Essais & Simulations n°127

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mesures entretien vers plus de capteurs sans fil et intelligents Il existe aujourd’hui un besoin évident de capteurs de nouvelle génération, qu’il s’agisse de capteurs intelligents, capables de communiquer entre eux, et sans fil ; le problème du câblage étant de plus en plus présent dans les laboratoires d’essais. Et le domaine de la thermique n’échappe pas à la règle, d’autant que, dans les applications d’essais industriels en particulier, les contraintes peuvent être extrêmes en raison des fortes montées – ou des descentes – en température. Lors des journées toulousaines d’Astelab portant sur les tests thermiques des systèmes, Intespace a notamment fait part à l’auditoire de sa problématique quant à la mise en réseau des capteurs de température sans fil. Quelles technologies voit-on apparaître aujourd’hui sur le marché ? Au cœur de l’actualité médiatique, en partie grâce à la visite du président Hollande dans ses locaux de Labège (Haute-Garonne), la société Sigfox, spécialisée dans l’Internet des objets (IoT) et le « Machine to Machine » (M2M), fait de la mesure à distance ; en somme, il s’agit de capteurs de mesure à basse vitesse et à faible débit et capables de communiquer entre eux. Pour le domaine des essais, c’est encore insuffisant, mais les développements vont aujourd’hui dans ce sens. L’intérêt du capteur « sans fil » est évident, à l’exemple de l’aéronautique où, pour réaliser des mesures sur l’Airbus A350 XWB par exemple pour des essais statiques, on a besoin, en fonction du modèle, de 10 000 à 20 000 capteurs, soit plus de 1 000 km de câbles ! De même, les nanotechnologies – à l’exemple de Nanolike – lesquelles permettent de mettre au point des jauges de contraintes à très haute résistance pour un encombrement et une consommation électrique plus réduits. On se dirige inévitablement vers une miniaturisation des produits. En effet les capteurs sans fil ne doivent pas perturber leur environnement de mesures, ils se doivent donc d’être « petits », mais ces derniers doivent intégrer une batterie, des pistes d’amélioration s’orientent vers des capteurs capables de générer leur propre énergie, mais aussi des possibilités de communiquer d’où TM-TC, conversion analogique-numérique, systèmes de sécurité… Qu’en est-il des smart sensors ? Le capteur intelligent n’a plus seulement la vocation à n’être qu’un capteur. Il doit contenir, outre l’ensemble des informations joseph Merlet Actuellement vice-président de l’ASTE, Joseph Merlet était l’ancien directeur technique de la société toulousaine Intespace de 2009 à 2014 le concernant (nom-modèle, numéro de référence, sensibilité, courbe et planning d’étalonnage…), des capacités à communiquer : le smart sensor doit pouvoir dialoguer avec la chaîne de mesure, lui envoyer une trame de télémesure, gérer (grâce à une mémoire de tests et une mémoire tampon) l’information montante et descente, être capable de s’éteindre et se rallumer seul, etc. Mais ces solutions d’avenir devront lever certains verrous technologiques tels que les interférences et les perturbations électromagnétiques de même que les impératifs de confidentialité des mesures. ● Propos recueillis par Olivier Guillon 32 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

mesures optimisation Mesure rapide de température par thermocouple les thermocouples permettent une mesure thermique économique, rapide, mais souffrant d’une faible précision à cause de leur importante sensibilité au bruit. nous avons appliqué la théorie de l’estimation optimale pour créer un filtre numérique dédié à la mesure par thermocouple. les résultats en simulation et mesure nous ont permis de concevoir le prototype fonctionnel d’une centrale de mesure utilisant ces techniques pour une mesure précise et rapide de température (0,2 °C et 2 ms) au moyen de thermocouples classiques : la centrale mimecor. La mesure de température représente 80 % des capteurs dans les laboratoires d’essai. Les thermocouples (TC) sont des capteurs économiques, rapides et à large gamme de mesure, au détriment de leur précision réduite par de forts niveaux de bruits. Nos travaux R&D, en particulier le projet MIMECOR-VT 1 , visent à remplacer les méthodes traditionnelles de traitement du signal, basées sur le conditionnement analogique, par des techniques de filtrage numérique issues de la théorie d’estimation optimale. Nous avons ainsi développé la centrale Mimecor, qui assure une mesure de température précise, rapide, et économique. principe de mesure de température par tc dispositif de mesure de température par tc Un thermocouple (TC) est constitué de deux fils de métaux différents soudés. Un potentiel est généré entre ses bornes en présence d’un gradient de température, d’après l’effet Seebeck [1]. La mesure de température par TC est sujette à des perturbations causées par l’interaction du capteur avec son milieu ou les signaux parasites. Des précautions de mise en œuvre permettent de réduire le bruit de mesure [2]. Bruit de mesure d’un VI en fonction de la vitesse d’acquisition 1. MIMECOR-VT :« Méthodes Innovantes pour la mesure et le contrôle des caissons d’essais Vide Thermique » est un projet mené par : DSi, Intespace, LAAS-CNRS, TSR et EREMS. Lauréat de l’appel à projet IRIS 2010 de la DIRECCTE Midi-Pyrénées, il est cofinancé par l’UE avec le FEDER. performances et limitations La mesure de tension est classiquement réalisée par un voltmètre intégrateur (VI) qui mesure la valeur moyenne de la tension d’entrée sur une durée T int , la période d’intégration. Lorsque T int est longue, le bruit de mesure est réduit pour un cas stationnaire. Cependant, quand la variation de température est rapide par rapport à T int , le VI donne une mesure biaisée (figure ci-après). centrale mimecor de mesure thermiQue rapide La centrale Mimecor remplace le VI par un filtre optimal numérique pour une mesure rapide et précise par TC. De plus, la chaîne de conditionnement du signal (amplification, multiplexage, échantillonnage et numérisation) est optimisée pour cette application. le filtrage optimal Le problème d’estimation dynamique consiste à reconstruire un processus stochastique à partir de son observation partielle et bruitée. Le filtrage optimal détermine le meilleur estimateur de l’état courant à partir des mesures, selon un critère de performance (ici, le minimum de variance, minimisant l’erreur quadratique moyenne). La résolution du problème de filtrage optimal peut être obtenue récursivement en 2 étapes : ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I33