ETTC'2003 - SEE
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Pression Ligne bifilaire non blindée Signaux numériques + signaux analogiques Capteur Inter face _ Alimentation Calculateur + Résistance Figure (1) : Descriptif du capteur et du transfert simultané de signaux numériques ou analogiques Un bus au standard RS 232C permet le transfert des données entre l’interface et le calculateur. Un logiciel spécifique chargé dans le calculateur maître réalise le contrôle du capteur et la gestion de ces données ainsi que leur affichage. IV Insertion de données erronées V Evaluation de la sensibilité électromagnétique V-1 Génération de perturbations ciblées Afin de connaître la sensibilité du dispositif face à des perturbations provenant de sources électromagnétiques nous avons opté pour un couplage par diaphonie. La Figure (2) représente la structure générale du banc de mesures. Capteur Source HF puissante Blindage L0 Résistance de charge Interface Ligne Figure (2) : Couplage sur la ligne d’une perturbation ciblée par diaphonie Objectifs de l’analyse Le coupleur comporte un câble blindé contenant trois Les tests consistent à insérer des données étrangères au fonctionnement nominal du capteur afin de modifier le contenu des paramètres physiques traités par le calculateur. Pour réaliser cette simulation on substitue au capteur un calculateur esclave chargé d’élaborer les données erronées. L’affichage des informations en sortie du calculateur maître indique les changements d’états observés lors de l’application des tests. Méthode d’analyse L’instauration des protocoles d’insertion de données erronées a nécessité l’étude des procédés de protection. Notamment l’analyse des bits de parité, la reconnaissance des octets de contrôle ont été associées à l’étude de leur mode de compression et de codage simple précision. Comportements observés Les tentatives d’insertion de données erronées ont montré que les contrôles de parité protègent efficacement le système contre ce type d’action. En revanche sous certaines configurations de ces entrées subversives nous avons noté des blocages du calculateur nécessitant sa réinitialisation. conducteurs. Deux conducteurs servent au transport des signaux véhiculés sur la ligne. Le troisième conducteur réalise un couplage par diaphonie au moyen d’une source HF de puissance connectée à une de ses extrémités. L’extrémité opposée reçoit une résistance de charge d’une valeur de 50 Ω. Bien que cette valeur normalisée soit un peu éloignée de l’impédance caractéristique de cette ligne de propagation elle permet néanmoins de s’approcher d’une quasi-adaptation. La dimension L0 du câble est voisine de trois mètres. Ce choix résulte de considérations physiques sur l’amplitude des perturbations que nous voulons générer principalement au voisinage d’une dizaine de MHz. La source est constituée d’un générateur de signaux harmoniques connecté à un amplificateur de puissance large bande pouvant délivrer une vingtaine de watts. V-2 Perturbation des signaux numériques La méthodologie de l’essai est appliquée sur une trentaine d’échantillons de fréquence du perturbateur répartis entre 10 MHz et 200 MHz. Pour chaque fréquence on accroît la puissance de la source HF jusqu’à observer l’affichage d’une anomalie signalée par le calculateur de contrôle. On porte sur la caractéristique de sensibilité de la Figure (3) l’amplitude de la tension respectivement mesurée sur les lignes
émettrice et réceptrice lors de l’apparition de l’anomalie. 100 (V) 10 1 10 Ligne émettrice Ligne réceptrice 100 (MHz) 1000 Figure (3) : Caractéristiques montrant le seuil de sensibilité des signaux numériques transportés sur la ligne Pour la ligne émettrice il s’agit de la tension directement mesurée sur l’entrée du coupleur connecté à la source HF. Pour la ligne réceptrice nous prélevons la tension induite prés du capteur entre un des deux conducteurs et la référence de masse constituée du blindage; ce choix sera justifié par la suite. Les mesures sont réalisées à l’aide d’un oscilloscope comportant une sonde haute impédance. Les perturbations seront soit des ondes entretenues pures ou modulées par un signal sinusoïdal de fréquence 600 Hz. Dans la partie supérieure du graphe figurent les courbes relevées à l’entrée de la ligne émettrice avec et sans modulation. En partie inférieure apparaissent les courbes montrant la tension entre l’entrée du capteur et la référence de masse. Nous remarquons que la modulation influence très peu la sensibilité en revanche les comportements observés sur la ligne réceptrice indiquent d’importantes fluctuations d’amplitude probablement provoquées par des mécanismes d’ondes stationnaires mettant en cause le mode commun induit sur la ligne. Ne disposant d’aucune information sur la nature des impédances rencontrées aux extrémités du câble nous ferons l’hypothèse qu’il s’agit de boites noires qui réagissent sur la dynamique d’amplitude observée sur les courbes soit des tensions induites variant entre 1,5 V et 30 V. Si nous adoptons le chiffre le plus pessimiste nous dirons que le seuil de sensibilité se situe au niveau D’autre le part plus la bas raison soit 1,5 qui V. incite à relever la tension induite référencée au blindage du coupleur est motivée par la recherche du risque maximum. En effet nous sommes en présence d’un câble bifilaire torsadé, or nous savons que les tensions induites sur le mode différentiel ont une amplitude bien inférieure à celle induites sur le mode commun, un rapport dépassant 20 dB paraît réaliste. V-3 Perturbation des signaux analogiques Nous rappelons que les signaux analogiques concernent la tension continue mesurée aux bornes de la résistance de 260 Ω connectée en série avec l’alimentation. Pour mesurer les variations de cette tension consécutives au couplage avec le signal perturbateur nous avons aménagé le banc d’essai conformément au synoptique simplifié de la Figure (4). 260 Ω Alimentation Voltmètre Filtre de sortie Câble blindé Filtre d’entrée Capteur Ligne émettrice Figure (4) : Aménagement du banc d’essai pour la mesure des dérives du courant de consigne du capteur La tension prélevée sur la résistance est tout d’abord filtrée afin d’atténuer la composante haute fréquence superposée au signal analogique statique. Cette tension est transmise vers le voltmètre par un câble bifilaire blindé. Un second filtre connecté à l’entrée du voltmètre a pour but d’atténuer le mode commun transmis à l’intérieur du câble. L’expérience consiste comme précédemment à émettre des échantillons de fréquence afin de trouver la contrainte minimale qui appliquée sur la ligne émettrice provoque une dérive de tension décelable sur le voltmètre. Pour simplifier nous avons surtout regardé le comportement observé en absence de pression sur le capteur. Autrement dit nous recherchons les dérives du zéro physique. Les fréquences comprises entre 100 kHz et 1 GHz ont été explorées. Il est apparu que la sensibilité maximale se situe entre 1 MHz et 10 MHz, seules les courbes obtenues sur cette gamme de fréquence seront présentées en Figure (5). Afin d’établir une correspondance entre les dérives observées et les phénomènes d’induction mis en jeu nous avons entrepris la mesure des tensions hautes fréquences à l’entrée du capteur. Le schéma de la Figure (6) apporte le détail d’implantation de cette mesure.
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Pour la ligne émettrice il s’agit de la tension directement<br />
mesurée sur l’entrée du coupleur connecté à la<br />
source HF. Pour la ligne réceptrice nous prélevons la<br />
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conducteurs et la référence de masse constituée du<br />
blindage; ce choix sera justifié par la suite. Les mesures<br />
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seront soit des ondes entretenues pures ou modulées<br />
par un signal sinusoïdal de fréquence 600 Hz. Dans la<br />
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à l’entrée de la ligne émettrice avec et sans modulation.<br />
En partie inférieure apparaissent les courbes<br />
montrant la tension entre l’entrée du capteur et la<br />
référence de masse. Nous remarquons que la<br />
modulation influence très peu la sensibilité en<br />
revanche les comportements observés sur la ligne<br />
réceptrice indiquent d’importantes fluctuations<br />
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mécanismes d’ondes stationnaires mettant en cause le<br />
mode commun induit sur la ligne. Ne disposant<br />
d’aucune information sur la nature des impédances<br />
rencontrées aux extrémités du câble nous ferons<br />
l’hypothèse qu’il s’agit de boites noires qui réagissent<br />
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courbes soit des tensions induites variant entre 1,5 V<br />
et 30 V. Si nous adoptons le chiffre le plus pessimiste<br />
nous dirons que le seuil de sensibilité se situe au<br />
niveau D’autre le part plus la bas raison soit 1,5 qui V. incite à relever la tension<br />
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par la recherche du risque maximum. En effet<br />
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or nous savons que les tensions induites sur le mode<br />
différentiel ont une amplitude bien inférieure à celle<br />
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20 dB paraît réaliste.<br />
V-3 Perturbation des signaux analogiques<br />
Nous rappelons que les signaux analogiques concernent<br />
la tension continue mesurée aux bornes de la<br />
résistance de 260 Ω connectée en série avec<br />
l’alimentation. Pour mesurer les variations de cette<br />
tension consécutives au couplage avec le signal perturbateur<br />
nous avons aménagé le banc d’essai<br />
conformément au synoptique simplifié de la Figure<br />
(4).<br />
260 Ω<br />
Alimentation<br />
Voltmètre<br />
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Filtre d’entrée<br />
Capteur<br />
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Figure (4) : Aménagement du banc d’essai pour la<br />
mesure des dérives du courant de consigne du capteur<br />
La tension prélevée sur la résistance est tout d’abord<br />
filtrée afin d’atténuer la composante haute fréquence<br />
superposée au signal analogique statique. Cette tension<br />
est transmise vers le voltmètre par un câble bifilaire<br />
blindé. Un second filtre connecté à l’entrée du<br />
voltmètre a pour but d’atténuer le mode commun<br />
transmis à l’intérieur du câble. L’expérience consiste<br />
comme précédemment à émettre des échantillons de<br />
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appliquée sur la ligne émettrice provoque une dérive<br />
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nous avons surtout regardé le comportement observé<br />
en absence de pression sur le capteur. Autrement dit<br />
nous recherchons les dérives du zéro physique. Les<br />
fréquences comprises entre 100 kHz et 1 GHz ont été<br />
explorées. Il est apparu que la sensibilité maximale se<br />
situe entre 1 MHz et 10 MHz, seules les courbes<br />
obtenues sur cette gamme de fréquence seront présentées<br />
en Figure (5). Afin d’établir une<br />
correspondance entre les dérives observées et les<br />
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entrepris la mesure des tensions hautes fréquences à<br />
l’entrée du capteur. Le schéma de la Figure (6)<br />
apporte le détail d’implantation de cette mesure.