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Présentation
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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 :
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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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- Version archivée 1 de mai 2010 par Fabrice AUZANNEAU
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Conclusion, perspectives
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5. Mise en œuvre
5.1 Laboratoire
Il est possible de mettre en œuvre les diverses méthodes de réflectométrie avec du matériel de laboratoire : générateur de signaux, oscilloscope, analyseur de réseau vectoriel, PC pour le contrôle des appareils, des connecteurs et des câbles. Cette mise en œuvre en laboratoire est utilisée pour tester les méthodes et évaluer leurs performances maximales. L’étape de laboratoire est essentielle pour la caractérisation préalable du câble (cf.§ 3.3).
HAUT DE PAGE5.2 Prototypage
L’étape suivante visant au prototypage du système de diagnostic peut être faite sur un kit de développement du commerce, équipé de convertisseurs, par exemple FPGA – Field-Programmable Gate Array – (XILINX, ALTERA), ou microcontrôleur (PIC, ARM) selon les besoins et la méthode choisie.
La précision de localisation du défaut dépend en première approximation de la fréquence d’échantillonnage F e des signaux :
avec V la vitesse de propagation dans le câble, souvent proche de 2 × 108 m/s (mais la caractérisation préliminaire du câble permet d’affiner cette valeur).
C’est une approximation, car la vitesse de propagation dépend de la fréquence. Utiliser une vitesse constante pour un signal multifréquence entraîne une perte de précision sur la localisation du défaut.
Une fréquence d’échantillonnage de 1 GHz apporte une précision de près de 10 cm.
La largeur des pics du réflectogramme dépend de la bande passante fréquentielle...
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Mise en œuvre
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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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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