- une fonction de mesure et de mémorisation d'un paramètre environnemental du composant sur lequel il est fixé...
A cette fin, le circuit électronique 201 du dispositif déporté 200 est relié à un capteur 206 (par exemple de température, de choc ou de vibration ou de pression) .
Le dispositif déporté 200 est un dispositif RFID de type passif au sens il ne comporte pas de batterie et est alimenté par l'énergie des signaux qu'il reçoit via l'antenne 205. Ce type d'alimentation en énergie des dispositif RFID est classique.
Le dispositif déporté 200 comporte une enveloppe de protection thermique dans laquelle est logée au moins l'antenne 205, mais ici également l'ensemble du circuit électronique 201. Le dispositif déporté 200 comporte également un moyen de compensation d'une influence de l'enveloppe de protection thermique sur les signaux électromagnétiques échangés entre les deux antennes 105, 205. Le moyen de compensation est agencé pour que les signaux électromagnétiques transmis dans la première bande passante par l'antenne 105 soient reçus dans la deuxième bande passante par l'antenne 205 et inversement.
Ainsi, le collecteur 100 peut récupérer les données mémorisées en interrogeant le dispositif déporté 200. La collecte est initiée par le collecteur 100 qui envoie un signal de requête contenant une requête de données (par exemple d'identification) , le circuit électronique 201 du dispositif déporté 200, alimenté par l'énergie du signal de requête, transmet un signal d'identification contenant l ' identifiant du composant sur lequel il est fixé avant d' envoyer :
- un signal de données contenant les autres données contenues dans sa mémoire .
- un signal d' identification contenant un TID (Transponder ID) .
Le circuit électronique 101 du collecteur 100 est programmé pour collecter les données de manière automatique avant chaque vol , pendant le vol ou après le vol . Le circuit électronique 101 du collecteur 100 peut être programmé pour collecter des données de manière périodique ou en une seule fois . Les données récupérées par le collecteur 100 sont ensuite transmises à un système de maintenance prédictive par exemple soit via le réseau avionique R, soit par une liaison RFID initiée avec un lecteur d' un opérateur de maintenance . Les données récupérées par le collecteur 100 peuvent être stockées dans la mémoire du collecteur 100 ou dans une mémoire reliée au réseau avionique R .
On notera que le collecteur 100 peut aussi être programmé pour mettre à j our des données mémorisées dans le circuit électronique 201 du dispositif déporté 200 , comme :
- l ' identifiant du composant auquel le dispositif déporté 200 est associé ,
- une configuration ou un paramétrage du composant auquel le dispositif déporté 200 est associé ,
- la valeur d' un seuil d' alerte ,
- la valeur d' un seuil de commande de la mémorisation ou de la transmission du paramètre mesuré par le dispositif déporté 200... Par exemple , dans ce dernier cas appliqué à un dispositif déporté 200 mesurant la température , la température n' est pas mémorisée ou n' est pas transmise tant qu'elle est inférieure à la valeur de seuil. Par ailleurs la température peut être utilisée pour prolongée la durée de vie du dispositif déporté 200. En effet, si on interroge un dispositif déporté 200 à une température trop élevée, on risque de le vieillir prématurément. Il est donc préférable qu'un dispositif déporté 200 ne réponde pas à une requête RFID si sa température interne est trop élevée .
Le dispositif comporte une enveloppe de protection thermique entourant au moins l'antenne 205 en définissant une cavité autour de celle-ci. Cela permet de réduire, voire d'annuler un décalage de la bande passante de l'antenne causé par la présence de l'enveloppe de protection. L'enveloppe de protection thermique a autour de l'antenne 205 une épaisseur qui peut être ajustée, si besoin, de manière à réduire encore ce décalage de fréquence. Quoiqu'il en soit, l'antenne rayonne des signaux, à l'extérieur de l'enveloppe de protection, sensiblement dans la deuxième bande passante .
Comme représenté sur les figures 3 et 4, et selon le premier mode de réalisation de l'enveloppe de protection thermique, l'enveloppe de protection thermique, référencée 207, comprend un bloc de résine polymère définissant une cavité 208 dans laquelle s'étend l'antenne 205 et qui permet à l'antenne 205 de résonner dans l'air de la cavité 208. La cavité 208 forme alors un moyen de compensation permettant de limiter l'influence de l'enveloppe de protection thermique sur la bande passante de l'antenne 205. Le volume de cette cavité 208 peut être déterminé en fonction de la compensation à réaliser. L'épaisseur de l'enveloppe de protection est déterminée en fonction d'une conductivité thermique de l'enveloppe de protection thermique (207 ; 210) et d'une température environnante estimée en cours de fonctionnement. Plus précisément, l'épaisseur du bloc de résine polymère formant l'enveloppe de protection thermique 207 autour de la cavité 208 est déterminé en fonction de :
- la conductivité thermique de la résine polymère,
- la température maximale que peut supporter le circuit électronique 201 et plus particulièrement l'antenne 205,
- la température maximale extérieure, et éventuellement
- un coefficient de sécurité.
L'épaisseur dépend également des capacités de résistance mécanique que l'on souhaite pour que la résine assure une fonction de protection mécanique adaptée aux conditions environnement du dispositif déporté 200.
La résine polymère choisie est ici une résine silicone réticulable à température ambiante (RTV de l'anglais room temperature vulcanizable) . Les résines polymères RTV suivantes sont utilisables : RTV 160, RTV 162, RTV 167, RTV 511, RTV 560, RTV 577. On notera que la résine polymère ici choisie est dépourvue de particules métalliques, ces charges métalliques étant opaques au rayonnement électromagnétique. Pour ce type de matériaux, en dehors de la zone où est située la cavité, l'épaisseur de l'enveloppe de protection peut alors être comprise entre 0,5 et 5 cm, par exemple. Ici, l'épaisseur de l'enveloppe de protection au niveau de la cavité est plus faible que sur le reste de la carte .
On peut prévoir que l'épaisseur de l'enveloppe au niveau de la cavité, selon une direction perpendiculaire à la carte, est inférieure à l'épaisseur de la cavité elle-même selon cette direction, voire inférieure à la moitié de l'épaisseur de la cavité.
L'épaisseur de la cavité est comprise par exemple entre 0,3 et 2 cm.
L'enveloppe de protection thermique 207 est formée par moulage en disposant le circuit électronique 201 dans un moule comportant des tiges supportant le circuit électronique 201 à distance des parois du moule, en posant sur l'antenne 205 un capotage délimitant la cavité 208 (le capotage peut être fabriqué par fabrication additive) et en versant dans le moule la résine polymère sous forme liquide pour qu'elle encapsule l'ensemble du circuit électronique 201, le capot formant une partie de moule perdue. Le moule est ensuite positionné sur un mélangeur planétaire pour favoriser un dégagement des bulles d'air éventuellement emprisonnées dans la résine liquide avant d'être placé dans un four à basse température (50-60°C) pour aider le durcissement de la résine polymère. Après durcissement, le dispositif déporté 200 est ôté du moule, les trous laissés par les tiges ainsi que le volume lié à la rétractation de la résine au séchage sont rebouchés avec de la résine mise ensuite à durcir. Des opérations d'ébavurage, surfaçage, gravage sont ensuite éventuellement réalisées. Pour faciliter l'évacuation des bulles d'air, il est possible également de placer le moule dans une enceinte sous vide à la place ou en complément de l'utilisation d'un planétaire. En outre, si la résine polymère a une dureté suffisante, on peut prévoir de monter des tubes de passage de vis dans le moule avant le versement de la résine de manière à permettre de fixer le dispositif déporté 200 sur une platine 250 en introduisant des vis dans les tubes pour les visser dans des trous taraudés de la platine.
Selon un mode de fabrication alternatif, on peut utiliser des couches successives prémoulées dont au moins l'une présente une réserve pour former l'enceinte 207 et qui sont empilées les unes sur les autres jusqu'à encapsuler complètement le circuit électronique 201. La fixation des couches entre elles peut être assurée par exemple par collage ou en fixant l'empilement sur une platine par des vis traversantes serrant l'empilement sur la platine et les couches les unes contre les autres.
Comme représenté sur la figure5, et selon un deuxième mode de réalisation de l'enveloppe de protection thermique, l'enveloppe de protection thermique, référencée 210, est réalisée en céramique et plus particulièrement ici en ni- trure de silicium. Comme précédemment, une cavité 211 est délimitée par l'enveloppe de protection thermique 208 autour de l'antenne 205 mais ici aussi autour de l'ensemble du circuit électronique 1. L'enveloppe de protection thermique 210 peut entraîner des pertes par réflexion liées à la permittivité relative de l'enveloppe de protection 210 et des pertes par dissipation dans la céramique à cause de la tangente de pertes. Sa forme, son épaisseur et la céramique retenue seront déterminées de manière à limiter cette influence tout en offrant la protection thermique souhaitée. On pourra réaliser une compensation plus précise en prenant en compte d'autres influences possibles, comme une altération de la directivité de l'antenne 205 (accroissement des lobes latéraux par exemple) , désadaptation de l'antenne (augmentation du rapport d'onde stationnaire de tension) , erreur de pointage de l ' antenne , dépolarisation... Le moyen de compensation n' est donc pas limité au rattrapage d' un décalage de fréquence et peut être agencé pour compenser d' autres défauts si nécessaire ( compensation de défaut de fabrication du circuit formant l ' antenne) .
Dans le mode de réalisation préférentiel de l ' invention, le système comprend plusieurs dispositifs déportés 200 répartis dans le compartiment moteur C, à savoir :
- au moins un sur la cloison avant Cav,
- au moins un sur la cloison arrière Car,
- au moins un sur le capot supérieur Cs ,
- au moins un sur la cloison pare-feu Cpf .
Pour améliorer la transmission des signaux, on peut prévoir des métasurfaces de renvoi d' onde fixées sur les cloisons Cav, Car, Cs et/ou Cpf et/ou le capot Cs pour renvoyer les ondes provenant des antennes 205 vers le collecteur 100 et inversement . Les métasurfaces sont des surfaces réfléchissant les ondes à une fréquence donnée, ici celle des signaux RFID . Elles peuvent éventuellement être conçues pour réfléchir de façon dirigée ces ondes . On peut prévoir d' en- capsuler/noyer au moins l ' une des métasurfaces dans un matériau de protection thermique comme l ' antenne 205 .
Bien entendu, l ' invention n' est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l ' invention telle que définie par les revendications .
En particulier, le dispositif déporté peut avoir une structure différente de celle décrite .
Le bloc/1 ' enveloppe de protection thermique peut être disposée autour de l ' antenne uniquement, l ' antenne étant reliée par un câble ou un connecteur au reste du circuit électronique .
D'autres résines polymères peuvent être choisies pour former l'enveloppe de protection thermique et par exemple une résine époxy ou une résine PG 231 ou PG 355. La plage d'utilisation en terme de température sera de préférence de -40°C (voire -60°C) à +150°C, voire plus et au-delà de 250°C, et la conductivité thermique inférieure à 1 W/ (m.K) . On choisira en outre de préférence une résine la plus dure possible, avec une dureté Shore D au moins égale à 30 pour assurer une protection mécanique de l'antenne et du circuit électronique .
D'autres céramiques peuvent être choisies pour former l'enveloppe de protection thermique et par exemple une céramique verre .
Le matériau du bloc / de l'enveloppe de protection thermique sera de préférence choisi en fonction de ses performances en matière de transmission d'onde radioélectrique. L'invention est applicable aussi aux dispositifs RFID de type actif, c'est-à-dire comprenant une batterie d'alimentation du circuit électronique pour des applications à des températures de préférence inférieures à 200°C.
Le dispositif déporté 200 peut être agencé pour réaliser d'autres fonctions que celles indiquées et par exemple une ou plusieurs fonctions permettant d'estimer une durée de vie du composant auquel il est associé, comme :
- incrémenter un compteur à chaque lecture du dispositif déporté 200 par le collecteur 100 en se basant sur l'hypothèse qu'une lecture est réalisée après chaque cycle de fonctionnement ;
- incrémenter un compteur sur une commande RFID spéci- figue utilisée à chaque démarrage du moteur pour compter le nombre de cycles pendant lesquels le moteur est en fonctionnement ;
- mesurer une température au moyen d' un capteur de température intégré pour compter le nombre de cycles voir le temps de fonctionnement du LRU ( ce qui suppose que le dispositif déporté 200 soit alimenté en permanence pour mesurer et traiter de l ' information de température : soit parce que l ' antenne 205 est soumise en permanence à un rayonnement radioélectrique, soit parce que le dispositif déporté 200 incorpore une batterie ) ;
- mesurer une accélération au moyen d' un accéléromètre intégré pour compter le nombre de cycles voir le temps de fonctionnement du LRU ( ce qui suppose que le dispositif déporté 200 soit alimenté en permanence pour mesurer et traiter de l ' information d' accélération : soit parce que l ' antenne 205 est soumise en permanence à un rayonnement radioélectrique , soit parce que le dispositif déporté 200 incorpore une batterie ) .
Le dispositif déporté peut avoir une structure beaucoup plus basique que celle décrite et ne comprendre que des composants passifs .
L' antenne peut avoir une structure différente de celle décrite et être réalisée à partir de tout élément électriquement conducteur comme une piste de circuit imprimé , un câble, une barre ou une métasurface .
Il y deux manières d' identifier le composant auquel un dispositif déporté 200 est associé :
- soit les données S/N et P/N sont stockées dans la mémoire du dispositif déporté 200 comme décrit plus haut ;
- soit le collecteur 100 récupère l'identifiant du dispositif déporté 200 (cet identifiant est souvent appelé TID et est propre à chaque dispositif RFID) et c'est le système d'information qui fait la correspondance entre le TID et les P/N et S/N.
La première solution est plus simple pour récupérer les P/N et S/N. La deuxième solution est moins coûteuse en énergie, le TID étant plus directement accessible (ceci a son importance lorsque le dispositif déporté 200 est en limite de portées des antennes RFID et dispose donc de peu d' énergie) .
Le collecteur peut être embarqué à bord de l'aéronef ou être indépendant de l'aéronef pour être utilisé au sol par un opérateur de maintenance .
L'invention est applicable à des véhicules de tout type, comme des véhicules terrestres, nautiques ou aériens, embarquant un équipage ou non. Concernant les véhicules aériens, l'invention est applicable aux aéronefs à voilure fixe ou tournante, quel que soit le nombre de moteurs qu'ils comportent.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de collecte de données par signaux électromagnétiques, comprenant, d'une part, un collecteur (100) pourvu d'une première antenne (105) ayant une bande passante prédéterminée, et, d'autre part, au moins un dispositif électronique déporté (200) comportant une deuxième antenne (205) ayant une deuxième bande passante coïncidant avec la première bande passante pour échanger des signaux avec la première antenne, caractérisé en ce que le dispositif comporte une enveloppe de protection thermique (207 ; 210) entourant au moins la deuxième antenne (205) en définissant une cavité autour de celle-ci de sorte que la deuxième antenne rayonne des signaux à l'extérieur de l'enveloppe de protection sensiblement dans la deuxième bande passante .
2. Système selon la revendication 1, dans lequel une épaisseur de l'enveloppe de protection est déterminée en fonction d'une conductivité thermique de l'enveloppe de protection thermique (207 ; 210) et d'une température environnante estimée en cours de fonctionnement.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'enveloppe de protection thermique (207) est réalisée dans une résine polymère.
4. Système selon la revendication 3, dans lequel la résine polymère a une conductivité thermique inférieure à 1W/ (m.K) .
5. Système selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la résine polymère est une résine silicone ou une résine époxy .
6. Système selon la revendication 1, dans lequel l'enveloppe de protection thermique (210) est en céramique.
7. Système selon la revendication 6, dans lequel la céramique est en nitrure de silicium ou une céramique de verre.
8. Véhicule (A) comportant un moteur de propulsion (M) disposé dans un compartiment moteur (C) , et au moins un dispositif déporté (200) d'un système selon l'une quelconque des revendications précédentes, le dispositif dé- porté (200) étant fixé dans le compartiment moteur (C) .
9. Véhicule selon la revendication 8, le véhicule étant un aéronef.
10. Véhicule selon la revendication 9, l'aéronef étant de type hélicoptère.
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