Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Réflectométrie dans le domaine temporel (TDR)“

Au cours des deux dernières décennies, la dépollution et la surveillance des sites pollués sont devenus une question sociétale importante. Les techniques classiques de surveillance par piézomètres et piézairs ne suffisent pas pour suivre les changements caractéristiques dans le sous-sol de ces sites en raison de leur caractère ponctuel. Ainsi l’interprétation de données géophysiques acquises lors de la surveillance de tels sites est un outil pour la dépollution de leurs sols. Les propriétés géophysiques sont des paramètres clés dans la validation des méthodes de dépollution des sols contaminés par des produits chimiques organiques et industriels, comme les hydrocarbures lourds, DNAPL (‘Dense Non-Aqueous Phase Liquids’ en anglais). Parmi les techniques géophysiques pouvant être utilisées pour suivre les propriétés physiques des sites contaminés, les méthodes électriques et électromagnétiques se sont révélées être des techniques de surveillance fiables fournissant des informations sur la résistivité électrique et la permittivité diélectrique reliées aux propriétés physiques et hydrodynamiques du milieu. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer la capacité des méthodes électromagnétiques afin de suivre le processus de dépollution dans des sols contaminés par des DNAPL, via l’utilisation en laboratoire des méthodes de SIP (‘Spectral Induced Polarization’ en anglais, polarisation provoquée spectrale ou dans le domaine fréquentiel en français) et TDR (‘Time Domain Reflectometry’ en anglais) dans des milieux poreux contaminés, ces méthodes mesurant ces propriétés électromagnétiques<br>During the past two decades, the remediating and monitoring of polluted sites have become an important issue. Among all geophysical techniques, electrical methods showed their ability to monitor clean-up programs in these sites. Spectral induced polarization (SIP) technique is a method in near surface geophysics to measure complex electrical resistivity of a medium in the frequency domain. The other geophysical method was used is time domain reflectometry (TDR) that has been developed to measure relative dielectric permittivity, water content and temperature in homogeneous or heterogeneous porous media. This thesis is a challenge to evaluate efficiency and potential of SIP and TDR for a long-term monitoring of dense non-aqueous phase liquids (DNAPLs) recovery in contaminated porous media in the laboratory. Different sets of experiments designed to study the impacts of temperature and saturation changes on electrical complex resistivity and relative permittivity of saturated porous media on isothermal and non-isothermal conditions were examined in different 1D columns. The measurements were made with different couples of pollutants and fluids (i.e. coal tar/water, chlorinated solvent/water and canola oil/salty ethanol) in porous media simulated with glass beads of 1 mm diameter.Our findings concerning to temperature and saturation change show that experimental data of relative permittivity and complex resistivity obey empirical models validating our experimental setup and protocol. The results from the laboratory measurements will be used in the real conditions in field measurements in a remediation program

En hyperfrequences, la mesure des parametres s d'un dispositif est generalement effectuee a l'aide d'analyseurs vectoriels de reseau, dans le domaine frequentiel, et apres calibrage. Une solution alternative peu utilisee consiste a effectuer les mesures dans le domaine temporel, puis a exprimer les resultats (parametres s) dans le domaine frequentiel. Dans cette optique, nous avons elabore un modele d'erreur specifique aux systemes temporels, puis nous avons developpe deux methodes de calibrage propres a l'analyse de reseau dans le domaine temporel. La premiere methode repose sur une version simplifiee du modele d'erreur complet. La seconde methode prend en compte l'ensemble des erreurs identifiees dans ce modele. Une etude de sensibilite des deux methodes vis-a-vis des erreurs non prises en compte par les modeles (erreurs aleatoires), a ete realisee. Enfin, apres caracterisation du banc de mesure utilise (bande passante, dynamique, repetabilite), nous presentons des resultats experimentaux obtenus sur divers dispositifs microondes (attenuateurs, lignes de transmission, resonnateurs). Les mesures sont systematiquement effectuees sur notre systeme temporel et sur un analyseur vectoriel de reseau. Les resultats obtenus par les deux approches presentent un tres bon accord, ce qui montre la validite de l'approche temporelle

Cette these presente les travaux de la contribution du lcie a la redaction du projet de travail international concernant la caracterisation et l'etalonnage des reflectometres optiques dans le domaine temporel. Pour appuyer nos propositions dans les differents groupes de normalisation, nous avons developpe des etudes en collaboration avec les autres membres du groupe francais tels que le cnet et schlumberger pour le dispositif simulateur d'epissure, l'ircom pour un dispositif a cavite en espace libre et l'onera-cert pour un dispositif a cavite a fibre. Ces deux dispositifs a cavite sont plus particulierement detailles dans le deuxieme chapitre de la these. Une etude theorique nous a permis de definir le critere de troncature d'un signal permettant d'obtenir le meilleur rapport signal a bruit possible. L'experimentation nous a montre que l'application de ce critere permet d'ameliorer la precision des mesures impulsionnelles des reflectances par reflectometrie optique, au meme titre que la technique de filtrage adapte que nous avons egalement etudiee

La part de l'électronique embarquée dans l'automobile, avions, trains et d'autres moyens de transport ne cesse de croître. Cette augmentation 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, et 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. La fiabilité de ce câblage devient donc prépondérante et la mise au point de systèmes et de procédures de diagnostic de câblages, apparaît urgente. Nous avons développé une nouvelle approche pour le diagnostic de l'état de câblage afin de détecter et de localiser (voire de caractériser) des défauts. Cette méthodologie de modélisation se base sur deux ingrédients : un modèle de propagation filaire et un outil de résolution de problèmes inverses. Le modèle de propagation décrit le problème (direct) de la propagation d'une onde électromagnétique le long d'une ligne de transmission (simple ou de type multiconducteurs) dans le domaine temporel. Il est basé sur une représentation en cellule RLCG et sur la méthode FDTD. La résolution du problème inverse consiste à partir d'un réflectogramme à remonter vers des informations sur les valeurs des paramètres électriques R,L,C et G exploités dans les modèles de propagation filaire et qui peuvent être représentatifs de défauts caractéristiques (câble sectionné, corrosion, coupure, etc. ). Deux outils ont été étudiés dans cette perspective : les algorithmes génétiques et les réseaux de neurones. La méthode proposée a donné de très bons résultats dans l'analyse des différentes configurations de câblages (simple ou réseau) et type de défauts (franc et non franc)<br>The embedded electronics in cars, aircraft, trains, and other transportation mean continues to grow. This increase is accompanied by an increase in the number of electronic systems (dedicated to safety and navigation), the coupling between the functions and the increase of the length of cables. These cables are often exposed to external stress (mechanical, temperature, humidity. . . ) which are often the cause of deterioration of the wiring network. Many problems currently appear referring to failures related to the cables and can sometimes have heavy consequences (fire, aircraft crash, breakdown of a vehicle. . . ). Fault location is an important asset, because it allows to focus the reparation in order to reduce the cost. The reliability of wire becomes dominant and the development of systems and procedures of wiring diagnosis appears urgent. We have developed a new approach allows diagnosing the health of a wiring network in order to detect, localize and characterize the defects. This methodology is based on two steps: a wire propagation model and a tool to solve the inverse problem. The propagation model describes the forward problem for wave propagation which along the transmission lines (simple or multiconductors) in time domain. The resolution of the inverse problem consists to deduce some knowledge about the defects from the reflectometry response. Two tools have been studied in this perspective: the genetic algorithms and the neural networks. The proposed method has given very good results in the analysis of different wiring configurations (simple lines and complex network) and faults type (soft and hard)

Dans cette thèse, nous présentons de nouvelles approches pour la détection de défauts sur des structures filaires plus ou moins complexes. L’idée est de trouver une nouvelle approche pour surmonter les difficultés des techniques de réflectométrie standards. Tout d’abord, des techniques de débruitage doivent être appliquées, telles que la décomposition en mode empirique (EMD), la décomposition moyenne locale (LMD), ou la transformée des ondelettes discrète (DWT). Ces trois méthodes décomposent un signal en plusieurs niveaux de reconstruire un signal utile. On montre dans ce manuscrit que l’EMD est la méthode la plus efficace, bien que limitée par les effets de bords. Ensuite, l’analyse temps fréquence est utilisée afin de détecter et localiser les défauts sur le câblage. Cette approche, basée sur la transformation de Fourier, ne permet de détecter les défauts de câblage que si le niveau de bruit est faible d’où l’intérêt de la première étape de débruitage. Par ailleurs, on propose aussi une approche bayésienne utile notamment lorsque la complexité du système augmente. Sa réponse est basée sur l’estimation des paramètres et des distributions à priori. Dans ce manuscrit, l’approche bayésienne est décrite mathématiquement puis les résultats validant l’approche sont présentés en analysant en particulier les paramètres qui affectent la performance de la méthode. Enfin, nous utilisons une approche de la réflectométrie chaotique temporelle basée sur les propriétés du signal chaotique. Les résultats montrent que cette méthode est capable de synthétiser des signaux et de localiser les défauts de câblage sans prétraitement ou informations a priori<br>In this thesis, we present new approaches of soft fault detection and location in simple andcomplex wire networks. The idea is to find a new approach to overcome the difficulties withstandard reflectometry techniques. We prove that before applying post-treatment methods,denoising techniques should be applied, such as empirical mode decomposition (EMD), localmean decomposition (LMD), or the discrete wavelet transform (DWT). These three methodsdecompose a signal into multiple levels to threshold them before signal reconstruction.Testing several applications shows that EMD is the most efficient method, although it hassome limitations as side effects. After the denoising step, the wiring faults can be detected.Time–frequency analysis is employed at this step. This approach, based on the FourierTransform, is able to detect wiring faults only if the noise level is low. To overcome thisdifficulty, the Bayesian approach is beneficial when system complexity increases. Its responseis based on estimation of prior parameters and prior distributions. In this work, the Bayesianapproach is applied via a formal mathematical study followed by simulation results validatingthe proposed approach, with analysis of the parameters that affect the method’s performance.In the domain of soft fault location, we derive a chaos time domain reflectometry approachbased on chaotic signal properties. Our simulation and experimental results prove that thismethod can synthesize signals and localize the soft fault position without the need forsupplemental methods

Les câbles électriques sont utilisés dans tous les secteurs pour transférer de l'énergie ou de l'information. Pendant le fonctionnement, les câbles peuvent être sujets à des défauts francs (circuit ouvert ou court-circuit) ou des défauts non-francs (endommagement de l'isolant, pincement, etc.) dus à une mauvaise utilisation, aux conditions environnementales ou au vieillissement. Ces défauts doivent être détectés à leur stade le plus précoce pour éviter une interruption de la fonction ou des conséquences plus graves. Parmi les méthodes de diagnostic des réseaux filaires qui ont été étudiées dans la littérature, la réflectométrie électrique a été considérée la plus efficace surtout dans le cas d'un défaut franc. Cependant, cette méthode s'avère moins fiable en présence d'un défaut non-franc caractérisé, généralement, par une signature de faible amplitude sur le réflectogramme qui dépend non seulement de la variation de l'impédance caractéristique du câble au niveau du défaut mais également de la configuration du signal de test telle que sa bande passante. En effet, l'augmentation de la fréquence maximale du signal de test améliore la résolution ''spatiale'' de l'information des défauts non-francs. Cependant, elle accentue, en même temps, les phénomènes d'atténuation et de dispersion du signal de test rendant ainsi la détection de ces défauts moins fiable, et surtout dans le cas des réseaux filaires complexes où la réflectométrie pourrait souffrir de problèmes d'ambiguïté liée à la localisation des défauts. Dans ce cadre, la réflectométrie distribuée où plusieurs capteurs sont installés aux extrémités du réseau sous test est appliquée entrainant l'apparition d'autres problématiques telles que le partage des ressources, la fusion de capteurs pour la prise de décision, la consommation d'énergie, etc.Dans ce contexte, cette thèse propose de développer deux approches : la première permet de choisie la meilleure fréquence maximale à appliquer au signal de test pour la détection des défauts non-francs. La seconde approche a pour objectif de choisir les capteurs les plus pertinents pour leur diagnostic dans les réseaux filaires complexes. Pour cela, une combinaison entre les données basées sur la réflectométrie et l'algorithme d'analyse en composantes principales (PCA) est utilisée. Le modèle de la PCA est développé pour détecter les défauts non francs existants. Associé à une analyse statistique basée sur Hotelling’s T² et Squared Prediction Error (SPE), les paramètres requis sont identifiés. Une étude expérimentale est réalisée, et une analyse de leurs performances en environnement bruité est effectuée<br>Electrical cables are used in all sectors to transfer energy or information. During operation, the cables may be subject to hard faults (open circuit, short circuit) or soft faults (isolation damage, pinching, etc.) due to misuse, environmental conditions, or aging. These faults must be detected at their earliest stage to avoid interruption of the function or more serious consequences. Even though several electric and non-electric wire diagnosis methods have been studied and developed throughout the last few decades, reflectometry-based techniques have provided effective results with hard faults. However, they have been shown to be less reliable whenever soft faults are addressed.Indeed, soft faults are characterized by a small impedance variation, resulting in a low amplitude signature on the corresponding reflectograms. Accordingly, the detection of these faults depends strongly on the test signal configuration, such as its bandwidth. Although the increase of the maximal frequency of the test signal enhances the soft fault's ''spatial'' resolution, its performance is limited by signal attenuation and dispersion. Moreover, although reflectometry offers good results in point-to-point topology networks, it suffers from ambiguity related to fault location in more complex wired networks (Multi-branched). As a solution, distributed reflectometry method, where sensors are implemented in the extremities of the network under test, is used. However, several issues are enforced, from the computing complexities and sensors fusion problems to the energy consumption.In this context, this Ph.D. dissertation proposes to develop two approaches: the first selects the best maximal frequency for soft fault detection, and the second selects the most relevant sensors to monitor and diagnose those faults in multi-branched wired networks. The proposed solution is based on a combination between reflectometry and Principal Component Analysis (PCA). The PCA model coupled with statistical analysis based on Hotelling’s T² and Squared Prediction Error (SPE) is used to detect the soft faults and select the required parameters. Experimental validation is carried out, and performance analysis in the presence of noise is investigated