FR3165070A1 - Peigne d’instrumentation numérique - Google Patents

Peigne d’instrumentation numérique

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Abstract

Le présent document concerne un peigne d’instrumentation numérique (30) pour moteur d’aéronef comportant : un corps (32) d’axe longitudinal (X) et pourvu d’une pluralité d’orifices espacés selon cet axe longitudinal (X) ; une pluralité de buses (36); et au moins un circuit imprimé (38), lequel comporte : un substrat comprenant une base (38a) agencée dans la cavité longitudinale et une pluralité de pattes (38b), chaque patte (38b) s’étendant depuis ladite base (38a) et à travers un orifice respectif; une pluralité de capteurs numériques, au moins un capteur numérique (39) étant agencé sur une patte (38b) respective ; un dispositif de commutation (35) agencé sur la base (38a) du circuit imprimé (38) ; et un premier transformateur de signal électrique (44) agencé sur la base (38a). Figure de l’abrégé : Figure 3.

Description

Peigne d’instrumentation numérique
La présente divulgation relève du domaine des peignes d’instrumentation pour moteur d’aéronef.
Il est connu de la technique antérieure pour la mesure des flux internes et d’éjection des moteurs d’un aéronef dans une veine aérodynamique d’utiliser des « peignes » de mesure chargés de collecter des mesures, notamment des mesures comme les pressions et/ou températures des gaz à différents étages du moteur.
Les figures 1 et 2 illustrent un tel peigne 2 comportant un support central, appelé corps, 4, sur lequel sont agencées un nombre prédéfini de buses 6 réparties sur la longueur du corps 4, chaque buse comportant un nombre de trous de recirculation 6a respectifs.
Les peignes 2 sont des moyens de mesure utilisés en instrumentation pour déterminer les performances thermodynamiques des turbomachines par l’intermédiaire des prises de pression 5 et/ou de température 7.
Cette prise de pression et/ou de température s’effectue par le biais de capteurs 8 agencés dans les buses 6, lesdits capteurs 8 étant en contact avec le flux à mesurer qui s’écoule à travers les trous 6a.
S’agissant de la pression, les capteurs de pression sont trop volumineux pour être directement intégrés dans les buses 6 ou même dans le corps 4, ils sont donc déportés et sont reliés à une pluralité de tubes de mesure de pression 5. L’état de l’art est d’utiliser des tubes capillaires de diamètre entre 1 mm et 2 mm.
Ces mesures de pression sont impactées d’un temps de réponse et une atténuation en fréquence qui sont fonction du diamètre du capillaire et de la longueur du tube de mesure de pression 5.
Il existe donc un besoin d’améliorer le temps de réponse et la bande passante des mesures de pression.
S’agissant de la température, il est connu l’utilisation de sondes à thermocouple 7 ou de sondes à résistance électrique.
Pour les sondes à thermocouple ou les sondes à résistance électrique, l’information est envoyée sous la forme d’un signal analogique qui doit être conditionné par plusieurs composants électroniques connectés auxdites sondes de température.
Il a été constaté que les composants électroniques sont une source majeure de l’incertitude de la température. En d’autres termes, la chaîne de transmission de l’information ajoute une incertitude supplémentaire à la température mesurée, en plus de l’incertitude inhérente à la sonde de température.
Un autre problème lié à la connectique a aussi été constaté. Bien que les câbles reliant les sondes de température présentent de faibles dimensions (de l’ordre du millimètre), leur intégration avec les composants électroniques implique un volume important de câbles de liaison 12.
Cela est d’autant plus vrai dans le cas de mesures de températures réalisées par plusieurs sondes simultanément, le nombre de câbles à cheminer correspond au nombre de points de mesure de température, décuplant le volume de la connectique nécessaire (dimensions du câblage, passage des câbles, etc.).
Au bout du corps 4, une embase 10 permet de fixer le peigne 2 sur le carter du moteur, et de faire sortir les câbles 12 des différents capteurs 8 vers une unité d’acquisition (non-illustrée), par exemple déportée dans un banc d’essai moteur.
L’environnement du banc d’essai ou de l’aéronef qui supporte le moteur est un espace réduit qui ne permet pas un tel encombrement et qui impose des distances importantes (de l’ordre de plusieurs dizaines de mètres) entre les sondes de température effectuant les mesures et une unité d’acquisition vers laquelle les données relatives aux mesures doivent être acheminées.
D’autre part, les besoins des calculs des rendements (par la prise de température et de pression, entre autres) nécessitent une grande précision et des temps de réponse courts. Par exemple, un gain de précision sur la mesure de température correspond à un gain significatif sur l’évaluation du rendement moteur.
Il existe donc un besoin d’à la fois diminuer l’encombrement au regard de la connectique et de réduire l’incertitude des capteurs de température.
Les peignes sont un moyen de mesure dit « intrusif », car leur installation dans la veine aérodynamique d’un moteur engendre une obstruction d’une partie du flux circulant dans cette veine, et par conséquent des pertes de charge.
Ainsi, le peigne, présent dans la veine, a une répercussion sur le fonctionnement de la turbomachine. Il existe donc un besoin de réduire (miniaturiser) le corps de ces peigne et/ou la taille des capteurs intégrés au peigne.
Résumé
À cet effet, le présent document propose un peigne d’instrumentation numérique pour moteur d’aéronef comportant :
  • un corps d’axe longitudinal comprenant une cavité longitudinale et pourvu d’une pluralité d’orifices espacés selon cet axe longitudinal ;
  • une pluralité de buses, chaque buse étant agencée longitudinalement au niveau de chaque orifice ; et
  • au moins un circuit imprimé, lequel comporte :
-- un substrat comprenant une base agencée dans la cavité longitudinale et une pluralité de pattes, chaque patte s’étendant depuis ladite base et à travers un orifice respectif de sorte à déboucher dans une buse correspondante;
-- une pluralité de capteurs numériques de mesure d’un paramètre physique du moteur d’aéronef, au moins un capteur numérique étant agencé sur une patte respective ;
-- un dispositif de commutation agencé sur la base du circuit imprimé, ledit dispositif de commutation étant connecté électriquement audit au moins un capteur numérique de chaque patte par un premier bus de communication primaire ; et
-- un premier transformateur de signal électrique agencé sur la base et connecté électriquement au dispositif de commutation par un premier bus de communication secondaire.
En opération, des données du paramètre physique, par exemple de la température, sont acquises puis numérisées par la pluralité de capteurs numériques. Pour chaque capteur numérique, ces données numériques sont alors encapsulées dans une trame et un signal électrique transportant cette trame est émis.
Le signal électrique effectue ensuite le cheminement suivant : il circule dans le premier bus de communication primaire, le dispositif de commutation et le premier bus de communication primaire secondaire. Les signaux électriques de la pluralité de capteurs numériques convergent ensuite vers le premier transformateur de signal électrique.
Pour une patte, le peigne d’instrumentation numérique permet un multiplexage des signaux électriques émis par ledit au moins un capteur numérique agencé sur ladite patte au travers du dispositif de commutation et sur un unique bus de communication, le premier bus de communication primaire.
Le recours à au moins un circuit imprimé permet d’intégrer un grand nombre de composants pour un nombre de câbles fortement limité. Il en découle, en plus de l’encombrement limité, un montage facilité.
De cette manière, le volume occupé par la connectique est sensiblement constant quel que soit le nombre capteurs numériques ou de sondes numériques utilisées. On peut alors réaliser une redondance de la mesure, ou bien multiplier les points de mesure sans avoir à se soucier de l’encombrement.
En outre, aucune incertitude supplémentaire n’est ajoutée à la mesure de la température par la chaine de transmission, les données de mesure physique étant numérisées par la pluralité de capteurs numériques.
L’agencement des éléments dudit au moins un circuit imprimé sur la base ou une patte du substrat (montage en surface) permet un positionnement avec une tolérance de ±0.025 mm : l’utilisation d’un circuit imprimé offre donc un positionnement précis des capteurs numériques dans les buses.
De plus, les capteurs numériques sont des capteurs peu onéreux.
Chaque patte peut avoir une longueur, au moins un des capteurs numériques étant agencé à une distance de l’extrémité de la tête inférieure à 30% de ladite longueur, préférentiellement 15%.
En variante, le peigne peut comprendre une pluralité de circuits imprimés agencés bout à bout dans la cavité longitudinale.
Ledit au moins un circuit imprimé peut comprendre en outre une pluralité de capteurs numériques additionnels de mesure d’un paramètre physique du moteur d’aéronef, lesquels sont agencés sur la base dudit moins un circuit imprimé.
Le peigne d’instrumentation numérique peut comprendre en outre une pluralité de tubes de pression reliés (i.e. couplés) à une pluralité de capteurs numériques additionnels de pression agencés sur la base du circuit imprimé.
Autrement dit, la pluralité de capteurs numériques additionnels est agencée sur la base et à une distance des pattes du circuit imprimé.
Ladite pluralité de tubes de pression peut s’étendre depuis la pluralité de capteurs numériques additionnels de pression et à travers un orifice respectif de sorte à déboucher dans une buse correspondante.
Plus particulièrement, chaque tube de pression peut déboucher d’une part dans la buse, et d’autre part en regard du capteur numérique additionnel de pression correspondant.
De cette manière, la conception du peigne d’instrumentation numérique s’affranchit des problèmes liés au dimensionnement de certains capteurs de pression (parfois très volumineux, et ne pouvant pas être insérés dans une buse) tout en garantissant une mesure fiable.
En variante, chaque tube de pression peut s’étendre en regard d’une patte dudit au moins un circuit imprimé.
Ledit au moins un circuit imprimé peut comprendre un revêtement d’un vernis de tropicalisation. Cela permet de protéger ledit au moins un circuit imprimé de l'humidité, la poussière, les contaminants chimiques, et les variations de température.
Le dispositif de commutation peut comprendre une pluralité de translateurs d’adresse, chaque translateur d’adresse étant associé à une patte et connecté électriquement audit au moins un capteur numérique agencé sur ladite patte par le premier bus de communication primaire.
Le signal électrique effectue le cheminement suivant : il circule dans le premier bus de communication primaire, le translateur d’adresse respectif et le premier bus de communication primaire secondaire. Les signaux électriques de la pluralité de capteurs numériques convergent ensuite vers le premier transformateur de signal électrique.
Pour l’ensemble, le peigne d’instrumentation numérique permet un multiplexage des signaux électriques de la pluralité de translateurs d’adresse au travers du premier transformateur de signal électrique.
Autrement dit, un translateur d’adresse associé à une patte est mutualisé par les capteurs numériques agencés sur ladite patte, et le premier transformateur de signal électrique est mutualisé à la pluralité de translateurs d’adresse.
Le translateur d’adresse est un circuit intégré dont le rôle est de faire apparaitre chaque capteur numérique sous une adresse différente. Ainsi, il est possible d’intégrer plusieurs fois le même capteur numérique dans le peigne ou sur le même réseau sans être limité par des conflits d’adresses.
Autrement dit, la pluralité de translateurs d’adresse permet à chaque capteur numérique d’avoir une adresse qui lui est propre.
Chaque translateur d’adresse peut être agencé sur la base du circuit imprimé à une plus grande proximité dudit au moins un capteur numérique de la patte associé, que le premier transformateur de signal électrique.
Le substrat dudit au moins un circuit imprimé peut présenter une épaisseur comprise entre 0.2mm et 2mm, par exemple 0.8mm. Une telle épaisseur permet des temps de réponse réduits des différents capteurs agencés sur le circuit imprimé.
En effet, plus l’épaisseur du circuit imprimé est petite, meilleur est le temps de réponse des capteurs de température agencés sur le circuit imprimé.
Le substrat dudit au moins un circuit imprimé peut comprendre un matériau parmi de l’époxy, du polyimide, de l’aluminium et du cuivre.
Le peigne peut comprendre en outre une embase formant une extrémité proximale du corps et destinée à être fixée sur une partie de carter du moteur d’aéronef.
Le dispositif de commutation peut comprendre un multiplexeur, le multiplexeur étant connecté électriquement à la pluralité de capteurs numériques par le premier bus de communication primaire.
Selon cet aspect, les signaux électriques circulant dans les premiers bus de communication primaires de chaque patte sont combinés en un seul signal électrique circulant dans le premier bus de communication secondaire.
Le multiplexeur permet de communiquer avec plusieurs périphériques (la pluralité de capteurs numériques) via un seul bus (premier bus de communication secondaire) même si les périphériques ont des adresses identiques.
En outre, le multiplexeur permet de réduire le nombre de composants montés sur le circuit imprimé : un seul composant (le multiplexeur) est commun à la totalité de la pluralité de capteurs numériques.
Autrement dit, le multiplexeur est mutualisé à la pluralité de capteurs numériques agencés sur la pluralité de pattes du circuit imprimé et dans la pluralité de buses du peigne.
Additionnellement, le multiplexeur garantit une fiabilité de mesure à toute température d’opération propre aux conditions de l’environnement d’un moteur d’aéronef (y compris au-dessus de 85°C).
Le premier transformateur de signal électrique peut être apte à convertir un signal électrique utilisant un protocole de communication I2C (« Inter-Integrated Circuit »en anglais ou circuit inter-intégré en français) en un signal électrique utilisant une couche CANI2C.
Le premier bus de communication primaire et le premier bus de communication secondaire peuvent utiliser un protocole de communication I2C.
Le premier transformateur de signal électrique peut être apte à convertir un signal électrique utilisant un protocole de communication I2C et circulant dans le premier bus de communication secondaire en un signal électrique utilisant une couche CANI2C.
Dans cette configuration particulière, le signal électrique émis par ledit au moins un capteur numérique et acheminé dans le premier bus de communication utilise un protocole de communication I2C. Ce protocole de communication I2C permet l’envoi de trames spécifiques au besoin de la mesure physique effectuée.
Par exemple, il permet de réaliser, à travers l’envoi desdites trames, l’émission d’une valeur moyenne, un paramétrage de l’intervalle de confiance, un paramétrage de la fréquence d’échantillonnage, une moyenne des données acquises, etc.
Le protocole de communication I2C comprend un signal SCL (« Serial Clock »en anglais ou horloge série en français) et un signal SDA (« Serial D A ta l ine »en anglais ou ligne de données série en français).
Ce protocole de communication I2C est particulièrement adapté à un circuit imprimé (simplicité de câblage, économie d’espace, facilité d’intégration …).
Toutefois, la couche physique de ce protocole I2C n’est pas adaptée à des distances entre les périphériques de l’ordre de plusieurs mètres ou dizaines de mètres, contrairement à une couche physique du protocole CAN.
Le protocole CAN (« Controller Area Network »en anglais ou réseau de zone de contrôle en français) est un protocole de communication série : les bits sont envoyés les uns après les autres sur un seul lien de communication, contrairement à une communication parallèle par exemple, où les bits sont envoyés simultanément sur plusieurs fils. En d’autres termes, le protocole de communication série CAN utilise une seule paire de fils pour envoyer successivement les bits de données.
La couche physique CAN permet au signal électrique d’être acheminé sur de longues distances (plusieurs dizaines de mètres) entre le peigne d’instrumentation numérique et une éventuelle unité d’acquisition.
Elle offre aussi l’avantage d’être robuste et de pouvoir fonctionner dans des conditions de température et de vibrations propres à un environnement de moteur d’aéronef.
Selon ce mode de réalisation, le premier transformateur de signal électrique reçoit les signaux SDA et SCL acheminé par le premier bus de communication secondaire utilisant le protocole de communication I2C.
Puis, pour acheminer chacun des signaux SDA et SCL sur des distances importantes (de l’ordre de plusieurs mètres, à plusieurs dizaines de mètres), le premier transformateur de signal électrique peut convertir (transformer) lesdits signaux en des signaux utilisant une couche CANI2C.
Par couche CANI2C, on entend une couche comprenant une couche physique du protocole CAN ainsi qu’une couche liaison et des couches supérieures du protocole I2C.
Plus spécifiquement, par couche CANI2C, on entend un double bus de communication CAN, sous forme d’une paire torsadée. Autrement dit, on entend un premier bus de communication CAN dans lequel circule le signal SDA, et un second bus de communication CAN dans lequel circule le signal SCL.
Encore autrement dit, par couche CANI2C, on entend une couche physique CANI2C.
Le premier transformateur de signal électrique permet ainsi d’étendre le bus de communication I2C des signaux SDA et SCL (protocole I2C) reçus en un premier et second bus de communication CAN, chaque bus de communication CAN étant associé à un signal.
Le paramètre physique peut être l'un quelconque ou une association des paramètres suivants (par exemple et de manière non limitative) : une pression, une température, un taux d’humidité, une accélération d’un fluide, une vibration ou une composition de gaz.
La pluralité de capteurs numériques peut être l’un quelconque ou une association des éléments suivants : un tube de pression, une sonde numérique de température ou capteur de température, un capteur numérique du type microsystème électromécanique, MEMS(« Micro Electro Mechanical System »en anglais), un accéléromètre, un capteur de pression, un capteur combiné de pression et température et une gauge.
Un capteur numérique du type microsystème électromécanique, MEMS, permet de réduire le caractère intrusif.
Au moins un capteur numérique peut être un capteur numérique de température et peut comprendre des billes de conduction, une diode, un dispositif de mesure de la tension et un calculateur. En opération, la chaleur du fluide est d’abord récupérée par les billes de conduction qui la transfère à la diode qui, lorsqu’elle augmente de température, voit la tension à ses bornes diminuer. Le dispositif de mesure de la tension mesure alors cette tension aux bornes de la diode, la tension mesurée étant ensuite traitée par le calculateur pour être numérisée.
Le présent document peut également concerner un système de collecte de mesures d’un paramètre physique d’un moteur d’aéronef comprenant :
- au moins un peigne d’instrumentation numérique selon le type précité ; et
- une unité d’acquisition comprenant :
-- un second transformateur de signal électrique connecté électriquement au premier transformateur de signal électrique par un deuxième bus de communication, le deuxième bus de communication permettant la transmission d’informations entre le premier transformateur de signal électrique et le second transformateur de signal électrique ; et
-- un dispositif d’acquisition connecté électriquement avec ledit second transformateur de signal électrique par un troisième bus de communication.
Le système de collecte offre un multiplexage des signaux électriques de la pluralité de translateurs d’adresse au travers du premier transformateur de signal électrique sur un unique bus de communication, le deuxième bus de communication.
Lorsqu’on considère la chaine de transmission dans son ensemble (de la pluralité de capteurs numériques au dispositif d’acquisition), le système de collecte permet de réduire l’encombrement de la connectique.
Au sein de la liaison entre le peigne et le système banc, utilisant deux paires de fils torsadés (paire de fils telle que le définit la couche physique de la couche CANI2C (couche physique CAN)), une troisième paire de fils peut permettre d’alimenter en énergie ledit au moins un peigne d’instrumentation numérique.
L’unité d’acquisition peut être connectée électriquement à un banc d’essai par un quatrième bus de communication.
Dans le cas du dispositif de commutation comprenant un multiplexeur, à la demande du système d’acquisition, le multiplexeur active uniquement l’entrée souhaitée (ledit au moins un capteur numérique associé à une buse du peigne, et donc une patte du circuit imprimé), évitant ainsi tout conflit d'adresses sur la pluralité de capteurs numériques agencés sur la pluralité de pattes de la pluralité de buses. En d’autres termes, le multiplexeur permet d'activer la pluralité de capteurs numériques des pattes des buses séquentiellement en fonction des besoins.
En opération, les données I2C sont acheminées sélectivement vers la sortie et le système, permettant ainsi d'accroître le nombre de périphériques I2C avec les mêmes adresses sans recourir à des composants supplémentaires.
Le premier transformateur de signal électrique peut être apte à convertir un signal électrique utilisant un protocole de communication I2C et circulant dans le premier bus de communication secondaire en un signal électrique utilisant une couche CANI2C et circulant dans le second bus de communication.
Le premier transformateur de signal électrique peut être apte à convertir un signal électrique utilisant un protocole de communication I2C et circulant dans le premier bus de communication secondaire en un signal électrique utilisant une couche CANI2C et circulant dans le deuxième bus de communication, le second transformateur de signal électrique est apte à convertir un signal électrique utilisant une couche CANI2C et circulant dans le deuxième bus de communication en un signal électrique utilisant un protocole de communication I2C et circulant dans le troisième bus de communication.
Dans cette configuration particulière, le signal électrique acheminé dans le deuxième bus de communication (du premier transformateur de signal électrique vers le second transformateur de signal électrique) utilise une liaison telle que définie dans la couche physique CAN de la couche CANI2C.
Comme évoquée précédemment, la couche physique CAN permet au signal électrique d’être acheminé sur de longues distances (de l’ordre de plusieurs mètres à plusieurs dizaines de mètres).
Dans cette configuration particulière, le signal électrique acheminé dans le troisième bus de communication (du second transformateur de signal électrique vers le dispositif d’acquisition) utilise un protocole de communication I2C.
Le second transformateur de signal électrique effectue l’opération inverse du premier transformateur de signal électrique : le signal électrique retourne dans son état initialement émis par ledit au moins un capteur numérique. De cette manière, il est exploitable par le dispositif d’acquisition. Ainsi, la couche physique CAN devient transparente, car la trame numérique issue de la pluralité de capteurs est restituée selon le protocole I2C.
Autrement dit, le second transformateur de signal électrique permet de recréer le premier bus de communication primaire utilisant le protocole de communication I2C pour chaque capteur numérique.
Le premier bus de communication primaire permet la transmission d’informations entre la pluralité de capteurs numériques et le premier transformateur de signal électrique.
Le premier bus de communication secondaire permet la transmission d’informations entre le premier transformateur de signal électrique et le dispositif de commutation.
Le deuxième bus de communication permet la transmission d’informations entre le premier transformateur de signal électrique et le second transformateur de signal électrique.
Le troisième bus de communication permet la transmission d’informations entre le second transformateur de signal électrique et le dispositif d’acquisition.
Le présent document peut également concerner un procédé de montage pour obtenir un peigne d’instrumentation numérique (30) selon le type précité, le procédé comprenant les étapes consistant à :
  1. fournir un corps (32) d’axe longitudinal (X), le corps (32) présentant une pluralité d’orifices (34) et une fente (56) longitudinale,
  2. rapporter une pluralité de buses (36) au droit d’un orifice (34) respectif,
  3. fournir un circuit imprimé (38) comprenant :
    -- un substrat comprenant une base (38a) agencée dans la cavité longitudinale et une pluralité de pattes (38b), chaque patte (38b) s’étendant depuis ladite base (38a) et étant apte à traverser un orifice respectif de sorte à déboucher dans une buse correspondante ;
    -- une pluralité de capteurs numériques de mesure d’un paramètre physique du moteur d’aéronef, chaque capteur numérique étant agencé sur une patte (38b) respective ;
    -- un dispositif de commutation (35) agencé sur la base (38a) du circuit imprimé (38), ledit dispositif de commutation étant connecté électriquement audit au moins un capteur numérique (39) de chaque patte (38b) par un premier bus de communication primaire (41-1a) ; et
    -- un premier transformateur de signal électrique (44) agencé sur la base (38a) et connecté électriquement au dispositif de commutation (35) par un premier bus de communication secondaire (41-1b),
  4. introduire dans le corps (32), à travers la fente (56), le circuit imprimé (38) de sorte que les pattes (38b) s’étendent à travers un orifice respectif, et
  5. fermer la fente (56) au moyen d’une résine.
La fente longitudinale peut être agencée à l’opposé de la pluralité d’orifices, et le tube central peut être introduit à l’étape (d) par un mouvement de translation selon une direction orthogonale à l’axe longitudinal.
Un tel procédé permet un montage facilité du circuit imprimé dans le tube central avec un mouvement simple de translation. De cette manière, on évite d’endommager le circuit imprimé ou les éléments montés en surface dessus.
La fente longitudinale peut être agencée en biais par rapport à la pluralité d’orifices, et le tube central peut être introduit à l’étape (d) par un mouvement de pivotement autour de l’axe longitudinal.
Le présent document peut concerner également un réseau de peignes d’instrumentation numérique comprenant plusieurs peignes d’instrumentation numérique selon le type précité, dans lequel les peignes d’instrumentation numérique sont répartis de façon appropriée (par exemple régulièrement) sur la périphérie et sur plusieurs plans du moteur d’aéronef, le réseau de peignes comprenant en outre :
- une unité d’acquisition mutualisée à tous les peignes d’instrumentation numérique comprenant :
-- un second transformateur de signal électrique connecté électriquement aux premiers transformateurs de signal électrique de tous les peignes d’instrumentation numérique par un deuxième bus de communication, le deuxième bus de communication permettant la transmission d’informations entre les premiers transformateurs de signal électrique et le second transformateur de signal électrique ; et
-- un dispositif d’acquisition connecté électriquement avec ledit second transformateur de signal électrique par un troisième bus de communication.
Les peignes d’instrumentation numérique d’un même plan peuvent être reliés entre eux un à un pour former un réseau en boucle, la liaison de communication unique avec l’unité d’acquisition s’effectuant depuis au plus un peigne d’instrumentation numérique de chaque plan du réseau de peignes.
Le réseau de peignes peut être caractérisé en ce qu’un peigne d’instrumentation déterminé d’un plan donné est relié à un autre peigne d’instrumentation déterminé d’un autre plan.
Le présent document peut concerner également un moteur d’aéronef comportant au moins un peigne d’instrumentation selon le type précité ou un réseau de peignes selon le type précité.
Le présent document peut concerner également un aéronef comportant un moteur selon le type précité.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
FIG. 1illustre une vue en perspective d’un peigne d’instrumentation selon la technique antérieure,
FIG. 2est une vue en coupe axiale du peigne d’instrumentation de laFIG. 1,
FIG. 3est une vue en coupe axiale d’un peigne d’instrumentation numérique selon un premier mode de réalisation du présent document,
FIG. 4illustre l’architecture d’un système de collecte de mesures d’un paramètre physique d’un moteur d’aéronef comprenant un peigne d’instrumentation numérique selon le premier mode de réalisation de laFIG. 3,
FIG. 5est une vue en coupe axiale d’un peigne d’instrumentation numérique selon un second mode de réalisation du présent document,
FIG. 6illustre l’architecture d’un système de collecte de mesures d’un paramètre physique d’un moteur d’aéronef comprenant un peigne d’instrumentation numérique selon le second mode de réalisation de laFIG. 5,
FIG. 7illustre une étape d’un procédé de montage pour obtenir un peigne d’instrumentation numérique, selon un premier mode de réalisation du procédé,
FIG. 8illustre une étape d’un procédé de montage pour obtenir un peigne d’instrumentation numérique, selon un second mode de réalisation du procédé,
LaFIG. 3est une vue en coupe axiale d’un peigne d’instrumentation numérique selon un premier mode de réalisation du présent document et laFIG. 4illustre l’architecture d’un système de collecte de mesures d’un paramètre physique d’un moteur d’aéronef comprenant ledit peigne d’instrumentation numérique.
Le peigne d’instrumentation numérique 30 comprend un tube central (dit « corps de peigne ») 32 d’axe longitudinal X pourvu d’une pluralité d’orifices 34 distribués sur la longueur du tube central 32.
Au niveau de chaque orifice 34 est agencée une buse 36 s’étendant depuis le tube central 32 et selon une direction orthogonale à l’axe longitudinal X.
Le tube central 32 délimite une cavité longitudinale dans laquelle est agencée une base 38a du substrat d’un circuit imprimé 38.
Le circuit imprimé 38 comprend en outre une pluralité de pattes 38b s’étendant depuis la base 38a et selon la direction orthogonale à l’axe longitudinal X, chaque patte 38b s’étendant à travers un orifice 34 de sorte à déboucher dans une buse 36 respective.
Sur chaque extrémité 38b-1 d’une patte 38b sont montés une pluralité de capteurs numériques 39.
Un dispositif de commutation 35 comprend une pluralité de translateurs d’adresse 40 sont montés sur la base 38a de sorte que chaque translateur d’adresse 40 soit agencé adjacent à une patte 38b respective.
Par exemple, la pluralité de translateurs d’adresse 40 peut être de la marque ANALOG DEVICES® et de référence LT4316.
Chaque translateur d’adresse 40 est connecté électriquement à une pluralité de capteurs numériques 39 d’une patte 38b respective par un premier bus de communication primaire 41-1a.
Par exemple, les capteurs numériques peuvent être de la marque Texas Instruments® et de référence TMP117.
Le peigne 30 comprend une embase 42 directement connectée à une extrémité 32a du tube central 32. L’embase 42 est destinée à fixer le peigne 30 sur un carter d’un moteur, et de faire sortir des câbles reliant le circuit imprimé 38 à une unité d’acquisition 50.
Un premier transformateur de signal électrique 44 est agencé à une extrémité 38a-1 de la base 38a proximale de l’embase 42.
Par exemple, le premier transformateur de signal électrique 44 peut être de la marque ANALOG DEVICES® et de référence LT3960.
Le premier transformateur de signal électrique 44 est connecté électriquement à tous les translateurs d’adresse 40 par un premier bus de communication secondaire 41-1b.
Le système de collecte 49 comprend le peigne d’instrumentation numérique 30 et l’unité d’acquisition 50.
L’unité d’acquisition 50 comprend un dispositif d’acquisition 52 et un second transformateur de signal électrique 54.
Par exemple, le second transformateur de signal électrique 54 peut être de la marque ANALOG DEVICES® et de référence LT3960.
Le premier transformateur de signal électrique 44 est connecté au second transformateur de signal électrique 54 par un deuxième bus de communication 41-2.
En opération, les capteurs numériques 39 réalisent des mesures physiques d’un fluide d’une veine aérodynamique avec lequel les capteurs numériques 39 sont en contact.
Les données numériques relatives aux mesures sont encapsulées dans des trames lesquelles sont transportées par un signal électrique initial émis qui utilise un protocole de communication I2C.
Pour des capteurs d’une même patte 38b, le signal électrique initial circule dans le premier bus de communication primaire 41-1a et arrive au translateur d’adresse correspondant 40.
Le translateur d’adresse 40 associe à chaque capteur numérique 39 une adresse qui leur est propre.
Le translateur d’adresse 40 permet d’éviter un conflit d’adresse entre les différents capteurs numériques 39. De cette manière, il est possible de distinguer les capteurs numériques 39 entre eux, notamment au niveau de l’unité d’acquisition 50.
Le signal électrique initial circule ensuite dans le premier bus de communication secondaire 41-1b et arrive au premier transformateur de signal électrique 44.
Le premier transformateur de signal électrique 44 convertit le signal électrique initial en un signal électrique intermédiaire, ce dernier utilisant une couche CANI2C, c’est-à-dire une liaison électrique telle que définie par la couche physique du protocole CAN, mais une couche liaison et des couches supérieures restant celles définies par le protocole I2C.
De cette manière, le signal électrique intermédiaire est apte à circuler sur la distance séparant le premier transformateur de signal électrique 44 du second transformateur de signal électrique 54 à travers un deuxième bus de communication 41-2. Autrement dit, le signal électrique intermédiaire est apte à circuler du peigne numérique 30 à l’unité d’acquisition 50.
Le second transformateur de signal électrique 54 convertit ensuite le signal électrique intermédiaire en un signal électrique final utilisant un protocole de communication I2C. Autrement dit, le second transformateur de signal électrique 54 effectue la conversion inverse (l’opération inverse) au premier transformateur de signal électrique 44.
De cette manière, le signal électrique final est exploitable par le dispositif d’acquisition 52 qui est dans la même unité d’acquisition 50 que le second transformateur de signal électrique 54 (et donc adjacent à celui-ci). Le signal électrique final circule dans le troisième bus de communication 41-3 du second transformateur de signal électrique 4b au dispositif d’acquisition 4a.
Le premier bus de communication primaire 41-1a, le premier bus de communication secondaire 41-1b et le troisième bus de communication 41-3 utilisent le protocole de communication I2C, et le deuxième bus de communication, agencé entre le premier bus de communication secondaire 41-1b et le troisième bus de communication 41-3, utilise la couche CANI2C.
LaFIG. 5est une vue en coupe axiale d’un peigne d’instrumentation numérique selon un second mode de réalisation du présent document et laFIG. 6illustre l’architecture d’un système de collecte de mesures d’un paramètre physique d’un moteur d’aéronef comprenant ledit peigne d’instrumentation numérique.
Dans ce second mode de réalisation, le dispositif de commutation 35 comprend un multiplexeur 37 monté sur la base 38a du circuit imprimé 38, de sorte que le multiplexeur 37 soit agencé adjacent au premier transformateur de signal électrique 44.
D’une part, le multiplexeur 37 est connecté électriquement à la pluralité de capteurs 39 de chaque patte 38b par le premier bus de communication primaire 41-1a.
D’autre part, le multiplexeur 37 est connecté électriquement au premier transformateur de signal électrique 44 par le premier bus de communication secondaire 41-1b.
Par exemple, le multiplexeur 37 peut être de la marque Texas Instruments® et de référence TCA9548APWR, qui permet d’être connecté électriquement jusqu’à huit ensembles de capteurs 39 de huit pattes 38b.
En opération, l’unité d’acquisition 50 commande au multiplexeur d’activer uniquement une entrée (les capteurs 39 d’une même patte 38b, ou bien un seul capteur parmi les capteurs 39 d’une même patte 38b) afin d’éviter un conflit d’adresses.
Sur laFIG. 5, on constate que l’utilisation d’un multiplexeur 37 permet de réduire le nombre de composants nécessaires au fonctionnement du peigne, et donc la connectique associée.
Un troisième mode de réalisation (non illustré) est basé sur l’utilisation de la norme I3C. Cette norme, rétrocompatible de la norme I2C, ajoute, entre autres, la fonctionnalité de reprogrammer à la volée les adresses des capteurs numériques (notamment les MEMS) de nouvelle génération, comme par exemple les capteurs de nanopression MEMS de référence LPS22DF de la marque STMicroelectronics®.
Cela permet de simplifier d’autant plus l’architecture en supprimant la nécessité de passer par le translateur d’adresse 40. En effet, chaque capteur 39 présent sur un même bus I2C/I3C peut se voir reprogrammer dynamiquement une adresse différente, ce qui élimine tout conflit.
Dans ce troisième mode de réalisation, la pluralité de capteurs numériques 39 est connectée électriquement au premier transformateur de signal électrique 44 (sans l’intermédiaire d’un translateur d’adresse 40) par un bus de communication commun (le premier bus de communication primaire 41-1a et le premier bus de communication secondaire forment ledit bus de communication commun).
Il est maintenant fait référence aux figures 7 et 8.
LaFIG. 7représente une étape d’un procédé de montage pour obtenir un peigne d’instrumentation numérique, selon un premier mode de réalisation du procédé.
Lors d’une étape (a), on fournit un tube central 32 d’axe longitudinal X, le tube central 32 présentant une pluralité d’orifices 34 et une fente longitudinale 56 agencée à l’opposé de la pluralité d’orifices 34.
Lors d’une étape (b), on rapporte une pluralité de buses 36 au droit d’un orifice 34 respectif.
Lors d’une étape (c), on fournit un circuit imprimé 38 comprenant :
- un substrat comprenant une base 38a agencé dans la cavité longitudinale et une pluralité de pattes 38b, chaque patte 38b s’étendant depuis ladite base 38a et étant apte à traverser un orifice 34 respectif de sorte à déboucher dans une buse correspondante 36 ;
- une pluralité de capteurs numériques 39 de mesure d’un paramètre physique du moteur d’aéronef, chaque capteur de mesure 39 étant agencé sur une patte respective 38b ;
- une pluralité de translateurs d’adresse 40 agencés sur la base 38a du circuit imprimé 38, chaque translateur d’adresse 40 étant connecté électriquement à un capteur numérique 39 respectif par un premier bus de communication primaire ; et
- un premier transformateur de signal électrique 44 agencé sur la base 38a connecté électriquement à la pluralité de translateurs d’adresse 40 par un premier bus de communication secondaire,
Lors d’une étape (d), on introduit dans le tube central 32 à travers la fente 56 le circuit imprimé 38 par un mouvement de translation selon une direction F1 orthogonale à l’axe longitudinal X de sorte que les pattes 38b s’étendent à travers un orifice 34 respectif.
Lors d’une étape (e), on ferme la fente 56 au moyen d’une résine.
LaFIG. 8représente un procédé de montage pour obtenir un peigne d’instrumentation numérique, selon un second mode de réalisation du procédé.
Dans ce second mode de réalisation du procédé, la fente longitudinale 56 est agencée en biais par rapport à la pluralité d’orifices 34, plus particulièrement sur une face 58 adjacente à la face sur laquelle se trouvent les buses 36.
En outre, le tube central 32 est introduit à l’étape (d) par un mouvement de pivotement autour de l’axe longitudinal.
Par mouvement de pivotement autour de l’axe longitudinal, on entend un mouvement de « virage » composé d’une rotation autour de l’axe longitudinal et un déplacement suivant une direction de mouvement F2 qui est orientée par ladite rotation.
En d’autres termes, on entend par mouvement de pivotement une trajectoire courbe.

Claims (10)

  1. Peigne d’instrumentation numérique (30) pour moteur d’aéronef comportant :
    • un corps (32) d’axe longitudinal (X) comprenant une cavité longitudinale et pourvu d’une pluralité d’orifices espacés selon cet axe longitudinal (X) ;
    • une pluralité de buses (36), chaque buse étant agencée longitudinalement au niveau de chaque orifice ; et
    • au moins un circuit imprimé (38), lequel comporte :
    -- un substrat comprenant une base (38a) agencée dans la cavité longitudinale et une pluralité de pattes (38b), chaque patte (38b) s’étendant depuis ladite base (38a) et à travers un orifice respectif de sorte à déboucher dans une buse correspondante ;
    -- une pluralité de capteurs numériques (39) de mesure d’un paramètre physique du moteur d’aéronef, au moins un capteur numérique (39) étant agencé sur une patte (38b) respective ;
    -- un dispositif de commutation (35) agencé sur la base (38a) du circuit imprimé (38), ledit dispositif de commutation étant connecté électriquement audit au moins un capteur numérique (39) de chaque patte (38b) par un premier bus de communication primaire (41-1a) ; et
    -- un premier transformateur de signal électrique (44) agencé sur la base (38a) et connecté électriquement au dispositif de commutation (35) par un premier bus de communication secondaire (41-1b).
  2. Peigne d’instrumentation numérique (30) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de commutation (35) comprend une pluralité de translateurs d’adresse (40), chaque translateur d’adresse (40) étant associé à une patte (38b) et connecté électriquement audit au moins un capteur numérique (39) agencé sur ladite patte (38b) par le premier bus de communication primaire (41-1a).
  3. Peigne d’instrumentation numérique (30) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de commutation (35) comprend un multiplexeur (37), le multiplexeur (37) étant connecté électriquement à la pluralité de capteurs numériques (39) par le premier bus de communication primaire (41-1a).
  4. Peigne d’instrumentation numérique (30) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier transformateur de signal électrique (44) est apte à convertir un signal électrique utilisant un protocole de communication I2C en un signal électrique utilisant une couche CANI2C correspondant à une couche qui comprend une couche physique du protocole CAN ainsi qu’une couche liaison et des couches supérieures du protocole I2C.
  5. Peigne d’instrumentation numérique (30) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le paramètre physique est l'un quelconque ou une association des paramètres suivants : une pression, une température, un taux d’humidité, une accélération d’un fluide, une vibration ou une composition de gaz.
  6. Système de collecte (49) de mesures d’un paramètre physique d’un moteur d’aéronef comprenant :
    - au moins un peigne d’instrumentation numérique (30) selon l’une quelconque des revendications précédentes ; et
    - une unité d’acquisition (50) comprenant :
    -- un second transformateur de signal électrique (54) connecté électriquement au premier transformateur de signal électrique (44) par un deuxième bus de communication (41-2), le deuxième bus de communication (41-2) permettant la transmission d’informations entre le premier transformateur de signal électrique (44) et le second transformateur de signal électrique (54) ; et
    -- un dispositif d’acquisition (52) connecté électriquement avec ledit second transformateur de signal électrique (54) par un troisième bus de communication (41-3).
  7. Système de collecte (49) selon la revendication précédente, dans lequel le premier transformateur de signal électrique (44) est apte à convertir un signal électrique utilisant un protocole de communication I2C et circulant dans le premier bus de communication secondaire (41-1b) en un signal électrique utilisant une couche CANI2C, laquelle couche CANI2C correspond à une couche comprenant une couche physique du protocole CAN ainsi qu’une couche liaison et des couches supérieures du protocole I2C, et circulant dans le deuxième bus de communication (41-2), le second transformateur de signal électrique (54) est apte à convertir un signal électrique utilisant une couche CANI2C et circulant dans le deuxième bus de communication (41-2) en un signal électrique utilisant un protocole de communication I2C et circulant dans le troisième bus de communication (41-3).
  8. Procédé de montage pour obtenir un peigne d’instrumentation numérique (30) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, le procédé comprenant les étapes consistant à :
    1. fournir un corps (32) d’axe longitudinal (X), le corps (32) présentant une pluralité d’orifices (34) et une fente (56) longitudinale,
    2. rapporter une pluralité de buses (36) au droit d’un orifice (34) respectif,
    3. fournir un circuit imprimé (38) comprenant :
      -- un substrat comprenant une base (38a) destinée à être agencée dans la cavité longitudinale et une pluralité de pattes (38b), chaque patte (38b) s’étendant depuis ladite base (38a) et étant apte à traverser un orifice respectif de sorte à déboucher dans une buse correspondante ;
      -- une pluralité de capteurs numériques de mesure d’un paramètre physique du moteur d’aéronef, chaque capteur numérique étant agencé sur une patte (38b) respective ;
      -- un dispositif de commutation (35) agencé sur la base (38a) du circuit imprimé (38), ledit dispositif de commutation étant connecté électriquement audit au moins un capteur numérique (39) de chaque patte (38b) par un premier bus de communication primaire (41-1a) ; et
      -- un premier transformateur de signal électrique (44) agencé sur la base (38a) et connecté électriquement au dispositif de commutation (35) par un premier bus de communication secondaire (41-1b),
    4. introduire dans le corps (32), à travers la fente (56), le circuit imprimé (38) de sorte que les pattes (38b) s’étendent à travers un orifice respectif, et
    5. fermer la fente (56) au moyen d’une résine.
  9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la fente (56) longitudinale est agencée à l’opposé de la pluralité d’orifices (34), et le corps (32) est introduit à l’étape (d) par un mouvement de translation selon une direction orthogonale à l’axe longitudinal (X).
  10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la fente (56) longitudinale est agencée en biais par rapport à la pluralité d’orifices (34), et le corps (32) est introduit à l’étape (d) par un mouvement de pivotement autour de l’axe longitudinal (X).
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