FR3136859A1 - Method for detecting and locating direct or termination faults for a cable made up of several sections of inhomogeneous cables - Google Patents

Method for detecting and locating direct or termination faults for a cable made up of several sections of inhomogeneous cables Download PDF

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Moussa Kafal
Josy Cohen
Nicolas Gregis
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/11—Locating faults in cables, transmission lines, or networks using pulse reflection methods

Abstract

Méthode de détection et localisation de défauts ou de la terminaison d’un câble composé de plusieurs tronçons de câbles inhomogènes connectés entre eux, la méthode comprenant les étapes de : Réaliser (301) une mesure, appelée réflectogramme, de la réponse impulsionnelle temporelle d’un signal de référence propagé dans le câble à partir d’un point d’injection puis rétro-propagé en un point de mesure, la mesure temporelle comprenant une pluralité de pics d’amplitude correspondant chacun à une discontinuité d’impédance,Sélectionner (302), dans le réflectogramme, les pics dont l’amplitude dépasse, en valeur absolue, un seuil de détection prédéterminé,Identifier (303), parmi les pics sélectionnés, celui ayant la largeur la plus élevée,Déterminer (304) la position de la terminaison du câble ou d’un défaut franc par rapport au point d’injection à partir de l’abscisse, sur le réflectogramme, du pic identifié. Figure 3Method for detecting and locating faults or the termination of a cable composed of several sections of inhomogeneous cables connected to each other, the method comprising the steps of: Carrying out (301) a measurement, called a reflectogram, of the temporal impulse response of a reference signal propagated in the cable from an injection point then back-propagated to a measurement point, the temporal measurement comprising a plurality of amplitude peaks each corresponding to an impedance discontinuity, Select (302 ), in the reflectogram, the peaks whose amplitude exceeds, in absolute value, a predetermined detection threshold, Identify (303), among the selected peaks, the one having the greatest width, Determine (304) the position of the termination of the cable or a direct fault in relation to the injection point from the abscissa, on the reflectogram, of the identified peak. Figure 3

Description

Méthode de détection et localisation de défauts francs ou de terminaison pour un câble composé de plusieurs tronçons de câbles inhomogènesMethod for detecting and locating direct or termination faults for a cable made up of several sections of inhomogeneous cables

L’invention concerne le domaine des systèmes et procédés de diagnostic de l’état de santé d’un câble ou plus généralement d’une ligne de transmission. Elle entre dans le champ des méthodes de diagnostic par réflectométrie qui visent à détecter et localiser des défauts électriques sur un câble ou sur un réseau point à point.The invention relates to the field of systems and methods for diagnosing the state of health of a cable or more generally of a transmission line. It falls within the field of reflectometry diagnostic methods which aim to detect and locate electrical faults on a cable or on a point-to-point network.

L’invention porte plus précisément sur une méthode de détection de défaut franc sur le câble ou de la terminaison du réseau point à point composé de plusieurs tronçons de câbles inhomogènes c’est-à-dire qui ne présentent pas les mêmes caractéristiques physiques et la même impédance caractéristique. La méthode selon l’invention vise notamment à détecter l’apparition d’un défaut franc ou d’une fin de réseau point à point en court-circuit ou en circuit ouvert.The invention relates more precisely to a method for detecting a direct fault on the cable or the termination of the point-to-point network composed of several sections of inhomogeneous cables, that is to say which do not have the same physical characteristics and the same characteristic impedance. The method according to the invention aims in particular to detect the appearance of a clear fault or the end of a point-to-point network in short circuit or open circuit.

L’invention s’applique à tout type de câble électrique, en particulier des câbles de transmission d’énergie ou des câbles de communication, dans des installations fixes ou mobiles. Les câbles concernés peuvent être coaxiaux, bifilaires, en lignes parallèles, en paires torsadées, en toron de câble ou autre. L’invention peut également s’appliquer à des câbles mécaniques, par exemple des câbles de soutien d’infrastructures telles un ascenseur ou un pont.The invention applies to any type of electrical cable, in particular energy transmission cables or communication cables, in fixed or mobile installations. The cables concerned may be coaxial, two-wire, in parallel lines, in twisted pairs, in stranded cable or other. The invention can also be applied to mechanical cables, for example infrastructure support cables such as an elevator or a bridge.

Les réseaux de lignes de transmission peuvent être exposés à des conditions contraignantes internes et externes qui sont à la fois des perturbations naturelles et artificielles telles que des fluctuations de température, l'humidité, la pression, etc., entraînant ainsi l'apparition d'anomalies souvent appelées défauts. Ces défauts peuvent être localisés sur un point dans le cas des circuits ouverts ou des courts-circuits (défauts francs).Transmission line networks may be exposed to internal and external stressing conditions which are both natural and artificial disturbances such as temperature fluctuations, humidity, pressure, etc., thereby leading to the occurrence of anomalies often called defects. These faults can be located on a point in the case of open circuits or short circuits (clear faults).

Au cours des dernières décennies, des efforts considérables ont été investis dans la recherche et l'industrie pour étudier et développer des techniques capables de détecter la présence, la localisation et les caractéristiques de défauts de câblage susceptibles de mettre en péril les infrastructures dépendant de ces réseaux. Par conséquent, la surveillance des pannes et le dépannage des câbles sont devenus un problème important afin de garantir un fonctionnement sûr, des performances élevées et une rentabilité optimale.Over the past decades, considerable effort has been invested in research and industry to study and develop techniques capable of detecting the presence, location and characteristics of wiring faults that could jeopardize infrastructure dependent on these networks. Therefore, fault monitoring and cable troubleshooting have become an important issue to ensure safe operation, high performance and cost-effectiveness.

Une des techniques connues permettant de détecter et localiser la présence d’un défaut est la technique dite de réflectométrie.One of the known techniques for detecting and locating the presence of a defect is the so-called reflectometry technique.

Selon un principe connu, les méthodes dites de réflectométrie sont utilisées pour détecter et/ou localiser des défauts électriques ou mécaniques qui engendrent des discontinuités ou des ruptures d’impédance dans un câble.According to a known principle, so-called reflectometry methods are used to detect and/or locate electrical or mechanical faults which cause discontinuities or impedance breaks in a cable.

Ces méthodes utilisent un principe proche de celui du radar : un signal électrique, souvent de haute fréquence ou large bande, est injecté en un ou plusieurs endroits du câble à tester. Le signal se propage dans le câble ou le réseau et renvoie une partie de son énergie lorsqu’il rencontre une discontinuité électrique. Une discontinuité électrique peut résulter, par exemple, d’un branchement, de la fin du câble ou plus généralement d’une rupture des conditions de propagation du signal dans le câble. Elle résulte le plus souvent d’un défaut qui modifie localement l’impédance caractéristique du câble en provoquant une discontinuité dans ses paramètres linéiques qui peut donner à terme, une panne sévère par l’apparition d’un défaut franc.These methods use a principle close to that of radar: an electrical signal, often high frequency or wide band, is injected into one or more locations on the cable to be tested. The signal propagates in the cable or network and returns part of its energy when it encounters an electrical discontinuity. An electrical discontinuity can result, for example, from a connection, from the end of the cable or more generally from a break in the signal propagation conditions in the cable. It most often results from a fault which locally modifies the characteristic impedance of the cable by causing a discontinuity in its linear parameters which can ultimately lead to a severe breakdown through the appearance of a clear fault.

L’analyse des signaux renvoyés au point d’injection permet d’en déduire des informations sur la présence et la localisation de ces discontinuités, donc des défauts éventuels. Une analyse dans le domaine temporel ou fréquentiel est habituellement réalisée. Ces méthodes sont désignées par les acronymes TDR venant de l’expression anglo-saxonne « Time Domain Reflectometry » et FDR venant de l’expression anglo-saxonne « Frequency Domain Reflectometry ».The analysis of the signals returned to the injection point makes it possible to deduce information on the presence and location of these discontinuities, and therefore possible defects. An analysis in the time or frequency domain is usually carried out. These methods are designated by the acronyms TDR coming from the Anglo-Saxon expression “Time Domain Reflectometry” and FDR coming from the Anglo-Saxon expression “Frequency Domain Reflectometry”.

Néanmoins, la complexité accrue des réseaux a entraîné une non-homogénéité démontrée par des combinaisons de lignes de câbles de différents types et caractéristiques accompagnés de différentes combinaisons de fils dans le même câble. Cela conduit intrinsèquement à diverses vitesses de propagation des ondes le long de différentes sections du réseau, l’apparition de discontinuités d'impédance et donc de réponses de réflectométrie complexes avec une ambiguïté notable dans l'analyse. Par exemple, une erreur assez minime dans l'estimation de la vitesse de propagation peut facilement conduire à une erreur de quelques centaines de mètres pour des réseaux de plusieurs KmsNevertheless, increased network complexity has resulted in non-homogeneity demonstrated by combinations of cable lines of different types and characteristics accompanied by different combinations of wires in the same cable. This inherently leads to varying wave propagation speeds along different sections of the array, the appearance of impedance discontinuities and therefore complex reflectometry responses with notable ambiguity in the analysis. For example, a fairly small error in the estimation of the propagation speed can easily lead to an error of a few hundred meters for networks of several km.

Un problème général visé par l’invention consiste donc à pouvoir détecter, à partir d’une mesure de réflectométrie, la présence d’un défaut franc et de le localiser lorsque le câble est constitué de plusieurs tronçons inhomogènes.A general problem targeted by the invention therefore consists of being able to detect, from a reflectometry measurement, the presence of a clear defect and to locate it when the cable is made up of several inhomogeneous sections.

En effet, dans une telle situation, la vitesse de propagation du signal n’est pas constante sur toute la longueur du câble puisqu’elle dépend des caractéristiques physiques ou de l’environnement relatif à chaque tronçon.Indeed, in such a situation, the signal propagation speed is not constant over the entire length of the cable since it depends on the physical characteristics or the environment relating to each section.

Lorsqu’une connexion entre deux tronçons du câble est défectueuse par exemple dans le cas d’une coupure d’un des câbles, cela entraine une perte de propagation du signal jusqu’à son extrémité. Un problème spécifique à résoudre consiste à pouvoir détecter et localiser un défaut franc, un tel défaut empêchant le signal de se propager jusqu’à l’extrémité du câble.When a connection between two sections of the cable is faulty, for example in the case of a cut in one of the cables, this results in a loss of signal propagation to its end. A specific problem to solve is to be able to detect and locate a hard fault, such a fault preventing the signal from propagating to the end of the cable.

En particulier, un problème à résoudre consiste à différencier, sur un réflectogramme, la signature spectrale, d’un défaut de celle de l’extrémité d’un câble ou plus généralement d’un défaut franc.In particular, a problem to be solved consists of differentiating, on a reflectogram, the spectral signature of a defect from that of the end of a cable or more generally from a clear defect.

La réflectométrie est une technique proposée en 1931 dans la référence [1], et utilisée depuis les années 1940 pour détecter et localiser des défauts dans les câbles via des méthodes décrites notamment dans les références [2-4]. Cette technique est aujourd'hui utilisée pour un certain nombre d'applications dans des domaines très différents.Reflectometry is a technique proposed in 1931 in reference [1], and used since the 1940s to detect and locate faults in cables via methods described in particular in references [2-4]. This technique is used today for a number of applications in very different fields.

Différents types de signaux peuvent être utilisés et, par conséquent, différents types de méthodes de réflectométrie sont disponibles. Des comparaisons entre différentes méthodes peuvent être trouvées dans les références [5-6]. Les méthodes de réflectométrie les plus utilisées sont les suivantes :

  • La réflectométrie dans le domaine temporel (TDR) : c'est probablement la plus courante, et elle utilise des impulsions étroites ou des pas de temps de montée courts ;
  • La réflectométrie dans le domaine fréquentiel (FDR) : elle utilise des sinusoïdes à fréquence échelonnée et constitue en fait une famille de techniques comprenant notamment la détection de phase FDR (PD-FDR), la réflectométrie à onde stationnaire (SWR) et la réflectométrie à onde continue modulée en fréquence ( FMCW-FDR),
  • La réflectométrie dans le domaine temps-fréquence qui utilise des signaux de type chirp gaussiens.
Different types of signals can be used and therefore different types of reflectometry methods are available. Comparisons between different methods can be found in references [5-6]. The most commonly used reflectometry methods are:
  • Time Domain Reflectometry (TDR): This is probably the most common, and uses narrow pulses or short rise time steps;
  • Frequency domain reflectometry (FDR): it uses frequency-stepped sinusoids and is in fact a family of techniques including phase detection FDR (PD-FDR), standing wave reflectometry (SWR) and phase reflectometry. frequency modulated continuous wave (FMCW-FDR),
  • Reflectometry in the time-frequency domain which uses Gaussian chirp type signals.

Les techniques de réflectométrie permettent des configurations de test relativement simples pour l'analyse d'un réseau sous test; généralement, un seul port de test est utilisé pour injecter un signal de test dans le réseau. Ce signal se propage ensuite le long d'une ligne de transmission sans revenir au point de départ à moins qu'il ne rencontre une discontinuité d'impédance, par exemple une jonction de branche, une charge, ou une modification locale indésirable de la ligne, c'est-à-dire un défaut. Lorsque ces modifications impliquent des défauts matériels, par exemple un court-circuit ou un circuit ouvert, les signaux de test sont complètement réfléchis vers le port de test ; le fort taux de réflexion aide à distinguer les réflexions naturelles (branches et charges et défauts durs). La réponse de la réflectométrie est généralement tracée sous la forme de ce que l'on appelle un « réflectogramme ». Un technicien qualifié interprète ensuite le « réflectogramme » pour déterminer la santé du câble.Reflectometry techniques allow relatively simple test setups for the analysis of a network under test; Typically, a single test port is used to inject a test signal into the network. This signal then propagates along a transmission line without returning to the starting point unless it encounters an impedance discontinuity, for example a branch junction, a load, or an unwanted local change in the line , that is to say a defect. When these changes involve hardware faults, for example a short circuit or an open circuit, the test signals are completely reflected back to the test port; the high reflection rate helps distinguish natural reflections (branches and loads and hard defects). The response from reflectometry is usually plotted in the form of what is called a “reflectogram”. A qualified technician then interprets the “reflectogram” to determine the health of the cable.

Une limitation des méthodes de l’état de l’art est qu’elles s’appliquent généralement à des câbles homogènes, c’est-à-dire pour lesquels les conditions de propagation des signaux sont identiques en tout point du câble. Cette propriété permet de caractériser précisément la vitesse de propagation des ondes le long du câble testé. La détermination de l'emplacement d’un défaut sur un câble homogène peut être effectuée soit par un technicien expérimenté qui inspecte de près le réflectogramme, soit par un algorithme assisté par ordinateur qui effectue automatiquement la détection.A limitation of state-of-the-art methods is that they generally apply to homogeneous cables, that is to say for which the signal propagation conditions are identical at every point of the cable. This property makes it possible to precisely characterize the speed of wave propagation along the cable tested. Determining the location of a fault on a homogeneous cable can be done either by an experienced technician who closely inspects the reflectogram, or by a computer-aided algorithm that automatically performs the detection.

Les méthodes de l’art antérieur n’adressent donc pas suffisamment la détection de défauts francs pour des réseaux point à point inhomogènes composés de plusieurs tronçons de câbles ayant des propriétés différentes et sur lequel un défaut franc peut apparaitre. Dans un tel scénario, les méthodes traditionnelles ne permettent pas de distinguer la signature d’un défaut franc de celle de réflexions secondaires du signal.The methods of the prior art therefore do not sufficiently address the detection of direct faults for inhomogeneous point-to-point networks composed of several sections of cable having different properties and on which a clear fault may appear. In such a scenario, traditional methods cannot distinguish the signature of a clear fault from that of secondary reflections of the signal.

L’invention propose une nouvelle méthode de détection de défaut franc ou de fin de réseau point à point pour un câble composé de plusieurs tronçons de câbles inhomogènes ou non.The invention proposes a new method for detecting a direct fault or end of point-to-point network for a cable composed of several sections of cables which may or may not be homogeneous.

La méthode prend en compte les variations de vitesse de propagation de l’onde selon les différents tronçons et permet de détecter et localiser un défaut franc.The method takes into account the variations in wave propagation speed according to the different sections and makes it possible to detect and locate a clear fault.

L’invention a pour objet une méthode de détection et localisation de défauts ou de la terminaison d’un câble composé de plusieurs tronçons de câbles inhomogènes connectés entre eux, la méthode comprenant les étapes de :

  • Réaliser une mesure, appelée réflectogramme, de la réponse impulsionnelle temporelle d’un signal de référence propagé dans le câble à partir d’un point d’injection puis rétro-propagé en un point de mesure, la mesure temporelle comprenant une pluralité de pics d’amplitude correspondant chacun à une discontinuité d’impédance,
  • Sélectionner, dans le réflectogramme, les pics dont l’amplitude dépasse, en valeur absolue, un seuil de détection prédéterminé,
  • Identifier, parmi les pics sélectionnés, celui ayant la largeur la plus élevée,
  • Déterminer la position de la terminaison du câble ou d’un défaut franc par rapport au point d’injection à partir de l’abscisse, sur le réflectogramme, du pic identifié.
The subject of the invention is a method for detecting and locating faults or the termination of a cable composed of several sections of inhomogeneous cables connected to each other, the method comprising the steps of:
  • Carry out a measurement, called a reflectogram, of the temporal impulse response of a reference signal propagated in the cable from an injection point then back-propagated to a measurement point, the temporal measurement comprising a plurality of peaks d the amplitude each corresponding to an impedance discontinuity,
  • Select, in the reflectogram, the peaks whose amplitude exceeds, in absolute value, a predetermined detection threshold,
  • Identify, among the selected peaks, the one with the greatest width,
  • Determine the position of the cable termination or a direct fault in relation to the injection point from the abscissa, on the reflectogram, of the identified peak.

Dans une variante de réalisation, la méthode comprend en outre une étape de détermination de la nature de la terminaison du câble ou du défaut franc en évaluant le signe de l’amplitude du pic identifié :

  • Si le signe est négatif, le pic est associé à un court-circuit,
  • Si le signe est positif, le pic est associé à un circuit ouvert.
In a variant embodiment, the method further comprises a step of determining the nature of the cable termination or the direct fault by evaluating the sign of the amplitude of the identified peak:
  • If the sign is negative, the peak is associated with a short circuit,
  • If the sign is positive, the peak is associated with an open circuit.

Selon un aspect particulier de l’invention, le seuil de détection prédéterminé dépend de l’écart type du réflectogramme.According to a particular aspect of the invention, the predetermined detection threshold depends on the standard deviation of the reflectogram.

Selon un aspect particulier de l’invention, la largeur d’un pic est déterminée pour une amplitude correspondant à la valeur du seuil de détection.According to a particular aspect of the invention, the width of a peak is determined for an amplitude corresponding to the value of the detection threshold.

Dans une variante de réalisation, la méthode comprend une étape préalable de détermination d’une vitesse moyenne de propagation du signal de référence dans le câble à partir des longueurs des tronçons de câble et d’une estimée de la vitesse de propagation du signal de référence sur chacun des tronçons de câble.In a variant embodiment, the method comprises a preliminary step of determining an average speed of propagation of the reference signal in the cable from the lengths of the cable sections and an estimate of the speed of propagation of the reference signal on each of the cable sections.

Selon un aspect particulier de l’invention, la position de la terminaison du câble ou d’un défaut franc par rapport au point d’injection est déterminée en multipliant la vitesse moyenne à l’abscisse temporelle, sur le réflectogramme, du pic identifié.According to a particular aspect of the invention, the position of the cable termination or of a direct fault relative to the injection point is determined by multiplying the average speed with the time abscissa, on the reflectogram, of the identified peak.

Selon un aspect particulier de l’invention, la position de la terminaison du câble ou d’un défaut franc est comparée aux longueurs cumulées de différents tronçons du câble pour en déduire la présence d’un défaut.According to a particular aspect of the invention, the position of the cable termination or of a direct fault is compared to the cumulative lengths of different sections of the cable to deduce the presence of a fault.

L’invention a aussi pour objet un programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution de la méthode selon l’invention, lorsque le programme est exécuté par un processeur ainsi qu’un support d'enregistrement lisible par un processeur sur lequel est enregistré un programme comportant des instructions pour l'exécution de la méthode selon l’invention, lorsque le programme est exécuté par un processeur.The invention also relates to a computer program comprising instructions for executing the method according to the invention, when the program is executed by a processor as well as a recording medium readable by a processor on which is recorded a program comprising instructions for executing the method according to the invention, when the program is executed by a processor.

L’invention a encore pour objet un système de caractérisation d’un câble comprenant un générateur de signal de référence configuré pour injecter un signal de référence dans un câble en un point d’injection, un équipement de mesure configuré pour mesurer le signal rétro-propagé en un point de mesure et une unité de traitement configurée pour exécuter les étapes de la méthode selon l’invention.The invention also relates to a system for characterizing a cable comprising a reference signal generator configured to inject a reference signal into a cable at an injection point, measuring equipment configured to measure the retro-signal propagated to a measurement point and a processing unit configured to execute the steps of the method according to the invention.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins annexés suivants.Other characteristics and advantages of the present invention will appear better on reading the description which follows in relation to the following appended drawings.

représente un schéma d’un premier exemple d’un système de réflectométrie temporelle, represents a diagram of a first example of a temporal reflectometry system,

représente un schéma d’un second exemple d’un système de réflectométrie temporelle, represents a diagram of a second example of a temporal reflectometry system,

représente un exemple de réflectogramme obtenu avec le système de réflectométrie des figures 1a ou 1b pour un câble simple, represents an example of a reflectogram obtained with the reflectometry system of Figures 1a or 1b for a simple cable,

représente un organigramme détaillant les étapes de mise en œuvre de la méthode selon l’invention, represents a flowchart detailing the steps of implementing the method according to the invention,

représente un schéma d’un réseau point à point de câble inhomogène composé de plusieurs tronçons, represents a diagram of an inhomogeneous point-to-point cable network composed of several sections,

représente un exemple de réflectogramme temporel represents an example of a time-domain reflectogram

représente une illustration d’une étape de sélection de pics dans le réflectogramme temporel de la , represents an illustration of a peak selection step in the temporal reflectogram of the ,

représente une illustration d’une étape d’identification d’un pic correspondant à une fin de câble ou à un défaut franc, represents an illustration of a step of identifying a peak corresponding to an end of cable or a clear fault,

représente un schéma d’un système de réflectométrie configuré pour exécuter la méthode selon l’invention. represents a diagram of a reflectometry system configured to carry out the method according to the invention.

La décrit un synoptique d’un exemple de système de réflectométrie temporelle. L’invention se positionne dans le contexte des méthodes de réflectométrie pour détecter, localiser ou caractériser les défauts impactant un câble ou un réseau point à point de câble.There describes a block diagram of an example of a temporal reflectometry system. The invention is positioned in the context of reflectometry methods for detecting, locating or characterizing faults impacting a cable or a point-to-point cable network.

Sur la , on a représenté un câble à tester 104 qui présente un défaut 105 à une distance quelconque d’une extrémité du câble. Sans sortir du cadre de l’invention, le câble 104 peut être remplacé par un réseau de câbles complexes interconnectés entre eux. Le câble simple 104 de la est représenté dans un but purement illustratif afin d’expliciter le principe général d’une méthode de réflectométrie.On the , there is shown a cable to be tested 104 which has a fault 105 at any distance from one end of the cable. Without departing from the scope of the invention, the cable 104 can be replaced by a network of complex cables interconnected with each other. The simple cable 104 of the is shown for purely illustrative purposes in order to explain the general principle of a reflectometry method.

Un système de réflectométrie 101 selon l’invention comprend un composant électronique 111 de type circuit intégré, tel un circuit à logique programmable, par exemple de type FPGA, ou micro-contrôleur, adapté à exécuter deux fonctions. D’une part, le composant 111 permet de générer un signal de réflectométrie s(t) à injecter dans le câble 104 sous test. Ce signal généré numériquement est ensuite converti via un convertisseur numérique-analogique 112 puis injecté 102 à une extrémité du câble. Le signal s(t) se propage dans le câble et est réfléchi sur la singularité engendrée par le défaut 105. Le signal réfléchi est rétropropagé jusqu’au point d’injection 106 puis capturé 103, converti numériquement via un convertisseur analogique-numérique 113, et transmis au composant 111. Le composant électronique 111 est en outre adapté à exécuter les étapes du procédé selon l’invention qui sera décrit ci-après pour, à partir du signal s(t) reçu, déterminer un réflectogramme ou plusieurs réflectogrammes.A reflectometry system 101 according to the invention comprises an electronic component 111 of the integrated circuit type, such as a programmable logic circuit, for example of the FPGA type, or micro-controller, adapted to perform two functions. On the one hand, component 111 makes it possible to generate a reflectometry signal s(t) to be injected into the cable 104 under test. This digitally generated signal is then converted via a digital-to-analog converter 112 and then injected 102 at one end of the cable. The signal s(t) propagates in the cable and is reflected on the singularity generated by the fault 105. The reflected signal is back-propagated to the injection point 106 then captured 103, converted digitally via an analog-digital converter 113, and transmitted to the component 111. The electronic component 111 is further adapted to execute the steps of the method according to the invention which will be described below to, from the signal s(t) received, determine a reflectogram or several reflectograms.

Le ou les réflectogramme(s) peuvent être transmis à une unité de traitement 114, de type ordinateur, assistant numérique personnel ou autre pour afficher les résultats des mesures sur une interface homme-machine.The reflectogram(s) can be transmitted to a processing unit 114, of the computer, personal digital assistant or other type to display the measurement results on a man-machine interface.

Le système 101 décrit à la est un exemple de réalisation nullement limitatif. En particulier les deux fonctions exécutées par le composant 111 peuvent être séparées dans deux composants ou dispositifs distincts comme cela est illustré sur l’exemple de la . Le point d’injection et le point de mesure du signal peuvent également être pris en des endroits quelconques du câble et non à son extrémité.System 101 described in is a non-limiting example of an embodiment. In particular the two functions performed by the component 111 can be separated into two distinct components or devices as is illustrated in the example of the . The injection point and the signal measurement point can also be taken at any location on the cable and not at its end.

Sur la , on a représenté un premier dispositif 101 dédié à la génération du signal de réflectométrie et à son injection dans le câble et un second dispositif 116 dédié à la mesure du signal en un point quelconque du câble puis au calcul du réflectogramme via un composant 115.On the , we have shown a first device 101 dedicated to generating the reflectometry signal and its injection into the cable and a second device 116 dedicated to measuring the signal at any point on the cable then calculating the reflectogram via a component 115.

Le composant 115 peut être un composant électronique de type circuit intégré, tel un circuit à logique programmable, par exemple de type FPGA ou un micro-contrôleur, par exemple un processeur de signal numérique, qui reçoit les mesures de signal et est configuré pour exécuter le procédé selon l’invention. Le composant 115 comporte au moins une mémoire pour sauvegarder les derniers échantillons de signal généré et injecté dans le câble et les derniers échantillons de signal mesuré.The component 115 may be an electronic component of the integrated circuit type, such as a programmable logic circuit, for example of the FPGA type or a microcontroller, for example a digital signal processor, which receives the signal measurements and is configured to execute the process according to the invention. The component 115 includes at least one memory for saving the last signal samples generated and injected into the cable and the last measured signal samples.

Comme cela est connu dans le domaine des méthodes de diagnostic par réflectométrie temporelle, la position dDFd’un défaut 105 sur le câble 104, autrement dit sa distance au point d’injection du signal, peut être directement obtenue à partir de la mesure, sur le réflectogramme temporel calculé R(t), de la durée tDFentre le premier pic d’amplitude relevé sur le réflectogramme et le pic d’amplitude correspondant à la signature du défaut.As is known in the field of time reflectometry diagnostic methods, the position d DF of a fault 105 on the cable 104, in other words its distance from the signal injection point, can be directly obtained from the measurement , on the calculated time reflectogram R(t), of the duration t DF between the first amplitude peak noted on the reflectogram and the amplitude peak corresponding to the signature of the defect.

La représente un exemple de réflectogramme R(n) obtenu à l’aide du système de la ou 1b, sur lequel on observe un premier pic d’amplitude à une abscisse N et un second pic d’amplitude à une abscisse N+M. Le premier pic d’amplitude correspond à la réflexion du signal au point d’injection dans le câble, tandis que le second pic correspond à la réflexion du signal sur une discontinuité d’impédance provoquée par un défaut.There represents an example of a reflectogram R(n) obtained using the system of or 1b, on which we observe a first amplitude peak at an abscissa N and a second amplitude peak at an abscissa N+M. The first amplitude peak corresponds to the reflection of the signal at the injection point in the cable, while the second peak corresponds to the reflection of the signal on an impedance discontinuity caused by a fault.

Différentes méthodes connues sont envisageables pour déterminer la position dDF (distance du pic de fin de câble ou du défaut franc). Une première méthode consiste à appliquer la relation liant distance et temps : dDF =Vg·tDF/2 où Vgest la vitesse de propagation du signal dans le câble. Une autre méthode possible consiste à appliquer une relation de proportionnalité du type dDF/ tDF= Lc/t0où Lcest la longueur du câble et t0est la durée, mesurée sur le réflectogramme, entre le pic d’amplitude correspondant à la discontinuité d’impédance au point d’injection et le pic d’amplitude correspondant à la réflexion du signal sur l’extrémité du câble.Different known methods are possible to determine the position ofD.F. (distance from the peak at the end of the cable or from the clear fault). A first method consists of applying the relationship linking distance and time: dD.F. =Vg·tD.F./2 where Vgis the speed of propagation of the signal in the cable. Another possible method consists of applying a proportionality relation of the type dD.F./tD.F.=Lvs/t0where Lvsis the length of the cable and t0is the duration, measured on the reflectogram, between the amplitude peak corresponding to the impedance discontinuity at the injection point and the amplitude peak corresponding to the reflection of the signal on the end of the cable.

L’invention est appliquée à un réseau point à point composé de plusieurs tronçons (câbles) ayant des impédances caractéristiques différentes. Un exemple d’un tel câble est représenté schématiquement à la . Il comporte cinq tronçons T1-T5ayant des longueurs respectives l1-l5et des impédances caractéristiques différentes. La vitesse de propagation d’un signal dans chaque tronçon est donc différente et est notée v1-v5.The invention is applied to a point-to-point network composed of several sections (cables) having different characteristic impedances. An example of such a cable is shown schematically in . It comprises five sections T 1 -T 5 having respective lengths l 1 -l 5 and different characteristic impedances. The propagation speed of a signal in each section is therefore different and is denoted v 1 -v 5 .

La illustre, sur un organigramme, les étapes de mise en œuvre d’une méthode de détection de défaut franc selon l’invention.There illustrates, on a flowchart, the steps of implementing a clear fault detection method according to the invention.

La première étape 301 consiste à réaliser une mesure d’un réflectogramme en un point d’observation du câble P.The first step 301 consists of measuring a reflectogram at an observation point of the cable P.

Un exemple de réflectogramme obtenu est illustré à la . Il représente le résultat de l’intercorrélation entre le signal de référence injecté dans le câble et le signal rétropropagé au point d’injection en fonction de la distance au point d’injection. La conversion temps-distance est obtenue à partir d’une première estimation de la vitesse de propagation moyenne du signal le long du câble.An example of the reflectogram obtained is illustrated in . It represents the result of the cross-correlation between the reference signal injected into the cable and the back-propagated signal at the injection point as a function of the distance from the injection point. The time-distance conversion is obtained from a first estimate of the average propagation speed of the signal along the cable.

Par exemple, cette première estimation vmpeut être obtenue au moyen de la formule suivante :For example, this first estimate v m can be obtained using the following formula:

Avec lila longueur du tronçon de câble d’indice i, i variant de 1 à 5 et viune estimée de la vitesse de propagation du signal sur le tronçon de câble d’indice i.With l i the length of the cable section of index i, i varying from 1 to 5 and v i an estimate of the speed of propagation of the signal on the cable section of index i.

En effet, chaque tronçon de câble étant homogène, il est possible de connaitre la vitesse de propagation du signal dans chaque tronçon à partir des caractéristiques physiques du tronçon ou en réalisant une mesure de réflectométrie sur chaque tronçon de câble séparément.Indeed, each section of cable being homogeneous, it is possible to know the speed of propagation of the signal in each section from the physical characteristics of the section or by carrying out a reflectometry measurement on each section of cable separately.

A l’étape 302, on sélectionne un ensemble de pics d’amplitude dans le réflectogramme mesuré. Les pics d’amplitude sont des extrema du réflectogramme (maxima ou minima) qui sont supérieurs en valeur absolue à un seuil prédéterminé. Le seuil de détection est, par exemple, proportionnel à l’écart type de la mesure : avec k un nombre entier positif qui dépend notamment du niveau de bruit de la mesure et l’écart type de la mesure.In step 302, a set of amplitude peaks is selected in the measured reflectogram. The amplitude peaks are extrema of the reflectogram (maxima or minima) which are greater in absolute value than a predetermined threshold. The detection threshold is, for example, proportional to the standard deviation of the measurement: with k a positive integer which depends in particular on the noise level of the measurement and the standard deviation of the measurement.

A l’issue de l’étape 302 on conserve tous les pics dont l’amplitude en valeur absolue est supérieure au seuil de détection , ainsi que leur abscisse temporelle dans le réflectogramme et leur largeur . La largeur d’un pic est, par exemple, mesurée pour l’amplitude égale au seuil de détection Autrement dit, on mesure l’écart temporel entre les deux points d’amplitude égale à en valeur absolue situés de part et d’autre de l’extrema détecté.At the end of step 302, we retain all the peaks whose amplitude in absolute value is greater than the detection threshold. , as well as their time abscissa in the reflectogram and their width . The width of a peak is, for example, measured for the amplitude equal to the detection threshold In other words, we measure the time difference between the two points of amplitude equal to in absolute value located on either side of the detected extrema.

Cette étape est illustrée à la .This step is illustrated in .

A l’étape 303, on sélectionne le pic dont la largeur est la plus élevée. En effet, le pic dont la largeur est la plus élevée correspond à une réflexion totale du signal sur un défaut franc, à l’inverse d’un pic résultant d’une réflexion secondaire (un rebond) ou d’une réflexion sur un défaut non franc pour lequel une partie du signal n’est pas réfléchie mais transmise.In step 303, we select the peak whose width is the highest. Indeed, the peak with the greatest width corresponds to a total reflection of the signal on a clear fault, unlike a peak resulting from a secondary reflection (a rebound) or a reflection on a fault non-franc for which part of the signal is not reflected but transmitted.

Cette étape est illustrée à la .This step is illustrated in .

Le pic de plus grande largeur sélectionné à l’étape 303 correspond ainsi, soit à la terminaison du câble, lorsque le câble est sain et qu’aucun défaut n’est présent, soit à la terminaison d’une section du câble si l’un des connecteurs reliant deux tronçons de câble est défectueux et présente un défaut franc sur lequel toute l’énergie du signal est réfléchie.The peak of greatest width selected in step 303 thus corresponds either to the termination of the cable, when the cable is healthy and no fault is present, or to the termination of a section of the cable if the one of the connectors connecting two sections of cable is defective and has a clear fault on which all the energy of the signal is reflected.

A l’étape 304, on détermine la position du défaut franc sur le câble. Pour cela, la position du défaut mesurée sur le réflectogramme est comparée avec les différentes longueurs cumulées des sections de câble, en partant de la longueur , puis , jusqu’à la longueur totale du câble. On cherche alors la longueur cumulée la plus proche de la position du défaut et telle que . Par exemple, si , on en déduit que la position du défaut correspond à la longueur cumulée et que le défaut franc est situé à la jonction entre le tronçon de câble T3et le tronçon de câble T4ou que le défaut franc est situé sur le tronçon de câble T3 In step 304, the position of the direct fault on the cable is determined. For this, the position of the fault measured on the reflectogram is compared with the different cumulative lengths of the cable sections, starting from the length , Then , up to the total length of the cable. We then look for the cumulative length closest to the position of the defect and such that . For example, if , we deduce that the position of the defect corresponds to the cumulative length and that the direct fault is located at the junction between the cable section T 3 and the cable section T 4 or that the direct fault is located on the cable section T 3

L’imprécision sur la position du défaut est liée à l’incertitude sur l’estimée de la vitesse de propagation moyenne du signal dans le câble.The imprecision in the position of the fault is linked to the uncertainty in the estimate of the average propagation speed of the signal in the cable.

Une fois la position réelle du défaut identifiée, on peut recalculer la vitesse moyenne réelle du signal dans le câble en calculant ,où est l’abscisse temporelle du pic sélectionné à l’étape 304 sur le réflectogramme.Once the actual position of the fault has been identified, the actual average speed of the signal in the cable can be recalculated by calculating , Or is the time abscissa of the peak selected in step 304 on the reflectogram.

Dans une étape optionnelle, la nature du défaut franc est évaluée au moyen du signe du pic sélectionné à l’étape 304.In an optional step, the nature of the frank defect is evaluated by means of the sign of the peak selected in step 304.

Si l’amplitude de ce pic est négative, alors le défaut est de type court circuit, si l’amplitude de ce pic est positive, alors le défaut est de type circuit ouvert.If the amplitude of this peak is negative, then the fault is of the short circuit type, if the amplitude of this peak is positive, then the fault is of the open circuit type.

La schématise, sur un synoptique, un exemple de dispositif de réflectométrie apte à mettre en œuvre le procédé selon l’invention.There schematizes, on a block diagram, an example of a reflectometry device capable of implementing the method according to the invention.

Un dispositif de réflectométrie, ou réflectomètre, comporte au moins un générateur de signal GS, pour générer un signal de test s et l’injecter dans le câble à analyser CA qui comporte, par exemple, un défaut DNF, un équipement de mesure MI pour mesurer le signal réfléchi r dans le câble CA et un composant électronique MC de type circuit intégré, tel un circuit à logique programmable, par exemple de type FPGA ou un micro-contrôleur, par exemple un processeur de signal numérique, qui reçoit une mesure du signal réfléchi r(t) et est configuré pour exécuter le procédé selon l’invention afin de détecter un défaut franc. Le composant électronique MC peut également comporter à la fois un circuit intégré, par exemple pour réaliser l’acquisition du signal réfléchi, et un micro-contrôleur pour exécuter les étapes de traitement requises par l’invention.A reflectometry device, or reflectometer, comprises at least one signal generator GS, to generate a test signal s and inject it into the cable to be analyzed CA which includes, for example, a DNF fault, MI measuring equipment for measure the reflected signal r in the AC cable and an electronic component MC of the integrated circuit type, such as a programmable logic circuit, for example of the FPGA type or a micro-controller, for example a digital signal processor, which receives a measurement of the reflected signal r(t) and is configured to execute the method according to the invention in order to detect a clear fault. The electronic component MC can also include both an integrated circuit, for example to acquire the reflected signal, and a microcontroller to execute the processing steps required by the invention.

L’injection du signal de test s dans le câble est, par exemple, réalisée par un dispositif de couplage (non représenté à la ) qui peut être un coupleur à effet capacitif ou inductif ou encore à l’aide d’une connexion ohmique. Le dispositif de couplage peut être réalisé par des connecteurs physiques qui relient le générateur de signal au câble ou par des moyens sans contact, par exemple en utilisant un cylindre métallique dont le diamètre interne est sensiblement égal au diamètre externe du câble et qui produit un effet de couplage capacitif avec le câble.The injection of the test signal s into the cable is, for example, carried out by a coupling device (not shown in the ) which can be a coupler with capacitive or inductive effect or even using an ohmic connection. The coupling device can be produced by physical connectors which connect the signal generator to the cable or by non-contact means, for example by using a metal cylinder whose internal diameter is substantially equal to the external diameter of the cable and which produces an effect capacitive coupling with the cable.

L’acquisition du signal réfléchi dans le câble peut également être réalisée au moyen d’un dispositif de couplage du type décrit précédemment.The acquisition of the signal reflected in the cable can also be carried out by means of a coupling device of the type described above.

Le dispositif de réflectométrie peut également comporter un convertisseur numérique-analogique disposé entre le générateur de signal de test, dans le cas où il s’agit d’un signal numérique, et le coupleur d’injection.The reflectometry device can also include a digital-analog converter placed between the test signal generator, in the case where it is a digital signal, and the injection coupler.

Le dispositif de réflectométrie peut également comporter un convertisseur analogique-numérique disposé entre le coupleur de mesure du signal réfléchi et l’équipement de mesure MI ou le composant électronique MC aux fins de numériser le signal analogique mesuré.The reflectometry device may also include an analog-digital converter placed between the coupler for measuring the reflected signal and the measuring equipment MI or the electronic component MC for the purpose of digitizing the measured analog signal.

En outre, une unité de traitement (non représentée à la ), de type ordinateur, assistant numérique personnel ou autre est utilisée pour piloter le système de réflectométrie selon l’invention et afficher les résultats des mesures sur une interface homme-machine.In addition, a processing unit (not shown in the ), of the computer, personal digital assistant or other type is used to control the reflectometry system according to the invention and display the measurement results on a man-machine interface.

Les résultats affichés peuvent comprendre la réponse impulsionnelle calculée à l’aide du procédé selon l’invention et/ou une information relative à l’existence et à la localisation d’un défaut sur le câble également produite par le procédé selon l’invention.The results displayed may include the impulse response calculated using the method according to the invention and/or information relating to the existence and location of a fault on the cable also produced by the method according to the invention.

Selon un mode de réalisation particulier, le signal de test s injecté peut également être fourni au composant MC lorsque les traitements réalisés nécessitent la connaissance du signal injecté, notamment lorsque ceux-ci incluent une étape d’intercorrélation entre le signal de test s et le signal réfléchi r.According to a particular embodiment, the injected test signal s can also be supplied to the MC component when the processing carried out requires knowledge of the injected signal, in particular when these include an intercorrelation step between the test signal s and the reflected signal r.

L’injection du signal dans le câble et la mesure du signal réfléchi sont, par exemple, réalisées par un seul et même composant mais aussi par deux composants distincts, notamment lorsque le point d’injection et le point de mesure sont dissociés.The injection of the signal into the cable and the measurement of the reflected signal are, for example, carried out by a single component but also by two distinct components, in particular when the injection point and the measurement point are separated.

Le dispositif décrit à la est, par exemple, mis en œuvre par une carte électronique sur laquelle sont disposés les différents composants. La carte peut être connectée au câble par un coupleur.The device described in is, for example, implemented by an electronic card on which the different components are arranged. The card can be connected to the cable by a coupler.

Claims (10)

Méthode de détection et localisation de défauts ou de la terminaison d’un câble composé de plusieurs tronçons de câbles inhomogènes connectés entre eux, la méthode comprenant les étapes de :
  • Réaliser (301) une mesure, appelée réflectogramme, de la réponse impulsionnelle temporelle d’un signal de référence propagé dans le câble à partir d’un point d’injection puis rétro-propagé en un point de mesure, la mesure temporelle comprenant une pluralité de pics d’amplitude correspondant chacun à une discontinuité d’impédance,
  • Sélectionner (302), dans le réflectogramme, les pics dont l’amplitude dépasse, en valeur absolue, un seuil de détection prédéterminé,
  • Identifier (303), parmi les pics sélectionnés, celui ayant la largeur la plus élevée,
  • Déterminer (304) la position de la terminaison du câble ou d’un défaut franc par rapport au point d’injection à partir de l’abscisse, sur le réflectogramme, du pic identifié.
Method for detecting and locating faults or the termination of a cable made up of several sections of inhomogeneous cables connected together, the method comprising the steps of:
  • Carry out (301) a measurement, called a reflectogram, of the temporal impulse response of a reference signal propagated in the cable from an injection point then back-propagated to a measurement point, the temporal measurement comprising a plurality amplitude peaks each corresponding to an impedance discontinuity,
  • Select (302), in the reflectogram, the peaks whose amplitude exceeds, in absolute value, a predetermined detection threshold,
  • Identify (303), among the selected peaks, the one with the greatest width,
  • Determine (304) the position of the cable termination or a direct fault relative to the injection point from the abscissa, on the reflectogram, of the identified peak.
Méthode selon la revendication 1 comprenant en outre une étape de détermination de la nature de la terminaison du câble ou du défaut franc en évaluant le signe de l’amplitude du pic identifié :
  • Si le signe est négatif, le pic est associé à un court-circuit,
  • Si le signe est positif, le pic est associé à un circuit ouvert.
Method according to claim 1 further comprising a step of determining the nature of the cable termination or the direct fault by evaluating the sign of the amplitude of the identified peak:
  • If the sign is negative, the peak is associated with a short circuit,
  • If the sign is positive, the peak is associated with an open circuit.
Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le seuil de détection prédéterminé dépend de l’écart type du réflectogramme.Method according to any one of the preceding claims in which the predetermined detection threshold depends on the standard deviation of the reflectogram. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la largeur d’un pic est déterminée pour une amplitude correspondant à la valeur du seuil de détection.Method according to any one of the preceding claims in which the width of a peak is determined for an amplitude corresponding to the value of the detection threshold. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant une étape préalable de détermination d’une vitesse moyenne de propagation du signal de référence dans le câble à partir des longueurs des tronçons de câble et d’une estimée de la vitesse de propagation du signal de référence sur chacun des tronçons de câble.Method according to any one of the preceding claims comprising a prior step of determining an average speed of propagation of the reference signal in the cable from the lengths of the cable sections and an estimate of the speed of propagation of the signal of reference on each of the cable sections. Méthode selon la revendication 5 dans laquelle la position de la terminaison du câble ou d’un défaut franc par rapport au point d’injection est déterminée en multipliant la vitesse moyenne à l’abscisse temporelle, sur le réflectogramme, du pic identifié.Method according to claim 5 in which the position of the cable termination or of a direct fault relative to the injection point is determined by multiplying the average speed with the time abscissa, on the reflectogram, of the identified peak. Méthode selon la revendication 6 dans laquelle la position de la terminaison du câble ou d’un défaut franc est comparée aux longueurs cumulées de différents tronçons du câble pour en déduire la présence d’un défaut.Method according to claim 6 in which the position of the cable termination or of a direct fault is compared to the cumulative lengths of different sections of the cable to deduce the presence of a fault. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution de la méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes, lorsque le programme est exécuté par un processeur.Computer program comprising instructions for executing the method according to any one of the preceding claims, when the program is executed by a processor. Support d'enregistrement lisible par un processeur sur lequel est enregistré un programme comportant des instructions pour l'exécution de la méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, lorsque le programme est exécuté par un processeur.Recording medium readable by a processor on which is recorded a program comprising instructions for executing the method according to any one of claims 1 to 7, when the program is executed by a processor. Système de caractérisation d’un câble comprenant un générateur de signal de référence (GS) configuré pour injecter un signal de référence dans un câble (CA) en un point d’injection, un équipement de mesure (MI) configuré pour mesurer le signal rétro-propagé en un point de mesure et une unité de traitement (MC) configurée pour exécuter les étapes de la méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.System for characterizing a cable comprising a reference signal generator (GS) configured to inject a reference signal into a cable (CA) at an injection point, measuring equipment (MI) configured to measure the retro signal -propagated to a measurement point and a processing unit (MC) configured to execute the steps of the method according to any one of claims 1 to 7.
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