FR2784192A1 - Procede de localisation de defauts sur un cable a ecran metallique et dispositif de mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de localisation de défauts (54, 54') le long d'un câble (5 " ) comprenant un écran métallique (51a-51d), une gaine externe isolante (50a-50d), ainsi qu'au moins un conducteur métallique interne (55b-55d). Les défauts (54, 54') sont provoqués par une altération de la gaine (50a-50d) et la modification de ses caractéristiques diélectriques. On injecte une impulsion, de préférence gaussienne, entre l'écran métallique (51a-51d) et un ou des conducteurs internes (55b-55d). Les défauts (54, 54') provoquent une interaction électromagnétique entre l'écran (51a-51d) et ce ou ces conducteurs (55b-55d), et une réflexion de l'onde se propageant sur ceux-ci. L'analyse temporelle des signaux permet de détecter la présence d'échos et de localiser les défauts (54, 54').

Description

PROCEDE DE LOCALISATION DE DEFAUTS SUR UN CABLE A ECRAN

METALLIQUE ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE

La présente invention concerne un procédé de localisation de défauts sur un câble à écran métallique, d'une façon générale, et plus particulièrement sur un câble d'un réseau de communication. Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans ce qui suit, et sans que cela limite en quoi que ce soit la portée de l'invention, on considérera le cas d'un réseau

téléphonique de distribution locale par câble à écran métallique de protection électrostatique.

Dans les réseaux téléphoniques de distribution locale, il existe deux types de câbles principaux: les câbles à paires métalliques torsadées et les câbles à fibres optiques. Bien que plus particulièrement concerné par les câbles du premier type, le procédé peut s'appliquer également à des câbles à fibres optiques, dans la mesure o ceux-ci sont équipés de manière classique d'un écran métallique électrostatique et o, selon une disposition propre à l'invention qui sera explicitée ci-après, il y est

incorporé au moins un conducteur métallique interne.

Cependant, pour fixer les idées, on se placera ci-après dans le cas des câbles du premier type, sans que cela soit

limitatif de la portée de l'invention.

Dans un tel contexte, il est avantageux d'effectuer une maintenance prédictive et corrective des câbles du parc

en place, ce qui permet notamment de détecter et, surtout, de localiser à l'avance l'apparition d'un défaut à un endroit précis d'un câble de transmission.

Comme illustré sur la figure 1, placée en annexe de

la présente description, un câble de transmission 1 comprend

habituellement les éléments suivants: une gaine extérieure 10, étanche et électriquement isolante, par

- ----- - -. ------.- -------- ---- - ---- --- -.

exemple en polyéthylène, et un écran métallique électrostatique tubulaire 11, à l'intérieur duquel sont disposées des dizaines, voire des centaines de paires torsadées 12, véhiculant les signaux à transmettre. Pour des raisons de simplification des dessins, on n'a représenté que les deux paires extrêmes: Pl et Pn, n étant le nombre total de paires. L'écran électrostatique 11 est réalisé, par exemple, à partir d'un ruban d'aluminium mince (typiquement de 80 ym d'épaisseur), enroulé en spires jointives. Cet

écran 11 est couramment appelé "Alupe" en termes de métier.

Il existe trois configurations principales de câbles: les câbles en pleine terre, les câbles en conduite enterrée, la conduite étant réalisée par exemple en polymère

à base de polychlorure de vinyle, et les câbles aériens.

Quelle que soit la configuration des câbles, il existe deux grandes sources pour les défauts que l'invention se propose de détecter à temps pour qu'ils n'aient pas de conséquence sur la transmission des informations chez les

utilisateurs en télécommunications.

Le premier type de défauts, le plus courant (environ 80 % des cas), est d'origine mécanique et concerne les épissures dans les boites de raccordement, aériennes ou enterrées. L'origine de ces défauts est diverse: vibrations (proximité d'une route ou d'une voie ferrée), rongeurs, agression permanente de l'eau ou tensions mécaniques

introduites lors de la pose des câbles.

Le second type de défauts concerne des altérations du câble proprement dit. Il s'agit de défauts qui apparaissent le long de celui-ci: dégradation ou rupture de la gaine ou de l'écran métallique électrostatique, introduction d'eau ou simplement d'humidité à l'intérieur du câble, etc. On conçoit aisément que, même pour des câbles aériens, ces défauts ne sont généralement pas décelables par une simple inspection visuelle (par ailleurs impossible pour

des câbles enterrés).

L'invention se fixe notamment pour but un procédé de localisation d'un défaut le long d'un câble qui comporte un écran métallique comme le sont couramment les écrans électrostatiques. Un câble présente un jeu de paramètres physiques qui permet de le caractériser: permittivité, conductivité, impédance caractéristique, etc. Ces paramètres peuvent être "vus" des extrémités d'un câble. En d'autres termes, lorsqu'il y a apparition d'un défaut ou d'une altération le long du câble, il se produit une variation locale de certains de ces paramètres qui se répercute ou qui, pour le moins, peut être mesurée ou détectée aux extrémités du câble. Dans des conditions de fonctionnement que l'on peut qualifier de "normales" (câble intact), l'écran électrostatique est isolé du milieu ambiant. Lorsque des dégradations de la gaine de protection apparaissent, brutalement ou de façon progressive, il s'instaure un régime "anormal", suivant lequel il y a apparition corrélative de phénomènes électromagnétiques entre l'écran électrostatique et les conducteurs internes, puisque les caractéristiques

diélectriques du câble sont modifiées.

Or, en étudiant ces phénomènes, la Demanderesse a pu établir, de façon étonnante, qu'il est possible de modéliser le comportement d'un câble multipaires simplement en étudiant et en mesurant la propagation d'ondes entre l'écran métallique électrostatique et un ou plusieurs fils

conducteurs internes, sans tenir compte des paires présentes à l'intérieur du câble.

En tirant parti de ces observations, il est possible de localiser un défaut apparaissant le long d'un câble

multipaires à écran métallique.

Pour ce faire, il est fait usage d'une méthode de réflectométrie, connue en soi, consistant à injecter un signal à une extrémité d'un câble et à étudier les caractéristiques du signal en retour, après des réflexions, éventuellement multiples, soit seulement en bout de la ligne à constantes réparties que forme le câble (s'il n'y a pas de défauts intermédiaires), soit précisément sur les

singularités que forment les défauts.

Un défaut peut donc être modélisé comme une variation locale des caractéristiques diélectriques. De façon pratique, il suffit de prévoir, lors de la fabrication du câble, un conducteur interne, de préférence démuni de gaine d'isolation, c'est-à-dire nu, courant sur toute la longueur de ce câble. Pour localiser un défaut le long du câble, on injecte un signal entre l'écran métallique électrostatique et le ou les conducteurs internes, et l'on

détecte l'écho du signal réfléchi par le défaut.

Le procédé selon l'invention présente plusieurs avantages, dont les suivants: - les caractéristiques internes d'un câble "sain", c'est-à-dire sans défaut, sont très homogènes sur toute sa longueur; - il permet de simplifier la modélisation des câbles, et, a priori, de ne plus en utiliser qu'un seul modèle, puisque le milieu extérieur n'a plus d'influence sur la propagation de l'onde jusqu'au défaut, ou pour le moins une influence non significative; - a priori également, un traitement mathématique subséquent des signaux d'écho n'est pas nécessaire, le

milieu interne étant peu bruité.

En effet, même si le milieu ambiant est soumis à des perturbations électromagnétiques importantes, l'intérieur du câble est protégé par l'écran électrostatique, dont c'est la fonction principale. Un traitement mathématique peut cependant rester utile dans certaines circonstances, par exemple lorsque les défauts ne sont pas importants et que

l'amplitude de l'écho mesurée est faible.

En outre, le procédé selon l'invention n'implique pas une augmentation significative du coût de fabrication du câble, ni de son prix de revient global. En effet, le surcoût dû à la présence d'un conducteur interne est très faible en comparaison du coût des autres composants: gaine, écran métallique électrostatique, etc., notamment pour un

câble comportant un grand nombre de paires.

Dans une variante supplémentaire du procédé selon l'invention, on utilise plusieurs conducteurs internes,

répartis dans la section du câble parmi les paires actives.

Cette disposition est notamment avantageuse pour des câbles dont la section de départ comporte de nombreuses paires (artère principale de communication, par exemple) et qui présentent des subdivisions successives en branches constituées de câbles comportant un nombre de plus en plus restreint de paires. Cette variante de réalisation permet de "suivre" les diverses ramifications en prévoyant que les câbles de chacune des ramifications comportent au moins un conducteur interne en leur sein. Il devient alors possible de localiser un défaut, non seulement dans le tronçon

principal initial, mais dans n'importe quelle ramification.

L'invention a donc pour objet un procédé de localisation d'au moins un défaut le long d'un câble à écran métallique, ledit câble comprenant une pluralité d'éléments de transmission destinés à véhiculer des signaux d'information, un écran métallique électrostatique conducteur de l'électricité entourant lesdits éléments de transmission et une gaine externe en matériau électriquement isolant, caractérisé en ce que, ledit câble comportant au moins un conducteur interne disposé parmi lesdits éléments de transmission, il comprend au moins les étapes suivantes: génération d'une impulsion électrique, de forme, d'amplitude et de durée déterminées; - injection de cette impulsion, en une première extrémité dudit câble, entre ledit écran métallique électrostatique et ledit conducteur interne, de manière à obtenir la propagation d'une onde électromagnétique le long de cet écran; - analyse temporelle des signaux électriques apparaissant à ladite première extrémité du câble, sur une période déterminée, pour détecter la présence d'échos correspondant à des réflexions de ladite onde électromagnétique sur ledit défaut, ce défaut se traduisant par des altérations locales de paramètres électriques occasionnant lesdites réflexions qui sont dues à des détériorations de ladite gaine externe et/ou dudit écran métallique électrostatique et/ou à une introduction d'eau ou d'humidité à l'intérieur du câble; - et détermination de la distance séparant ledit défaut de ladite première extrémité de câble à partir du temps nécessaire à ladite onde électromagnétique pour se propager jusqu'audit défaut et retourner à ladite première extrémité et de la vitesse de propagation de l'onde

électromagnétique dans le câble.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de

la description qui suit et des figures annexées, parmi

lesquelles: - la figure 1 illustre schématiquement un exemple de câble métallique multipaires; - les figures 2a et 2b illustrent en coupe des câbles selon deux variantes de réalisation permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention; - les figures 3a et 3b illustrent des modèles de câble conformes au procédé de l'invention, respectivement pour un câble sans défaut et pour un câble affecté d'un défaut; - les figures 4a et 4b illustrent la configuration d'impulsions utilisables par le procédé de l'invention; - la figure 5 est un diagramme temporel illustrant le comportement d'un câble présentant un défaut; - la figure 6 est un modèle représentant un câble à branches multiples; - la figure 7 est un diagramme temporel illustrant schématiquement le comportement de ce câble présentant deux défauts; - et la figure 8 illustre un exemple d'un dispositif de localisation de défauts le long d'un câble métallique multipaires, pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Selon une caractéristique principale du procédé de l'invention, il est nécessaire que le câble multipaires, par ailleurs d'un type classique tel que celui illustré sur la figure 1, comporte au moins un conducteur interne. Dans une

variante préférée, le ou les conducteurs internes sont nus.

Dans ce qui suit, on supposera que tel est le cas. Les conducteurs "normaux" ou "utiles", c'est-à-dire ceux des paires de transmission de signaux, comportent tous, a priori, une gaine d'isolation. On munit donc le câble, lors de sa fabrication, d'au moins un conducteur supplémentaire nu, noyé parmi les paires actives et courant tout le long du câble. La figure 2a illustre, en coupe, un câble, référencé 5, comportant une gaine extérieure 50, un écran électrostatique 51, des paires de conducteurs 52 et un conducteur interne nu 55. Bien que le conducteur 55 ait été représenté en position coaxiale sur la figure 2a, la

position de celui-ci n'est pas critique.

Dans une autre variante de réalisation, illustrée par la figure 2b, le câble, ici référencé 5', peut comporter plusieurs conducteurs internes nus, par exemple cinq

conducteurs, référencés 55a à 55d.

A l'exception de la présence d'un ou plusieurs conducteurs nus, 55 ou 55a à 55d, les caractéristiques géométriques et physiques (constantes diélectriques, etc.) restent celles d'un câble standard, par exemple le câble illustré schématiquement par la figure 1, et il est inutile de les rappeler. Chaque conducteur nu 55 (ou 55a à 55d) peut être de même nature que les conducteurs des paires 52, à l'exception du fait que, dans un mode de réalisation préféré

de l'invention, il ne comporte pas de gaine isolante.

La figure 3a illustre un modèle décrivant un câble 5 conforme à l'invention. Le modèle Mof obtenu est extrêmement simple: une gaine extérieure 50, un écran électrostatique 51, et un milieu diélectrique intérieur 53. La seule différence importante est la présence d'un conducteur électrique 55, qui simule le ou les conducteurs internes spécifiques à l'invention. Les paires de conducteurs 52 (figures 2a ou 2b) n'ont pas été représentées, car elles

n'ont pas d'influence, comme il a été indiqué.

Les paramètres physiques essentiels associés à ce modèle sont la conductance Gb de l'écran électrostatique 51

et la permittivité 853 du diélectrique interne.

La figure 3b illustre ce même modèle, mais présentant un défaut 54 de longueur 1d. Dans le cadre de l'invention, la définition d'un défaut reste celle précédemment rappelée, c'est- à-dire une altération locale

des caractéristiques isolantes de la gaine 50.

Un défaut 54 est modélisé comme une variation locale des caractéristiques diélectriques de la gaine extérieure 50 du câble 5. La longueur 1d d'un défaut 54 est paramétrable. De même, la permittivité et la résistivité du défaut sont

paramétrables également.

Ce défaut représente la seule région o le câble 5, plus précisément l'intérieur de ce câble, "communique" avec le milieu externe Mex, ce qui entraîne la pénétration

d'humidité, voire d'eau.

La "résistivité du défaut", ad est typiquement comprise dans la gamme allant de ad=10-1 à cd=10-4. La "permittivité du défaut" peut être choisie égale à celle de

l'eau soit: srd=10.

Les modèles des figures 3a et 3b vont permettre de caractériser les câbles et de décrire leurs modes de

comportement, avec et sans défauts.

Avant de décrire plus avant le procédé selon l'invention, il apparaît utile de rappeler les principales caractéristiques des techniques de réflectométrie pouvant

être mises en oeuvre et des types de signaux utilisables.

Il existe deux méthodes principales de réflectométrie: la réflectométrie dans le domaine

fréquentiel, et la réflectométrie dans le domaine temporel.

Selon que l'on recourt à l'une ou à l'autre de ces techniques, l'onde injectée consiste, soit en une onde sinusoïdale variable en fréquence, soit en une impulsion

électrique brève.

Dans le domaine fréquentiel, on s'intéresse à l'amplitude et à la phase de l'onde le long du câble 5 et aux perturbations apportées sur celles-ci par la présence du défaut 54. Cependant, les simulations et mesures montrent que l'interprétation des résultats dans ce domaine

fréquentiel se révèle très vite délicate et compliquée.

Dans le domaine temporel l'écho réfléchi par le défaut 54 est porteur d'informations claires sur la position de celui-ci. Aussi, dans un mode de réalisation préférentiel du procédé selon l'invention, on retient cette technique

temporelle, et seule celle-ci sera décrite ci-après.

Des impulsions de formes diverses, notamment rectangulaires, trapézoïdales, ou sinusoïdales sont tout à fait utilisables dans le cadre de l'invention. Cependant, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, on choisit une impulsion de forme gaussienne, ce qui présente

un certain nombre d'avantages, comme il le sera montré ci-

après. En effet une impulsion de forme gaussienne, lors de sa propagation le long du câble 5, et plus particulièrement de l'écran électrostatique 51, et lors de sa réflexion sur le défaut 54, a la particularité avantageuse de conserver, à tout moment, ses caractéristiques de gaussienne. Ce n'est pas le cas pour d'autres formes d'impulsions, comme les impulsions de forme rectangulaire, trapézoïdale ou sinusoïdale. En effet, l'intégration, dans le câble 5 d'une impulsion de ce type, modifie considérablement la forme et la phase de cette impulsion, et il devient alors très difficile, voire impossible de conserver des références liées à la forme, pour localiser le temps d'aller et retour vers le défaut 54, donc de localiser ce défaut 54 avec

précision.

L'équation mathématique d'une gaussienne centrée sur l'axe des abscisses est la suivante: X2 y = e 20 (1) A titre d'exemple, sa représentation graphique pour c = 10 (axe des X) est illustrée par la figure 4a. L'axe vertical Y donne l'amplitude de la courbe normalisée à l'unité. Dans la réalité, la forme d'onde démarre à t = 0 et elle a une durée à la base de 3 #s environ, comme représenté sur la figure 4b. Pour fixer les idées, on choisit une impulsion dont la largeur à mi-hauteur est typiquement de 2,4 js. L'axe horizontal t est l'axe des temps (en Us) et l'axe vertical A est l'axe des amplitudes du signal,

normalisé à l'unité.

C'est ce signal qui est injecté à l'entrée du câble 5, entre le conducteur nu 55 et l'écran métallique électrostatique 51. S'il existe plusieurs conducteurs nus, par exemple 55a à 55d, ils peuvent être réunis à l'extrémité d'injection de signal pour ne former qu'une seule borne de contact électrique, la seconde borne étant l'écran

électrostatique 51.

Dans une ligne de transmission sans défauts, la seule discontinuité rencontrée par l'onde injectée est l'impédance de terminaison de la ligne. Il y a donc réflexion de l'onde vers l'entrée de la ligne. La mesure du temps nécessaire à un aller et retour permet de déterminer

la longueur de la ligne, connaissant ses caractéristiques.

Comme il est connu, il existe une exception à ce fonctionnement. En effet, lorsque la ligne est refermée sur une impédance égale à son impédance caractéristique, toute l'énergie véhiculée par l'onde est absorbée sur cette

terminaison. On dit qu'il y a adaptation.

Dans les autres cas, il y a donc réflexion, et éventuellement réflexions multiples (plusieurs allers et retours de l'onde), jusqu'à ce que l'affaiblissement accompagnant ces trajets soit suffisant pour que les appareils de mesure utilisés ne puissent plus détecter les échos. Ce phénomène existe également quand on rencontre des discontinuités le long de la ligne. Comme il a été indiqué, l'écran électrostatique 51 se comporte comme une ligne à constantes réparties. Si la gaine 50 est altérée à un endroit quelconque du câble 5, il apparaît un défaut 54, ce qui a pour conséquence de perturber la propagation de l'onde. Il se produit alors une réflexion prématurée de l'onde. L'étude et la mesure du signal réfléchi va donc permettre de localiser le défaut 54 (le temps d'aller et retour étant raccourci), et sa gravité (en mesurant

l'amplitude des échos).

On va maintenant montrer un exemple de simulation de câble. On va tout d'abord considérer que le milieu est idéal, c'est-à-dire non bruité. Cette assertion est en général très proche de la réalité, puisque le signal de mesure est injecté entre l'écran électrostatique 51 et un ou plusieurs conducteurs nus internes, simulés par un

conducteur nu unique sur les modèles des figures 3a et 3b.

En effet, l'intérieur du câble 5 est protégé des perturbations électromagnétiques régnant dans le milieu

extérieur Mex par l'écran électrostatique 51.

On effectue les hypothèses suivantes: le défaut 54 est une blessure de la gaine extérieure 50 du câble, située à 100 m de l'entrée, sur une longueur de 10 cm. De ce fait, la gaine est devenue poreuse et s'est imprégnée d'humidité, et l'on obtient cd = 1 s/m. Cette humidité pénètre à l'intérieur du câble 5, ce qui crée des conditions proches d'un court-circuit entre le conducteur 55, que l'on a supposé nu dans un mode de réalisation préféré, et l'écran électrostatique 51. Il apparaît donc une discontinuité franche à l'endroit du défaut 54. Si le conducteur 55 n'est pas nu, la discontinuité existe aussi, mais elle se traduit

par des effets moins importants.

L'onde mesurée et analysée à l'entrée du câble 5 dans le domaine temporel est illustrée par la courbe du diagramme temporel de la figure 5. L'axe vertical V représente l'amplitude de l'impulsion d'entrée Ve, en volts,

et l'axe horizontal est l'axe des temps t, gradué en micro-

secondes. En réalité, la courbe comprend deux parties bien distinctes: une impulsion unique C1 de forte amplitude (positive dans l'exemple), et une suite d'impulsions (négatives dans l'exemple), référencées globalement C2, d'amplitudes très inférieures et décroissantes. La courbe C1 représente l'impulsion injectée, et les différents extrêma de la courbe C2 représentent les échos multiples dus à la réflexion de l'onde sur le défaut 54, atténués du fait des pertes subies pendant la propagation. On constate que l'écho multiple C2 (plusieurs allers et retours entre le défaut 54

et l'entrée) est bien visible dans ce cas idéal.

De façon pratique, on utilise un oscilloscope ou l'écran d'un microordinateur pour afficher la courbe. Il est alors possible de situer, "à l'oeil", la position du

défaut 54 le long du câble 5 avec une assez bonne précision.

En effet, l'axe des abscisses peut être gradué en mètres au

lieu de microsecondes, étant donné que la vitesse de propagation du signal le long du câble 5 est connue.

En outre, selon une caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, les caractéristiques internes du câble 5 sont très homogènes, sur toute la longueur de celui-30 ci, contrairement à celles du milieu externe au câble 5. Ce milieu n'a pas d'influence sur la propagation de l'onde,

notamment sur sa vitesse de propagation, ou pour le moins une influence très réduite.

On va maintenant se reporter de nouveau à la figure 2b. On a indiqué que, pour cette variante de câble, portant la référence 5', on prévoit plusieurs conducteurs nus, 55a à 55d. Cette disposition est particulièrement avantageuse pour des câbles qui comprennent plusieurs sections et dont les ramifications successives comportent un

nombre de plus en plus restreint de paires.

La figure 6 illustre un exemple de modèle Mom d'un tel câble, référencé 5", que l'on peut appeler "multiple" Pour fixer les idées, on suppose que le début du câble 5" est un tronc principal de communication, constitué d'un câble à écran métallique 5a comprenant un grand nombre de paires téléphoniques. Le câble 5" se subdivise une première fois, à la distance 11 de l'entrée, en deux branches: le câble 5'a (prolongement du câble 5a sur une distance l'1, mais comprenant un nombre restreint de paires), et le câble 5b (réunissant le reste des paires). Par sa branche 5'a, le câble 5" se subdivise une seconde fois, à la distance 12 de l'entrée, également en deux branches: 5c et 5d. La répartition des paires entre les deux branches 5c et d dépend du nombre de communications à assurer par celles-

ci et des destinations à desservir.

Les écrans électrostatiques des différents tronçons, a à 5d, ont été référencés 5la à 51d, respectivement. On suppose que tous ces écrans électrostatiques ont les mêmes caractéristiques, notamment une résistivité Gb. On suppose également que l'intérieur des différents tronçons est simulé par un milieu diélectrique 53 de même permittivité E53. Les valeurs de ces paramètres sont, a priori, égales à celles

précédemment indiquées.

Les gaines successives ont été référencées 51a à 51b. Les caractéristiques physiques de ces gaines n'interviennent dans le processus de mesure que pour les endroits présentant des défauts. Les paires téléphoniques 52 n'ont pas été représentées sur le modèle Mom, car elles n'ont pas d'interaction avec la propagation de l'impulsion

injectée en entrée du câble 5".

Pour fixer les idées également, on suppose que le câble 5" présente deux défauts: un premier défaut 54, de longueur 1d, sur le tronçon principal 5a, à une distance ld1 de l'entrée, et un second défaut 54', de longueur 1'd, sur un des tronçons secondaires, 5d, à une distance ld2 de l'entrée. Le modèle Mom est complété par la présence de trois conducteurs internes nus, référencés arbitrairement 55b à c, qui peuvent être réunis à l'entrée du câble 5" en raccordement sur une borne unique be. On s'arrange pour que chaque ramification comprenne au moins un conducteur nu, notamment les branches terminales 5b, 5c et 5d. Dans l'exemple illustré par la figure 6, le conducteur nu 55b court dans la branche 5b, le conducteur nu 55c dans la branche 5c, et le conducteur nu 55d dans la branche 5d. Dans toutes les branches, il existe au moins une paire "fil nu

interne - écran métallique électrostatique".

Si, selon la caractéristique principale conforme au procédé de l'invention, on injecte une impulsion, par

exemple une gaussienne, entre l'écran électrostatique 51a et la borne unique d'entrée be, l'impulsion va se propager le long du tronçon principal Sa, mais aussi se subdiviser dans25 les tronçons secondaires 5'a, 5b, 5c et 5d.

En l'absence de défauts sur les gaines de ces tronçons, les impulsions vont être réfléchies par les extrémités de ces tronçons, mais aussi par les différentes subdivisions. En effet, en ces endroits, le câble 5" présente des disparités, qui peuvent être faibles mais non nulles. On obtient donc différents échos décalés dans le temps. Les caractéristiques physiques du câble 5", en l'absence de défauts, sont connues ou peuvent être calculées ou mesurées. Ces caractéristiques sont homogènes tout au long des câbles, comme il a été rappelé. On connaît aussi les longueurs des différents tronçons. Il s'ensuit que l'on peut prédire quelles seront les positions temporelles des échos correspondant à des terminaisons ou des transitions, et ces positions peuvent donc être différenciées d'un ou plusieurs échos supplémentaires dus à des défauts apparus

dans l'une ou l'autre des gaines.

La "résistivité de défaut", cd, pour les défauts 54 et 54' est dans la gamme précédemment indiquée: cd=10-1 à cd=10-4. La permittivité de ces défauts 54 et 54' est celle

de l'eau: Erd=10.

L'onde mesurée et analysée à l'entrée du câble 5", entre l'écran électrostatique 51a et la borne be, dans le domaine temporel, estillustrée très schématiquement par la courbe du diagramme temporel de la figure 7. L'axe vertical V représente l'amplitude de l'impulsion d'entrée Ve en volts et l'axe horizontal est l'axe des temps t, gradué

en micro-secondes.

La courbe comprend, comme précédemment, une impulsion unique C1 de forte amplitude (positive dans l'exemple), et une suite de quatre impulsions (négatives dans l'exemple), C2 à C5, décalées dans le temps et

apparaissant aux instants t = t1 à t = t4, respectivement.

La courbe C1 représente l'impulsion injectée à l'instant t =

0, par convention.

Les courbes C3 et C4 représentent les échos de transition dus aux subdivisions de câbles. L'intervalle de temps t2 représente un aller et retour de l'onde sur la distance 11 et l'intervalle de temps t3 représente un aller et retour d'une onde sur la distance 12. Les courbes C2 et C5 représentent la contribution des défauts 54 et 54' L'intervalle de temps t1 représente un aller et retour d'une onde sur la distance ldl et l'intervalle de temps t3 représente un aller et retour d'une onde sur la

distance ld2-

Connaissant les caractéristiques physiques précitées du câble 5" et la vitesse de propagation de l'onde le long des écrans électrostatiques, ainsi que les intervalles de temps t1 et t4, on peut déterminer la position des défauts 54 et 54' par rapport à l'entrée du câble 5", soit les distances ld1 et ld2' Si l'une ou l'autre des distances trouvées est supérieure à la distance 11 (voire les deux), il s'ensuit que le défaut (ou les défauts) sont situés sur l'une des branches secondaires. Il existe donc généralement une ambiguité.

C'est le cas de l'exemple illustré sur la figure 6.

Le défaut 54 est obligatoirement situé sur le tronçon principal 5a, puisque ld1 est inférieur à 11. Cependant le défaut 54' situé sur le tronçon 5d pourrait tout aussi bien être situé sur les tronçons 5b ou 5c, puisque ld2 est supérieure à l1. Pour lever l'ambiguïté, il suffit de déconnecter les fils nus 54b à 55c les uns des autres et de renouveler successivement l'expérimentation pour chacun des conducteurs pris isolément. Seule une impulsion injectée entre l'écran électrostatique 51a et le conducteur 55d fera

apparaître un écho à l'instant t4.

Dans la réalité, le diagramme temporel correspondant à la figure 7 est beaucoup plus complexe que celui représenté sur cette figure. Tout d'abord, les échos dus aux

terminaisons des câbles 5b à 5d n'ont pas été représentés.

D'autre part, comme dans le cas d'un câble unique (figure 5), on observe des échos multiples. Enfin, ce phénomène est aggravé par la présence de discontinuités

multiples (transitions au niveau des subdivisions de câble).

Jusqu'à présent, il a été considéré un modèle idéal de câble. Il a été indiqué, en effet, que même si le milieu Mex (figure 3b) externe au câble 5 est soumis à de fortes perturbations électromagnétiques, ces dernières ont peu de répercussions sur l'intérieur du câble 5, du fait de la présence de l'écran électrostatique 51. Cependant, les paires de conducteurs véhiculent des signaux de

télécommunication qui induisent des champs électromagné-

tiques perturbateurs à l'intérieur du câble, même si ces

champs sont a priori de faible amplitude.

Or, lorsque le défaut 54 du câble 5 est léger, l'écho est aussi ténu. Il s'ensuit que le signal réfléchi va être bruité par les champs perturbateurs précités. Aussi, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, pour déterminer avec la précision requise la position du défaut 54 le long du câble 5, on soumet le signal à un traitement mathématique pour extraire du bruit les données utiles. Il existe de nombreuses méthodes d'extraction d'un signal pollué, et même noyé dans le bruit, méthodes utilisées par exemple dans les techniques du radar, dans la radio-astronomie ou dans la sismologie. Une de ces méthodes est particulièrement adaptée dans le cas présent: il s'agit

de l'autocorrélation et de l'intercorrélation.

La fonction d'autocorrélation d'une fonction s'écrit pour un signal réel x(t) comme suit: rXX (T) = | x(t)x(t - zr)dt (2) L'autocorrélation mesure la "ressemblance" entre le signal injecté x(t) et sa stricte copie décalée après un décalage temporel T. Les propriétés de cette fonction sont bien connues. Elles sont particulièrement avantageuses dans le cas du procédé de l'invention. C'est en particulier un moyen pratique et efficace de calculer le déphasage entre deux ondes. Or dans le cadre de l'application visée par l'invention, le déphasage est directement lié à la position

du défaut.

L'impulsion sélectionnée pour un mode de réalisation

préféré du procédé selon l'invention a une forme gaussienne.

La théorie montre que le résultat de l'autocorrélation d'une gaussienne est également une fonction gaussienne dont l'écart type est multiplié par un facteur a par rapport à la fonction initiale. En pratique, l'onde réfléchie par l'écho n'est pas strictement identique à sa génitrice: c'est bien sûr une gaussienne, d'amplitude plus faible, mais dont l'écart type est légèrement plus grand. Il est donc

plus exact de parler dans ce cas d'intercorrélation.

Selon le procédé de l'invention, on effectue une intercorrélation entre le signal injecté, soit x(t), et son écho noté e(t), mesuré à l'entrée du câble blessé 5. En d'autres termes, on recherche, à l'aide d'un outil mathématique approprié, la "ressemblance" entre le signal injecté x(t) et son écho mesuré et analysé e(t). L'avantage de cette approche est que tous les bruits non corrélés

présents dans les signaux x(t) et e(t) sont minimisés.

Mathématiquement, l'intercorrélation Fxe(t) pour les deux signaux réels x(t) et e(t) est ainsi définie: rFx (T) =x(t)e(! -r)dt (3) Cette fonction présente un maximum pour une valeur particulière de T. Dans l'application considérée ici, T représente un décalage temporel entre les deux fonctions, ce décalage temporel étant directement lié au temps mis par l'onde pour se réfléchir sur le défaut, par exemple 54. La valeur de t, exprimée en secondes ou As, est très exactement le temps mis par l'onde électromagnétique pour se propager jusqu'au

défaut 54, s'y réfléchir, et revenir à l'entrée du câble 5.

Cette valeur de Tr, associée à la vitesse de propagation de l'onde électromagnétique, permet de calculer directement et avec précision la position du défaut 54 par rapport à

l'entrée du câble.

L'expérience montre que le traitement mathématique qui vient d'être rappelé succinctement permet d'extraire le signal utile du bruit, c'està-dire de l'écho ou des échos dus au ou aux défauts 54 et 54', même dans des conditions extrêmes: bruit cent fois plus élevé, voire mille fois plus

élevé que le signal utile.

De façon pratique, en partant d'un fichier numérique de l'onde illustré sur la figure 5, par exemple, obtenu après mesures, et de celui du signal injecté (connu a priori), le calcul de la courbe d'intercorrélation peut être effectué à l'aide d'un outil informatique approprié. Pour fixer les idées, le calcul d'intercorrélation peut être effectué à l'aide d'un logiciel spécialisé tel que le

logiciel mathématique "Mathlab" (marque déposée).

La détermination et la localisation d'un défaut peuvent encore être améliorées en utilisant une méthode différentielle. On suppose, comme précédemment, que le milieu ambiant n'est pas bruité (milieu idéal). On suppose aussi que le défaut 54 est un défaut franc, c'est-à-dire occasionnant une perturbation importante, et donc un écho de grande amplitude. Afin de rendre maximale la perturbation

due au défaut 54, on applique une méthode différentielle.

Cette méthode consiste à soustraire de la signature d'un

câble blessé la signature de ce même câble sans blessures.

Ainsi, ce sont les variations des caractéristiques électromagnétiques liées au défaut 54 qui sont mises en

évidence par intercorrélation.

On peut enfin, pour extraire le signal utile, mettre en oeuvre un traitement comportant deux étapes: - étape 1: On effectue la moyenne sur plusieurs mesures bruitées, par exemple cinquante mesures; - étape 2: on effectue l'intercorrélation sur le signal ainsi "filtré" Cette méthode permet encore d'améliorer les résultats, particulièrement lorsque le signal utile est noyé dans un bruit très important. L'expérience montre alors qu'il subsiste des "raies" parasites, mais qu'il existe des pics exploitables de plus grande amplitude correspondant au signal injecté et aux différents signaux d'échos utiles pour la localisation du ou des défauts 54. Le résultat est amélioré lorsque l'on augmente le nombre des mesures

successives et que l'on en effectue une moyenne.

Si on s'éloigne des cas extrêmes, pour des niveaux de bruits moyens (par exemple pour un rapport signal/bruit de l'ordre de 1/100) ou faibles, les raies parasites disparaissent, pour ne laisser subsister que les pics correspondant aux échos et au signal injecté (ou aux seuls

échos, si on met en oeuvre une méthode différentielle).

On va maintenant décrire, par référence à la figure 8, un exemple de dispositif de localisation de défaut 54 pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention

sur un câble métallique multipaires 5.

Dans l'exemple décrit, l'architecture du dispositif

de localisation de défaut 54 est bâtie autour d'un micro-

ordinateur 40. Le micro-ordinateur 40 pilote un générateur d'impulsions 41, par exemple pour la génération d'une impulsion de forme gaussienne, dans un mode de réalisation préféré de l'invention. L'impulsion générée est appliquée

entre l'écran électrostatique 51 et le milieu ambiant symbolisé par la terre.

Dans un exemple de réalisation pratique, le générateur 41 peut être constitué par une carte spécialisée insérée dans le micro- ordinateur 40, telle que la carte

"Compugen 1100", commercialisée par la société "Le Croy".

Elle reçoit donc des instructions élaborées par l'unité centrale du micro-ordinateur 40 sous la conduite d'un programme enregistré. Cette carte 41 génère toute forme d'onde à partir du contenu d'une mémoire (par exemple de capacité 16*106 mots de 12 bits) connectée à l'entrée d'un

convertisseur numérique-analogique (non représenté).

La résolution temporelle est de 12,5 ns (80 MHz) et la résolution en amplitude est de 4096 points (12 bits). La forme, la durée et l'amplitude de l'impulsion générée sont fonction, notamment, des caractéristiques connues du câble 5, comme il a été décrit au regard des figures 5 ou 7. Dans la pratique, il s'agit de générer une impulsion électrique démarrant à 0 volt pour t = 0 dont les caractéristiques ont

été décrites au regard de la figure 4b.

Les impulsions électriques correspondant, d'une part à l'impulsion injectée en entrée du câble 5, d'autre part aux échos produits par le ou les défauts 54 le long du câble , sont numérisées par deux cartes spécialisées supplémentaires, illustrées sous la référence unique 42, par exemple des cartes du type "CompuScope 8012/PCI" également commercialisées par la société "Le Croy". Ces cartes 42 effectuent l'acquisition en temps réel des signaux présents en entrée de câble 5, par échantillonnage, de façon à réaliser la conversion inverse Analogique-Numérique. La période d'échantillonnage est de 12,5 ns. Les cartes 42 sont

également insérées dans le micro-ordinateur 40.

Le micro-ordinateur 40 exécute par ailleurs, sous la conduite de programmes enregistrés, tous les traitements mathématiques nécessaires, notamment les opérations d'autocorrélation ou d'intercorrélation (par exemple sous la conduite du logiciel "Mathlab" précité ou d'un logiciel similaire), et élabore les instructions nécessaires au bon fonctionnement de la carte de génération d'impulsions 41 et

des cartes d'acquisition de signaux 42.

Les signaux acquis et analysés, après traitement mathématique éventuel, sont stockés dans des organes de mémorisation classiques associés à l'unité centrale du micro-ordinateur 40 (mémoire vive et/ou mémoire de masse) et sont affichés sur l'écran 400 du micro-ordinateur 40, en

temps réel ou en différé.

A la lecture de ce qui précède, on constate aisément

que l'invention atteint bien les buts qu'elle s'est fixés.

Il doit être clair cependant que l'invention n'est pas limitée aux seuls exemples de réalisations explicitement

décrits, notamment en relation avec les figures 2a à 8.

En particulier, les exemples numériques n'ont été donnés que pour mieux préciser les caractéristiques principales du procédé selon l'invention. Bien que particulièrement adaptées, par leurs propriétés spécifiques, les impulsions de type gaussien ne sont pas les seules utilisables dans le cadre de l'invention. En outre, la durée et l'amplitude de l'impulsion injectée entre l'écran électrostatique et le ou les conducteurs internes sont fonction des caractéristiques physiques du câble métallique

multipaires et de sa configuration.

L'appareil de test permettant la localisation du défaut le long du câble n'est pas non plus limité au seul dispositif illustré au regard de la figure 8, dont l'architecture est basée sur un micro-ordinateur universel, complété par des cartes de circuits électroniques spécialisés. On peut notamment réaliser un appareil de

mesure spécifique, avantageusement portatif.

De même, les opérations de traitement de signaux, notamment les autocorrélations ou intercorrélations, peuvent être effectuées par des circuits électroniques spécialisés, et non par des logiciels comme il a été décrit, sans sortir

du cadre de l'invention.

On peut également adjoindre au micro-ordinateur 40, de façon classique, une imprimante ou un traceur de courbes pour l'impression des graphiques obtenus, par exemple sur du

papier millimétré.

Enfin, le câble peut présenter, non pas un seul défaut, mais plusieurs. On obtiendra alors plusieurs séries d'échos étagés dans le temps, ce qui permettra de

discriminer les différentes positions de défauts.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Procédé de localisation d'au moins un défaut (54) le long d'un câble à écran métallique (5), ledit câble comprenant une pluralité d'éléments de transmission (52) destinés à véhiculer des signaux d'information, un écran métallique électrostatique (51) conducteur de l'électricité entourant lesdits éléments de transmission (52), et une gaine externe (50) en matériau électriquement isolant, caractérisé en ce que, ledit câble (5) comportant au moins un conducteur interne (55) disposé parmi les éléments de transmission (52), il comprend au moins les étapes suivantes: génération (41) d'une impulsion électrique, de forme, d'amplitude et de durée déterminées; - injection de cette impulsion, en une première extrémité dudit câble (5), entre ledit écran métallique électrostatique (51) et ledit conducteur interne (55), de

manière à obtenir la propagation d'une onde électromagné-

tique le long de cet écran (51); - analyse des signaux électriques apparaissant à ladite première extrémité du câble (5), sur une période déterminée, pour détecter la présence d'échos correspondant à des réflexions de ladite onde électromagnétique sur ledit défaut (54), ce défaut se traduisant par des altérations locales de paramètres électriques dues à des détériorations de ladite gaine externe (50) et/ou dudit écran métallique électrostatique (51) occasionnant lesdites réflexions, et/ou résultant d'une introduction d'eau ou d'humidité à l'intérieur du câble (5); - et détermination de la distance séparant ledit défaut (54) de ladite première extrémité de câble (5) à partir du temps nécessaire à ladite onde électromagnétique pour se propager jusqu'audit défaut (54) et retourner à ladite première extrémité et de la vitesse de propagation de l'onde

électromagnétique dans le câble (5).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en

ce que lesdits conducteurs internes (55) sont nus.

3. Procédé selon les revendications 1 ou 2,

caractérisé en ce que lesdits éléments de transmission sont

des paires de fils conducteurs gaines (52).

4. Procédé selon les revendications 1 ou 2,

caractérisé en ce que lesdits éléments de transmission sont

des fibres optiques.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une première phase préliminaire consistant à introduire, lors de sa fabrication, à l'intérieur dudit câble (5) et parmi lesdits éléments de transmission (52), au moins un conducteur

interne (55), courant sur toute la longueur de ce câble (5).

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième phase préliminaire consistant à créer un modèle (Mof) décrivant les caractéristiques électromagnétiques dudit câble métallique (5) et celles dudit défaut (54), et à acquérir des données décrivant son comportement lors de l'injection de ladite impulsion

électrique en présence de défauts simulés, de caractéris-

tiques variables (54).

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit câble (5) décrit par ledit modèle comprend ledit écran métallique électrostatique (51), celui-ci entourant un matériau diélectrique (53), ladite gaine externe (50) et un conducteur interne (55), et en ce que ledit défaut (54) est modélisé par des modifications des caractéristiques de conductivité et de permittivité des matériaux isolants remplissant l'intérieur du câble (5) ou constituant la gaine externe (50), qui occasionnent lesdites réflexions.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 7, caractérisé en ce que ledit câble (5') comprend plusieurs conducteurs internes (55a-55e) et en ce que ladite impulsion est injectée entre ledit écran métallique électrostatique (51a- 51d) et au moins l'un desdits

conducteurs internes (55a-55e).

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, ledit câble (5") se subdivisant en branches successives (5a-5d), au moins l'un desdits conducteurs internes (55b-55d) est disposé dans chacune desdites branches (5a-5d), et en ce qu'il comprend des étapes d'injections successives de ladite impulsion entre ledit écran métallique électrostatique (51a-51d) et chacun des conducteurs internes pris isolément (55b-55d), suivies d'étapes d'analyse temporelle des signaux électriques apparaissant à ladite première extrémité du câble (5"), sur une période déterminée, pour détecter la présence d'échos

correspondant à des réflexions de ladite onde électromagné-

tique sur ledit défaut (54,54'), de manière à déterminer quelle est la branche (5a-5d) comportant ledit défaut (54,

54') parmi toutes lesdites branches.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications

6 à 9, caractérisé en ce que ladite impulsion électrique est une impulsion de forme gaussienne, et en ce que les caractéristiques électriques de cette impulsion et ladite vitesse de propagation sont déterminées à partir dudit

modèle (Mof) et desdites données acquises.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits signaux électriques apparaissant à ladite première extrémité du câble (5) étant entachés de bruit, il comprend une étape supplémentaire consistant à soumettre ces signaux à un traitement mathématique, et en ce que ce

traitement mathématique comprend une opération d'intercorré-

lation, de manière à les extraire dudit bruit.

12. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de localisation de défaut selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend

des moyens (41) de génération d'une impulsion de forme, d'amplitude et de durée déterminées, et d'injection de cette impulsion, en une première extrémité dudit câble (5), entre ledit écran métallique électrostatique (51) et chacun desdits conducteurs internes (55), des moyens (42) d'acquisition en temps réel des signaux électriques apparaissant à ladite première extrémité du câble (5), sur une période déterminée, et des moyens (40) de commande et de calcul, à logique programmée, pour effectuer une analyse temporelle de ces signaux, de manière à détecter la présence d'échos correspondant à des réflexions de ladite onde électromagnétique dues à au moins un défaut (54) et à localiser ce défaut (54) le long dudit câble (5), et en ce que lesdits moyens (40) de commande et de calcul à logique programmée comprennent un écran de visualisation (400) pour

l'affichage desdits échos.

13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande et de calcul à logique programmée sont constitués par un micro-ordinateur (40) et lesdits moyens de génération d'impulsion (41) et d'acquisition (42) par des cartes de circuits électroniques

spécialisées, incluses dans ledit micro-ordinateur (40).