Diagnostic de lignes de transmission

La part de l’électronique embarquée dans l’automobile et d’autres moyens de transport ne cesse de croître. Cette évolution est accompagnée d'une augmentation du nombre de systèmes électroniques (dédiés à la sécurité et à la navigation), du couplage entre les fonctions et de l'augmentation de la longueur des câbles. Ces câbles électriques subissent souvent des contraintes externes (mécaniques, température, humidité …) qui sont souvent la cause d’une détérioration prématurée du réseau. Les défaillances liées aux câbles peuvent parfois être lourdes de conséquences (incendie, crash aérien, panne d’un véhicule …). La localisation du défaut est un atout important, car elle permet de cibler la réparation afin d’en réduire le coût. Le domaine de l’avionique a été précurseur pour les différentes méthodes de diagnostic basées sur la réflectométrie, compte tenu des fortes contraintes sécuritaires, économiques, et d’un certain nombre d’accidents imputables à des défauts électriques. Plus récemment le domaine de l’automobile a donné lieu a plusieurs projets multi-partenaires impliquant le laboratoire. Nos activités portent d’une part sur la modélisation des défauts non-francs par des méthodes de modélisation appropriées (problèmes « directs ») et d’autre part sur les techniques de détection et de localisation de ces défauts au sein de réseaux complexes (problèmes « inverses »).

Dans le cadre de l’ANR SODDA (Soft Defects Diagnosis in wired networks, 2012-2015) avec CEA-LIST, SAFRAN Power Systems, INRIA, ESYCOM, nous avons amorcé l’étude de l’impact de défauts non-francs sur des signaux de réflectométrie. En effet une des principales limites des méthodes utilisées, basées sur le principe de la réflectométrie, est la difficulté à détecter des défauts non francs (tels que rupture de brins pour un câble multibrin, usure localisée de l’isolant, percement du blindage) qui sont souvent les signes avant-coureurs très ténus de problèmes plus fâcheux. Le travail que nous menons repose sur la caractérisation électromagnétique d’une zone localisée d’un câble présentant un défaut non franc par des méthodes numériques appropriées. Ces méthodes permettent d’exprimer les perturbations engendrées par le défaut et de caractériser la zone du défaut par un quadripôle inséré sur le câble qui modifie les conditions de propagation. Cette représentation électrique permet de passer d’une représentation 3D au niveau du défaut à une représentation 1D au niveau de la ligne.

Fig.1 et 2 : Dégradation de blindage d’un câble coaxial et sa modélisation
Fig.1 : Dégradation de blindage d’un câble coaxial et sa modélisation
Fig.1
Fig.2 : Dégradation de blindage d’un câble coaxial et sa modélisation
Fig.2
Fig.3 : Variation du coefficient de réflexion
Fig.3 : Variation du coefficient de réflexion

La technique de retournement temporel, développé à l’origine pour les problèmes de diffraction dans le domaine de l’acoustique a été transposée aux problèmes de propagation guidée le long de lignes de transmission. La décomposition de l’opérateur de retournement temporel (DORT) s’avère ainsi particulièrement efficace pour la détection d’un défaut non franc au sein d’un réseau de topologie complexe. Toutefois sa portée est limitée dans le cas de défauts multiples ou en présence d’un contraste important entre les sévérités des défauts. C’est pourquoi une procédure nouvelle a été récemment proposée pour la détection de défauts multiples au sein d’un réseau. Cette approche permet une focalisation sélective des signaux de test sur chacun des défauts permettant une claire identification des différentes positions. La formulation étudiée permet également d’accéder au coefficient de réflexion de chaque défaut ce qui peut s’avérer tout à fait pertinent dans l’objectif d’anticiper l’apparition ultérieure de défauts francs. Cette version « DORT-multiple » a été testée et validée expérimentalement dans le cas de configurations complexes incluant des réseaux à plusieurs branches.

Fig.4 : Réseau en Y avec deux défauts non-francs
Fig.4 : Réseau en Y avec deux défauts non-francs

Fig.5 : Identification des deux positions de défaut par DORT
(EDORT) – Comparaison avec DORT

Il a également été montré que l’algorithme MUSIC (Multiple Signal Classification) largement utilisé en acoustique et électromagnétisme pouvait être mis à profit en vue de la localisation de défauts dans les réseaux filaires. Contrairement aux approches de réflectométrie usuelles qui exploitent des signaux impulsionnels ou à bande étroite. TR-MUSIC (Time Reversal MUSIC) permet d’accéder à une excellente résolution à partir de signaux de test à large bande ou monochromatiques.

Fig.6 : Réseau en Y avec deux défauts non-francs               	     	   Identification des deux positions de défaut par  DORT-multiple
Fig.6 : Réseau en Y avec deux défauts non-francs
Fig.7 : Identification des deux positions de défaut par TR-MUSIC
Fig.7 : Identification des deux positions de défaut par TR-MUSIC


Quelques publications récentes
- M. Kafal, A. Cozza, L. Pichon, Locating Multiple Soft Faults in Wire Networks Using an Alternative DORT Implementation, , IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 65, n° 2, pp 399-406, 2016.
- H. Manesh, A. Kameni, F. Loete, J. Genoulaz, L. Pichon, O. Picon, « Equivalent Circuit Model of Soft Shield Defects in Coaxial Cables Using Numerical Modelling » , IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2016.