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RÉSUMÉ
Les câbles électriques sont vecteurs de l'alimentation et de l'information pour les systèmes communicants. Ils sont soumis aux mêmes contraintes et peuvent aussi être affectés par des défauts (court-circuit, rupture, corrosion, usure, etc.). En cas de panne du système, il peut être intéressant de vérifier l'état physique du réseau d'interconnexion filaire avant de changer de coûteux appareils. C'est certain, des systèmes de diagnostic filaire permettraient d'énormes gains de temps et d'argent dans de nombreux domaines tels que les transports, l'énergie, le bâtiment, les infrastructures et les télécommunications.
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Fabrice AUZANNEAU : Ingénieur chercheur en intelligence artificielle embarquée au CEA LIST
INTRODUCTION
Les systèmes électroniques modernes reposent encore largement sur des réseaux câblés, pour l’alimentation en énergie ou la transmission de signaux, et ces fonctions requièrent des interconnexions de haute fiabilité. Au début des années 2000, le vieillissement des câbles électriques a été identifié comme un facteur de risque majeur pour les transports aériens. Il en va de même pour de nombreux systèmes critiques pour la sécurité (systèmes dont la défaillance peut causer des blessures aux êtres humains) tels que les transports routiers et ferroviaires, le contrôle des centrales nucléaires, les systèmes médicaux de soins intensifs.
Pour améliorer la fiabilité des réseaux câblés ou pour aider à leur maintenance, il est nécessaire d’en connaître l’état de santé et de pouvoir détecter les éventuels défauts. La méthode de diagnostic la plus prometteuse est la réflectométrie. Basée sur l’injection d’un ou plusieurs signaux de sonde dans le réseau et l’analyse des signaux réfléchis, cette méthode fournit des informations utiles pour la gestion des réseaux. Elle permet notamment de localiser les défauts, afin de cibler la maintenance et de limiter le temps d’immobilisation ou d’arrêt de service.
Elle est adaptée aux réseaux de topologie complexe et à la surveillance en continu du réseau même pendant son fonctionnement, afin de détecter des défauts intermittents, ou de suivre l’évolution de la gravité des défauts pour en effectuer la réparation au moment le plus propice.
Cet article présente les aspects théoriques et pratiques du diagnostic des réseaux filaires et en résume les principaux enjeux.
Domaine : Fiabilité des réseaux de câbles
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Électronique analogique et numérique, radiofréquence, microélectronique
Domaines d’application : Transports, énergie, communication, bâtiment et infrastructures
Principaux acteurs français :
-
Centres de compétence : CEA LIST, Supélec LGEP, INRIA
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Pôles de compétitivité : SYSTEM@TIC
Autres acteurs dans le monde : Université de l’Utah, WiN-MS, Livewire, Wirescan…
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VERSIONS
- Version archivée 1 de mai 2010 par Fabrice AUZANNEAU
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3. Réflectométrie
Les méthodes basées sur le principe de la réflectométrie permettent de répondre au mieux à ces exigences.
3.1 Principe
Le principe de la réflectométrie est similaire à celui du radar : une onde est injectée dans un milieu, si elle rencontre une discontinuité lors de sa propagation une partie de son énergie est renvoyée vers le point d’injection. L’analyse des signaux réfléchis permet d’en déduire des informations sur cette discontinuité.
Aujourd’hui, la réflectométrie est utilisée dans de nombreux domaines allant de la mesure de l’humidité dans les sols, la caractérisation des strates dans la croûte terrestre, la mesure des voies respiratoires et la détection de défauts dans les câbles.
L’inconvénient principal est qu’un réseau de topologie arborescente donne lieu à des signaux complexes et très difficiles à analyser. Cette méthode requiert donc une certaine puissance de calcul et une bonne maîtrise pour pouvoir en tirer des conclusions utiles.
HAUT DE PAGE3.2 Théorie
La réflectométrie est divisée principalement en deux familles :
-
la réflectométrie temporelle (TDR – Time Domain Reflectometry) ;
-
la réflectométrie fréquentielle (FDR – Frequency Domain Reflectometry).
Les deux sont basées sur la méthode décrite ci-dessus. Les principales différences résident dans la procédure d’injection et le traitement de la réponse. Lorsque le signal de sonde se propage dans le réseau et rencontre une discontinuité électrique (défaut, dérivation, changement d’impédance, etc.), une partie de son énergie est renvoyée vers le port d’injection. Dans le domaine temporel (TDR), l’analyse des signaux réfléchis donne des informations sur la topologie du réseau (figure 4) ; dans le domaine fréquentiel (FDR), c’est l’analyse de l’onde stationnaire qui fournit ces informations.
Le signal renvoyé dépend du type de discontinuité/défaut rencontré :
-
un...
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Réflectométrie
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FURSE (C.), HAUPT (R.) - Down to the wire. - Spectrum, IEEE, 38(2), p. 34-39 (2001).
-
(2) - (*) - Management of life cycle and ageing at nuclear power plants: improved I maintenance. - AIEA, IAEA-TECDOC-1402 (2004).
-
(3) - FURSE (C.), SMITH (P.), LO (C.) - Spread spectrum sensors for critical fault location on live wire networks. - Structural control and health monitoring journal, 12, p. 257-267 (2005).
-
(4) - FLAKE (R.H.) - Advances in test technologies for metal cables. - IEEE ComSOC/SPSoc, Austin, USA (2005).
-
(5) - FURSE (C.), CHUNG (Y.), LO (C.), PENDAYALA (P.) - A critical comparison of reflectometry methods for location of wiring faults. - Journal of Smart Structures and Systems, 2, p. 25-46 (2006).
-
(6) - AUZANNEAU (F.), RAVOT (N.) - Détection...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Des logiciels de simulations numériques de la physique de propagation des ondes électromagnétiques peuvent être utilisés pour modéliser et simuler les performances d’une méthode ou d’un système de réflectométrie.
CST Microwave Studio (éléments finis dans le domaine fréquentiel) http://www.cst.com/Content/Products/MWS/Overview.aspx
Agilent ADS (Advanced Design System) http://www.home.agilent.com/agilent/product.jspx?nid=34346/0.00=USlc=eng
ESI CRIPTE (simulation de réseaux multiconducteurs, basée sur la méthode de topologie électromagnétique, développée à l’ONERA) https://www.esi-group.com/fr
HAUT DE PAGE
Université de l’Utah http://www.ece.utah.edu/~cfurse/Center%20of%20Excellence/wiring.htm
Article « Down to the wire » de C. Furse http://spectrum.ieee.org/aerospace/aviation/down-to-the-wire
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