WO2017009225A1 - Procédé de surveillance de l'état d'un câble de transmission de données et dispositif mettant en œuvre ce procédé - Google Patents

Abstract

Procédé de surveillance d'un état d'un câble de transmission ayant une extrémité reliée à un transmetteur de données et une extrémité reliée à un récepteur, comprenant les étapes de : - émettre dans le câble des signaux de test par modulation de porteuses selon un mode COFDM non reconfigurable, - détecter en aval du transmetteur des signaux correspondant aux signaux de test émis, - analyser les porteuses des signaux détectés au regard des signaux de test émis et en déduire l'état du câble. Dispositif de transmission agencé pour la mise en œuvre de ce procédé.

Description

PROCEDE DE SURVEILLANCE DE L'ETAT D'UN CABLE DE TRANSMISSION DE DONNEES ET DISPOSITIF METTANT EN ŒUVRE CE PROCEDE

La présente invention concerne le domaine de la transmission de signaux électriques sur un câble.

Il est connu des dispositifs de transmission de signaux électriques comprenant un émetteur et un récepteur relié à l'émetteur par un câble de transmission de données. Les signaux électriques sont par exemple des signaux de données superposés ou non à des signaux de puissance .

Il existe de nombreux types de câbles. Cependant, ceux-ci ont généralement en commun de comprendre des conducteurs entourés par des couches d' isolant et une couche de blindage.

Dans certaines applications, les câbles subissent des contraintes thermiques (températures élevées ou variations de températures de grande amplitude) , mécaniques (vibrations, traction, frottement) ou électriques (surtensions localisées) . Ces contraintes peuvent détériorer les câbles et altérer la qualité de la transmission des signaux électriques.

Il serait donc préférable d'inspecter périodiquement les câbles. Cependant, les câbles ne sont généralement ni visibles ni faciles d'accès : ils s'étendent dans des gaines ou des conduits ménagés dans les structures, ce qui empêche leur inspection. Par exemple, dans les avions, certains câbles courent dans des gaines ménagées dans la structure de l'avion le long du fuselage, sous les planchers ou dans les plafonds de la cellule. Une inspection des câbles demande donc le démontage d'un certain nombre d'éléments comme des panneaux, garnitures, isolations : ce démontage ne peut être réalisé qu'en dehors des périodes d'exploitation de l'avion, lors d'opérations de maintenance de grande ampleur. Il en résulte que des détériorations du câble peuvent se produire sans avoir pu être anticipées ou que la cause d'un dysfonctionnement d'un système de transmission de signaux électriques puisse ne pas être identifiée avec une certitude raisonnable avant l'inspection du câble. Généralement, comme l'émetteur et le récepteur sont plus faciles d'accès, il arrive, après une défaillance non identifiée du câble, que l'émetteur et/ou le récepteur soient démontés et renvoyés à leur fabricant pour inspection.

Un but de l'invention est de fournir un moyen pour détecter une défaillance présente, voire à venir, dans un câble de transmission de signaux électriques.

Dans le domaine de la transmission de données sur des réseaux dont les câbles ont des caractéristiques mal définies voire aléatoires, il est connu d'émettre les données dans le câble par multi-porteuse . Les données sont transmises par exemple sous forme de signaux codés multiplexés par division orthogonale de fréquences (dits plus couramment signaux COFDM de l'anglais « Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing ») . Ceci permet de faire passer un maximum de données dans les câbles en s ' affranchissant des imperfections des câbles.

L' invention repose sur un détournement de ce procédé de transmission qui va être utilisé sur un câble, de caractéristiques prédéterminées et de performances déterministes, pour surveiller l'état de ce câble.

Ainsi, on prévoit, selon l'invention, un procédé de surveillance d'un état d'un câble de transmission ayant une extrémité reliée à un émetteur de données et une extrémité reliée à un récepteur, comprenant les étapes de :

- émettre dans le câble des signaux de test par modulation de porteuses selon un mode COFDM non reconfigurable, détecter en aval de l'émetteur des signaux correspondant aux signaux de test émis,

- analyser les porteuses des signaux détectés au regard des signaux de test émis et en déduire l'état du câble .

Il a été remarqué qu'une modification des propriétés du câble provoque une altération des porteuses des signaux. La surveillance des porteuses permet donc de déduire un état du câble de transmission.

L'invention a également pour objet un dispositif de transmission de signaux électriques qui est agencé pour la mise en œuvre de ce procédé.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention.

Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique extérieure d'un dispositif de transmission de signaux électriques selon l'invention ;

- la figure 2 est une vue schématique intérieure de ce dispositif de transmission selon un premier mode de réalisation ;

- la figure 3 est une vue schématique d'un signal exploité pour la surveillance du câble selon le procédé de l'invention, le signal correspondant à une absence de défaut ;

- la figure 4 est une vue schématique d'un signal exploité pour la surveillance du câble selon le procédé de l'invention, le signal correspondant à une présence de défaut ;

la figure 5 est une vue analogue à la figure 2 de ce dispositif de transmission selon un deuxième mode de réalisation. En référence aux figures, le dispositif de transmission de signaux électriques selon l'invention comprend des coupleurs comportant un émetteur 100 et un récepteur 200 qui est relié à l'émetteur 100 par un câble de transmission 3 à deux paires torsadées de type « quadrax ». Un tel câble est caractérisé par une impédance itérative et une faible diaphonie avec la ligne de retour. Le câble 3 est ici destiné à transporter du courant continu à haute tension (ou HVDC) , soit 540 V, et des données. La puissance est transmise en mode commun sur le câble 3. Les coupleurs sont destinés à être reliés chacun à un équipement électronique agencé pour exploiter les signaux échangés via les coupleurs et le câble 3. Les coupleurs sont tous deux agencés pour échanger des signaux codés multiplexés par division orthogonale de fréquences (ou COFDM) . Ce procédé de multiplexage est connu en lui-même et ne sera pas détaillé ici : on rappellera simplement que ce procédé consiste à diviser le signal à transmettre en sous-ensembles, ayant une faible bande passante, qui sont utilisés chacun pour moduler un nombre relativement important de porteuses orthogonales .

De façon connue en elle-même, l'émetteur 100 comporte en entrée un convertisseur série/parallèle 11 relié à un convertisseur de Fourier inverse 12 (conversion des signaux par une transformée de Fourier rapide inverse) ayant une première sortie pour fournir la partie réelle du signal converti et une deuxième sortie pour fournir la partie imaginaire du signal converti. La première sortie et la deuxième sortie sont reliées respectivement à un convertisseur numérique analogique

13.1 et à un convertisseur numérique analogique 13.2.

Les convertisseurs numériques analogiques 13.1,

13.2 sont reliés via des multiplieurs 17 à un sommateur 14 raccordé à un amplificateur 15 ayant une sortie reliée au câble 3. L'émetteur 100 comprend un oscillateur ou générateur de fréquence 16 relié via un dispositif déphaseur 18 aux multiplieurs 17 situés à la sortie de chaque convertisseur numérique analogique 13.1, 13.2.

De façon connue en elle-même, le récepteur 200 comporte en entrée un amplificateur différentiel 25 qui est relié au câble 3 et qui est relié par deux lignes à des filtres 27.1, 27.2 reliés à des convertisseurs analogiques numériques 23.1, 23.2. Les convertisseurs analogiques numériques 23.1, 23.2 sont reliés à des entrées d'un convertisseur de Fourier 22 (conversion par transformée de Fourier rapide) ayant une sortie reliée à un convertisseur parallèle/série 21. Le récepteur 200 comprend en amont de l'amplificateur différentiel 25 un générateur de fréquence 26 disposant d'une sortie directe et d'une sortie déphasée de 90° par un dispositif déphaseur 28. Ces deux sorties sont reliées chacune à un multiplieur 29 monté entre l'amplificateur différentiel 25 et les filtres 27.1, 27.2.

Selon l'invention, le dispositif comporte un organe, généralement désigné en 120, de surveillance de l'état du câble 3. L'organe de surveillance 120 comprend en entrée un récepteur différentiel 125 qui est relié en entrée au câble 3 en aval de l'amplificateur 15 et en sortie à deux lignes comportant respectivement un multiplieur 129.1, 129.2 suivi d'un filtre 127.1, 127.2 relié à un convertisseur analogique numérique 123.1, 123.2. Les convertisseurs analogiques numériques 123.1, 123.2 sont reliés à des entrées d'un convertisseur de Fourier 122 (inverse de la transformée de Fourier rapide) .

Un générateur de fréquence 126 est relié d'une part au multiplieur 129.1 directement et, d'autre part, au multiplieur 129.2 via un dispositif déphaseur 128 assurant un déphasage à 90° du signal issu du générateur de fréquences 126. Le générateur de fréquences 126 est en outre relié par des sommateurs 19 aux deux lignes de sortie du générateur de fréquences 16.

En fonctionnement, le convertisseur de Fourier inverse 12 fournit au convertisseur numérique analogique 13.1 et au convertisseur numérique analogique 13.2 respectivement la partie réelle et la partie imaginaire du signal converti par le convertisseur série/parallèle 11. Les signaux réel et imaginaire sont multipliés par la somme de deux porteuses en quadrature issues respectivement des générateurs de fréquence 16 et 126 via les multiplieurs 17. Les deux générateurs de fréquence 16 et 126 génèrent eux-mêmes des signaux en quadrature qui sont additionnées par les sommateurs 19. La résultante finale en sortie du sommateur 14 est la transmission du même signal sur deux porteuses distinctes (référencées S2 et S3 sur la figure 3) . La fréquence centrale du signal S2 est choisie en fonction de critères de qualité de la transmission de l'information ; la fréquence du signal S3 est choisie la plus haute possible afin de maximiser les effets des dégradations physiques de la ligne 3. En sortie du sommateur 14, les signaux sont mis à niveau par l'amplificateur 15 pour leur émission sur la ligne 3 via deux résistances d'adaptation 20. Les résistances d'adaptation 20 servent à faire en sorte que l'amplificateur 15 présente une impédance de sortie suffisamment éloignée de zéro ohm à la ligne 3 pour rendre possible la détection d'une variation de tension sur la ligne 3 imposée par une variation de charge due à sa dégradation.

On comprend que les multiplieurs 129.1, 129.2 multiplient la partie réelle du signal émis avec un signal de fréquence issu du générateur de fréquence 126 et la partie imaginaire du signal émis avec un signal de fréquence issu du dispositif déphaseur 128 et déphasé de 90° par rapport au signal de fréquence issu du générateur de fréquence 126 (les signaux de fréquence issus du générateur de fréquence 126 et du dispositif déphaseur 128 ont une fréquence supérieure aux signaux de fréquence issus du générateur de fréquence 16 et du dispositif déphaseur 18) . Les sommateurs 19 permettent d'une part d'additionner le signal de fréquence issu du générateur de fréquence 126 au signal de fréquence issu du générateur de fréquence 16 et, d'autre part, d'additionner le signal de fréquence issu du dispositif déphaseur 128 au signal de fréquence issu du dispositif déphaseur 18.

La figure 3 représente le signal S émis par l'émetteur 100. Le signal S comprend :

- une première portion qui est un signal de puissance SI,

une deuxième portion qui se trouve dans une bande de fréquences moyennes et qui est un signal de données S2,

- une troisième portion qui se trouve dans une bande de fréquences relativement hautes et qui forme le signal de test S3.

Le récepteur différentiel 125 est calé sur la bande des fréquences hautes pour démoduler en amplitude les porteuses de la bande haute correspondant au signal de test S3.

Le convertisseur de Fourier 122 a des sorties reliées à un calculateur qui met en œuvre : un registre d'amplitudes spectrales reçues 131, une mémoire des profils d'amplitude 132 en fonction de la fréquence et un comparateur de profil 133 agencé pour comparer le profil d'amplitude du signal prélevé aux profils d'amplitude mémorisés. Les profils d'amplitude mémorisés sont par exemple ceux du câble 3 au moment de sa mise en service, c'est-à-dire au moment où le câble 3 est censé présenter les meilleures performances.

En dehors de tout défaut, le signal S a l'allure représentée à la figure 3. Le signal est ici représenté de forme parfaite : il est entendu que ce signal peut présenter des imperfections, l'important étant que ces caractéristiques soient mémorisées de telle manière qu' il puisse constituer un signal de référence.

En cas de modification substantielle des propriétés du câble 3, la réponse du câble 3 ne sera plus celle d'un câble à impédance itérative et présentera, vu de l'émetteur, une impédance complexe qui se traduit par des phénomènes de résonance générateurs de discontinuité dans la réponse fréquentielle du câble. L'étude de la réponse en fréquence permet de détecter une altération des caractéristiques physiques du câble 3. Une modification locale de la géométrie du câble 3 introduit une résonance série diminuant fortement l'impédance pour une fréquence particulière correspondant à la fréquence de résonance (il en résulte une atténuation de la porteuse à cette fréquence) ou une résonance parallèle engendrant une surtension à la fréquence de résonance. On voit sur la figure 4 que certaines porteuses du signal de test S3 sont atténuées tandis que d'autres porteuses du signal de test S3 sont amplifiées. La localisation du défaut le long du câble dépend de la fréquence de la porteuse altérée : plus le défaut est éloigné de l'émetteur et plus la porteuse altérée a une fréquence basse. Dans le mode de mise en œuvre ici décrit, les deux signaux S2 et S3 peuvent être utilisés comme signaux de test : le signal S2 est alors utilisé pour estimer grossièrement la localisation du défaut à partir de la fréquence de la porteuse altérée dans le signal S2 et le signal S3 est utilisé pour affiner l'estimation de la localisation du défaut à partir de la fréquence de la porteuse altérée dans le signal S3. La comparaison des profils d'amplitude permet de réaliser l'étude de la réponse fréquentielle . Cette comparaison est effectuée en régime permanent. Il est avantageux d'enregistrer les différents profils d'amplitudes reçues car il est possible de déduire des différents profils d'amplitudes reçues successivement détectés des tendances montrant par exemple une dégradation des performances du câble 3. Un moyen de déterminer de telles tendances est par exemple de compter le nombre de porteuses en défaut par signal. Si ce nombre tend à s'accroître, on pourra déduire qu'une altération du câble est en cours d'évolution. Il sera possible d'établir une courbe en fonction du temps du nombre de porteuses défaillantes par rapport au nombre de porteuses défaillantes capable d'être corrigé par le procédé COFDM. Cette courbe donnera une projection dans le temps de l'occurrence de la défaillance à venir, donc la limite d'application de l'opération de maintenance à venir.

On notera que l'utilisation de fréquences élevées pour le signal de test S3 permet d'accentuer les perturbations des porteuses.

Dans le premier mode de réalisation, la surveillance de l'état du câble 3 peut être menée même quand le récepteur 2 n'est pas en fonctionnement.

Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront une référence numérique identique à ceux-ci dans la description qui suit du deuxième mode de réalisation.

En référence à la figure 5, selon le deuxième mode de réalisation, l'organe de surveillance 120 est monté pour une grande part du côté du récepteur 200.

Plus précisément, l'organe de surveillance 120 est relié à la sortie de l'amplificateur différentiel 25 de sorte que le récepteur différentiel 125 n'est plus nécessaire. La sortie de l'amplificateur différentiel 25 se raccorde, d'une part, aux filtres 27.1, 27.2 comme précédemment et, d'autre part, à deux lignes comportant respectivement un multiplieur 129.1, 129.2 suivi d'un filtre 127.1, 127.2 relié à un convertisseur analogique numérique 123.1, 123.2. Un générateur de fréquence 126 est relié d'une part au multiplieur 129.1 directement et, d'autre part, au multiplieur 129.2 via un dispositif déphaseur 128 assurant un déphasage à 90° du signal issu du générateur de fréquences 126. Les convertisseurs analogiques numériques 123.1, 123.2 sont reliés aux entrées du convertisseur de Fourier 122 (conversion par l'inverse de la transformée de Fourier rapide) . Comme précédemment, le convertisseur de Fourier 122 a des sorties reliées à un calculateur qui met en œuvre : un registre d'amplitudes spectrales reçues 131, une mémoire des profils d'amplitude 132 en fonction de la fréquence et un comparateur de profil 133 agencé pour comparer le profil d'amplitude du signal prélevé aux profils d'amplitude mémorisés.

En revanche, l'émetteur conserve un générateur de fréquence 126 relié comme précédemment par des sommateurs à la sortie du générateur de fréquences 16.

Le fonctionnement du deuxième mode de réalisation est identique à celui du premier mode de réalisation.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.

La comparaison peut être réalisée sur la base d'un profil de référence déterminé de manière statistique ou de manière théorique.

Le signal de test peut servir au transport de données ou pas.

Le signal de test peut comprendre au moins deux portions qui ont des bandes de fréquences différentes et qui sont séparées l'une de l'autre ou ne comporter qu'une seule portion de test (S2 ou S3) .

Il est en outre possible d'étudier d'autres caractéristiques du signal de test comme la réponse fréquentielle .

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de surveillance d'un état d'un câble de transmission ayant une extrémité reliée à un transmetteur de données et une extrémité reliée à un récepteur, comprenant les étapes de :

- émettre dans le câble des signaux de test par modulation de porteuses selon un mode COFDM non reconfigurable,

- détecter en aval du transmetteur des signaux correspondant aux signaux de test émis,

analyser les porteuses du signal détecté au regard du signal émis et en déduire l'état du câble.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'analyse comprend une étude de réponse en fréquence des signaux détectés pour détecter un défaut d'au moins une porteuse et en déduire une altération du câble.

3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la détection est faite dans le câble à la sortie du transmetteur.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la détection est faite dans le récepteur.

5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel des signaux de données sont transmis simultanément avec les signaux de test, les signaux de test étant transmis dans une bande de fréquences supérieures à une bande de fréquences des signaux de données.

6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel chaque signal de test comprend au moins deux portions qui ont des bandes de fréquences différentes et qui sont séparées l'une de l'autre.

7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel au moins une des portions est utilisée pour transmettre des données.

8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un signal de puissance est transmis simultanément avec les signaux de test, le procédé comprenant l'étape de mesurer la tension et le courant du signal de puissance pour détecter des variations de la résistance série du câble .

9. Dispositif de transmission de données comprenant un émetteur et un récepteur relié à l'émetteur par un câble de transmission de type à deux paires torsadées, au moins l'émetteur étant agencé pour mettre en œuvre le procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.