FR2996312A1

FR2996312A1 - Procede de detection de front d'onde de signal recu par un capteur

Info

Publication number: FR2996312A1
Application number: FR1259335A
Authority: FR
Inventors: Raphael Lebreton
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2014-04-04
Anticipated expiration: 2032-10-02
Also published as: FR2996312B1; WO2014053432A1

Abstract

L'invention concerne un procédé de détection de front d'onde de signal reçu par un capteur, le procédé comprenant : - le calcul de la variance V de l'énergie de la valeur absolue du signal reçu dans des intervalles de temps successifs de largeur égale à l'inverse de la fréquence d'amplitude maximale du signal filtré, - une détermination d'une valeur maximale Vmax, d'une valeur minimale Vmin et d'une valeur moyenne Vmoy de ladite variance sur l'ensemble desdits intervalles de temps, - le calcul d'un seuil de détection S sur la base de l'équation : S = Wk X Vmax Vmoy, avec W = Vmax / Vmin et k < 0 - la comparaison des valeurs de variance V avec le seuil S, et - la détermination d'un instant To de détection du front d'onde dès lors que la valeur de la variance dépasse pour la première fois la valeur de seuil.

Description

PROCEDE DE DETECTION DE FRONT D'ONDE DE SIGNAL RECU PAR UN CAPTEUR DESCRIPTION Domaine technique et art antérieur L'invention concerne un procédé de détection de front d'onde de signal reçu par un capteur. Le signal reçu peut être, par exemple, un signal acoustique ou un signal électromagnétique. Le problème technique à résoudre est la détection automatique de l'apparition du front d'onde du signal reçu par un capteur. L'invention peut par exemple s'appliquer à la détection et à la localisation de sources de décharges partielles dans les appareils électriques tels que, par exemple, les transformateurs de puissance. Le front d'onde est l'ensemble des points atteints par l'onde à un même instant t. Un procédé connu de détection de front d'onde est divulgué dans la demande de brevet Français publiée sous le numéro FR 2 883 979 et qui a été déposée sous le N°05 50799, au nom de AREVA T&D, à la date du 29 Septembre 2006. Ce procédé comprend une étape d'échantillonnage du signal et une analyse du signal ainsi échantillonné. L'analyse du signal échantillonné utilise beaucoup de coefficients arbitraires qu'il faut modifier, en tout ou en partie, en fonction du type de signal et de la fréquence à laquelle le signal a été échantillonné. Ainsi, les coefficients utilisés pour un signal échantillonné à quelques MHz ne peuvent être utilisés pour un signal échantillonné à quelques GHz. L'utilisateur est alors obligé de modifier les coefficients à la main, afin de permettre la détection du front d'onde. Ceci représente un inconvénient.

Par ailleurs, ce procédé utilise une mesure de l'écart-type de l'énergie du signal pour calculer une valeur de seuil qui, lorsqu'elle est dépassé, valide qu'un front d'onde a été détecté. Or, l'écart-type est, par définition, la dispersion autour de la valeur moyenne du signal. L'écart-type est en conséquence très influencé par cette valeur moyenne. Ceci est également un inconvénient, puisque les fronts d'onde à détecter ne sont pas du tout dépendant de la valeur moyenne du signal. Ils peuvent en effet avoir une amplitude très faiblement supérieure à la valeur moyenne ou très fortement supérieure à la valeur moyenne. De plus, le coefficient de calcul de seuil de détection varie linéairement avec la moyenne du signal. Or, les signaux que l'on souhaite détecter n'ont pas un comportement linéaire avec la moyenne du signal, étant parfois d'amplitude très élevée par rapport à la moyenne du signal et d'autres fois d'amplitude à peine supérieure à cette moyenne. Ceci représente encore un autre inconvénient. L'invention ne présente pas ces inconvénients. Exposé de l'invention En effet, l'invention concerne un procédé 30 de détection de front d'onde de signal reçu par un capteur, le procédé comprenant les étapes suivantes : - acquisition du signal, échantillonnage du signal sous la forme d'échantillons et centrage des échantillons autour de zéro; - détermination d'une fréquence fs d'échantillonnage du signal et calcul d'une période temporelle de référence Ts telle que Ts=1/fs; - transformation de Fourier du signal échantillonné centré et filtrage du signal issu de la transformation de Fourier dans une bande de fréquences 10 Af; - détermination d'une fréquence fA du signal issu du filtrage passe bande pour laquelle le signal échantillonné centré a une amplitude maximale et calcul d'une largeur de fenêtre glissante TA telle que TA=1/fA; 15 - calcul d'une variance V de l'énergie de la valeur absolue du signal sur la fenêtre glissante de largeur TA et détermination d'une valeur maximale Vmax, d'une valeur minimale Vmin et d'une valeur moyenne Vmoy de la variance sur la durée du signal, 20 - calcul d'un seuil de détection S sur la base de l'équation : S =Wk X Vma x Vmo y , avec W = Vma. / Vmin et k < 0 comparaison des valeurs de variance V 25 avec le seuil S, et - détermination d'un instant To de détection de front d'onde du signal dès lors que la valeur de la variance dépasse pour la première fois la valeur de seuil.

Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre faite en référence aux figures jointes, parmi lesquelles : - La figure 1 représente un schéma de principe de procédé de détection de front d'onde de l'invention ; - La figure 2 représente un schéma de 10 principe d'un dispositif qui met en oeuvre le procédé de l'invention. Sur toutes les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments. 15 Exposé détaillé d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention La figure 1 représente un schéma de principe de procédé de détection de front d'onde de l'invention. 20 Le procédé comprend tout d'abord une étape 1 d'acquisition d'un signal analogique par un capteur, par exemple un capteur acoustique (ultrasons) ou un capteur UHF (UHF pour « Ultra Hautes Fréquences »). Le signal détecté par le capteur est 25 ensuite échantillonné à une étape E2. L'échantillonnage du signal est effectué à une même fréquence d'échantillonnage ou à plusieurs fréquences d'échantillonnage différentes. La ou les fréquences d'échantillonnage ne sont pas connues à l'avance et 30 dépendent des appareils qui traitent le signal. De façon préférentielle, l'étape E2 comprend également une étape de centrage autour de zéro du signal échantillonné. Une fois le signal échantillonné, la ou les 5 fréquences d'échantillonnage qui ont servi à échantillonner le signal sont déterminées à l'étape E3 et une des fréquences d'échantillonnage, préférentiellement la fréquence d'échantillonnage la plus élevée fs, est choisie pour calculer une période 10 temporelle de référence Ts telle que : Ts = 1/fs Parallèlement à cela, une étape E4 de calcul de la transformée de Fourier du signal échantillonné centré est effectuée. Il est alors 15 possible de déterminer, à une étape E6 qui succède à l'étape E4, la fréquence fA pour laquelle l'amplitude du signal échantillonné centré est maximale et la largeur TA d'une fenêtre glissante associée à la fréquence fA, à savoir : 20 TA = 1 / fA Préalablement à l'étape E6, le signal échantillonné centré est préférentiellement filtré lors d'une étape E5. Cette étape de filtrage permet avantageusement de supprimer les bruits de très basses 25 et de très hautes fréquences que peut contenir le signal. Les bornes Fi, F2 du filtre qui est appliqué au signal sont calculées à partir de la connaissance de la fréquence maximale fmAx que contient le signal, laquelle est connue de par la transformation de Fourier. Les 30 bornes Fi, F2 de l'intervalle de fréquences sont par exemple: Fi = fmAx / 10, et F2 = fmAx x 9/10 D'autres valeurs sont toutefois possibles pour déterminer ces bornes, selon que l'on désire 5 supprimer plus ou moins de fréquences aux extrémités de la bande passante. De la connaissance de la période temporelle de référence Ts et de la largeur TA de la fenêtre glissante, il est déduit, lors d'une étape E7, le 10 nombre N d'échantillons de signal que contient la fenêtre glissante. En effet, ce nombre N s'écrit : N = TA / TS Lors de l'étape E7, il est vérifié que le nombre N est compris dans un intervalle [Nminf Nmax] 15 préalablement défini. En effet, le nombre d'échantillons compris dans la fenêtre glissante doit être suffisant, sans toutefois être trop important. Le nombre Nmin peut être, par exemple, égal à 5 et le nombre Nmax, par exemple, égal à 20. Si le nombre N est 20 compris dans l'intervalle prédéterminé, le procédé continue vers l'étape E8. Sinon, l'étape E7 comprend une étape élémentaire supplémentaire qui, selon le cas, élargit ou diminue la largeur de la fenêtre à partir de la largeur TA jusqu'à temps que le nombre N soit 25 compris dans l'intevalle prédéterminé. L'étape E8 qui succède à l'étape E7 est une étape de calcul de la variance V de l'énergie de la valeur absolue du signal dans des intervalles de temps successifs qui ont pour largeur la largeur de la 30 fenêtre glissante. Des valeurs de variance V calculées sur toute la durée du signal sont alors extraites : la variance maximale Vmax et la variance minimale Vmin. Par ailleurs, la variance moyenne V.y est calculée. Les valeurs Vmaxf Vmin et Vmoy sont utilisées à l'étape E9 pour calculer le seuil de détection S. Le seuil S s'écrit : S = Wk X Vma x Vmo y , avec W = Vma. / Vrai n et k < 0 De façon préférentielle, le coefficient k est égal à -0,4. Cette valeur de -0,4 a été choisie suite à de très nombreux tests, relatifs à une grande variété de signaux. Les valeurs de la variance V calculées à l'étape E8 sont alors comparées au seuil S lors d'une étape E10.

La première valeur de la variance V qui dépasse le seuil S correspond à un instant To d'apparition du signal qui est un instant de début de fenêtre glissante. Dans une première variante du procédé de l'invention cet instant To correspond à l'instant de détection Id du front d'onde. Dans une deuxième variante du procédé de l'invention, l'instant de détection du front d'onde est donnée par l'équation : Td=To+AT1, où AT1 est une durée égale à la moitié de la durée de la fenêtre glissante. L'instant de détection du front d'onde est alors centré sur la fenêtre glissante qui est associée au dépassement de la valeur de seuil.

La détermination de l'instant Id est faite lors d'une étape Eh l qui succède à l'étape de comparaison E10. La figure 2 représente un schéma de 5 principe d'un dispositif qui met en oeuvre le procédé de l'invention. Le dispositif comprend un capteur C et un enregistreur calculateur Q. Un signal ondulatoire A (onde acoustique ou onde électromagnétique) est 10 détectée par un capteur C qui délivre un signal électrique B. Le signal électrique B est transmis à un enregistreur calculateur Q qui comprend des moyens aptes à mettre en oeuvre l'ensemble des étapes Eh-Ehl mentionnées précédemment. 15 20 25 30

Claims

REVENDICATIONS1.Procédé de détection de front d'onde de signal reçu par un capteur, le procédé comprenant les étapes suivantes : acquisition du signal (El), échantillonnage du signal sous la forme d'échantillons et centrage des échantillons autour de zéro (E2) ; - détermination d'une fréquence fs d'échantillonnage du signal et calcul d'une période temporelle de référence Ts telle que Ts=1/fs (E3); - transformation de Fourier (E4) du signal échantillonné centré et filtrage du signal issu de la transformation de Fourier (E5) dans une bande de fréquences Af ; - détermination d'une fréquence fA du signal issu du filtrage pour laquelle le signal échantillonné centré a une amplitude maximale et calcul d'une largeur de fenêtre glissante TA telle que TA=1/fA (E6); - calcul d'une variance V de l'énergie de la valeur absolue du signal sur la fenêtre glissante de largeur TA et détermination d'une valeur maximale Vmax, d'une valeur minimale Vmin et d'une valeur moyenne Vmoy de la variance sur la durée du signal, - calcul d'un seuil de détection S sur la base de l'équation : S = Wk x Vma. + Vmoy, avec W = Vma. / Vrnin et k < 0 comparaison des valeurs de variance V avec le seuil S, et- détermination d'un instant To de détection de front d'onde du signal dès lors que la valeur de la variance dépasse pour la première fois la valeur de seuil.
2. Procédé selon la revendication 1 et qui comprend, en outre, une étape de calcul du nombre N d'échantillons de signal contenus dans la fenêtre glissante et une étape de vérification que le nombre N est compris entre une valeur minimale Nmin et une valeur maximale Nmax.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, si le nombre N est inférieur à Nmin ou supérieur à Nmax, la largeur TA de la fenêtre glissante est modifiée jusqu'à temps que le nombre N soit compris entre Nmin et Nmax.
4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel Nmin est égal à 5 et Nmax est égal à 20.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de filtrage comprend : - une détermination d'une première fréquence fi telle que f1=fmAx/10, - une détermination d'une deuxième fréquence f2 telle que f2=fmAx 9/10, la bande de fréquences Af étant la bande [fi, f2] comprise entre les fréquences fi et f 2.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'instant To est un instant de début de la fenêtre glissante qui est associée au dépassement de seuil.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'instant To est un instant médian de la fenêtre glissante qui est associée au dépassement de seuil.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel k est égal à - 0,4.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la fréquence fs d'échantillonnage est la fréquence maximale à laquelle le signal a été échantillonné. 25 30