不適用

聯(lián)邦資助的研究或開發(fā)

不適用

微縮膠片/版權(quán)參考

不適用

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及可穿戴電場傳感器，并且更具體地，涉及檢測危險電壓并指示源的方向的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在高壓電場附近工作的人員必須采取預(yù)防措施，以保持與高壓源的適當(dāng)距離。例如，高壓輸電線周圍的工作人員必須避免太靠近線路。此外，可能在下行輸電線附近工作的第一響應(yīng)人員等也必須避免與線路接觸。

現(xiàn)有的可穿戴個人電壓檢測器是定向的，并且不檢測不在設(shè)備方向上的電壓源。通常，這些設(shè)備穿戴在用戶前部上在中部軀干處或皮帶夾上等。如果用戶向后或向側(cè)方行走，則由于人體阻止了電場到達(dá)檢測器，所以檢測器將不檢測到電壓源。

這樣的現(xiàn)有的個人電壓檢測器用于當(dāng)勢場的方向或位置為已知時。然而，這些設(shè)備不能解決有挑戰(zhàn)性的需要和不確定場景，諸如在災(zāi)難救援操作中，其中第一響應(yīng)人員致力于救援而不是附近的潛在電氣危險。

因此，將有利的是，具有可以在多個方向上檢測帶電電源以允許用戶專注于核心工作而同時確保個人遠(yuǎn)離危險電壓源的安全的系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

如本文所述，一種個人可穿戴系統(tǒng)檢測用戶周圍的危險電壓，以用于警告工業(yè)工作人員并指示源的方向。

根據(jù)一個方面，公開了包括多個可穿戴電場傳感器的個人電壓檢測系統(tǒng)。每個傳感器適于穿戴在用戶的身體的外側(cè)，每個傳感器面向不同的方向。每個傳感器包括感測電場并發(fā)送表示針對相關(guān)聯(lián)方向的場強(qiáng)的無線信號的換能器。警報設(shè)備與多個傳感器可操作地通信，并且包括配置為監(jiān)測針對每個傳感器的場強(qiáng)的控制器。警報設(shè)備響應(yīng)于場強(qiáng)高于預(yù)選水平而確定報警狀況的存在，并生成指示報警狀況的相關(guān)聯(lián)方向的報警信號。

其特征在于，警報設(shè)備包括響應(yīng)于報警狀況生成音頻信號的音頻輸出。

另一個特征在于，警報設(shè)備包括與每個方向相關(guān)聯(lián)的指示器，并且控制器點亮用于報警狀況的相關(guān)聯(lián)方向的指示器。

又另一個特征在于，警報設(shè)備可以包括具有用于每個方向的指示器的圖形顯示。

又另一個特征在于，警報設(shè)備可以包括智能電話。

此外另一個特征在于，警報設(shè)備包括用以指示與多個傳感器的通信狀態(tài)的指示器。

此外又一個特征在于，警報設(shè)備包括與每個傳感器相關(guān)聯(lián)的指示器，并且控制器改變每個指示器以指示針對相關(guān)聯(lián)傳感器的通信狀態(tài)。

此外另一個特征在于，傳感器和警報設(shè)備使用短波長無線電波進(jìn)行通信。

附加特征在于，傳感器和警報設(shè)備是電池供電的。

根據(jù)另一方面，公開了一種個人電壓檢測系統(tǒng)，其包括由用戶穿戴并攜帶多個電場傳感器的服裝，每個電場傳感器面向不同的方向。每個傳感器包括在發(fā)送表示針對相關(guān)聯(lián)方向的場強(qiáng)的無線信號時感測電場的換能器。警報設(shè)備與多個傳感器可操作地通信，并且包括控制器，所述控制器被配置為監(jiān)測針對每個傳感器的場強(qiáng)并響應(yīng)于場強(qiáng)高于預(yù)選水平而確定報警狀況的存在，并且配置為生成指示報警狀況的相關(guān)聯(lián)方向的報警信號。

根據(jù)對包括所附權(quán)利要求和附圖的整個說明書的仔細(xì)研究，其它特征和優(yōu)點將是顯而易見的。

附圖說明

圖1a圖示了如本文描述的個人電壓檢測系統(tǒng)；

圖1b圖示了包括前、左和右電場傳感器的服裝；

圖1c圖示了具有后電場傳感器的服裝；

圖2是電場傳感器的框圖；

圖3是圖示在圖2的微控制器中實現(xiàn)的程序的流程圖；

圖4是與圖1a的個人電壓檢測系統(tǒng)一起使用的警報設(shè)備的前視圖；

圖5是用于警報設(shè)備的電路的框圖；

圖6是圖示圖5的微控制器中的程序的流程圖；以及

圖7-10圖示了包括圖示用于警報設(shè)備的應(yīng)用程序的操作的一系列顯示的采用智能電話的形式的警報設(shè)備。

具體實施方式

本文描述了個人可穿戴系統(tǒng)，其基本上360°圍繞用戶檢測危險電壓，以用于警告工作人員并指示危險電壓源的方向。該系統(tǒng)由四個可穿戴的電場傳感器組成，這些傳感器嵌入到高可見度外套中或穿戴在身體的外側(cè)，前、后、左、右各一個。每個傳感器測量電場強(qiáng)度并使用短波長無線電波向警報設(shè)備傳送?？梢允且苿与娫捇蚱渌鼈€人警報設(shè)備的警報設(shè)備從每個傳感器收集數(shù)據(jù)，處理并生成具有定向視覺指示和音頻警報的報警。

首先參考圖1a、1b和1c，示例性服裝20采用外套的形式。前傳感器22F、后傳感器22B、左側(cè)傳感器22L和右側(cè)傳感器22R每一個均嵌入在外套20中。這樣，前傳感器22F感測在用戶前方的電場，左傳感器22L感測在用戶左側(cè)的電場，后傳感器22B感測在用戶后方的電場，并且右傳感器22R感測在用戶右方的電場。傳感器22L、22R、22F和22B中的每一個除了具有唯一的地址或識別碼之外，在結(jié)構(gòu)上是相同的。此后，每個傳感器可以通用地利用數(shù)字22來描述。每個傳感器22如圖1a中所示使用技術(shù)(Bluetooth是Bluetooth Sig，Inc.的注冊商標(biāo))與配置為個人警報模塊的個人警報設(shè)備24和/或智能電話26進(jìn)行通信。

傳感器22包括包含按鈕32和LED 34的盤形外殼30。在圖2中圖示了傳感器22的電路。傳感器22由紐扣電池36供電。傳感器天線38連接到信號放大器電路40。傳感器天線38可以包括小導(dǎo)電板，其用作天線以從在傳感器前方的電場拾取任何電壓，并且響應(yīng)于電場強(qiáng)度生成低壓信號，如已知的。低壓信號由信號放大器40放大，然后被提供給帶通濾波器42。帶通濾波器42適于使對應(yīng)于典型電力線頻率的50至60Hz的頻帶中的信號通過。因此，濾除了該范圍之外的頻率。經(jīng)濾波的信號被傳遞到信號調(diào)節(jié)電路44，信號調(diào)節(jié)電路44產(chǎn)生輸入到微控制器46的適當(dāng)?shù)哪M信號電平。微控制器46還連接到按鈕32和LED 34。此外，微控制器46連接到收發(fā)器48。收發(fā)器48使用短波長無線電波發(fā)送和接收無線信號。如將顯而易見的，其它通信技術(shù)也可以用于無線通信。在使用之前，按下按鈕32以將傳感器22與警報設(shè)備24配對。LED 34確認(rèn)配對是成功的。

微控制器46可以采取任何已知的形式，并且包括用于根據(jù)存儲的程序操作傳感器22的處理器和相關(guān)聯(lián)的存儲器。微控制器46適于從天線38接收表示所感測的場強(qiáng)的經(jīng)放大和濾波的信號，并且通過收發(fā)器48周期性地將該信號發(fā)送到個人警報設(shè)備24或智能電話26。

參考圖3，流程圖圖示了在圖2的微控制器46中實現(xiàn)的程序。程序在塊50處開始，其以預(yù)定的時間間隔(在所說明的實施例中約為200ms)喚醒微控制器46。微控制器46然后在塊52處開啟對其它電路的電力供應(yīng)，并且在塊54處接收表示所測量的場強(qiáng)的信號并將該信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)格式。然后使用收發(fā)器48在塊56處將該數(shù)據(jù)發(fā)送到警報設(shè)備24或26。然后，程序在塊58處關(guān)斷電力并進(jìn)入深睡眠模式，然后返回到塊50以等待下一個周期。

參考圖4，專用個人警報設(shè)備24包括外殼100。外殼100被調(diào)整尺寸成并且適于由使用者穿戴，并且可以包括在背側(cè)的皮帶夾等。外殼100包括前警報LED 102F、后警報LED 102B、右警報LED 102R和左警報LED 102L。這樣，存在與每個傳感器22相關(guān)聯(lián)的LED 102。外殼100還支持揚聲器104、開/關(guān)按鈕106、配對按鈕108、電池電量低LED 110以及配對LED 112。

參考圖5，框圖圖示了用于外殼100中的控制器114的電路?？刂破?14包括用于控制個人警報設(shè)備24的操作的采用處理器形式的微控制器116和相關(guān)聯(lián)的存儲器。電路由連接到電力控制邏輯電路120的九伏電池118供電，其產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾妷盒盘栆杂糜跒槠渌娐饭╇?。開/關(guān)開關(guān)106連接到電力控制邏輯電路120，以用于開啟和關(guān)斷設(shè)備24。電池監(jiān)測電路122連接在電力控制邏輯電路120和微控制器116之間。微控制器116還連接到配對按鈕108、LED 110和112以及前LED 102F、左LED 102L、后LED 102B和右LED 102R。此外，微控制器116經(jīng)由升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器124連接到揚聲器104。最后，微控制器116連接到收發(fā)器126，以用于與傳感器22通信。

如將顯而易見的，在初始使用之前，必須將傳感器22與個人警報設(shè)備24配對。這是通過按下警報設(shè)備24上的配對按鈕108和每個傳感器22上的按鈕32來完成的。此后，這也用于標(biāo)識哪些傳感器22被配置為前、后、左和右傳感器。這可以例如通過在按下各個傳感器22F、22L、22B和22R上的按鈕的每一個時按順序點亮LED 102F、102L、102B和102R的每一個來完成。

另外，LED 102F、102L、102B和102R中的每一個可以是多種顏色。例如，一種顏色可以用于指示報警狀況。另一種顏色可以用于指示針對相關(guān)聯(lián)的傳感器的通信狀態(tài)，如下所述。

參考圖6，流程圖圖示了用于檢測危險電壓并指示源的方向的在微控制器116中實現(xiàn)的程序的操作。程序在塊130處開始，其收集用于每個傳感器22的數(shù)據(jù)。在塊132處將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為場強(qiáng)。塊134針對未能發(fā)送數(shù)據(jù)的任何傳感器設(shè)置通信故障。如上所述，這可以用于點亮LED 102中的一個。塊134針對電池電壓低于閾值的任何傳感器22設(shè)置電池電量低LED。這可以通過LED 102的顏色來完成。在塊138處，將用于每個傳感器22的信號強(qiáng)度與參考水平進(jìn)行比較，以確定針對相關(guān)聯(lián)方向是否存在報警狀況。如果存在，則如果其大于閾值，則將對應(yīng)的傳感器LED 102開啟到特定顏色。此外，如果存在報警狀況，則經(jīng)由揚聲器104提供音頻警報。

因此，如所描述的，LED 102可以用于指示針對相關(guān)聯(lián)的傳感器22的通信故障、電池電量低狀況或報警狀況，以及標(biāo)識狀況涉及四個傳感器中的哪個。特別地，使用前LED 102F指示與前傳感器22F相關(guān)聯(lián)的任何狀況。同樣適用于其它方向。

上述個人警報設(shè)備24包括用于在所描述的系統(tǒng)中使用的專用設(shè)備?？商娲?，可以使用被編程有檢測器應(yīng)用程序或app(應(yīng)用)的常規(guī)智能電話26來實現(xiàn)警報設(shè)備的功能。這樣的app將根據(jù)圖6的流程圖進(jìn)行操作。

圖7圖示了智能電話26上的主屏幕200，其包括用于檢測器app的圖標(biāo)202。圖7圖示了用于選擇各種檢測操作的圖形顯示204。如將理解的，智能電話26可以用于附加的警報功能，包括由按鈕206指示的電壓檢測器功能，其用于發(fā)現(xiàn)各種傳感器。圖9圖示了示出電壓檢測功能開啟的顯示屏幕208。此外，顯示根據(jù)狀態(tài)使用特定顏色的指示器，諸如使用綠色來指示所有傳感器都是有效的。如果存在通信故障，則與特定傳感器相關(guān)聯(lián)的顏色可以改變，例如可以改變?yōu)榛疑D10圖示了與圖9中的顯示屏幕類似的顯示屏幕210，在其中給出由212表示的音頻警報，其中具有報警狀況以及通過使左指示器變紅示出方向細(xì)節(jié)的屏幕。還存在允許用戶使報警靜音預(yù)選時間(諸如一分鐘)的按鈕214、以及用于切換振動功能的按鈕216。另外，app根據(jù)圖6中所圖示的程序以及如上所述進(jìn)行操作。

因此，所圖示的系統(tǒng)包括兩個部件。第一個是嵌有四個傳感器以及個人警報設(shè)備的外套。每個傳感器包括使用紐扣電池供電的超低功耗傳感器，并且感測電場并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以傳輸?shù)街髟O(shè)備。傳感器使用連接到信號調(diào)節(jié)電路的場感測天線，其被提供給其中其被轉(zhuǎn)換為要發(fā)送到主機(jī)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的微控制器。主警報設(shè)備可以是專用設(shè)備或移動電話，任一個配置有收發(fā)器。任一警報設(shè)備運行應(yīng)用程序，所述應(yīng)用程序與每個傳感器配對并從每個傳感器收集包括當(dāng)前場強(qiáng)、電池狀態(tài)、RSSI和IDD細(xì)節(jié)的信息。警報設(shè)備處理從每個傳感器收集的原始信息，并且在發(fā)現(xiàn)報警狀況存在時生成音頻報警并點亮對應(yīng)的定向LED。

因此，系統(tǒng)提供全方向保護(hù)，并且因此為用戶提供增加的安全性。該系統(tǒng)通過示出帶電電壓源的方向來如此做，并且包括允許用戶專注于手邊工作的免提系統(tǒng)。另外，系統(tǒng)向用戶提供多種警報模式，包括音頻信號、振動和視覺指示。此外，當(dāng)與智能電話一起使用時，數(shù)據(jù)可以被傳送到中心電站處的管理者，以用于做出進(jìn)一步的分析和決策。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，存在對所公開的實施例的特征和部件的具體形式做出的許多可能的修改，而同時保持在本文公開的概念的精神內(nèi)。因此，除非在權(quán)利要求中明確陳述，否則不應(yīng)將對本文所公開的實施例的具體形式的限制理解為權(quán)利要求。盡管以上已經(jīng)詳細(xì)描述了幾個實施例，但是其它修改是可能的。例如，圖中描繪的邏輯流程不要求所示的特定次序或順序來實現(xiàn)期望的結(jié)果?？梢蕴峁┢渌襟E，或者可以從所描述的流程剔除步驟，并且其它組件可以添加到所描述的系統(tǒng)或從所描述的系統(tǒng)移除。其它實施例可以在以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。

已經(jīng)關(guān)于流程圖和框圖描述了本系統(tǒng)和方法。將理解的是，流程圖和框圖的每個塊可以由計算機(jī)程序指令實現(xiàn)。這些程序指令可以提供給處理器以產(chǎn)生機(jī)器(machine)，使得在處理器上執(zhí)行的指令創(chuàng)建用于實現(xiàn)在塊中規(guī)定的功能的裝置。計算機(jī)程序指令可以由處理器執(zhí)行以引起一系列操作步驟，所述操作步驟由處理器執(zhí)行以產(chǎn)生計算機(jī)實現(xiàn)的過程，使得在處理器上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在塊中規(guī)定的功能的步驟。因此，圖示支持用于執(zhí)行規(guī)定功能的裝置的組合以及用于執(zhí)行規(guī)定功能的步驟的組合。還將理解的是，每個塊和塊的組合可以由執(zhí)行規(guī)定功能或步驟的專用基于硬件的系統(tǒng)、或?qū)Ｓ糜布陀嬎銠C(jī)指令的組合來實現(xiàn)。根據(jù)本文公開的各個方面的方法都不限于以任何特定次序執(zhí)行其步驟。