WO2015185638A1 - Chaîne d'acquisition d'au moins une grandeur physique pour un système avionique embarqué critique, et procédé d'acquisition associé - Google Patents

Chaîne d'acquisition d'au moins une grandeur physique pour un système avionique embarqué critique, et procédé d'acquisition associé Download PDF

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WO2015185638A1
WO2015185638A1 PCT/EP2015/062398 EP2015062398W WO2015185638A1 WO 2015185638 A1 WO2015185638 A1 WO 2015185638A1 EP 2015062398 W EP2015062398 W EP 2015062398W WO 2015185638 A1 WO2015185638 A1 WO 2015185638A1
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acquisition
signal
digital signal
acquisition channel
chain
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/062398
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Inventor
Romain MARTIN
Olivier Guerineau
Guillaume TERRASSON
Renaud BRIAND
Marc Gatti
Original Assignee
Thales
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10—Calibration or testing
    • H03M1/1009—Calibration
    • H03M1/1014—Calibration at one point of the transfer characteristic, i.e. by adjusting a single reference value, e.g. bias or gain error
    • H03M1/1023—Offset correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/08—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for safeguarding the apparatus, e.g. against abnormal operation, against breakdown
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters

Definitions

  • the present invention relates to a chain for acquiring at least one physical quantity for a critical onboard avionic system.
  • the invention relates to such an acquisition chain, of the type comprising:
  • At least one acquisition channel receiving an analog signal corresponding to the physical quantity measured by the sensor and transforming this analog signal into a corresponding digital signal, at least some of these transformations being capable of being performed with loss of precision;
  • self-test means making it possible to check the integrity of the acquisition channel and to generate at least one self-test result.
  • the present invention also relates to an acquisition method associated with this acquisition chain.
  • Such an acquisition system comprises for example a sensor for measuring at least one physical quantity such as, for example, the position, the speed, the ambient temperature, the pressure or the humidity.
  • the measured physical quantity is transmitted to the acquisition system, for example in the form of an electrical resistance or, more generally, in the form of an analog signal.
  • the acquisition system then makes it possible to transform this analog signal into a digital signal which can then be processed by suitable digital processing means and possibly be communicated to an operator.
  • the acquisition chains are particularly useful in the case of embedded avionics systems and allow for example to measure the temperature outside the aircraft using a suitable sensor.
  • the ARP 4754A, ED-12C and DO-178C aeronautical standards define five levels of criticality (from A to E) or DAL (Design Assurance Level) for avionics systems.
  • DAL level A has the highest criticality level and is assigned to avionics systems with a malfunction can cause a catastrophic event in the aeronautical sense of the term (loss of life).
  • the DAL level A is assigned for example to different acquisition chains that can be used in avionics systems of level DAL A. This imposes numerous constraints on the operational safety of these channels. It is conceivable then that the costs of development, production and exploitation of the chains become more and more consistent with the increase of the number of these constraints.
  • DAL A of the avionics system it is known to use several redundant acquisition chains of lower criticality level, for example of DAL level B. Different voting systems can then be applied by the avionics system to choose the majority value among all the values delivered by these redundant acquisition chains.
  • the object of the present invention is to propose an acquisition chain that overcomes these drawbacks and has higher capacities for detecting faults in its operation.
  • the subject of the present invention is an acquisition chain of the aforementioned type, further comprising means for analyzing the self-test result to determine a normal, degraded or failing mode of operation of the acquisition channel, and to activate the operation of correction means of the digital signal delivered by the channel when it is in the degraded operating mode.
  • the acquisition chain comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination:
  • the values of the precision losses of the acquisition channel belong to a first predetermined range of values; in the degraded operating mode, the values of the precision losses of the acquisition channel belong to a second predetermined range of values, each value of the second range being greater than each value of the first range and lower than each value of the first range; a third predetermined range of values;
  • the values of the precision losses of the acquisition channel belong to the third range of values
  • the self-test means comprise a calculation unit capable of dynamically executing an inverse operating model of the acquisition channel, the inverse operating model being defined by a plurality of parameters and enabling the correction means to correct the digital signal delivered by the acquisition channel when it is in the degraded operating mode;
  • the self-test means further comprise a storage unit capable of storing a database containing the parameters of the inverse operating model
  • the parameters of the inverse operating model are calculated dynamically
  • the inverse operating model also makes it possible to calculate, for a reference digital signal, an analog reference signal, for injecting it into the acquisition channel;
  • the self-test means comprise a storage unit capable of storing a database comprising digital reference signals and analog reference signals, each reference digital signal being associated with an analog reference signal that can be injected into the acquisition route;
  • the self-test means furthermore comprise a unit for comparing a digital test signal delivered by the acquisition channel and corresponding to said analog reference signal injected into the acquisition channel, with said digital reference signal;
  • the correction means are able to correct the digital signal delivered, based on the parameters of the inverse operating model calibrated by the learning means;
  • the self-test means, the analysis means, the correction means and the learning means are integrated at least partly in a single component;
  • the single component is located near the sensor.
  • the present invention also relates to a method for acquiring at least one physical quantity, implemented by the acquisition chain as defined, comprising an acquisition phase comprising the following steps:
  • the acquisition method comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination:
  • a self-test phase comprising the following steps: the development of a digital reference signal; transforming the reference digital signal into an analog reference signal by the inverse operating model; injecting this analog reference signal into the acquisition channel; transforming this analog reference signal into a digital test signal via the acquisition channel; comparing the digital test signal with the reference digital signal by the comparison unit; and determining a mode of operation of the acquisition channel among the normal, degraded or failing modes of operation;
  • a learning phase comprising the following steps: the application of the self-test phase for a minimum reference digital signal and for a maximum reference digital signal to determine the precision losses on each of these signals reference numerals and calibration of a new set of parameters of the operating model inverse of the acquisition path by the learning means;
  • a compensation phase comprising the following steps: the transformation of the digital signal delivered by the acquisition channel into an analog signal with compensation by the calibrated inverse operating model with the new set of parameters and the transformation of the analog signal with compensation into a digital signal with compensation by the correction means.
  • FIG. 1 is a schematic view of an acquisition system according to the invention
  • FIG. 2 is a flowchart of a phase of acquisition of a physical quantity implemented in an acquisition method according to the invention
  • FIG. 3 is a flowchart of a self-test phase implemented in the method of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a flowchart of a learning phase implemented in the method of FIG. 2;
  • FIG. 5 is a flowchart of a compensation phase implemented in the method of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating different modes of operation of the chain of Figure 1 according to its aging.
  • FIG. 1 shows a chain for acquiring at least one physical quantity according to the invention.
  • the acquisition chain is designated by the general reference 10.
  • This acquisition chain 10 can be used in avionics systems embedded in an aircraft.
  • the acquisition chain 10 thus meets a certain level of criticality, for example at the criticality level DAL A.
  • the chain 10 comprises for example a sensor for measuring the physical quantity and being able to transmit an analog signal SA corresponding to this physical quantity.
  • This sensor is designated by the general reference 12 in FIG.
  • the physical quantity measured is for example the temperature outside the aircraft or the position of a rudder.
  • the analog signal SA corresponds for example to a resistance value emitted by the sensor 12.
  • the chain 10 further comprises an acquisition channel connected to the sensor 12 and able to receive the analog signal SA emitted by the sensor 12 to transform it into a digital signal SN.
  • the acquisition path is designated by the general reference 14 in FIG.
  • this digital signal SN is delivered for example to an on-board computer connected to the acquisition channel 14 and for processing this signal in a suitable manner.
  • This calculator is then designated by the general reference 16 in FIG.
  • the transformations of the analog signal SA into a digital signal SN can be carried out with possible loss of precision.
  • the chain 10 further comprises self-test means for verifying the integrity of the acquisition channel 14, means for analyzing the results of this verification, means for correcting the digital signal delivered by the acquisition channel 14 and means for calibrating the self-test means.
  • these means 18, 20, 22 and 24 are integrated at least in part into a single component designated by the general reference 26 in FIG.
  • the single component 26 is located for example in the immediate vicinity of the sensor
  • the self-test means 18 make it possible to check the integrity of the acquisition channel 14 by injecting an analog reference signal SA R therein and comparing a digital test signal SN T delivered by the acquisition channel 14 and corresponding to this reference analog signal SA R , with the original signal.
  • the self-test means 18 comprise a storage unit, a calculation unit and a comparison unit designated respectively by the general references 30, 32 and 34 in FIG.
  • the computing unit 32 is capable of dynamically executing an inverse operating model of the acquisition channel 14 making it possible to model the operation of the acquisition channel 14 to check its integrity.
  • the inverse operating model is defined by a plurality of parameters from a database provided for this purpose and stored in the storage unit 30.
  • the inverse operating model makes it possible to calculate from a reference digital signal SN R
  • the reference digital signal pair SN R and the reference analog signal SA R originate, for example, from a database stored in the storage unit 30.
  • the reference digital signal SN R corresponds to a digital signal SN previously acquired by the acquisition channel 14.
  • the comparison unit 34 then makes it possible to compare the digital test signal SN T delivered by the acquisition channel 14 with the original reference digital signal SN R of this test signal.
  • the comparison unit 34 furthermore makes it possible to generate a result of this comparison and to deliver it to the analysis means 20.
  • This comparison result corresponds, for example, to loss of precision between the digital test signal SN T and the reference digital signal SN R of origin of this test signal.
  • the analysis means 20 make it possible to determine a mode of operation of the acquisition channel 14 between a normal operating mode, degraded or faulty.
  • the values of the precision losses of the acquisition channel 14 belong to a first range [V 1; V 2 ] of predetermined values.
  • the values of the precision losses of the acquisition channel 14 belong to a second range] V 2 , V 3 ] of predetermined values.
  • Each value of the second range] V 2 , V 3 ] is greater than each value of the first range [V 1; V 2 ] and less than each value of a third range] V 3 , V 4 ] of predetermined values.
  • the values of the precision losses of acquisition channel 14 belong to the third range] V 3 , V 4 ] of values.
  • the analysis means 20 are furthermore capable of transmitting a state signal SE to the computer 16, indicating the current operating mode of the acquisition channel 14.
  • the inverse operating model enables the correction means 22 to correct the digital signal SN delivered by the acquisition channel 14.
  • the learning means 24 are able to calibrate the parameters of the inverse operating model by minimizing the loss of precision between the digital test signals SN T and the reference digital signals SN R corresponding to these test signals.
  • the correction means 22 are capable of generating a digital signal with compensation SN C corresponding to an analog signal with compensation SA C calculated from the digital signal SN delivered by the acquisition channel 14 and corrected by means of the model Re-calibrated reverse operation.
  • This digital signal with compensation SN C is for example delivered to the computer 16.
  • the analysis means 20 can change the degraded operating mode for the normal operating mode or the faulty operating mode for the degraded operating mode.
  • correction means 22 can correct the digital signal delivered from the parameters of the inverse operating model calibrated by the learning means 24.
  • a method 50 for acquiring at least one physical quantity implemented by the acquisition chain 10 will now be explained with reference to FIGS. 2 to 5.
  • This method 50 comprises an acquisition phase P 1; a self-test phase P 2 , a learning phase P 3 and a compensation phase P 4 .
  • FIG. 1 A flow diagram of the process acquisition phase 50 is shown in FIG.
  • the sensor 12 measures the physical quantity and generates an analog signal SA corresponding to the measured value.
  • the sensor 12 injects the analog signal SA generated in the acquisition channel 14.
  • the acquisition channel 14 transforms this analog signal SA into a digital signal SN.
  • the acquisition channel 14 delivers the digital signal SN converted to the computer 16.
  • FIG. 1 A flow diagram of the P 2 self-test phase of the method 50 is shown in FIG.
  • the self-test means 18 develop a digital reference signal SN R as indicated above.
  • the self-test means 18 transform this reference digital signal SN R into an analog reference signal SA R by applying the inverse operating model.
  • the self-test means 18 inject this analog reference signal SA R into the acquisition channel 14.
  • the acquisition channel 14 transforms this analog reference signal SA R into a digital test signal SN T and delivers this test signal to the self-test means 18.
  • the self-test means 18 and in particular the comparison unit 34 compare the digital test signal SN T with the corresponding reference digital signal SN R and communicate the result of this comparison to the means 20.
  • This result corresponds for example to loss of precision between the two signals.
  • the analysis means 20 determine a mode of operation of the acquisition channel 14 among the normal, degraded or failed modes of operation.
  • the analysis means 20 emit a state signal SE indicating the current operating mode of the acquisition channel 10 intended for the computer 16.
  • the learning phase P 3 of the method 50 is able to be started after the P 2 self-test phase.
  • FIG. 4 A flow diagram of the learning phase P 3 of the method 50 is shown in FIG. 4.
  • the learning means 24 develop a minimum reference digital signal SN R min and a maximum reference digital signal SN R max.
  • a self-test sequence repeating steps 63 to 69 of the self-test phase P 2 is started to determine the precision losses on each digital reference signal SN R min and SN R max.
  • the learning means 24 calibrate the parameters of the inverse operating model of the acquisition channel 14 to minimize the loss of precision.
  • the compensation phase P 4 of the method 50 is able to be started after the learning phase P 3 .
  • FIG. 1 A flow chart of the compensation phase P 4 of the process 50 is shown in FIG.
  • the correction means 22 transforms the digital signal SN delivered by the acquisition channel 14 into an analog signal with compensation SA C by the operating model inverse calibrated with the new parameters.
  • the correction means 22 transform the analog signal with compensation SA C into a digital signal with compensation SN C by applying a normal operating model of the acquisition chain with the initial parameters. .
  • the correction means 22 deliver the digital signal with compensation SN C to the computer 16.
  • FIG. 1 A diagram illustrating the loss of precision in the acquisition path 14 as a function of the aging of the acquisition chain 10 is presented in FIG.
  • the self-test phase P 2 succeeds the acquisition phase P- ⁇ to evaluate the precision losses.
  • the analysis means 20 activate the degraded operating mode.
  • the learning phases P 3 and compensation P 4 are started respectively for calibrating the parameters of the inverse operating model of the acquisition channel 14 and for correcting the digital signal delivered.
  • the analysis means 20 activate the normal operating mode. Otherwise, the acquisition channel 14 continues to operate in the degraded operating mode.
  • the analysis means 20 activate the faulty operating mode and the learning phases P 3 and compensation P 4 are started again. If after the learning phase P 3 , the precision losses are below the threshold V 3 , the analysis means 20 activate the degraded operating mode. Otherwise, the acquisition channel 14 continues to operate in the faulty operating mode and therefore the entire string is recognized by the computer 16 as faulty.
  • the acquisition chain according to the invention takes into account the aging of the acquisition channel and thus adapts its means of self-test.
  • the acquisition system according to the invention is less cumbersome, simpler and more compact in operation compared to acquisition chains of the state of the art.
  • the acquisition system according to the invention makes it possible to detect defects in its operation in an efficient manner.

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Abstract

La présente invention concerne une chaîne d'acquisition (10) d'au moins une grandeur physique pour un système avionique embarqué critique, comportant : - un capteur (12) permettant de mesurer la grandeur physique; - une voie d'acquisition (14) recevant un signal analogique correspondant à la grandeur physique mesurée par le capteur (12) et transformant ce signal analogique en un signal numérique correspondant, au moins certaines de ces transformations étant aptes à s'effectuer avec des pertes de précision; - des moyens d'autotest (20) permettant de vérifier l'intégrité de la voie d'acquisition (14) et de générer un résultat d'autotest. La chaîne comporte en outre des moyens d'analyse (20) du résultat d'autotest pour déterminer un mode de fonctionnement de la voie d'acquisition (10), et pour activer le fonctionnement de moyens de correction (22) du signal délivré par la voie (14).

Description

Chaîne d'acquisition d'au moins une grandeur physique pour un système avionique embarqué critique, et procédé d'acquisition associé
La présente invention concerne une chaîne d'acquisition d'au moins une grandeur physique pour un système avionique embarqué critique.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte à une telle chaîne d'acquisition, du type comportant :
- au moins un capteur permettant de mesurer la grandeur physique ;
- au moins une voie d'acquisition recevant un signal analogique correspondant à la grandeur physique mesurée par le capteur et transformant ce signal analogique en un signal numérique correspondant, au moins certaines de ces transformations étant aptes à s'effectuer avec des pertes de précision ;
- des moyens d'autotest permettant de vérifier l'intégrité de la voie d'acquisition et de générer au moins un résultat d'autotest.
La présente invention concerne également un procédé d'acquisition associé à cette chaîne d'acquisition.
Une telle chaîne d'acquisition comporte par exemple un capteur permettant de mesurer au moins une grandeur physique comme par exemple la position, la vitesse, la température ambiante, la pression ou l'humidité.
La grandeur physique mesurée est transmise à la chaîne d'acquisition par exemple sous la forme d'une résistance électrique ou, plus généralement sous la forme d'un signal analogique.
La chaîne d'acquisition permet alors de transformer ce signal analogique en un signal numérique qui peut être ensuite traité par des moyens de traitement numériques adaptés et être éventuellement communiqué à un opérateur.
Les chaînes d'acquisition sont particulièrement utilisables dans le cas des systèmes avioniques embarqués et permettent par exemple de mesurer la température à l'extérieur de l'aéronef à l'aide d'un capteur adapté.
Le fonctionnement de telles chaînes d'acquisition doit donc répondre à un certain niveau de criticité ou de sûreté imposé généralement par les normes aéronautiques en fonction de l'importance de la grandeur physique fournie et/ou de son influence sur le pilotage de l'aéronef.
Ainsi, par exemple, les normes aéronautiques ARP 4754A, ED-12C et DO-178C définissent cinq niveaux de criticité (de A à E) ou DAL (de l'anglais « Design Assurance Level ») pour les systèmes avioniques. Le niveau DAL A présente le niveau de criticité le plus élevé et est attribué à des systèmes avioniques dont un défaut de fonctionnement peut provoquer un événement catastrophique au sens aéronautique du terme (perte de vies humaines).
Le niveau DAL A est attribué par exemple à différentes chaînes d'acquisition utilisables dans des systèmes avioniques de niveau DAL A. Ceci impose de nombreuses contraintes sur la sûreté de fonctionnement de ces chaînes. On conçoit alors que les coûts de développement, de production et d'exploitation des chaînes deviennent de plus en plus conséquents avec l'augmentation du nombre de ces contraintes.
Ainsi, pour diminuer ces coûts tout en conservant le niveau de criticité global DAL A du système avionique, il est connu l'utilisation de plusieurs chaînes d'acquisition redondantes de niveau de criticité inférieur, par exemple de niveau DAL B. Différents systèmes de votes peuvent ensuite être appliqués par le système avionique pour choisir la valeur majoritaire parmi toutes les valeurs délivrées par ces chaînes d'acquisition redondantes.
Par ailleurs, pour prévenir le vieillissement de ces chaînes, leur niveau de criticité est souvent surdimensionné à la production ce qui permet d'assurer leur bon fonctionnement sur toute la période d'exploitation malgré un éventuel vieillissement.
On conçoit alors que ceci se traduit par un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels figurent la consommation électrique, l'encombrement, la complexité, le poids et les coûts élevés de ces chaînes d'acquisition.
En outre, les chaînes d'acquisition existantes présentent souvent des capacités limitées de détection de défauts de leur fonctionnement et permettent de détecter uniquement des défauts abrupts de type pannes franches.
La présente invention a pour but de proposer une chaîne d'acquisition remédiant à ces inconvénients et présentant des capacités plus élevées de détection de défauts de son fonctionnement.
À cet effet, la présente invention a pour objet une chaîne d'acquisition du type précité, comportant en outre des moyens d'analyse du résultat d'autotest pour déterminer un mode de fonctionnement normal, dégradé ou défaillant de la voie d'acquisition, et pour activer le fonctionnement de moyens de correction du signal numérique délivré par la voie lorsque celle-ci est dans le mode de fonctionnement dégradé.
Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, la chaîne d'acquisition comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- dans le mode de fonctionnement normal, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition appartiennent à une première plage de valeurs prédéterminée ; - dans le mode de fonctionnement dégradé, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition appartiennent à une deuxième plage de valeurs prédéterminée, chaque valeur de la deuxième plage étant supérieure à chaque valeur de la première plage et inférieure à chaque valeur d'une troisième plage de valeurs prédéterminée ;
- dans le mode de fonctionnement défaillant, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition appartiennent à la troisième plage de valeurs ;
- les moyens d'autotest comportent une unité de calcul apte à exécuter dynamiquement un modèle de fonctionnement inverse de la voie d'acquisition, le modèle de fonctionnement inverse étant défini par une pluralité de paramètres et permettant aux moyens de correction de corriger le signal numérique délivré par la voie d'acquisition lorsque celle-ci est dans le mode de fonctionnement dégradé ;
- elle est apte à délivrer au moins un signal numérique d'origine correspondant au signal numérique délivré par la voie d'acquisition, un signal d'état généré par les moyens d'analyse et indiquant le mode de fonctionnement courant de la voie d'acquisition, et un signal numérique avec compensation généré par les moyens de correction et correspondant au signal numérique délivré par la voie d'acquisition et corrigé par ces moyens de correction ;
- les moyens d'autotest comportent en outre une unité de mémorisation apte à stocker une base de données comportant les paramètres du modèle de fonctionnement inverse ;
- les paramètres du modèle de fonctionnement inverse sont calculés dynamiquement ;
- le modèle de fonctionnement inverse permet en outre de calculer pour un signal numérique de référence, un signal analogique de référence, pour l'injecter dans la voie d'acquisition ;
- les moyens d'autotest comportent une unité de mémorisation apte à stocker une base de données comportant des signaux numériques de référence et des signaux analogiques de référence, chaque signal numérique de référence étant associé à un signal analogique de référence apte à être injecté dans la voie d'acquisition ;
- les moyens d'autotest comportent en outre une unité de comparaison d'un signal numérique de test délivré par la voie d'acquisition et correspondant audit signal analogique de référence injecté dans la voie d'acquisition, avec ledit signal numérique de référence ;
- elle comporte en outre des moyens d'apprentissage aptes à calibrer les paramètres du modèle de fonctionnement inverse, dans le mode de fonctionnement dégradé de la voie d'acquisition ; - les moyens de correction sont aptes à corriger le signal numérique délivré, à partir des paramètres du modèle de fonctionnement inverse calibrés par les moyens d'apprentissage ;
- les moyens d'autotest, les moyens d'analyse, les moyens de correction et les moyens d'apprentissage sont intégrés au moins en partie dans un composant unique ; et
- le composant unique est situé à proximité du capteur.
La présente invention a également pour objet un procédé d'acquisition d'au moins une grandeur physique, mis en œuvre par la chaîne d'acquisition telle que définie, comprenant une phase d'acquisition comportant les étapes suivantes :
- la mesure d'une grandeur physique par le capteur ;
- l'injection d'un signal analogique correspondant à la grandeur physique mesurée dans la voie d'acquisition ;
- la transformation du signal analogique en un signal numérique par la voie d'acquisition ;
- la délivrance du signal numérique.
Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le procédé d'acquisition comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- il comprend en outre une phase d'autotest comportant les étapes suivantes : l'élaboration d'un signal numérique de référence ; la transformation du signal numérique de référence en un signal analogique de référence par le modèle de fonctionnement inverse ; l'injection de ce signal analogique de référence dans la voie d'acquisition ; la transformation de ce signal analogique de référence en un signal numérique de test par la voie d'acquisition ; la comparaison du signal numérique de test avec le signal numérique de référence par l'unité de comparaison ; et la détermination d'un mode de fonctionnement de la voie d'acquisition parmi les modes de fonctionnement normal, dégradé ou défaillant ;
- il comprend en outre une phase d'apprentissage comportant les étapes suivantes : l'application de la phase d'autotest pour un signal numérique de référence minimal et pour un signal numérique de référence maximal pour déterminer les pertes de précision sur chacun de ces signaux numériques de référence et le calibrage d'un nouveau jeu de paramètres du modèle de fonctionnement inverse de la voie d'acquisition par les moyens d'apprentissage ;
- il comprend en outre une phase de compensation comportant les étapes suivantes : la transformation du signal numérique délivré par la voie d'acquisition en un signal analogique avec compensation par le modèle de fonctionnement inverse calibré avec le nouveau jeu de paramètres et la transformation du signal analogique avec compensation en un signal numérique avec compensation par les moyens de correction.
Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'une chaîne d'acquisition selon l'invention ;
- la figure 2 est un organigramme d'une phase d'acquisition d'une grandeur physique mise en œuvre dans un procédé d'acquisition selon l'invention ;
- la figure 3 est un organigramme d'une phase d'autotest mise en œuvre dans le procédé de la figure 2 ;
- la figure 4 est un organigramme d'une phase d'apprentissage mise en œuvre dans le procédé de la figure 2 ;
- la figure 5 est un organigramme d'une phase de compensation mise en œuvre dans le procédé de la figure 2 ; et
- la figure 6 est un schéma illustrant différents modes de fonctionnement de la chaîne de la figure 1 en fonction de son vieillissement.
On a en effet représenté sur la figure 1 , une chaîne d'acquisition d'au moins une grandeur physique selon l'invention. Sur cette figure 1 , la chaîne d'acquisition est désignée par la référence générale 10.
Cette chaîne d'acquisition 10 est utilisable dans des systèmes avioniques embarqués dans un aéronef. La chaîne d'acquisition 10 répond ainsi à un certain niveau de criticité, par exemple au niveau de criticité DAL A.
La chaîne 10 comporte par exemple un capteur permettant de mesurer la grandeur physique et étant apte à émettre un signal analogique SA correspondant à cette grandeur physique. Ce capteur est désigné par la référence générale 12 sur la figure 1 .
La grandeur physique mesurée est par exemple la température à l'extérieur de l'aéronef ou la position d'une gouverne. Ainsi, dans ce cas, le signal analogique SA correspond par exemple à une valeur de résistance émise par le capteur 12.
La chaîne 10 comporte en outre une voie d'acquisition reliée au capteur 12 et apte à recevoir le signal analogique SA émis par le capteur 12 pour le transformer en un signal numérique SN. La voie d'acquisition est désignée par la référence générale 14 sur la figure 1 .
Ainsi, ce signal numérique SN est délivré par exemple à un calculateur embarqué relié à la voie d'acquisition 14 et permettant de traiter ce signal de manière adaptée. Ce calculateur est alors désigné par la référence générale 16 sur la figure 1 . Comme connu en soi dans l'état de la technique, les transformations du signal analogique SA en un signal numérique SN peuvent s'effectuer avec d'éventuelles pertes de précision.
La chaîne 10 comporte en outre des moyens d'autotest pour vérifier l'intégrité de la voie d'acquisition 14, des moyens d'analyse de résultats de cette vérification, des moyens de correction du signal numérique délivré par la voie d'acquisition 14 et des moyens de calibrage des moyens d'autotest.
Sur la figure 1 , ces moyens sont désignés respectivement par les références générales 18, 20, 22 et 24.
En outre, ces moyens 18, 20, 22 et 24 sont intégrés au moins en partie dans un composant unique désigné par la référence générale 26 sur la figure 1 .
Le composant unique 26 est situé par exemple à proximité immédiate du capteur
12.
Les moyens d'autotest 18 permettent de vérifier l'intégrité de la voie d'acquisition 14 en y injectant un signal analogique de référence SAR et en comparant un signal numérique de test SNT délivré par la voie d'acquisition 14 et correspondant à ce signal analogique de référence SAR, avec le signal d'origine.
Pour ceci, les moyens d'autotest 18 comportent une unité de mémorisation, une unité de calcul et une unité de comparaison désignées respectivement par les références générales 30, 32 et 34 sur la figure 1 .
L'unité de calcul 32 est apte à exécuter dynamiquement un modèle de fonctionnement inverse de la voie d'acquisition 14 permettant de modéliser le fonctionnement de la voie d'acquisition 14 pour vérifier son intégrité.
Le modèle de fonctionnement inverse est défini par une pluralité de paramètres issus d'une base de données prévue à cet effet et stockée dans l'unité de mémorisation 30.
Ces paramètres sont calculés dynamiquement par l'unité de calcul 30 et décrivent au moins en partie le fonctionnement de la voie d'acquisition 14.
Ainsi, le modèle de fonctionnement inverse permet de calculer à partir d'un signal numérique de référence SNR| un signal analogique de référence SAR, pour injecter ce signal analogique dans la voie d'acquisition 14.
Selon une autre variante de réalisation, le couple de signal numérique de référence SNR et de signal analogique de référence SAR est issu par exemple d'une base de données stockée dans l'unité de mémorisation 30. Selon encore une autre variante de réalisation, le signal numérique de référence SNR correspond à un signal numérique SN acquis précédemment par la voie d'acquisition 14.
L'unité de comparaison 34 permet alors de comparer le signal numérique de test SNT délivré par la voie d'acquisition 14 avec le signal numérique de référence SNR d'origine de ce signal de test.
L'unité de comparaison 34 permet en outre de générer un résultat de cette comparaison et de le délivrer aux moyens d'analyse 20.
Ce résultat de comparaison correspond par exemple à des pertes de précision entre le signal numérique de test SNT et le signal numérique de référence SNR d'origine de ce signal de test.
En fonction du résultat de la comparaison, les moyens d'analyse 20 permettent de déterminer un mode de fonctionnement de la voie d'acquisition 14 entre un mode de fonctionnement normal, dégradé ou défaillant.
Ainsi, dans le mode de fonctionnement normal, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition 14 appartiennent à une première plage [V1 ; V2] de valeurs prédéterminée.
Dans ce mode de fonctionnement, les pertes de précision dans la voie d'acquisition 14 n'ont pas d'influence sur le fonctionnement de la chaîne 10.
Dans le mode de fonctionnement dégradé, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition 14 appartiennent à une deuxième plage ]V2, V3] de valeurs prédéterminée.
Chaque valeur de la deuxième plage ]V2, V3] est supérieure à chaque valeur de la première plage [V1 ; V2] et inférieure à chaque valeur d'une troisième plage ]V3, V4] de valeurs prédéterminée.
Ainsi, dans ce mode de fonctionnement, les pertes de précision dans la voie d'acquisition 14 ont une influence sur le fonctionnement de la chaîne 10 mais sont tolérées.
Finalement, dans le mode de fonctionnement défaillant, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition 14 appartiennent à la troisième plage ]V3, V4] de valeurs.
Ceci signifie que dans le mode défaillant, les pertes de précision dans la voie d'acquisition 14 ne sont pas tolérées et la chaîne d'acquisition 10 est reconnue entièrement comme défaillante. Les moyens d'analyse 20 sont aptes par ailleurs à émettre un signal d'état SE à destination du calculateur 16, indiquant le mode de fonctionnement courant de la voie d'acquisition 14.
Lorsque la voie d'acquisition 14 est dans le mode de fonctionnement dégradé ou défaillant, le modèle de fonctionnement inverse permet aux moyens de correction 22 de corriger le signal numérique SN délivré par la voie d'acquisition 14.
En outre, dans le mode de fonctionnement dégradé ou défaillant, les moyens d'apprentissage 24 sont aptes à calibrer les paramètres du modèle de fonctionnement inverse en minimisant les pertes de précision entre les signaux numériques de test SNT et les signaux numériques de référence SNR correspondant à ces signaux de test.
Ainsi, les moyens de correction 22 sont aptes à générer un signal numérique avec compensation SNC correspondant à un signal analogique avec compensation SAC calculé à partir du signal numérique SN délivré par la voie d'acquisition 14 et corrigé à l'aide du modèle de fonctionnement inverse re-calibré. Ce signal numérique avec compensation SNC est par exemple délivré au calculateur 16.
Ceci permet plus particulièrement d'adapter ces paramètres au vieillissement de la voie d'acquisition 14.
On conçoit alors qu'en fonction de résultats de ce calibrage, les moyens d'analyse 20 peuvent changer le mode de fonctionnement dégradé pour le mode de fonctionnement normal ou le mode de fonctionnement défaillant pour le mode de fonctionnement dégradé.
Il est clair par ailleurs que les moyens de correction 22 peuvent corriger le signal numérique délivré, à partir des paramètres du modèle de fonctionnement inverse calibrés par les moyens d'apprentissage 24.
Un procédé 50 d'acquisition d'au moins une grandeur physique, mis en œuvre par la chaîne d'acquisition 10 va désormais être expliqué en référence aux figures 2 à 5.
Ce procédé 50 comprend une phase d'acquisition P1 ; une phase d'autotest P2, une phase d'apprentissage P3 et une phase de compensation P4.
Un organigramme de la phase d'acquisition du procédé 50 est représenté sur la figure 2.
Ainsi, selon cet organigramme, lors d'une étape initiale 51 de la phase P1 ; le capteur 12 mesure la grandeur physique et génère un signal analogique SA correspondant à la valeur mesurée.
Lors d'une étape 53 suivante, le capteur 12 injecte le signal analogique SA générée dans la voie d'acquisition 14.
Lors d'une étape 55 suivante, la voie d'acquisition 14 transforme ce signal analogique SA en un signal numérique SN. Finalement, lors d'une étape 57 finale, la voie d'acquisition 14 délivre le signal numérique SN transformé au calculateur 16.
Un organigramme de la phase d'autotest P2 du procédé 50 est présenté sur la figure 3.
Ainsi, selon cet organigramme, lors d'une étape initiale 61 de la phase P2, les moyens d'autotest 18 élaborent un signal numérique de référence SNR comme indiqué précédemment.
Lors d'une étape 63 suivante, les moyens d'autotest 18 transforment ce signal numérique de référence SNR en un signal analogique de référence SAR par application du modèle de fonctionnement inverse.
Lors d'une étape 65 suivante, les moyens d'autotest 18 injectent ce signal analogique de référence SAR dans la voie d'acquisition 14.
Lors d'une étape 67 suivante, la voie d'acquisition 14 transforme ce signal analogique de référence SAR en un signal numérique de test SNT et délivre ce signal de test aux moyens d'autotest 18.
Lors d'une étape 69 suivante, les moyens d'autotest 18 et en particulier l'unité de comparaison 34, comparent le signal numérique de test SNT avec le signal numérique de référence SNR correspondant et communiquent le résultat de cette comparaison aux moyens d'analyse 20. Ce résultat correspond par exemple à des pertes de précision entre les deux signaux.
Lors d'une étape 71 suivante, les moyens d'analyse 20 déterminent un mode de fonctionnement de la voie d'acquisition 14 parmi les modes de fonctionnement normal, dégradé ou défaillant.
Finalement, lors d'une étape 73 finale, les moyens d'analyse 20 émettent un signal d'état SE indiquant le mode de fonctionnement courant de la voie d'acquisition 10 à destination du calculateur 16.
La phase d'apprentissage P3 du procédé 50 est apte à être lancée après la phase d'autotest P2.
Un organigramme de la phase d'apprentissage P3 du procédé 50 est présenté sur la figure 4.
Ainsi, selon cet organigramme, lors d'une étape initiale 81 de la phase P3, les moyens d'apprentissage 24 élaborent un signal numérique de référence minimal SNR min et un signal numérique de référence maximal SNR max.
Lors d'une étape 83 suivante, une séquence d'autotest reprenant les étapes 63 à 69 de la phase d'autotest P2 est lancée pour déterminer les pertes de précision sur chaque signal numérique de référence SNR min et SNR max. Lors d'une étape finale 85, les moyens d'apprentissage 24 calibrent les paramètres du modèle de fonctionnement inverse de la voie d'acquisition 14 pour minimiser les pertes de précision.
La phase de compensation P4 du procédé 50 est apte à être lancée après la phase d'apprentissage P3.
Un organigramme de la phase de compensation P4 du procédé 50 est présenté sur la figure 5.
Ainsi, selon cet organigramme, lors d'une étape initiale 91 de la phase P4, les moyens de correction 22 transforme le signal numérique SN délivré par la voie d'acquisition 14 en un signal analogique avec compensation SAC par le modèle de fonctionnement inverse calibré avec les nouveaux paramètres.
Lors d'une étape 93 suivante, les moyens de correction 22 transforment le signal analogique avec compensation SAC en un signal numérique avec compensation SNC par l'application d'un modèle de fonctionnement normal de la chaîne d'acquisition avec les paramètres initiaux.
Finalement, lors d'une étape 95 finale, les moyens de correction 22 délivrent le signal numérique avec compensation SNC au calculateur 16.
Un schéma illustrant les pertes de précision dans la voie d'acquisition 14 en fonction du vieillissement de la chaîne d'acquisition 10, est présenté sur la figure 6.
Ainsi, comme illustré sur cette figure 6, initialement les pertes de précision sont minimales et la voie d'acquisition 14 est dans le mode de fonctionnement normal.
Dans ce mode de fonctionnement, la phase d'autotest P2 succède la phase d'acquisition P-ι pour évaluer les pertes de précision.
Lorsque ces pertes dépassent le seuil V2, les moyens d'analyse 20 activent le mode de fonctionnement dégradé.
Dans ce mode de fonctionnement, les phases d'apprentissage P3 et de compensation P4 sont lancées respectivement pour calibrer les paramètres du modèle de fonctionnement inverse de la voie d'acquisition 14 et pour corriger le signal numérique délivré.
Si après la phase d'apprentissage P3, les pertes de précision sont au-dessous du seuil V2, les moyens d'analyse 20 activent le mode de fonctionnement normal. Sinon, la voie d'acquisition 14 continue à fonctionner dans le mode de fonctionnement dégradé.
Lorsque les pertes de précision dépassent le seuil V3, les moyens d'analyse 20 activent le mode de fonctionnement défaillant et les phases d'apprentissage P3 et de compensation P4 sont lancées à nouveau. Si après la phase d'apprentissage P3, les pertes de précision sont au-dessous du seuil V3, les moyens d'analyse 20 activent le mode de fonctionnement dégradé. Sinon, la voie d'acquisition 14 continue à fonctionner dans le mode de fonctionnement défaillant et c'est donc la chaîne 10 entière qui est reconnue par le calculateur 16 comme défaillante.
Bien entendu, d'autres modes et exemples de réalisation de la chaîne d'acquisition et du procédé associé peuvent être également envisagés.
On conçoit alors que la présente invention présente un certain nombre d'avantages.
La chaîne d'acquisition selon l'invention prend en compte le vieillissement de la voie d'acquisition et adapte ainsi ses moyens d'autotest.
Ceci permet alors de modéliser cette chaîne d'acquisition en fonction de son niveau de criticité réel au début de sa vie sans avoir besoin de le surdimensionner.
Ainsi, la chaîne d'acquisition selon l'invention est moins encombrante, plus simple et plus compacte d'exploitation par rapport aux chaînes d'acquisition de l'état de la technique.
De plus, la chaîne d'acquisition selon l'invention permet de détecter des défauts de son fonctionnement de manière efficace.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Chaîne d'acquisition (10) d'au moins une grandeur physique pour un système avionique embarqué critique, du type comportant :
- au moins un capteur (12) permettant de mesurer la grandeur physique ;
- au moins une voie d'acquisition (14) recevant un signal analogique (SA) correspondant à la grandeur physique mesurée par le capteur (12) et transformant ce signal analogique (SA) en un signal numérique (SN) correspondant, au moins certaines de ces transformations étant aptes à s'effectuer avec des pertes de précision ;
- des moyens d'autotest (20) permettant de vérifier l'intégrité de la voie d'acquisition (14) et de générer au moins un résultat d'autotest ;
caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens d'analyse (20) du résultat d'autotest pour déterminer un mode de fonctionnement normal, dégradé ou défaillant de la voie d'acquisition (10), et pour activer le fonctionnement de moyens de correction (22) du signal numérique délivré par la voie (14) lorsque celle-ci est dans le mode de fonctionnement dégradé.
2. - Chaîne d'acquisition (10) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que dans le mode de fonctionnement normal, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition (14) appartiennent à une première plage ([V1 ; V2]) de valeurs prédéterminée.
3. - Chaîne d'acquisition (10) selon la revendication 2, caractérisée en ce que dans le mode de fonctionnement dégradé, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition (14) appartiennent à une deuxième plage (]V2, V3]) de valeurs prédéterminée, chaque valeur de la deuxième plage (]V2, V3]) étant supérieure à chaque valeur de la première plage ([V1 ; V2]) et inférieure à chaque valeur d'une troisième plage (]V3, V4]) de valeurs prédéterminée.
4. - Chaîne d'acquisition (10) selon la revendication 3, caractérisée en ce que dans le mode de fonctionnement défaillant, les valeurs des pertes de précision de la voie d'acquisition (14) appartiennent à la troisième plage (]V3, V4]) de valeurs.
5. - Chaîne d'acquisition (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens d'autotest (18) comportent une unité de calcul (32) apte à exécuter dynamiquement un modèle de fonctionnement inverse de la voie d'acquisition (14), le modèle de fonctionnement inverse étant défini par une pluralité de paramètres et permettant aux moyens de correction (22) de corriger le signal numérique (SN) délivré par la voie d'acquisition (14) lorsque celle-ci est dans le mode de fonctionnement dégradé.
6.- Chaîne d'acquisition (10) selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle est apte à délivrer au moins :
- un signal numérique d'origine correspondant au signal numérique (SN) délivré par la voie d'acquisition (14) ;
- un signal d'état (SE) généré par les moyens d'analyse (20) et indiquant le mode de fonctionnement courant de la voie d'acquisition (14) ; et
- un signal numérique avec compensation (SNC) généré par les moyens de correction (22) et correspondant au signal numérique délivré par la voie d'acquisition (14) et corrigé par ces moyens de correction (22).
7.- Chaîne d'acquisition (10) selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que les moyens d'autotest (18) comportent en outre une unité de mémorisation (30) apte à stocker une base de données comportant les paramètres du modèle de fonctionnement inverse.
8.- Chaîne d'acquisition (10) selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que les paramètres du modèle de fonctionnement inverse sont calculés dynamiquement.
9. - Chaîne d'acquisition (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que le modèle de fonctionnement inverse permet en outre de calculer pour un signal numérique de référence (SNR), un signal analogique de référence (SAR), pour l'injecter dans la voie d'acquisition (14).
10. - Chaîne d'acquisition (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens d'autotest (18) comportent une unité de mémorisation (30) apte à stocker une base de données comportant des signaux numériques de référence (SNR) et des signaux analogiques de référence (SAR), chaque signal numérique de référence (SNR) étant associé à un signal analogique de référence (SAR) apte à être injecté dans la voie d'acquisition (14).
1 1 .- Chaîne d'acquisition (10) selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que les moyens d'autotest (18) comportent en outre une unité de comparaison (34) d'un signal numérique de test (SNT) délivré par la voie d'acquisition (14) et correspondant audit signal analogique de référence (SAR) injecté dans la voie d'acquisition (14), avec ledit signal numérique de référence (SNR).
12.- Chaîne d'acquisition (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 1 1 , caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens d'apprentissage (24) aptes à calibrer les paramètres du modèle de fonctionnement inverse, dans le mode de fonctionnement dégradé de la voie d'acquisition (14).
13.- Chaîne d'acquisition (10) selon la revendication 12, caractérisée en ce que les moyens de correction (22) sont aptes à corriger le signal numérique (SN) délivré, à partir des paramètres du modèle de fonctionnement inverse calibrés par les moyens d'apprentissage (24).
14.- Chaîne d'acquisition (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens d'autotest (18), les moyens d'analyse (20), les moyens de correction (22) et les moyens d'apprentissage (24) sont intégrés au moins en partie dans un composant unique (26).
15.- Chaîne d'acquisition (10) selon la revendication 14, caractérisée en ce que le composant unique (26) est situé à proximité du capteur (12).
16.- Procédé d'acquisition (50) d'au moins une grandeur physique, mis en œuvre par la chaîne d'acquisition (10) selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend une phase d'acquisition (P^ comportant les étapes suivantes :
- la mesure (51 ) d'une grandeur physique par le capteur (12) ;
- l'injection (53) d'un signal analogique (SA) correspondant à la grandeur physique mesurée dans la voie d'acquisition (14) ;
- la transformation (55) du signal analogique (SA) en un signal numérique (SN) par la voie d'acquisition (14) ;
- la délivrance (57) du signal numérique (SN).
17.- Procédé (50) selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une phase d'autotest (P2) comportant les étapes suivantes :
- l'élaboration (61 ) d'un signal numérique de référence (SNR) ; - la transformation (63) du signal numérique de référence (SNR) en un signal analogique de référence (SAR) par le modèle de fonctionnement inverse ;
- l'injection (65) de ce signal analogique de référence (SAR) dans la voie d'acquisition (14) ;
- la transformation (67) de ce signal analogique de référence (SAR) en un signal numérique de test (SNT) par la voie d'acquisition (14) ;
- la comparaison (69) du signal numérique de test (SNT) avec le signal numérique de référence (SNR) par l'unité de comparaison (34) ;
- la détermination (71 ) d'un mode de fonctionnement de la voie d'acquisition (14) parmi les modes de fonctionnement normal, dégradé ou défaillant.
18. - Procédé (50) selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une phase d'apprentissage (P3) comportant les étapes suivantes :
- l'application (81 ) de la phase d'autotest (P2) pour un signal numérique de référence minimal (SNR min) et pour un signal numérique de référence maximal (SNR max) pour déterminer les pertes de précision sur chacun de ces signaux numériques de référence ;
- le calibrage (85) d'un nouveau jeu de paramètres du modèle de fonctionnement inverse de la voie d'acquisition (14) par les moyens d'apprentissage (24).
19. - Procédé (50) selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une phase de compensation (P4) comportant les étapes suivantes :
- la transformation (91 ) du signal numérique (SN) délivré par la voie d'acquisition (14) en un signal analogique avec compensation (SAC) par le modèle de fonctionnement inverse calibré avec le nouveau jeu de paramètres ;
- la transformation (93) du signal analogique avec compensation (SAC) en un signal numérique avec compensation (SNC) par les moyens de correction (22).
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