WO2023117434A1 - Systeme et procede pour la detection de defauts dans des structures allongees - Google Patents

Systeme et procede pour la detection de defauts dans des structures allongees Download PDF

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WO2023117434A1
WO2023117434A1 PCT/EP2022/084821 EP2022084821W WO2023117434A1 WO 2023117434 A1 WO2023117434 A1 WO 2023117434A1 EP 2022084821 W EP2022084821 W EP 2022084821W WO 2023117434 A1 WO2023117434 A1 WO 2023117434A1
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Bastien CHAPUIS
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Definitions

  • the invention relates to the field of monitoring the health of structures ("Structural Health Monitoring” or SHM according to the established Anglicism), in particular the monitoring by non-destructive testing of the health of elongated structures, such as rails railways.
  • the rail is a critical element whose integrity must be monitored. Subjected to very strong thermomechanical stresses (e.g. internal stresses due to thwarted thermal expansion, passage of trains), the rail sections wear out over time, which can cause defects (e.g. breakage and breaking) and sometimes lead to serious breakage.
  • thermomechanical stresses e.g. internal stresses due to thwarted thermal expansion, passage of trains
  • the rail sections wear out over time, which can cause defects (e.g. breakage and breaking) and sometimes lead to serious breakage.
  • the present invention meets this need.
  • An object of the present invention is a method (and an associated device) which is implemented to inspect the state of health of railway rails even when the traffic on these rails is dense.
  • the system of the present invention remains effective in detecting rail breakage even in the event of heavy traffic of trains on a track.
  • the proposed solution makes it possible to improve the robustness of a rail fault diagnosis in the presence of trains traveling on a track.
  • the invention which does not require waiting for a time window without a train to pass, to inspect a section of track, can be deployed in areas with heavy train traffic, and thus allows to increase surveillance of busy roads.
  • a method for detecting defects in an elongated structure acting as an ultrasonic waveguide, said elongated structure being instrumented with a plurality of transducers capable of acquiring measurement signals from characteristic quantities of guided ultrasonic waves propagating in said elongated structure, each transducer being coupled to an electronic device installed along said structure, this electronic device being configured to process measurement signals received from at least one transducer, the all electronic devices being synchronized on the same clock.
  • the method is computer-implemented and includes the steps of:
  • - (602, 604) performing between a transmitter transducer and a receiver transducer, at least one transmission and reception operation of a guided ultrasonic wave in the elongated structure, said guided ultrasonic wave corresponding to a modulated signal where the signal is a signal Y(-t) obtained by time reversal of a calibration signal Y(t) acquired between the receiver transducer and the transmitter transducer, and where the modulation is an initial predefined modulation code composed of a sequence of bits at 0 and at 1;
  • the method comprises before the transmission and reception step, a preliminary step of calibrating each of the electronic devices associated with the transmitter transducer and the receiver transducer, the calibration consisting in transmitting from said receiver transducer a signal and receiving a calibration signal Y(t) by said transmitting transducer.
  • the method comprises before the transmission and reception step, a preliminary step of calibrating each of the electronic devices associated with the transmitting transducer and the receiving transducer, the calibration consisting in transmitting from said transmitting transducer a signal and to receive a calibration signal Y(t) by said receiver transducer, then to communicate the calibration signal Y(t) to the transmitter transducer to store it before time reversal.
  • the preliminary step further comprises a step consisting in defining an initial calibration signal modulation code, composed of a sequence of bits at ⁇ 1 and at 1.
  • the initial modulation code further comprises a sequence of error correction bits chosen either as a single parity bit, or as a more complex code, of the Hamming code or Golay.
  • the method comprises, before the correlation step, a step of cleaning the signal 's' or the averaged signal 's m ', received by the receiving transducer, said cleaning step comprising a step consisting in smoothing the signal 's' or the averaged signal 's m ' using a low-pass filter to remove very energetic parasitic high-frequency transient disturbances.
  • the step of smoothing the signal 's' or the averaged signal 's m ' received defines a smoothed signal on a moving average according respectively to the following equation: and where t j are the samples of the received signal 's' or 's m ', and 'N' is the number of samples over which the moving average is carried out.
  • the method further comprises a step consisting in zeroing the samples of the received signal 's' or 's m ' or of the smoothed signal, the amplitude of which in absolute value is less than one given threshold.
  • the correlation step is carried out according to the following equation: where C i is the code made up of the N bit bits sent at times t i , and is the signal received at the receiving transducer 's', possibly averaged 's m ' and/or cleaned
  • the correlation step is replaced by a step of detecting the peaks of the signal obtained after cleaning.
  • the step of detecting the peaks of the signal obtained after cleaning is done with a thresholding operation.
  • the step of detecting the peaks of the signal obtained after cleaning is done with a signal processing procedure such as a time-frequency transform or by pattern recognition.
  • the fault determination step includes a step of generating an alert if the result of the comparison is a value lower than a predefined threshold.
  • the invention also relates to a system for detecting faults in an elongated structure acting as an ultrasonic waveguide, said elongated structure being instrumented with a plurality of transducers capable of acquiring measurement signals of characteristic quantities of guided ultrasonic waves propagating in said elongated structure, each transducer being coupled to an electronic device installed along said structure, an electronic device being configured to process measurement signals received from at least one transducer, the set of electronic devices being synchronized on the same clock, the system comprising means for implementing the steps of the method of the invention.
  • a particular use of the system and method of the invention is for railway tracks.
  • the invention also relates to a computer program product which comprises code instructions making it possible to perform the steps of the method of the invention, when the program is executed on a computer.
  • Figure 1 illustrates an implementation context of the device of the invention
  • Figure 2 illustrates the different types of waves propagating between two sensors
  • Figure 3 illustrates an example of the structure of an electronic node for implementing the method of the invention
  • Figure 4 illustrates signals measured at four transducers during the passage of a train
  • FIG. 5a and FIG. 5b illustrate an embodiment of a method for detecting faults in an elongated structure, based on a modulation/demodulation approach for communication by guided elastic waves between two points;
  • Figure 6a and Figure 6b illustrate an embodiment of the method of the invention. [0044] Detailed Description
  • Figure 1 illustrates a context of implementation of the device of the invention on rails.
  • this example is non-limiting and those skilled in the art will be able to adapt the implementation described to any other application implementing an elongated waveguide and a mobile device moving along the waveguide.
  • the waveguide is a rail and the mobile device is a train.
  • an analogous situation could be that of the monitoring of cable cars for example, the waveguide being the cable and the mobile device the cable car cabin.
  • Figure 1 shows the rails 101, 102 of a railway 100, which are equipped with a plurality of guided elastic wave transducers (1111-1, 1112-1, 1111-2, 1112-2, ... ).
  • the term "equipped" means that the transducers can be located on one or more locations of a rail, such as for example under the railhead, on the internal web of the rail, on the external web of the rail, under the rail.
  • two transducers (1111-1, 1111-2) are each arranged respectively on one of the two rails (101, 102), close to a first electronic node 111-1, and two transducers (1112- 1, 12112-2) are respectively each arranged on one of the two rails (101, 102) close to a second electronic node 111-2.
  • transducers can also be arranged on the rails of a second railway track for the movement of trains in the other direction, these transducers being able to be coupled to the same electronic nodes (111-1, 111-2) than the first railway line.
  • a transducer is a device that converts one physical signal into another, and there are a wide variety of transducers.
  • an electromagnetic acoustic transducer in English “ElectroMagneto- Acoustic Transducer”, acronym EMAT
  • EMAT ElectroMagneto- Acoustic Transducer
  • PZT piezoelectric transducer
  • Each electronic node installed along a railway track is configured to analyze the signals from the transducers in order to determine the existence of faults in the rails, and to communicate to a remote server 110, messages informing of the presence whether or not there is a defect in an analyzed section of rail.
  • the analysis results can be displayed on a man-machine interface (HMI) 112 of a control station, in a form directly usable by a user, for example by indicating visually on a map of the railway line the location of the/ faults).
  • HMI man-machine interface
  • the communication of messages between the electronic nodes and the remote server can be established according to different short or long range, low or high speed communication protocols, which can implement different wired or wireless technologies, such as 3G, 4G technologies. , 5G, Wifi, Ethernet, optical fiber, LoRa, Sigfox, etc.
  • Each transducer can operate both as a transmitter and as a receiver.
  • Several signals can then be used, and correspond to: a wave (211, 213) transmitted from the transmitter 1111-1 to the receiver 1112-1 (and vice versa), as well as a wave reflected 212 by the fault when the transmitter 1111 -1 works in pulse-echo (the same transducer acts as transmitter and receiver).
  • the analysis of the presence or absence of a transmitted and/or reflected wave provides information on the presence or not of a fault locally.
  • the absence of a transmitted wave provides information on a complete break (or at least very severe) of the rail between two transducers, but does not provide information on the location of the break.
  • the travel time of the reflected wave allows precise location of the breakage, the diagnosis possibly being reinforced by the analysis of a reflected wave emitted by a transducer located on the other rail.
  • the transmitted wave 213 makes it possible to detect and possibly locate a fault 200 or even to characterize it (estimate its severity), but this requires to know precisely the travel time of the wave.
  • the receiver of a node needs to know precisely the transmission peak in order to calculate the signal observation window and measure the travel time.
  • the synchronization between a transmitter and a receiver of the device of the invention is necessarily very precise, generally less than one microsecond.
  • the synchronization is carried out by a satellite positioning system, called GNSS (for Geolocation and Navigation by a Satellite System).
  • GNSS for Geolocation and Navigation by a Satellite System
  • a GNSS system is based on a constellation of artificial satellites making it possible to provide a user or a circuit (via a portable receiver) with its position, its speed and the time.
  • Figure 3 illustrates an example of the structure of an electronic node for implementing the method of the invention.
  • a node 111 comprises: an energy source 300 (eg a battery-type power supply, solar panels, access to an external power supply, etc.); an electronic circuit comprising a circuit 310 for measuring elastic waves; a circuit 312 for transmitting elastic waves; storage components 314; a signal processing circuit 316 (which may be an FPGA, a CPU or any other circuit suitable for processing the signals received); a communication circuit 318 (wired or wireless (eg LoRa) coupled to an antenna 319 suitable for sending messages according to a communication protocol with low energy consumption); a GNSS receiver 320, for example of the GPS type including an antenna circuit 321 and on-board electronics.
  • a node is coupled to at least one guided elastic wave transducer (eg 1111 -1 ), which is installed on a rail close to the node.
  • the energy source 300 can be supplied by dynamo systems recharged by the passage of trains on the railway and/or by one or more photovoltaic panels and/or by one or more wind masts.
  • the GNSS circuit 320 can be shared between several nodes.
  • the GNSS circuits are associated with the transducers so as to precisely timestamp the signals measured by the transducers, while guaranteeing sub-microsecond synchronization between two nodes several kilometers apart.
  • the time-stamping circuits and/or the calculation circuits and/or the GNSS circuits can be variously distributed in space (e.g. existence of centers, fully distributed system, hierarchical arrangement between nodes) .
  • each node knows a priori (or the server sends it) the state (transmitter state or receiver state) in which it must be on a very precise date (to the microsecond close).
  • the node automatically configures itself in the defined state (ie to transmit or receive the waves).
  • a node having to transmit proceeds to the transmission of the signal then switches to reception mode to measure the signal reflected in pulse-echo.
  • the receiving node activates its receiving circuit.
  • the offset is typically of the order of 300 ms (for 2 nodes separated by 1 km with a propagation speed of 3000 m/s). That is to say, the receiving node starts listening at 14h 00min 00s 300ms OOOps, for a typical duration of 100 ms.
  • each sample of the signal is precisely timestamped, i.e. it is associated with an absolute time precise to less than a microsecond, thanks to the GNSS timestamp.
  • the structure of a node of the system of the invention makes it possible to guarantee synchronization between two nodes several kilometers apart, the distance can be greater as long as there is GPS coverage for both nodes.
  • the signal processing circuit 316 which is embedded in each node makes it possible, from the signals emanating from the elastic waves and received from the close neighboring nodes, to make a local diagnosis, concerning the presence or not of a fault locally.
  • the local diagnostic circuit 316 makes it possible to detect the existence of one or more local faults over a length of rail including a few transducers, from synchronized measurements of the elastic waves propagating in the rail, even in the presence of passing trains. .
  • the signal processing circuit 316 implemented on each node comprises software means for implementing the analysis method of the invention.
  • the criterion which verifies the good health of a rail, during the analysis of the ultrasonic signals, is linked to the detection of a peak of amplitude greater than a given value, a value which is fixed by the level of noise measured by the transducers.
  • FIG. 4 is a statement of several signals S1, S2, S3, S4, measured at the level of 4 transducers C1, C2, C3, C4, when a train traveling at 45 km/h passes.
  • the transducers are here spaced respectively by 40 m (C1-C2), 37 m (C2-C3) and 140 m (C3-C4). It can be seen in the figure by the successive passages over the various transducers, that when the train approaches the transducers the vibrations generated are very energetic, such as to mask the peak transmitted by the system.
  • FIG. 5a and FIG. 5b illustrate an embodiment of a fault detection method applied to a railway track rail based on a modulation/demodulation approach for communication by elastic waves guided between two points such as that described in the aforementioned article by Moll et al..
  • the method is applied between a transmitter node associated with a transducer located at a point P1 on a rail and a receiver node associated with a transducer located at a point P2 on the rail.
  • the points P1 and P2 are not close and can be separated by at least one kilometer or more, the distance between the two points being limited only by GPS coverage to guarantee synchronization and attenuation of the waves as the waves progress. and as they propagate through the rail.
  • the method 500 begins with a preliminary phase 501 carried out before any passage of a train, which includes a step of calibrating the electronic nodes with which the points P1, P2 are associated.
  • the calibration consists in transmitting from a transmitter node via the associated point P1, a signal and in considering how is the signal which is received at the level of the receiver node associated with the remote point P2, i.e. what are the deformations undergone by the signal in the rail .
  • the signal which is sent for the calibration is a burst signal.
  • the signal received thus gives the reference signal for the next steps of the analysis, and it is stored in a memory of the receiving node (for example the memory 314).
  • the preliminary phase 501 also includes a step of selecting an initial code which will correspond to the signal to be transmitted from the transmitter node, to generate a coded sequence which will trigger an ultrasonic wave guided in the rail from point P1 towards point P2.
  • the code that is chosen is made up of a sequence of '0' and '1'.
  • the method is initiated during the emission 502 of a guided ultrasonic wave in the rail, the guided wave corresponding to a signal modulated by the predefined code (ie a coded sequence) emitted by the transmitter transducer positioned nearby of the first point P1 .
  • the triggering of the sending of guided ultrasonic waves in the rail is done without worrying about the passage of the trains.
  • FIG. 5b schematically illustrates how a sequence coded with a code '11100110' transmitted at point P1 is received at point P2.
  • the coded signal received is stored in the memory of the receiver node associated with the point P2 in order to analyze it.
  • the method performs a mathematical correlation between the initial signal stored in the memory of the receiver node and the coded signal received.
  • the next step 508 consists in applying a threshold to the envelope of the rectified signal (absolute value) of the correlation. As illustrated in FIG. 2 of the article by Moll et al., this rectified correlation signal is divided into time segments equivalent to the length of the signal sent for calibration. If over the duration of one of these sections, the envelope of the correlation exceeds the threshold at a given time, then the value '1' is assigned to this section. If over the entire duration of a section, the amplitude of the correlation envelope remains below the threshold then the value '0' is assigned to this section.
  • the method continues with a step 510 of comparing the sequence of '1' and '0' obtained in the previous step 508 with the initial code 501 .
  • the comparison gives a result 512 on the health of the rail. If the two codes are identical, the result indicates that the rail is healthy (i.e. no fault detected), and if the two codes differ, the method indicates that the rail is not healthy and can raise an alert that there is a fault on the portion of rail between points P1 and P2.
  • the problem with which the present invention is concerned is that of the propagation of guided ultrasonic waves over significantly longer distances, compared to the wavelengths involved for the elastic waves, at namely several tens of thousands of wavelengths between two sensors on a rail, versus a few tens of wavelengths at most in all the cases presented by the authors of the aforementioned article.
  • the propagation signals of guided elastic waves between two transducers are very long and distorted.
  • the information from the calibration signal is then “spread” over a long and very complex signal, a good part of which is of small amplitude compared to the frequency component of dominant amplitude.
  • the information is then drowned in the electronic or physical noise at the time of measurement by the transducer.
  • the correlation operation with the current signal is therefore very difficult to establish (because the signals are of a very complex form, and as soon as a minimum of noise is added, the signal is even more different, and the correlation becomes very complicated), which adds to the difficulty mentioned above in the event of additional noise due to passing trains.
  • the signals to be correlated are extremely long, and the method presented in FIGS. 5a and 5b based on the approach presented in the article by Moll et al. would then require significant computing capacities, not very compatible with an inexpensive embedded system.
  • the inventors have developed an approach which is based on a calibration step with time reversal, and a specific correlation step.
  • time reversal is a known technique
  • the implementation of the previous approach with time reversal in the context of long structures is not immediately applicable.
  • Figure 6a and Figure 6b illustrate the method of the invention for a railway application.
  • this example is non-limiting and those skilled in the art will be able to use this method for any other application implementing an elongated waveguide and a mobile device moving along the waveguide.
  • the waveguide is a rail and the mobile device is a train.
  • the method 600 begins with a preliminary phase 601 carried out before any passage of a train, which includes a step of calibrating the electronic nodes with which points P1, P2 are associated.
  • the calibration consists in transmitting from a calibration transmitter node via the associated point P2, a signal and in considering how is the signal Y(t) received at the level of the calibration receiver node associated with the distant point P1, i.e. what are the deformations suffered by the signal in the rail.
  • the calibration can be done in the opposite direction, that is to say by transmitting from a calibration transmitter node via the associated point P1, a signal and by considering how is the signal received at the level of the calibration receiver node associated with the remote point P2, i.e. what are the deformations undergone by the signal in the rail.
  • the calibration signal Y(t) received at P2 is then communicated (for example via a remote server) to the point P1 where it is stored in memory for later use by time reversal.
  • the signal which is sent for the calibration is a burst signal. In another embodiment, represented in FIG. 6a, the signal which is sent for the calibration is a short pulse.
  • the received signal Y(t) then gives the reference signal which will be used, after a time reversal step (i.e. Y(-t)), as a transmission signal by the node P1.
  • This reference signal Y(t) is stored in a memory of the node P1 (for example the memory 314).
  • time reversal process intrinsically makes it possible to compensate for the deformations undergone by the signal during its propagation in the rail, and in particular the deformations linked to the dispersion of the guided elastic waves, which are very significant when the propagation distances are very large. long.
  • Time reversal makes it possible to naturally cause all the frequency components of the signal to arrive in phase at the level of the receiver transducer, and therefore to measure signals of significant amplitude, thus making it possible to minimize the contribution of noise coming from the train in relation to the information. carried by the signal during the decoding phase, in particular by correlation.
  • the preliminary phase 601 also includes a step of selecting an initial code which will correspond to the signal to be transmitted from the transmitter node (at point P1), to generate a coded signal used to trigger an ultrasonic wave guided in the rail. from point P1 to point P2.
  • the chosen code is communicated to the receiving node and stored in memory.
  • the code that is chosen is made up of a sequence of '0' and '1'.
  • the signal can be coded as a sequence of '1' and '-1', which does not change the performance of the system in any way (in terms of quantity of information transmitted) but which facilitates the presentation of the coding/decoding operations in certain cases (allows to make the correlation on a fixed number of bits over a shorter duration).
  • the chosen code can be very brief and correspond to a short sequence of bits (typically 8 or even 4 bits) in order to minimize the duration of the transmission signal and therefore the energy consumed by the system.
  • the chosen code can be much longer in order to maximize the reliability of the transmission.
  • the code can also optionally include an error correction sequence in order to detect or even correct certain transmission errors and increase the reliability of the decoding by the redundancy of information transmitted.
  • This correction sequence may be a simple parity bit or a more complex code, of the Hamming code or Golay code type or other code.
  • the fault detection method is initiated during a first transmission 602 of an ultrasonic wave guided in the rail, the guided wave corresponding to a general signal originating from the time reversal and modulated with the predefined code.
  • the general signal emitted by the transmitter transducer positioned close to the first point P1 is then a succession of signals Y(-t) and signals -Y(-t) according to the chosen coded sequence.
  • the coded signal received is digitized and stored in the memory of the receiver node associated with the point P2 in order to analyze it.
  • the steps of transmission 602 and reception 604 of the coded sequence are repeated several times (typically a few tens to hundreds of times).
  • the coded signal 's' which is then considered for the analysis, is an averaged signal 's m ' over the various receptions 604, to reduce the influence of the noise generated by the train in the analysis.
  • signal received designates the single signal 's' or the averaged signal 's m '.
  • step 606 cleaning is applied to the received signal (s or s m ) to obtain a cleaned signal.
  • This cleaning consists of several steps, all optional.
  • a first step consists in smoothing the received signal with the aid of a low-pass filter in order to eliminate very energetic parasitic high-frequency transient disturbances.
  • a second step consists in zeroing the samples of the signal whose amplitude in absolute value is less than a given threshold.
  • the threshold can for example be fixed at 10 times the maximum amplitude of the noise received in the absence of wave and train transmission.
  • a next step 608 the method performs a mathematical correlation between the initial code stored in the memory of the receiver node (at point P2) and the signal s(t) received, either after cleaning and/or averaging, this signal including noise related to passing trains. Due to the structure of the signals involved in the context of the invention where the signals consist of a very large number of zeros, the correlation calculation of the present invention is very inexpensive, and it can thus be implemented easily on an embedded system with limited computing power.
  • the correlation calculation is made according to the following equation: where C i is the code consisting of the N bit bits ('1' or '-1') sent at times t i and is the signal received at point P2, possibly averaged and/or cleaned.
  • the result S of the calculation of the correlation step 608 is, in a following step 610, compared with a predefined threshold.
  • the rail is considered sound. If the value 'S' obtained by the correlation is greater than the threshold, then the rail is considered sound. If the value 'S' obtained by the correlation is lower than the threshold, this means that wave propagation has been significantly disturbed, which is then the sign of a suspected fault in the rail between points P1 and P2, or the sign of a failure of one of the transducers associated with these points. In this case, a 612 alert is sent by the P2 node to the remote server for further analysis. Such an analysis can be based on the method described in application FR2009239 of the Applicant.
  • the predefined threshold for the comparison of step 610 can be determined, following the installation of the system on the rail, from the calculation of a first value So resulting from the calculation of the correlation 608, operated for example by the calculation device 316 of the electronic device.
  • values S k are measured and stored in the memory of the electronic device.
  • a significant drop (typically greater than 50%) relative to the initial measurement triggers the transmission of an alert.
  • a sudden variation between 2 system measurements can also trigger the issuance of an alert.
  • parameters for establishing the comparison can be set at (0.5; 0.8; 10), and thus define that: if S k ⁇ 0.5 S 0 or if then an alert is triggered.
  • the 1st equation corresponds to a significant (but not necessarily sudden) variation with respect to the initial value So.
  • the 2nd equation corresponds to a slightly smaller, but rapid variation (compared to the last 10 measurements). [0126] Those skilled in the art understand that all other values can be defined according to the context of the application.
  • the correlation step 608 is replaced by a signal peak detection step obtained after cleaning.
  • the detection can be done using a thresholding operation.
  • the threshold can, for example, be set as twice the maximum signal amplitude during the preliminary calibration phase. This makes it possible to attenuate, in the decoding operations, the contributions of very energetic parasitic signals.
  • the thresholding operation can alternatively be performed by a more complex signal processing procedure (pattern recognition, time-frequency transformation, etc.).
  • the invention can be implemented using hardware and/or software elements. It may be available as a computer program product on a computer-readable medium.
  • the medium can be electronic, magnetic, optical or electromagnetic.
  • the IT means or resources can be centralized and/or be distributed (“Cloud computing”), possibly with or according to peer-to-peer and/or virtualization and/or redundancy technologies.
  • the software code may be executed on any suitable processor (eg, a microprocessor) or processor core or set of processors, whether provided in a single computing device or distributed among multiple computing devices.
  • the computer implementation of the invention can use centralized systems (eg client-server or master-slave) and/or distributed systems (eg peer-to-peer type architecture using accessible computer resources, possibly opportunistically eg ad hoc networks, etc.).
  • THE A system (or its variants) implementing one or more of the method steps may use one or more dedicated electronic circuits or a general purpose circuit.
  • the method can also be implemented on a reprogrammable calculation machine (a processor or a microcontroller, for example) executing a program comprising a sequence of instructions, or on a dedicated calculation machine (for example a set of logic gates such as an FPGA or an ASIC, or any other hardware module).
  • a dedicated circuit can notably improve performance.
  • references to a computer program which, when executed, performs any of the functions previously described, is not limited to an application program running on a single host computer. Rather, the terms computer program and software are used herein in a general sense to refer to any type of computer code (e.g., application software, firmware, microcode, APIs, web services, or any other form of computer instruction) that can be used to program one or more processors to perform process steps.
  • computer code e.g., application software, firmware, microcode, APIs, web services, or any other form of computer instruction

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Abstract

La présente invention concerne un système et un procédé pour la détection de défaut dans une structure allongée agissant comme guide d'ondes ultrasonores, en particulier une structure de type rails de voie ferrée. La structure allongée est instrumentée d'une pluralité de transducteurs aptes à acquérir des signaux de mesure de grandeurs caractéristiques d'ondes ultrasonores guidées se propageant dans la structure, chaque transducteur est couplé à un dispositif électronique installé le long de la structure et configuré pour traiter des signaux de mesure reçus d'au moins un transducteur, l'ensemble des dispositifs électroniques étant synchronisés sur une même horloge.

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : SYSTEME ET PROCEDE POUR LA DETECTION DE DEFAUTS DANS DES STRUCTURES ALLONGEES
[0001] Domaine de l'invention
[0002] L'invention concerne le domaine de la surveillance de la santé de structures (« Structural Health Monitoring » ou SHM selon l'anglicisme consacré), en particulier la surveillance par contrôle non destructif de la santé de structures allongées, comme des rails ferroviaires.
[0003] Etat de la Technique
[0004] Dans le secteur ferroviaire, le rail est un élément critique dont il faut surveiller l'intégrité. Soumis à des sollicitations thermomécaniques très fortes (e.g. contraintes internes à cause de la dilatation thermique contrariée, passage des trains), les portions de rail s'usent au fur et à mesure du temps, ce qui peut engendrer des défauts (e.g. casse et amorce de rupture) et parfois entrainer des casses franches.
[0005] Aussi pour des raisons de sécurité, il est impératif que l'état des voies ferroviaires soit surveillé très régulièrement pour limiter, le cas échéant en cas de détection de casse, la circulation des trains et ainsi diminuer voire supprimer les risques de déraillement de trains.
[0006] Plusieurs approches sont connues et mises en œuvre pour surveiller l'intégrité des rails. En particulier, une solution est basée sur l'analyse d'ondes élastiques (ou ultrasonores) guidées.
[0007] L'utilisation d'ondes ultrasonores guidées comme moyen de communication entre deux points d'une même structure est proposée dans l'article de J. Moll et al. « Complex Intelligent Structures with Data Communication Capabilities », 9th European Workshop on Structural Health Monitoring, July 10-13, 2018, Manchester, United Kingdom, pour différentes structures, comme un segment de pale d'hélicoptère, un joint en acier, un bloc en béton ou encore une structure en sandwich. Cet article limite l'application des ondes ultrasonores guidées à des structures où la communication entre un émetteur et un récepteur se fait sur de très courtes distances. Les expériences proposées sont faites sur des reproductions à très faible échelle des structures étudiées. Le domaine du ferroviaire n'est pas étudié, ni suggéré. En effet, dans ce domaine, les structures à étudier s'étendent sur de longues distances, et il est bien connu qu'un tel milieu est un milieu dispersif pour les ondes ultrasonores guidées, ce qui n'encourage pas, voire réfrène leur utilisation pour faire du contrôle de santé des rails.
[0008] Cependant, la Demanderesse dans différentes demandes de brevet liées au contrôle de santé de voies ferroviaires, a proposé une approche qui consiste à disposer le long du (ou des) rail (typiquement à des points espacés de l'ordre du km), des transducteurs ultrasonores qui émettent des ondes élastiques guidées, qui en se propageant sur ces longues distances interagissent avec les défauts. Les procédés proposés d'analyse des signaux alors diffractés permettent de détecter, voire localiser des endommagements. Une absence de signal transmis est aussi le signe d'une potentielle rupture de rail.
[0009] Cette approche qui est par exemple décrite dans les demandes de brevet de la Demanderesse, FR3084748 ou FR3105148, est globalement satisfaisante. Cependant, elle présente des limitations, car elle n'est bien adaptée que pour la surveillance de voies qui sont peu fréquentées, c'est-à-dire là où il existe des créneaux temporels durant lesquels il n'y a pas de passage de train entre les capteurs considérés pour les analyses. Or, lorsque la circulation des trains est dense, ce qui est le cas des voies urbaines de type métro ou RER où il y a pratiquement toujours un train sur une section considérée entre 2 transducteurs, cette approche souffre de problèmes de fiabilité.
[0010] En effet, la présence de train entre deux capteurs ajoute un bruit important qui est relevé par les transducteurs. Les frottements engendrés par le contact roue-rail crée des vibrations parasites du rail qui perturbent la mesure par les transducteurs. Le signal ultrasonore transmis entre 2 transducteurs par le système peut ainsi être masqué, noyé au sein d'un signal bruité.
[0011] De nombreuses fausses alarmes liées aux passages des trains peuvent être envoyées au système d'analyse, et sont susceptibles de perturber le bon fonctionnement du système car elles peuvent pousser à interrompre la circulation pour rien. De telles fausses alarmes pour suspicion de rail cassé alors que le rail est sain, sont pénalisantes tant pour l'exploitation de la voie ferrée que pour l'image de la technologie proposée. [0012] Il existe alors un besoin industriel pour des procédés et des dispositifs fiables pour la détection de défauts (usure, amorces de casse, casses franches) dans des rails, dans un environnement de circulation dense de trains.
[0013] La présente invention répond à ce besoin.
[0014] Résumé de l'invention
[0015] Un objet de la présente invention est un procédé (et un dispositif associé) qui est mis en œuvre pour inspecter l'état de santé de rails ferroviaires même lorsque la circulation sur ces rails est dense.
[0016] Avantageusement, le système de la présente invention reste performant pour détecter des casses de rails même en cas de circulation dense de trains sur une voie.
[0017] La solution proposée permet d'améliorer la robustesse d'un diagnostic de défauts de rail en présence de trains circulant sur une voie.
[0018] Avantageusement, l'invention qui ne nécessite pas d'attendre qu'il s'offre une fenêtre temporelle sans passage de train pour inspecter une section de voie, peut être déployée sur des zones à forte circulation de trains, et ainsi permet d'augmenter la surveillance des voies très fréquentées.
[0019] Pour obtenir les résultats recherchés, il est proposé un procédé pour la détection de défauts dans une structure allongée agissant comme guide d'ondes ultrasonores, ladite structure allongée étant instrumentée d'une pluralité de transducteurs aptes à acquérir des signaux de mesure de grandeurs caractéristiques d'ondes ultrasonores guidées se propageant dans ladite structure allongée, chaque transducteur étant couplé à un dispositif électronique installé le long de ladite structure, ce dispositif électronique étant configuré pour traiter des signaux de mesure reçus d'au moins un transducteur, l'ensemble des dispositifs électroniques étant synchronisés sur une même horloge. Le procédé est mis en œuvre par ordinateur et comprend les étapes consistant à:
- (602, 604) réaliser entre un transducteur émetteur et un transducteur récepteur, au moins une opération d'émission et réception d'une onde ultrasonore guidée dans la structure allongée, ladite onde ultrasonore guidée correspondant à un signal modulé où le signal est un signal Y(-t) obtenu par retournement temporel d'un signal de calibration Y(t) acquis entre le transducteur récepteur et le transducteur émetteur, et où la modulation est un code initial de modulation prédéfini composé d'une séquence de bits à 0 et à 1 ;
- (608) effectuer une corrélation mathématique entre le code initial de modulation prédéfini et le signal 's' reçu par le transducteur récepteur, ou entre le code initial de modulation prédéfini et le signal moyenné 'sm' des signaux reçus par le transducteur récepteur ;
- (610) comparer le résultat de la corrélation à un seuil prédéfini ; et
- (612) selon le résultat de la comparaison, déterminer s'il y a ou non un défaut dans la structure allongée entre le transducteur émetteur et le transducteur récepteur.
[0020] L'invention peut être mise en œuvre selon des modes de réalisation alternatifs ou combinés.
[0021] Dans un mode de réalisation, le procédé comprend avant l'étape d'émission et réception, une étape préliminaire de calibration de chacun des dispositifs électroniques associés au transducteur émetteur et au transducteur récepteur, la calibration consistant à émettre depuis ledit transducteur récepteur un signal et à recevoir un signal de calibration Y(t) par ledit transducteur émetteur.
[0022] Dans un mode de réalisation, le procédé comprend avant l'étape d'émission et réception, une étape préliminaire de calibration de chacun des dispositifs électroniques associés au transducteur émetteur et au transducteur récepteur, la calibration consistant à émettre depuis ledit transducteur émetteur un signal et à recevoir un signal de calibration Y(t) par ledit transducteur récepteur, puis à communiquer le signal de calibration Y(t) au transducteur émetteur pour le stocker avant retournement temporel.
[0023] Dans un mode de réalisation, l'étape préliminaire comprend de plus une étape consistant à définir un code initial de modulation du signal de calibration, composé d'une séquence de bits à -1 et à 1 .
[0024] Dans un mode de réalisation, le code initial de modulation comprend de plus une séquence de bits de correction d'erreur choisi soit comme un seul bit de parité, soit comme un code plus complexe, de type code de Hamming ou code de Golay.
[0025] Dans un mode de réalisation, le procédé comprend avant l'étape de corrélation, une étape de nettoyage du signal 's' ou du signal moyenné 'sm', reçu par le transducteur récepteur, ladite étape de nettoyage comprenant une étape consistant à lisser le signal 's' ou le signal moyenné 'sm' à l'aide d'un filtre passe-bas pour supprimer des perturbations transitoires hautes-fréquences parasites très énergétiques.
[0026] Dans un mode de réalisation, l'étape de lissage du signal 's' ou du signal moyenné 'sm' reçu, définit un signal lissé
Figure imgf000007_0002
sur une moyenne mobile selon respectivement l'équation suivante : et où tj sont les échantillons
Figure imgf000007_0001
temporels du signal reçu 's' ou 'sm', et 'N' est le nombre d'échantillons sur lesquels est effectuée la moyenne mobile.
[0027] Dans un mode de réalisation, le procédé comprend de plus une étape consistant à mettre à zéro les échantillons du signal reçu 's' ou 'sm' ou du signal lissé, dont l'amplitude en valeur absolue est inférieure à un seuil donné.
[0028] Dans un mode de réalisation, l'étape de corrélation est réalisée selon l'équation suivante :
Figure imgf000007_0003
où Ci est le code constitué des Nbits bits envoyés aux instants ti , et
Figure imgf000007_0004
est le signal reçu au transducteur récepteur 's', éventuellement moyenné 'sm' et/ou nettoyé
Figure imgf000007_0005
[0029] Dans un mode de réalisation, l'étape de corrélation est remplacée par une étape de détection des pics du signal obtenu après nettoyage.
[0030] Dans un mode de réalisation, l'étape de détection des pics du signal obtenu après nettoyage se fait avec une opération de seuillage.
[0031] Dans un mode de réalisation, l'étape de détection des pics du signal obtenu après nettoyage se fait avec une procédure de traitement du signal telle qu'une transformée temps-fréquence ou par reconnaissance de motifs.
[0032] Dans un mode de réalisation, l'étape de détermination de défaut comprend une étape de générer une alerte si le résultat de la comparaison est une valeur inférieure à un seuil prédéfini. [0033] L'invention concerne aussi un système pour la détection de défaut dans une structure allongée agissant comme guide d'ondes ultrasonores, ladite structure allongée étant instrumentée d'une pluralité de transducteurs aptes à acquérir des signaux de mesure de grandeurs caractéristiques d'ondes ultrasonores guidées se propageant dans ladite structure allongée, chaque transducteur étant couplé à un dispositif électronique installé le long de ladite structure, un dispositif électronique étant configuré pour traiter des signaux de mesure reçus d'au moins un transducteur, l'ensemble des dispositifs électroniques étant synchronisés sur une même horloge, le système comprenant des moyens pour mettre en œuvre les étapes du procédé de l'invention.
[0034] Une utilisation particulière du système et du procédé de l'invention est pour des rails ferroviaires.
[0035] L'invention concerne aussi un produit programme d'ordinateur qui comprend des instructions de code permettant d'effectuer les étapes du procédé de l'invention, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur.
[0036] Description des figures
[0037] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit et des figures des dessins annexés dans lesquels :
[0038] La figure 1 illustre un contexte d'implémentation du dispositif de l'invention;
[0039] La figure 2 illustre les différents types d'ondes se propageant entre deux capteurs ;
[0040] La figure 3 illustre un exemple de la structure d'un nœud électronique permettant de mettre en œuvre le procédé de l'invention ;
[0041 ] La figure 4 illustre des signaux mesurés au niveau de quatre transducteurs lors du passage d'un train ;
[0042] La figure 5a et la figure 5b illustrent un mode de réalisation d'un procédé pour la détection de défauts dans une structure allongée, basé sur une approche de modulation / démodulation d'une communication par ondes élastiques guidées entre deux points ;
[0043] La figure 6a et la figure 6b illustrent un mode de réalisation du procédé de l'invention. [0044] Description détaillée
[0045] La figure 1 illustre un contexte d'implémentation du dispositif de l'invention sur des rails de voie ferrée. Cependant, cet exemple est non limitatif et l'homme du métier pourra adapter l'implémentation décrite à toute autre application mettant en œuvre un guide d'ondes allongé et un dispositif mobile se déplaçant le long du guide d'onde. Dans l'exemple décrit, le guide d'ondes est un rail et le dispositif mobile est un train. Cependant, une situation analogue pourrait être celle du monitoring de câbles de téléphériques par exemple, le guide d'ondes étant le câble et le dispositif mobile la cabine de téléphérique.
[0046] La figure 1 montre les rails 101 , 102 d'une voie ferrée 100, qui sont équipés d'une pluralité de transducteurs d'ondes élastiques guidées (1111-1 , 1112-1 , 1111-2, 1112-2, ... ).
[0047] Le terme « équipés » signifie que les transducteurs peuvent se trouver sur un ou plusieurs emplacements d'un rail, comme par exemple sous le champignon, sur l'âme interne du rail, sur l'âme externe du rail, sous le rail. Dans l'exemple illustré, deux transducteurs (1111-1 , 1111-2) sont disposés respectivement chacun sur un des deux rails (101 , 102), à proximité d'un premier nœud électronique 111-1 , et deux transducteurs (1112-1 ,12112-2) sont disposés respectivement chacun sur un des deux rails (101 , 102) à proximité d'un second nœud électronique 111-2.
[0048] L'homme du métier comprend que l'exemple est pris pour décrire les principes de l'invention mais n'est pas limitatif quant au nombre de transducteurs, de nœuds pouvant être déployés et la distance entre les nœuds. Par exemple, des nœuds électroniques peuvent être installés tous les kilomètres ou plus ou moins, le long d'une voie ferrée.
[0049] Bien que non décrits mais représentés, des transducteurs peuvent aussi être disposés sur les rails d'une seconde voie ferrée pour la circulation de trains dans l'autre sens, ces transducteurs pouvant être couplés aux mêmes nœuds électroniques (111-1 , 111-2) que la première voie ferrée.
[0050] Un transducteur est un dispositif convertissant un signal physique en un autre, et il existe une grande variété de transducteurs. Pour la génération et la réception d'ondes élastiques se transmettant dans un matériau (un rail, un tube, une structure, etc), un transducteur acoustique électromagnétique (en anglais « ElectroMagneto- Acoustic Transducer », acronyme EMAT) peut être utilisé, ou un transducteur piézoélectrique (PZT) ou un transducteur magnétostrictif.
[0051] L'homme du métier comprend que l'expression « ondes élastiques » utilisée dans la description désigne plus généralement des ondes ultrasonores (littéralement au-dessus de 20 kHz de fréquence audible), élastiques (qui se propagent dans un milieu solide), guidées (la propagation n'est pas libre mais forcée par la géométrie du rail).
[0052] Chaque nœud électronique installé le long d'une voie ferrée est configuré pour analyser les signaux issus des transducteurs afin de déterminer l'existence de défaut dans les rails, et pour communiquer à un serveur distant 110, des messages informant de la présence ou non de défaut dans une portion de rail analysée. Les résultats d'analyse peuvent être affichés sur une interface homme-machine (IHM) 112 d'un poste de commande, dans une forme directement exploitable par un utilisateur, par exemple en indiquant visuellement sur une carte de la voie ferrée la localisation du/des défaut(s). Une alerte peut ainsi être envoyée aux conducteurs de trains et/ou à tout système de régulation du trafic, et/ou une commande de freinage peut être déclenchée en fonction du résultat de l'analyse.
[0053] La communication de messages entre les nœuds électroniques et le serveur distant peut être établie selon différents protocoles de communication courte ou longue portée, bas ou haut débit, pouvant mettre en œuvre différentes technologies filaires ou sans fil, comme les technologies 3G, 4G, 5G, Wifi, Ethernet, fibre optique, LoRa, Sigfox, etc.
[0054] Différents types d'ondes élastiques se propagent entre deux transducteurs comme décrit en référence à la figure 2. Chaque transducteur peut fonctionner à la fois comme émetteur et comme récepteur. Plusieurs signaux sont alors exploitables, et correspondent à : une onde (211 , 213) transmise de l'émetteur 1111-1 au récepteur 1112-1 (et inversement), ainsi qu'une onde réfléchie 212 par le défaut lorsque l'émetteur 1111-1 fonctionne en pulse-écho (le même transducteur joue le rôle d'émetteur et de récepteur).
[0055] L'analyse de la présence ou de l'absence d'onde transmise et/ou réfléchie renseigne sur la présence ou non d'un défaut localement. [0056] L'absence d'onde transmise renseigne sur une rupture complète (ou tout du moins très sévère) du rail entre deux transducteurs, mais ne renseigne pas sur une localisation de la rupture. Le temps de parcours de l'onde réfléchie permet une localisation précise de la casse, le diagnostic étant éventuellement renforcé par l'analyse d'une onde réfléchie émise par un transducteur situé sur l'autre rail.
[0057] En cas de défaut moins sévère qu'une rupture complète du rail (fissure par exemple), l'onde transmise 213 permet de détecter et éventuellement de localiser un défaut 200 voire de le caractériser (estimer sa sévérité), mais cela nécessite de connaître précisément le temps de parcours de l'onde. Vues les vitesses de propagation mises en jeu (typiquement 3000 m/s), le récepteur d'un nœud a besoin de connaître précisément le top d'émission afin de calculer la fenêtre d'observation du signal et mesurer le temps de parcours. Aussi, la synchronisation entre un émetteur et un récepteur du dispositif de l'invention est nécessairement très précise, généralement inférieure à la microseconde.
[0058] Dans un mode de réalisation avantageux, la synchronisation est réalisée par un système de positionnement par satellites, dit GNSS (pour Géolocalisation et Navigation par un Système de Satellites). Un système GNSS repose sur une constellation de satellites artificiels permettant de fournir à un utilisateur ou à un circuit (par l'intermédiaire d'un récepteur portable) sa position, sa vitesse et l'heure.
[0059] La figure 3 illustre un exemple de la structure d'un nœud électronique permettant de mettre en œuvre le procédé de l'invention.
[0060] Généralement, un nœud 111 comprend : une source d'énergie 300 (e.g. une alimentation électrique de type batterie, des panneaux solaires, un accès à une alimentation externe, etc.) ; un circuit électronique comprenant un circuit 310 de mesure d'ondes élastiques ; un circuit 312 d'émission d'ondes élastiques ; des composants 314 de stockage ; un circuit 316 de traitement du signal (qui peut être un FPGA, un CPU ou tout autre circuit adapté pour le traitement des signaux reçus) ; un circuit 318 de communication (filaire ou sans fil (e.g. LoRa) couplé à une antenne 319 appropriée pour envoyer des messages selon un protocole de communication à faible consommation énergétique); un récepteur GNSS 320, par exemple de type GPS incluant un circuit d'antennes 321 et de l'électronique embarquée. [0061 ] Un nœud est couplé à au moins un transducteur d'ondes élastiques guidées (e.g. 1111 -1 ), qui est installé sur un rail à proximité du nœud.
[0062] La source d'énergie 300 peut être fournie par des systèmes dynamos rechargés par le passage des trains sur la voie ferrée et/ou par un ou plusieurs panneaux photovoltaïques et/ou par un ou plusieurs mâts éoliens.
[0063] Le circuit GNSS 320 peut être partagé entre plusieurs nœuds. Dans un mode de réalisation, les circuits GNSS sont associés avec les transducteurs de manière à horodater précisément les signaux mesurés par les transducteurs, tout en garantissant une synchronisation inférieure à la microseconde entre deux nœuds distants de plusieurs kilomètres.
[0064] Dans certains modes de réalisation, les circuits d'horodatage et/ou les circuits de calcul et/ou les circuits GNSS peuvent être diversement distribués dans l'espace (e.g. existence de centres, système entièrement distribué, arrangement hiérarchique entre nœuds).
[0065] En pratique, pour la synchronisation entre deux nœuds, chaque nœud connaît a priori (ou le serveur lui envoie) l'état (état émetteur ou état récepteur) dans lequel il devra se trouver à une date très précise (à la microseconde près). Lorsqu'arrive cette date, le nœud se configure automatiquement dans l'état défini (c'est-à-dire pour émettre ou recevoir les ondes). A la date donnée (par exemple 14h 00min 00s 000ms OOOps), un nœud devant émettre procède alors à l'émission du signal puis bascule en mode réception pour mesurer le signal réfléchi en pulse-écho. Au même instant, mais décalé d'un offset lié à la distance entre les deux nœuds et à la vitesse de propagation de l'onde, le nœud récepteur active son circuit de réception.
[0066] L'offset est typiquement de l'ordre de 300 ms (pour 2 nœuds écartés de 1 km avec une vitesse de propagation de 3000 m/s). C'est-à-dire que le nœud récepteur commence à écouter à 14h 00min 00s 300ms OOOps, pour une durée typiquement de 100 ms. Ainsi, chaque échantillon du signal est précisément horodaté, i.e. il lui est associé un temps absolu précis à moins d'une microseconde, grâce à l'horodatage GNSS.
[0067] Ainsi, la structure d'un nœud du système de l'invention, telle que décrite en référence à la figure 3, permet de garantir une synchronisation entre deux nœuds distants de plusieurs kilomètres, la distance pouvant être supérieure tant qu'il existe une couverture GPS pour les deux nœuds.
[0068] Le circuit de traitement des signaux 316 qui est embarqué dans chaque nœud permet à partir des signaux émanant des ondes élastiques et reçus des nœuds voisins proches, de faire un diagnostic local, concernant la présence ou non d'un défaut localement. Le circuit de diagnostic local 316 permet de détecter l'existence d'un ou de plusieurs défauts locaux sur une longueur de rail incluant quelques transducteurs, à partir de mesures synchronisées des ondes élastiques se propageant dans le rail, même en présence du passage de trains. Le circuit de traitement du signal 316 implémenté sur chaque nœud comprend des moyens logiciels pour mettre en œuvre le procédé d'analyse de l'invention.
[0069] Le critère qui vérifie la bonne santé d'un rail, lors de l'analyse des signaux ultrasonores, est lié à la détection d'un pic d'amplitude supérieure à une valeur donnée, valeur qui est fixée par le niveau de bruit mesuré par les transducteurs.
[0070] Toutefois la présence d'un train circulant sur la voie crée des signaux parasites qui masquent le signal ultrasonore qui doit être analysé. La figure 4 est un relevé de plusieurs signaux S1 , S2, S3, S4, mesurés au niveau de 4 transducteurs C1 , C2, C3, C4, au passage d'un train circulant à 45 km/h. Les transducteurs sont ici espacés respectivement de 40 m (C1-C2), 37 m (C2-C3) et 140 m (C3-C4). On voit sur la figure par les passages successifs sur les différents transducteurs, que lorsque le train s'approche des transducteurs les vibrations générées sont très énergétiques, de nature à masquer le pic transmis par le système.
[0071] Les solutions qui ont été jusque-là retenues sont d'émettre des ondes, uniquement lorsqu'il n'y a pas de train en circulation sur une portion de rail à analyser, afin de ne pas brouiller les signaux des ondes par le signal parasite du passage du train. Comme indiqué, cette approche est efficace et peut être mise en œuvre lorsque la circulation des trains est limitée, par exemple sur les grandes lignes type TGV, mais elle n'est plus du tout appropriée en cas de circulation dense de trains.
[0072] Aussi, le procédé proposé par la présente invention permet d'effectuer des analyses même en présence d'un signal reçu qui est bruité, notamment par le passage répété de trains. [0073] La figure 5a et la figure 5b illustrent un mode de réalisation de procédé de détection de défauts appliquée à un rail de voie ferrée basé sur une approche de modulation / démodulation pour la communication par ondes élastiques guidées entre deux points telle que celle décrite dans l'article précité de Moll et al..
[0074] Le procédé est appliqué entre un nœud émetteur associé à un transducteur localisé à un point P1 sur un rail et un nœud récepteur associé à un transducteur localisé à un point P2 sur le rail.
[0075] Les points P1 et P2 ne sont pas proches et peuvent être séparés d'au moins un kilomètre ou plus, la distance entre les deux points étant uniquement limitée par une couverture GPS pour garantir la synchronisation et l'atténuation des ondes au fur et à mesure de leur propagation dans le rail.
[0076] Le procédé 500 débute par une phase préliminaire 501 effectuée avant tout passage d'un train, qui comprend une étape de calibration des nœuds électroniques auxquels sont associés les points P1 , P2. La calibration consiste à émettre depuis un nœud émetteur via le point P1 associé, un signal et à considérer comment est le signal qui est reçu au niveau du nœud récepteur associé au point éloigné P2, i.e. quelles sont les déformations subies par le signal dans le rail.
[0077] Le signal qui est envoyé pour la calibration est un signal en rafale (« burst » en anglais).
[0078] Le signal reçu donne ainsi le signal de référence pour les prochaines étapes de l'analyse, et il est stocké dans une mémoire du nœud récepteur (par exemple la mémoire 314).
[0079] La phase préliminaire 501 comprend aussi une étape de sélection d'un code initial qui va correspondre au signal à émettre depuis le nœud émetteur, pour générer une séquence codée qui va déclencher une onde ultrasonore guidée dans le rail depuis le point P1 vers le point P2. Dans l'exemple, le code qui est choisi est composé d'une suite de '0' et de '1'.
[0080] Le procédé est initié lors de l'émission 502 d'une onde ultrasonore guidée dans le rail, l'onde guidée correspondant à un signal modulé par le code prédéfini (i.e. une séquence codée) émis par le transducteur émetteur positionné à proximité du premier point P1 . [0081] Le déclenchement de l'envoi d'ondes ultrasonores guidées dans le rail est fait sans se préoccuper du passage des trains.
[0082] Le signal codé est reçu 504 par le transducteur du point P2. La figure 5b illustre de manière schématique, comment une séquence codée avec un code '11100110' émise au point P1 est reçue au point P2. Le signal codé reçu est stocké en mémoire du nœud récepteur associé au point P2 pour en faire l'analyse.
[0083] Dans une étape suivante 506, le procédé opère une corrélation mathématique entre le signal initial stocké en mémoire du nœud récepteur et le signal codé reçu.
[0084] L'étape suivante 508 consiste à appliquer un seuil sur l'enveloppe du signal redressé (valeur absolue) de la corrélation. Tel qu'illustré sur la figure 2 de l'article de Moll et al., ce signal redressé de corrélation est découpé en tronçons de temps équivalents à la longueur du signal envoyé pour la calibration. Si sur la durée d'un de ces tronçons, l'enveloppe de la corrélation dépasse à un moment donné le seuil alors la valeur '1' est affectée à ce tronçon. Si sur toute la durée d'un tronçon, l'amplitude de l'enveloppe de la corrélation reste en-dessous du seuil alors la valeur '0' est affectée à ce tronçon.
[0085] Le procédé poursuit par une étape 510 de comparaison de la suite de '1' et de '0' obtenue à l'étape précédente 508 avec le code initial 501 .
[0086] La comparaison donne un résultat 512 sur la santé du rail. Si les deux codes sont identiques, le résultat indique que le rail est sain (i.e. pas de défaut détecté), et si les deux codes diffèrent, le procédé indique que le rail n'est pas sain et peut lever une alerte qu'il existe un défaut sur la portion de rail entre les points P1 et P2.
[0087] Dans l'article de Moll et al., les auteurs montrent plusieurs exemples de mise en œuvre en laboratoire de ce procédé de communication entre deux transducteurs sur différentes structures de petites dimensions (typiquement inférieures à 1 m), mais sans utilisation des signaux pour faire une détection de défaut, en particulier sans indication que les signaux pourraient être utilisés pour effectuer une détection de défaut dans des structures industrielles sans interrompre leur utilisation par des véhicules les utilisant (tels des trains ou des cabines de téléphériques).
[0088] Il ressort qu'une l'implémentation de cette approche à un contexte industriel comme celui poursuivi par la présente invention ne serait pas fonctionnelle pour plusieurs raisons. [0089] D'une part, les signaux dans un environnement industriel sont fortement bruités, a fortiori dans le contexte ferroviaire avec présence de trains générant des vibrations parasites captées par les transducteurs. De ce fait, l'étape de corrélation 506 ne produit pas dans ce cas des pics nets, proches de '1' et bien distincts des '0', mais elle donne des valeurs plus petites, qui sont plus proches de 0, et alors le résultat de la corrélation avec les signaux bruités n'est pas bon. Par conséquent, la détermination d'un seuil de détection permettant de discriminer les '1' et les '0' n'est pas possible, et le reste de l'analyse ne serait donc pas fiable. Ainsi, cette solution ne peut pas être viable pour un environnement industriel réel.
[0090] D'autre part, la problématique à laquelle s'intéresse la présente invention, est celle des propagations d'ondes ultrasonores guidées sur des distances significativement plus longues, comparées aux longueurs d'ondes mises en jeu pour les ondes élastiques, à savoir plusieurs dizaines de milliers de longueurs d'ondes entre deux capteurs sur un rail, versus quelques dizaines de longueurs d'ondes au maximum dans tous les cas présentés par les auteurs de l'article précité.
[0091] Aussi, et du fait intrinsèque de la dispersion propre aux ondes élastiques guidées (les différentes composantes fréquentielles du signal se propageant à des vitesses différentes), les signaux de propagation d'ondes élastiques guidées entre deux transducteurs sont très longs et déformés. L'information du signal de calibration est alors « étalée » sur un signal long et très complexe, dont une bonne partie est de petite amplitude par rapport à la composante fréquentielle d'amplitude dominante. L'information est alors noyée dans le bruit électronique ou physique au moment de la mesure par le transducteur. L'opération de corrélation avec le signal courant est donc très difficile à établir (parce que les signaux sont d'une forme très complexe, et dès qu'un minimum de bruit est rajouté, le signal est encore plus différent, et la corrélation devient très compliquée), ce qui s'ajoute à la difficulté mentionnée plus haut en cas de bruit supplémentaire dû aux passages des trains.
[0092] Par ailleurs dans le contexte de l'invention, les signaux à corréler sont extrêmement longs, et le procédé présenté sur les figures 5a et 5b basé sur l'approche présentée dans l'article de Moll et al. nécessiterait alors des capacités de calcul importantes, peu compatibles avec un système embarqué peu coûteux. [0093] Ainsi, afin de pallier ces difficultés, les inventeurs ont développé une approche qui est basée sur une étape de calibration avec retournement temporel, et une étape de corrélation spécifique.
[0094] Bien que le retournement temporel soit une technique connue, la mise en œuvre de l'approche précédente avec du retournement temporel dans le contexte des structures longues, n'est pas d'une application immédiate.
[0095] Il y a lieu de considérer le développement de plusieurs étapes techniques supplémentaires non évidentes pour effectuer de manière fiable le traitement des signaux, et rendre effective la modulation / démodulation dans le cas complexe d'une structure guidante de très grande dimension et en environnement industriel réel.
[0096] La figure 6a et la figure 6b illustrent le procédé de l'invention pour une application ferroviaire. Cependant, cet exemple est non limitatif et l'homme du métier pourra utiliser ce procédé pour toute autre application mettant en œuvre un guide d'ondes allongé et un dispositif mobile se déplaçant le long du guide d'onde. Dans l'exemple décrit, le guide d'ondes est un rail et le dispositif mobile est un train.
[0097] Le procédé 600 débute par une phase préliminaire 601 effectuée avant tout passage d'un train, qui comprend une étape de calibration des nœuds électroniques auxquels sont associés des points P1 , P2. La calibration consiste à émettre depuis un nœud émetteur de calibration via le point P2 associé, un signal et à considérer comment est, le signal Y(t) reçu au niveau du nœud récepteur de calibration associé au point éloigné P1 , i.e. quelles sont les déformations subies par le signal dans le rail.
[0098] Alternativement (mais non représenté sur la figure), la calibration peut se faire dans le sens inverse, c'est-à-dire en émettant depuis un nœud émetteur de calibration via le point P1 associé, un signal et en considérant comment est le signal reçu au niveau du nœud récepteur de calibration associé au point éloigné P2, i.e. quelles sont les déformations subies par le signal dans le rail. Le signal de calibration Y(t) reçu en P2 est ensuite communiqué (par exemple via un serveur distant) au point P1 où il est stocké en mémoire pour utilisation ultérieure par retournement temporel.
[0099] Dans un mode de réalisation, le signal qui est envoyé pour la calibration est un signal en rafale (« burst » en anglais). [0100] Dans un autre mode de réalisation, représenté sur la figure 6a, le signal qui est envoyé pour la calibration est une impulsion courte.
[0101] Le signal reçu Y(t) donne alors le signal de référence qui sera utilisé, après une étape de retournement temporel (i.e. Y(-t)), comme signal d'émission par le nœud P1 . Ce signal Y(t) de référence est stocké dans une mémoire du nœud P1 (par exemple la mémoire 314).
[0102] Le procédé de retournement temporel permet intrinsèquement de compenser les déformations subies par le signal lors de sa propagation dans le rail, et notamment les déformations liées à la dispersion des ondes élastiques guidées, qui sont très importantes lorsque les distances de propagation sont très longues. Le retournement temporel permet de naturellement faire arriver toutes les composantes fréquentielles du signal en phase au niveau du transducteur récepteur, et donc de mesurer des signaux d'amplitude significative, permettant ainsi de minimiser la contribution du bruit venant du train par rapport à l'information portée par le signal lors de la phase de décodage, notamment par corrélation.
[0103] La phase préliminaire 601 comprend aussi une étape de sélection d'un code initial qui va correspondre au signal à émettre depuis le nœud émetteur (au point P1), pour générer un signal codé utilisé pour déclencher une onde ultrasonore guidée dans le rail depuis le point P1 vers le point P2. Le code choisi est communiqué au nœud récepteur et stocké en mémoire.
[0104] Dans un mode de réalisation, le code qui est choisi est composé d'une suite de '0' et de '1'.
[0105] Dans une variante de réalisation, le signal peut être codé comme une suite de '1' et de '-1', ce qui ne change strictement rien aux performances du système (en termes de quantité d'information transmise) mais qui facilite la présentation des opérations de codage/décodage dans certains cas (permet de faire la corrélation sur un nombre fixé de bits sur une durée plus courte).
[0106] Le code choisi peut être très bref et correspondre à une séquence de bits courte (typiquement 8 voire 4 bits) afin de minimiser la durée du signal d'émission et donc l'énergie consommée par le système.
[0107] Alternativement, le code choisi peut être beaucoup plus long afin de maximiser la fiabilité de la transmission. Le code peut aussi optionnellement comporter une séquence de correction d'erreur afin de détecter voire corriger certaines erreurs de transmission et augmenter la fiabilité du décodage par la redondance d'information transmise. Cette séquence de correction peut-être un simple bit de parité ou un code plus complexe, de type code de Hamming ou code de Golay ou autre code.
[0108] Le procédé de détection de défauts est initié lors d'une première émission 602 d'une onde ultrasonore guidée dans le rail, l'onde guidée correspondant à un signal général provenant du retournement temporel et modulé avec le code prédéfini. Le signal général émis par le transducteur émetteur positionné à proximité du premier point P1 , est alors une succession de signaux Y(-t) et de signaux -Y(-t) selon la séquence codée choisie.
[0109] Le déclenchement de l'envoi d'ondes ultrasonores guidées dans le rail est fait sans se préoccuper qu'il y ait un passage de train ou non.
[0110] Le signal codé est reçu 604 par le transducteur du point P2. La figure 6b illustre de manière schématique, un signal émis au point P1 selon une séquence codée C=[1 ;1 ;1 ;-1 ;-1 ;1 ;1 ;-1], et le signal codé en réception 's' au point P2. Le signal codé reçu est numérisé et stocké en mémoire du nœud récepteur associé au point P2 pour en faire l'analyse.
[0111] Dans un mode de réalisation avantageux, afin d'atténuer la contribution d'un train en profitant du fait que celle-ci soit variable au cours du temps, les étapes d'émission 602 et de réception 604 de la séquence codée, sont répétées plusieurs fois (typiquement quelques dizaines à centaines de fois). Le signal codé ‘s’ qui est alors considéré pour l'analyse, est un signal moyenné 'sm' sur les différentes réceptions 604, pour diminuer dans l'analyse l'influence du bruit généré par le train.
[0112] Dans la suite de la description, sauf contre-indication, l'expression « signal reçu » désigne le signal unique 's' ou le signal moyenné 'sm'.
[0113] Dans une étape optionnelle 606, un nettoyage est appliqué sur le signal reçu (s ou sm) pour obtenir un signal nettoyé, Ce nettoyage est constitué de plusieurs
Figure imgf000019_0001
étapes, toutes optionnelles.
[0114] Une première étape consiste à lisser le signal reçu à l'aide d'un filtre passe- bas pour supprimer des perturbations transitoires hautes-fréquences parasites très énergétiques. [0115] Une implémentation simple du lissage du signal 's' ou du signal moyenné 'sm' reçu, peut-être de définir un signal lissé sur une moyenne mobile selon respectivement l'équation suivante :
Figure imgf000020_0001
où tj sont les échantillons temporels du signal reçu, et 'N' est le nombre d'échantillons sur lesquels est effectuée la moyenne mobile. Dans une réalisation, N peut être choisi comme étant le nombre d'échantillons du signal utilisé pour la calibration ('durée d'un bit').
[0116] Une deuxième étape consiste à mettre à zéro les échantillons du signal dont l'amplitude en valeur absolue est inférieure à un seuil donné. Le seuil peut par exemple être fixé à 10 fois l'amplitude maximale du bruit reçu en l'absence d'émission d'onde et de train.
[0117] A l'issue des opérations de nettoyage on obtient un signal nettoyé .
[0118] Dans une étape suivante 608, le procédé opère une corrélation mathématique entre le code initial stocké en mémoire du nœud récepteur (au point P2) et le signal s(t) reçu, soit après nettoyage et/ou moyennage, ce signal incluant du bruit lié au(x) passage(s) de train. Du fait de la structure des signaux mis en jeu dans le contexte de l'invention où les signaux sont constitués d'un très grand nombre de zéros, le calcul de corrélation de la présente invention est très peu coûteux, et il peut ainsi être implémenté facilement sur un système embarqué aux puissances de calcul limitées.
[0119] Dans un mode de réalisation, le calcul de corrélation est fait selon l'équation suivante :
Figure imgf000020_0002
où Ci est le code constitué des Nbits bits ('1' ou '-1 ') envoyés aux instants ti et est le
Figure imgf000020_0003
signal reçu au point P2, éventuellement moyenné et/ou nettoyé. [0120] Le résultat S du calcul de l'étape de corrélation 608, est dans une étape suivante 610 comparé à un seuil prédéfini.
[0121] Si la valeur 'S' obtenue par la corrélation est supérieure au seuil, alors le rail est considéré sain. Si la valeur 'S' obtenue par la corrélation est inférieure au seuil, cela signifie que la propagation d'ondes a été significativement perturbée, ce qui est alors le signe d'une suspicion de défaut du rail entre les points P1 et P2, ou le signe d'une défaillance d'un des transducteurs associés à ces points. Dans ce cas, une alerte 612 est envoyée par le nœud P2 au serveur distant pour une analyse plus poussée. Une telle analyse peut se baser sur le procédé décrit dans la demande FR2009239 de la Demanderesse.
[0122] Le seuil prédéfini pour la comparaison de l'étape 610 peut être déterminé, suite à l'installation du système sur le rail, à partir du calcul d'une première valeur So résultant du calcul de la corrélation 608, opéré par exemple par le dispositif de calcul 316 du dispositif électronique.
[0123] Au cours du temps, des valeurs Sk sont mesurées et stockées en mémoire du dispositif électronique.
[0124] Une chute significative (typiquement supérieure à 50%) par rapport à la mesure initiale déclenche l'émission d'une alerte. Une variation brutale entre 2 mesures du système (mais potentiellement moins importante que le seuil de 50%) peut aussi déclencher l'émission d'une alerte.
[0125] Dans un exemple de réalisation non limitatif, des paramètres pour établir la comparaison peuvent être fixés à (0,5; 0,8 ; 10), et ainsi définir que : si Sk < 0,5 S0 ou si
Figure imgf000021_0001
alors une alerte est déclenchée. La 1ère équation correspond à une variation importante (mais pas forcément brutale) par rapport à la valeur initiale So. La 2ème équation correspond à une variation un peu moins importante, mais rapide (comparée aux 10 dernières mesures). [0126] L'homme du métier comprend que toutes autres valeurs peuvent être définies selon le contexte de l'application.
[0127] Dans un mode de réalisation alternatif, l'étape 608 de corrélation est remplacée par une étape de détection des pics du signal
Figure imgf000022_0001
obtenu après nettoyage. La détection peut se faire à l'aide d'une opération de seuillage. Le seuil peut, par exemple, être fixé comme le double de l'amplitude maximale du signal durant la
Figure imgf000022_0002
phase préliminaire de calibration. Cela permet d'atténuer dans les opérations de décodage les contributions de signaux parasites très énergétiques.
[0128] L'opération de seuillage peut alternativement être effectuée par une procédure de traitement du signal plus complexe (reconnaissance de motif, transformation temps-fréquence, etc.).
[0129] Ces opérations sont nettement plus coûteuses que l'autre variante de corrélation, mais elles permettent d'interpréter le signal d'ondes élastiques guidées comme une succession de bits d'information. Il est alors possible d'exploiter la redondance d'information apportée par le code correcteur d'erreur optionnel pour améliorer la fiabilité du diagnostic. Il est aussi possible d'ajouter par ce mécanisme des bits d'information permettant une communication directe entre les nœuds P1 et P2, sans passer par le serveur distant, par exemple en cas de défaillance des systèmes de communication nœud/serveur.
[0130] L'invention peut s'implémenter à partir d'éléments matériel et/ou logiciel. Elle peut être disponible en tant que produit programme d'ordinateur sur un support lisible par ordinateur. Le support peut être électronique, magnétique, optique ou électromagnétique. Les moyens ou ressources informatiques peuvent être centralisés et/ou être distribués ("Cloud computing"), éventuellement avec ou selon des technologies de pair-à-pair et/ou de virtualisation et/ou de redondance. Le code logiciel peut être exécuté sur n'importe quel processeur approprié (par exemple, un microprocesseur) ou cœur de processeur ou un ensemble de processeurs, qu'ils soient prévus dans un dispositif de calcul unique ou répartis entre plusieurs dispositifs de calcul. La mise en œuvre informatique de l'invention peut utiliser des systèmes centralisés (e.g. client-serveur ou maître-esclave) et/ou des systèmes distribués (e.g. architecture de type pair-à-pair utilisant des ressources informatiques accessibles, éventuellement de manière opportuniste e.g. réseaux ad hoc, etc.). Le système (ou ses variantes) implémentant une ou plusieurs des étapes du procédé peut utiliser un ou plusieurs circuits électroniques dédiés ou un circuit à usage général. Le procédé peut aussi être mis en œuvre sur une machine de calcul reprogrammable (un processeur ou un microcontrôleur, par exemple) exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions, ou sur une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA ou un ASIC, ou tout autre module matériel). Un circuit dédié peut notamment améliorer les performances. La référence à un programme d'ordinateur qui, lorsqu'il est exécuté, effectue l'une quelconque des fonctions décrites précédemment, ne se limite pas à un programme d'application s'exécutant sur un ordinateur hôte unique. Au contraire, les termes programme d'ordinateur et logiciel sont utilisés ici dans un sens général pour faire référence à tout type de code informatique (par exemple un logiciel d'application, un micro logiciel, un microcode, APIs, web services, ou toute autre forme d'instruction d'ordinateur) qui peut être utilisé pour programmer un ou plusieurs processeurs pour mettre en œuvre des étapes du procédé.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour la détection de défauts dans une structure allongée agissant comme guide d'ondes ultrasonores, ladite structure allongée étant instrumentée d'une pluralité de transducteurs aptes à acquérir des signaux de mesure de grandeurs caractéristiques d'ondes ultrasonores guidées se propageant dans ladite structure allongée, chaque transducteur étant couplé à un dispositif électronique installé le long de ladite structure, ce dispositif électronique étant configuré pour traiter des signaux de mesure reçus d'au moins un transducteur, l'ensemble des dispositifs électroniques étant synchronisés sur une même horloge, le procédé étant mis en œuvre par ordinateur et comprenant les étapes consistant à :
- (602, 604) réaliser entre un transducteur émetteur et un transducteur récepteur, au moins une opération d'émission et réception d'une onde ultrasonore guidée dans la structure allongée, ladite onde ultrasonore guidée correspondant à un signal modulé où le signal est un signal Y(-t) obtenu par retournement temporel d'un signal de calibration Y(t) acquis entre le transducteur récepteur et le transducteur émetteur, et où la modulation est un code initial de modulation prédéfini composé d'une séquence de bits à 0 et à 1 ;
- (608) effectuer une corrélation mathématique entre le code initial de modulation prédéfini et le signal 's' reçu par le transducteur récepteur, ou entre le code initial de modulation prédéfini et le signal moyenné 'sm' des signaux reçus par le transducteur récepteur ;
- (610) comparer le résultat de la corrélation à un seuil prédéfini ; et
- (612) selon le résultat de la comparaison, déterminer s'il y a ou non un défaut dans la structure allongée entre le transducteur émetteur et le transducteur récepteur.
2. Procédé selon la revendication 1 comprenant avant l'étape d'émission et réception, une étape préliminaire (601) de calibration de chacun des dispositifs électroniques associés au transducteur émetteur et au transducteur récepteur, la calibration consistant à émettre depuis ledit transducteur récepteur un signal et à recevoir un signal de calibration Y(t) par ledit transducteur émetteur.
3. Procédé selon la revendication 1 comprenant avant l'étape d'émission et réception, une étape préliminaire (601) de calibration de chacun des dispositifs électroniques associés au transducteur émetteur et au transducteur récepteur, la calibration consistant à émettre depuis ledit transducteur émetteur un signal, à recevoir un signal de calibration Y(t) au niveau dudit transducteur récepteur, et à communiquer le signal de calibration audit transducteur émetteur pour le stocker avant retournement temporel.
4. Procédé selon la revendication 2 ou 3 dans lequel l'étape préliminaire (601 ) comprend de plus une étape consistant à définir un code initial de modulation du signal de calibration, composé d'une séquence de bits à -1 et à 1.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel le code initial de modulation comprend de plus une séquence de bits de correction d'erreur choisi soit comme un seul bit de parité, soit comme un code plus complexe, de type code de Hamming ou code de Golay.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant avant l'étape de corrélation, une étape (606) de nettoyage du signal 's' ou du signal moyenné 'sm', reçu par le transducteur récepteur, ladite étape de nettoyage comprenant une étape consistant à lisser le signal 's' ou le signal moyenné 'sm' à l'aide d'un filtre passe-bas pour supprimer des perturbations transitoires hautes- fréquences parasites très énergétiques.
7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel l'étape de lissage du signal 's' ou du signal moyenné 'sm' reçu, définit un signal lissé sur une moyenne mobile selon
Figure imgf000025_0002
respectivement l'équation suivante : et où tj sont les échantillons
Figure imgf000025_0001
temporels du signal reçu 's' ou 'sm', et 'N' est le nombre d'échantillons sur lesquels est effectuée la moyenne mobile.
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7 comprenant de plus une étape consistant à mettre à zéro les échantillons du signal reçu 's' ou 'sm' ou du signal lissé, dont l'amplitude en valeur absolue est inférieure à un seuil donné.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de corrélation (608) est réalisée selon l'équation suivante :
Figure imgf000026_0001
où Ci est le code constitué des Nbits bits envoyés aux instants ti , et
Figure imgf000026_0002
est le signal reçu au transducteur récepteur, éventuellement moyenné et/ou nettoyé.
10. Procédé pour la détection de défauts dans une structure allongée agissant comme guide d'ondes ultrasonores, ladite structure allongée étant instrumentée d'une pluralité de transducteurs aptes à acquérir des signaux de mesure de grandeurs caractéristiques d'ondes ultrasonores guidées se propageant dans ladite structure allongée, chaque transducteur étant couplé à un dispositif électronique installé le long de ladite structure, ce dispositif électronique étant configuré pour traiter des signaux de mesure reçus d'au moins un transducteur, l'ensemble des dispositifs électroniques étant synchronisés sur une même horloge, le procédé étant mis en œuvre par ordinateur et comprenant les étapes consistant à :
- (602, 604) réaliser entre un transducteur émetteur et un transducteur récepteur, au moins une opération d'émission et réception d'une onde ultrasonore guidée dans la structure allongée, ladite onde ultrasonore guidée correspondant à un signal modulé où le signal est un signal Y(-t) obtenu par retournement temporel d'un signal de calibration Y(t) acquis entre le transducteur récepteur et le transducteur émetteur, et où la modulation est un code initial de modulation prédéfini composé d'une séquence de bits à 0 et à 1 ;
- une étape (606) de nettoyage du signal 's' ou du signal moyenné 'sm', reçu par le transducteur récepteur, ladite étape de nettoyage comprenant une étape consistant à lisser le signal 's' ou le signal moyenné 'sm' à l'aide d'un filtre passe-bas pour supprimer des perturbations transitoires hautes-fréquences parasites très énergétiques ;
- (608) effectuer une détection des pics du signal obtenu après nettoyage ;
- (610) comparer le résultat de la détection à un seuil prédéfini ; et
- (612) selon le résultat de la comparaison, déterminer s'il y a ou non un défaut dans la structure allongée entre le transducteur émetteur et le transducteur récepteur.
11 . Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'étape de détection des pics du signal obtenu après nettoyage se fait avec une opération de seuillage.
12. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'étape de détection des pics du signal obtenu après nettoyage se fait avec une procédure de traitement du signal telle qu'une transformée temps-fréquence ou par reconnaissance de motifs.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'étape (612) de détermination de défaut comprend une étape de générer une alerte si le résultat de la comparaison est une valeur inférieure à un seuil prédéfini.
14. Système pour la détection de défaut dans une structure allongée agissant comme guide d'ondes ultrasonores, ladite structure allongée étant instrumentée d'une pluralité de transducteurs aptes à acquérir des signaux de mesure de grandeurs caractéristiques d'ondes ultrasonores guidées se propageant dans ladite structure allongée, chaque transducteur étant couplé à un dispositif électronique installé le long de ladite structure, un dispositif électronique étant configuré pour traiter des signaux de mesure reçus d'au moins un transducteur, l'ensemble des dispositifs électroniques étant synchronisés sur une même horloge, le système comprenant des moyens pour mettre en œuvre les étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.
15. Utilisation du système de la revendication 14 pour des rails ferroviaires.
16. Produit programme d'ordinateur, ledit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code permettant d'effectuer les étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
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