Télémesure
Décommutation et étalonnage : de la donnée brute à l'unité physique
Entre les bits du support et la courbe à l'écran, chaque paramètre passe par deux opérations : la décommutation le trouve, l'étalonnage lui donne une unité. La plupart des valeurs fausses d'un rapport d'essai viennent de l'une ou de l'autre, et toutes deux se vérifient.
Deux étapes, deux questions
Un enregistrement ne contient pas « vitesse air » ni « déformation au cadre 24 ». Il contient des mots : des positions dans une trame PCM, des labels sur un bus ARINC 429, des messages sur un bus MIL-STD-1553, des échantillons d'un module d'acquisition. Les transformer en valeurs physiques demande deux étapes souvent confondues.
- La décommutation trouve les bits d'un paramètre : quel mot, quels bits dans ce mot, à quelle cadence, assemblés comment.
- L'étalonnage transforme ces bits en valeur munie d'une unité : des points en volts, des volts en microdéformations, en degrés ou en bars.
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Trouver le paramètre
Dans une trame PCM, un paramètre est une position : le mot 37 de chaque trame mineure ; le mot 12 d'une trame mineure sur quatre s'il est sous-commuté ; les mots 5, 133, 261 et 389 s'il est sur-commuté quatre fois dans une trame de 512 mots. Le décommutateur se verrouille sur le motif de synchronisation, compte les mots, s'appuie sur le compteur de sous-trame pour les paramètres sous-commutés, et remet à chaque paramètre ses mots dans l'ordre.
Sur un bus, un paramètre est une adresse : un label en ARINC 429, une sous-adresse et une position de mot en MIL-STD-1553, une clé et un numéro de paramètre dans un flux Ethernet. Le principe est le même — une adresse, puis des bits — et le risque aussi : l'adresse vient d'un document, et ce document doit correspondre à la configuration qui a volé.
Certains paramètres ne tiennent pas dans un mot. Une valeur de plus de douze bits s'étale sur deux mots d'une trame ARINC 717 ; un compteur de 32 bits, sur deux mots de 16 bits. Le plan de trame dit quelle partie est de poids fort, et l'inverser donne des valeurs qui sautent à chaque retenue.
Lire les bits : le format binaire
Une fois les bits trouvés, il faut les lire comme ils ont été écrits. Les mêmes seize bits représentent des nombres différents selon le format :
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| Format | Ce que c'est | Le piège |
|---|---|---|
| Binaire non signé | Un comptage à partir de 0 | Une petite valeur négative apparaît comme une très grande |
| Complément à deux | L'entier signé habituel | Lu en non signé, les petites valeurs négatives tombent près de la pleine échelle |
| Binaire décalé | Le zéro à mi-échelle, fréquent en sortie de convertisseur | Lu en complément à deux, le signe s'inverse autour de zéro |
| BCD | Un chiffre décimal tous les quatre bits | Lu en binaire, les valeurs sont fausses mais restent plausibles |
| Bits discrets | Un bit, un état | La polarité : actif haut ou actif bas |
| Virgule flottante | IEEE 754 sur 32 ou 64 bits | L'ordre des octets entre deux systèmes |
L'ordre des bits ajoute une seconde couche : un mot émis bit de poids fort en premier ou en dernier, un label ARINC 429 qui voyage inversé, des octets permutés entre un réseau gros-boutiste et un ordinateur petit-boutiste. Déplier le mot bit à bit tranche la plupart de ces questions en une minute ; nos décodeurs ARINC 429 et MIL-STD-1553 en ligne font exactement cela.
Des points aux volts
Pour une voie analogique, la valeur brute est une sortie de convertisseur. Avec un convertisseur de N bits sur une gamme de ±V, un point vaut 2V / 2^N : environ 0,3 mV avec 16 bits sur ±10 V. La configuration d'acquisition contient la gamme et le gain du conditionnement ; sans eux, les points ne sont que des nombres.
Beaucoup d'unités d'acquisition font cette étape elles-mêmes et enregistrent des valeurs déjà en volts, voire déjà en unités physiques. C'est commode, à condition que tout le monde le sache. Une station sol qui applique une seconde fois la loi du convertisseur donne des valeurs fausses de plusieurs ordres de grandeur — ou fausses de quelques pour cent, ce qui est pire, parce que personne ne le voit.
Des volts à l'unité physique : la loi d'étalonnage
- Linéaire : valeur = a × x + b, à partir d'une sensibilité et d'un décalage. La plupart des capteurs de pression, des accéléromètres et des capteurs de déplacement.
- Polynomiale : quelques coefficients, pour les capteurs dont la réponse s'incurve, ou un capteur linéaire corrigé sur sa plage.
- Table : des couples de points, interpolés entre eux, quand la réponse est mesurée plutôt que modélisée.
- Courbes de référence : les thermocouples et les sondes à résistance suivent des tables publiées, avec une compensation de soudure froide pour les thermocouples.
- Dérivée : une valeur calculée à partir de plusieurs paramètres — les déformations principales d'une rosette, une différence de pressions, une vitesse à partir de deux positions.
La loi vient d'un étalonnage : le capteur mesuré contre une référence en des points connus, à une date connue, et signé. Ce document appartient à l'enregistrement autant que les données. Sans lui, une valeur a une unité mais pas de traçabilité.
Où vit la définition
Tout ce qui précède est de la configuration : le plan de trame, les formats, les gammes des convertisseurs, les lois d'étalonnage. Dans les enregistrements IRIG 106, le TMATS peut la transporter avec les données : son groupe de conversion décrit, mesure par mesure, le format binaire, l'unité et la conversion — couples de points, coefficients de polynôme, dérivée ou discrète. Ailleurs, elle vit dans une base de données d'essais et dans les fichiers de configuration de chaque unité.
La règle est la même partout : la configuration archivée avec un vol doit être celle qui a volé. Un étalonnage mis à jour le mardi et appliqué au vol du lundi est un classique, l'inverse aussi.
Vérifier le résultat
- Des entrées connues avant le premier vol : une source de pression étalonnée sur une ligne de pression, un angle connu sur un capteur de position, et la valeur attendue relue en bout de chaîne.
- Un étalonnage par shunt sur les ponts de jauges : une résistance connue placée en parallèle sur une branche donne une sortie connue, ce qui vérifie tout ce qui suit la jauge.
- Des recoupements entre mesures redondantes : deux sources d'une même grandeur doivent concorder dans leurs tolérances.
- La vraisemblance au sol : un appareil au repos, à une altitude, une température et une assiette connues, donne une référence pour de nombreux paramètres avant la mise en route.
- Et une ligne dans le rapport qui dit quels étalonnages et quelle version de configuration ont été appliqués.
Les erreurs habituelles
- Le mauvais format binaire : des valeurs qui semblent plausibles et ne le sont pas.
- Un étalonnage appliqué deux fois, une fois à bord et une fois au sol.
- Un capteur remplacé, son étalonnage non.
- Une erreur d'unité masquée par une échelle plausible : des psi pris pour des kilopascals, des millivolts par volt pour des millivolts.
- Un paramètre sous-commuté lu sur la mauvaise sous-trame : le bon format, la bonne loi, le mauvais paramètre.