專利名稱：使用無線通信的自供電電力母線傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于開關(guān)裝置的傳感器，尤其涉及用于電力母線的這種傳感器。
背景技術(shù)：
不同類型的電傳感器被用于檢測(cè)流經(jīng)導(dǎo)體的電流。例如，這種傳感器包括產(chǎn)生指示電流大小的輸出電壓的一個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器，也包括更多的傳統(tǒng)電流傳感器，例如分流電阻。
霍爾效應(yīng)器件已用于檢測(cè)電流經(jīng)導(dǎo)體的流動(dòng)引起的磁通變化。某些已知的器件使用了磁通集中器來集中電流經(jīng)導(dǎo)體的流動(dòng)發(fā)出的磁通。先前已有建議電流檢測(cè)設(shè)備可以用美國專利No.4,587,509和No.4,616,207中公開的方式構(gòu)建。
用一或兩個(gè)適當(dāng)放置的霍爾傳感器來測(cè)量導(dǎo)體中的電流也是已知的，該傳感器測(cè)量導(dǎo)體附近的磁通，并將之轉(zhuǎn)換為與電流成比例的信號(hào)。參見例如美國專利No.6,130,599、No.6,271,656、No.6,642,704和No.6,731,105。
使用一對(duì)磁場(chǎng)檢測(cè)器的非傳統(tǒng)電流傳感器具有特殊的要求。一個(gè)要求是磁場(chǎng)檢測(cè)器彼此平行。另一個(gè)要求是出于封裝、方便和噪音抑制等目的，對(duì)應(yīng)的電子電路卡盡量靠近磁場(chǎng)檢測(cè)器地放置。另外，提供能安裝到具有不同大小與形狀的導(dǎo)體的電流傳感器組件是有利的。
專利6,642,704公開了一種電流傳感器組件，其保持一對(duì)磁場(chǎng)檢測(cè)器彼此平行且靠近電子電路卡放置。另外，為了使磁場(chǎng)檢測(cè)器附著于多種電力導(dǎo)體，磁場(chǎng)檢測(cè)器是可有選擇地進(jìn)行調(diào)節(jié)的。
存在對(duì)這樣的開關(guān)裝置的需要其安全地提供電氣隔離，并可靠地判定例如其電力母線溫度和/或電流。
因此，用于開關(guān)裝置或電力母線的傳感器存在改進(jìn)空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明滿足了這些需求以及其他需要，其提供了一種自供電的電力母線傳感器，該傳感器使用無線通信以便進(jìn)行電氣隔離。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)，用于具有多個(gè)特性的電力母線的傳感器設(shè)備包含外殼；至少一個(gè)傳感器，所述至少一個(gè)傳感器中的每一個(gè)適用于檢測(cè)電力母線的特性；電路，其至少適用于發(fā)送無線信號(hào)；處理器，其適用于從所述至少一個(gè)傳感器輸入檢測(cè)得到的特性并向所述電路輸出對(duì)應(yīng)的信號(hào)以便發(fā)送無線信號(hào)；電源，其適用于將外殼耦合到電力母線并用由電力母線中流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁通對(duì)所述至少一個(gè)傳感器、所述電路以及處理器進(jìn)行供電。
電源可包含兩個(gè)線圈，所述線圈中的每一個(gè)有開口、具有兩個(gè)末端的鐵氧體磁芯以及具有兩個(gè)末端的磁通集中元件，鐵氧體磁芯穿過線圈的開口，磁通集中元件的每個(gè)末端接合鐵氧體磁芯的末端中對(duì)應(yīng)的一個(gè)。鐵氧體磁芯和磁通集中元件可適用于圍繞并緊握電力母線。
每個(gè)線圈可包含繞組，繞組與另一線圈的繞組串聯(lián)電氣連接，線圈的串聯(lián)電氣連接的繞組輸出第一電壓。電源還可包含用于由第一電壓產(chǎn)生至少一個(gè)第二電壓以便對(duì)所述至少一個(gè)傳感器、所述電路以及處理器進(jìn)行供電的裝置。
電力母線可還包含一般為平面的表面(generally planar surface)，且磁通集中元件可適用于將線圈固定為貼著或接近電力母線的一般為平面的表面。
電力母線的一般為平面的表面可具有第一末端與相向的第二末端。電源還可包含間隔器(spacer)，間隔器具有鐵氧體磁芯經(jīng)過其中的開口并位于線圈之間，每個(gè)線圈適用于接近一般為平面的表面的第一末端與相向的第二末端中的一個(gè)。
處理器可包括低電力模式以及程序，該程序適用于從低電力模式中蘇醒的，以便輸入檢測(cè)得到的電力母線特性，準(zhǔn)備作為對(duì)應(yīng)信號(hào)被輸出到電路的消息，以及在低電力模式下休眠。


通過結(jié)合附圖閱讀下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的介紹，可以獲得對(duì)本發(fā)明的充分理解，在附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明的自供電無線電力母線溫度傳感器的立體圖；圖2為圖1中的溫度傳感器的立體分解圖；圖3為圖1的沿著線3-3的截面圖；圖4為圖2的電子設(shè)備板組件的立體分解圖；圖5為圖2的溫度傳感器和兩個(gè)母線線圈的立體圖；圖6為圖2中的電子設(shè)備板以原理圖形式的框圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例用于測(cè)量母線溫度和母線電流的另一無線電力母線傳感器的框圖；圖8-10為圖7中的處理器根據(jù)本發(fā)明其他實(shí)施例執(zhí)行的軟件的流程圖。
具體實(shí)施例方式
這里使用的術(shù)語“天線”明確地包括但不限于任何適用于發(fā)射和/或接收例如射頻信號(hào)等電磁波的結(jié)構(gòu)。
這里使用的術(shù)語“開關(guān)裝置”明確地包括但不限于電路斷流器，例如斷路器(例如但不限于低壓、中壓或高壓)；電機(jī)控制器/起動(dòng)器；和/或任何從一個(gè)地方向另一個(gè)地方承載或傳送電流的適合的裝置。
這里使用的術(shù)語“電力母線”明確地包括但不限于電力導(dǎo)體；電力匯流排；和/或用于電路斷流器的電力母線結(jié)構(gòu)。
這里使用的術(shù)語“無線”意味著沒有導(dǎo)線、沒有電氣導(dǎo)體、沒有光纖或光波導(dǎo)。
這里使用的術(shù)語“無線信號(hào)”意味著射頻信號(hào)、紅外信號(hào)或無需導(dǎo)線、無需電導(dǎo)體、無需光纖或光波導(dǎo)發(fā)送和/或接收的其他合適的可視或不可視光信號(hào)。
這里使用的術(shù)語“低速無線信號(hào)”意味著IrDA、藍(lán)牙以及其他合適的射頻、紅外或其他光學(xué)、無線通信協(xié)議或無線信號(hào)。
這里使用的兩個(gè)或兩個(gè)以上的部分被“連接”或“耦合”在一起的陳述意味著這些部分直接接合或通過一個(gè)或一個(gè)以上的中間部分接合。另外，這里使用的兩個(gè)或兩個(gè)以上的部分被“附著”的陳述意味著這些部分直接接合在一起。
與用于電力匯流排的溫度傳感器和/或電流傳感器相聯(lián)系地介紹了本發(fā)明，但本發(fā)明適用于各種各樣的電力母線用傳感器。
參照?qǐng)D1，自供電無線電力母線溫度傳感器裝置2被布置在電力匯流排4的周圍。傳感器裝置2包括外殼，例如絕緣機(jī)殼6；兩個(gè)電力線圈8(圖1中僅示出了一個(gè)線圈8，圖2、3、5中示出了兩個(gè)線圈8)。作為替代的是，只需要使用具有合適尺寸的一個(gè)線圈(未示出)。
再參照?qǐng)D2，傳感器裝置2還包含磁通集中元件10(例如用冷軋鋼制成)、鐵氧體磁芯12(例如用合適的鐵質(zhì)材料制成)、組裝夾(assemblyclip)/間隔器14、電子設(shè)備板組件16、絕緣箱18(例如用尼龍制成)、絕緣蓋20(例如用尼龍制成)以及四個(gè)絕緣螺釘(例如用尼龍制成)。
作為替代的是，磁通集中元件10與鐵氧體磁芯12中的一個(gè)或二者不需要使用。鐵氧體磁芯12(例如磁性的但又適當(dāng)?shù)偷膫鲗?dǎo)率(conductivity)，以便防止由于渦流而過度發(fā)熱)由于AC磁通而產(chǎn)生相對(duì)較低的電力損耗(例如熱)。作為替代的是，可使用合適的疊片結(jié)構(gòu)(例如如同變壓器中使用的那樣)。
如同將在下面結(jié)合圖3、5、6闡釋的那樣，電源24適用于將外殼6耦合到承載電流的電力母線，例如電力匯流排4。電源24包含兩個(gè)電力線圈8，每個(gè)線圈具有開口26；鐵氧體磁芯12，其具有兩個(gè)末端28、30；磁通集中元件10，其具有兩個(gè)末端32(如圖3、5所示)和34。鐵氧體磁芯12穿過電力線圈8的開口26。磁通集中元件10的末端32、34接合鐵氧體磁芯12的相應(yīng)的末端28、30。鐵氧體磁芯12和磁通集中元件10圍繞并緊握電力匯流排4，元件10將箱子18耦合于其上。共有的鐵氧體磁芯12和磁通集中元件10還聯(lián)合作為磁通集中器并將傳感器裝置2固定到電力匯流排4(如圖3、5所示)。如同下面結(jié)合圖6討論的那樣，傳感器裝置2使用共有的插入鐵氧體磁芯12和兩個(gè)磁通檢測(cè)電力線圈8以得到改善的磁通耦合(例如，如法拉第定律可見，V＝IR+dλ/dt，其中，λ為磁鏈)，以便將來自電力匯流排4的磁通轉(zhuǎn)換為可用的電壓源，從而為電源24提供合適的輸入電力。因此，傳感器裝置2是自供電的。
參照?qǐng)D3，電力匯流排4包括一般為平面的表面36。共有的鐵氧體磁芯12和磁通集中元件10協(xié)作，以便將電力線圈8固定為貼著或接近一般為平面的表面36。表面36具有第一末端38和相向的第二末端40。間隔器14具有鐵氧體磁芯12穿過其中的開口42。間隔器14被布置在電力線圈8之間，每個(gè)電力線圈適用于接近表面36的末端38、40中的一個(gè)。
傳感器裝置2還包含合適的溫度傳感器44(例如加利福尼亞州圣克拉拉市的National Semiconductor所售的LM35精密溫度傳感器)，其與電力匯流排4的另一個(gè)一般為平面的表面46適當(dāng)?shù)責(zé)狁詈?。傳感?4的輸出被電子設(shè)備板組件16電氣輸入，如同下面結(jié)合圖6所介紹的那樣。
傳感器裝置2因此被設(shè)計(jì)為將自身固定在電力匯流排4的周圍。這提供了兩個(gè)好處。首先，提供了溫度傳感器44在電力匯流排4上的機(jī)械位置。第二，提供了自供電所用的、磁通與電力線圈8交鏈的相對(duì)較好的路徑。
實(shí)例1傳感器裝置2的設(shè)計(jì)適合具有合適的截面尺寸(例如但不限于大約3.0英寸×0.5英寸)的電力匯流排4，但是，通過采用磁通集中元件10、鐵氧體磁芯12和間隔器14的合適尺寸，可采用許多的其他電力母線尺寸。
實(shí)例2可采用多種溫度傳感器。例如，硅二極管(未示出)可適當(dāng)?shù)嘏c電力匯流排4的表面46熱耦合或與之接近地適當(dāng)布置，以便由之加熱。例如，二極管兩端的正向壓降與電力匯流排4的溫度成反比。由電源24激勵(lì)的二極管的正向電壓被電子設(shè)備板組件——例如16——電氣輸入。
盡管公開了硅二極管，可使用其他的正向偏置PN結(jié)，例如砷化鎵等。作為替代的是，可采用任何合適的有源或無源溫度測(cè)量或檢測(cè)裝置(例如RTD(電阻式溫度檢測(cè)器)、具有對(duì)于溫度的電阻、電壓或電流特性的多種金屬(例如銅、鎳、鉑))。
參照?qǐng)D4，示出了電子設(shè)備板組件16。組件16包括溫度檢測(cè)印刷電路板48、溫度傳感器44、無線電收發(fā)器印刷電路子板50、兩個(gè)2引腳板連接器52與54以及四個(gè)電容器56。作為替代的是，可采用任何合適的旁通結(jié)構(gòu)(bypass structure)(例如一個(gè)或一個(gè)以上的電容器或超級(jí)電容器(supercap))。無線電收發(fā)器子板50通過合適的天線提供無線通信，天線為位于溫度檢測(cè)印刷電路板48上的印刷而成的導(dǎo)體，例如導(dǎo)電性跡線58。
子板50包括天線輸出60(圖6)。印刷電路板48包含將導(dǎo)電性跡線58電氣連接到天線輸出60的連接器62(圖4、6)。
實(shí)例3天線58可以為具有Gamma匹配的印刷電路板倒L型天線。例如，天線58的長(zhǎng)度可被設(shè)計(jì)為用于四分之一波(a quarter wave)915MHz信號(hào)。
實(shí)例4作為實(shí)例3的替代方式，可以使用任何合適的天線?？梢允褂迷S多的天線類型、通信距離和其他的頻率設(shè)計(jì)(例如2.4GHz)。
實(shí)例5無線電收發(fā)器子板50可為例如任何合適的無線發(fā)送器或收發(fā)器。
實(shí)例6盡管示出了兩個(gè)印刷電路板48與50，可使用一個(gè)印刷電路板或其他合適的電路結(jié)構(gòu)。
實(shí)例7無線電收發(fā)器子板50的另一實(shí)例是新澤西州Upper Saddle River市的Zensys Inc所售的Zensys A-Wave FSK無線電設(shè)備。
實(shí)例8作為替代的是，可使用任何合適的無線電電路(例如但不限于Zigbee兼容板、Zigbee可塑性收發(fā)器(compliant transceiver)(例如http://www.zigbee.org)、IEEE 802.15.4發(fā)送器或收發(fā)器、無線電設(shè)備板、無線電處理器)。
實(shí)例9應(yīng)用程序被添加到實(shí)例7的Zensys無線電設(shè)備板，以便提供來自溫度傳感器44的溫度信息的、應(yīng)用特有的通信。例如，休眠模式、發(fā)送數(shù)據(jù)的頻度、發(fā)送數(shù)據(jù)格式以及接收確認(rèn)或數(shù)據(jù)請(qǐng)求可被適當(dāng)?shù)鼐幊獭?br> 圖5示出了溫度傳感器裝置2和兩個(gè)電力線圈8，其被定位在電力匯流排4的較低側(cè)(相對(duì)于圖5)。這使得電力匯流排4周圍的磁通集中元件10能夠運(yùn)行，以便在合適的母線電流等級(jí)下產(chǎn)生合適的自供電。
實(shí)例10作為非限制性實(shí)例，在400A到600A的母線電流等級(jí)下，圖6的電源24可調(diào)節(jié)+5VDC和/或+3.3VDC，并在這些母線電流下提供30mA，但是，可使用相對(duì)較低(例如50A)或相對(duì)較高(例如1200A)的母線電流。
繼續(xù)參照?qǐng)D6，示出了圖4的溫度檢測(cè)印刷電路板48的電路。每個(gè)線圈8包括繞組63，該繞組與另一線圈的繞組串聯(lián)電氣連接。串聯(lián)電氣連接的線圈繞組63輸出電壓。合適的瞬態(tài)電壓抑制器64被電氣連接在電力線圈8的串聯(lián)組合的兩端，以便幫助處理短持續(xù)時(shí)間的相對(duì)較高的電壓尖峰以及持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的相對(duì)較低的電壓尖峰。線圈(交流(AC))電壓66被電壓四倍器電路68輸入，又被輸入到為圖4中的溫度電路75提供+5VDC電壓74以及為無線電收發(fā)器子板50提供+3.3VDC的兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器70與72。實(shí)例電路68包含四個(gè)電容器56和四個(gè)二極管78，其提供能量存儲(chǔ)和整流，但是，可采用多種合適的保護(hù)與乘法電路。
溫度電路75包含溫度傳感器44和隔離放大器80。無線電收發(fā)器子板50適用于通過合適的天線電路84發(fā)送(和/或接收)無線信號(hào)82。天線電路84包含連接器62、導(dǎo)電性跡線58和合適的匹配電路86。
子板50包含合適的處理器，例如微處理器(μP)88，其輸入來自溫度電路75的、檢測(cè)得到的溫度特性90，并輸出對(duì)應(yīng)的無線信號(hào)82。
如同下面結(jié)合圖7-10討論的那樣，通過采用效率相對(duì)較高的無線通信板和/或通過采用包含適當(dāng)?shù)男菝?例如低電力)及蘇醒模式的處理器，可提供節(jié)電。
實(shí)例11作為非限制性實(shí)例，溫度電路75從+5VDC電壓74汲取大約5mA，無線電收發(fā)器子板50在無線發(fā)送期間汲取40mA，并在接收期間汲取50mA，其中，由電源24中的電容器——例如56——在這些相對(duì)較短的持續(xù)時(shí)間中供給峰值功率。除此之外，無線電收發(fā)器優(yōu)選為關(guān)閉。
實(shí)例12圖7示出了另一個(gè)獨(dú)立無線電力母線傳感器92，其用于測(cè)量電力母線的特性，例如母線溫度94和/或母線電流96。自供電的傳感器92被獨(dú)立地耦合到例如為圖1中的電力匯流排4的電力母線，并以合適的時(shí)間間隔(例如但不限于每隔幾秒、每隔幾分鐘)將檢測(cè)得到的母線溫度94和/或檢測(cè)得到的母線電流96無線傳送到遠(yuǎn)程裝置98。
傳感器92包含以與圖1和6中的電源24類似的方式起作用的調(diào)節(jié)器電路102和合適的自供電電感性耦合電路100。另外，可使用電力管理電路104提供以下附加功能(1)管理到電流檢測(cè)電路106和溫度檢測(cè)電路108的+5VDC電壓105；(2)管理到無線電收發(fā)器電路110的+3.3VDC電壓109；(3)每當(dāng)來自調(diào)節(jié)器電路102的電壓被最初建立時(shí)，向無線電收發(fā)器電路110提供上電重置信號(hào)111；和/或(4)電路停用，以便使功耗最小化。
例如，如果來自無線電收發(fā)器電路110的控制信號(hào)112被設(shè)置到一個(gè)狀態(tài)(例如為真)，則電力管理電路104向相應(yīng)的電路106、108和110輸出正常電壓105和109。否則，電壓105被停用，且電壓109被減小到合適的休眠模式電壓(例如但不限于大約為1.0VDC)。通過這種方式，連續(xù)發(fā)生電力擷取(power harvesting)，以便保持本地電源(例如電容器(未示出))上的電荷。
優(yōu)選為，如同下面結(jié)合圖8-10討論的那樣，采用合適的電力管理程序，通過將微處理器122引入休眠(例如低電力)模式并在數(shù)據(jù)被發(fā)送時(shí)蘇醒來幫助節(jié)省功耗。因此，這可以允許傳感器92在相對(duì)較低的母線電流下自供電。
實(shí)例13由電流檢測(cè)電路106的合適的電流傳感器114對(duì)母線電流96進(jìn)行測(cè)量。例如，用測(cè)量電力母線附近磁通密度的一個(gè)或兩個(gè)適當(dāng)放置的霍爾傳感器(未示出)來測(cè)量電力母線中的電流。磁通密度信號(hào)115由信號(hào)處理電路116進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，并?17上由無線電收發(fā)器110輸入。
實(shí)例14母線溫度94由溫度檢測(cè)電路108的合適的溫度電路118進(jìn)行測(cè)量。電路118及其信號(hào)處理電路120可以與上面結(jié)合實(shí)例2以及圖6討論的傳感器相同或類似。溫度信號(hào)119由信號(hào)處理電路120進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，并?21上由無線電收發(fā)器110輸入。
繼續(xù)參照?qǐng)D7，無線電收發(fā)器110包含合適的處理器，例如微處理器(μP)122；兩個(gè)模擬至數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器124和126，其包含相應(yīng)的輸入117和121；定時(shí)器128，其適用于中斷處理器122以便使之從其低電力模式中蘇醒。在初始化(例如啟動(dòng))之后，微處理器122進(jìn)入低電力模式。輸入117與121上的電流和溫度信號(hào)分別由A/D轉(zhuǎn)換器124與126轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并由無線電收發(fā)器110作為例如低速率無線信號(hào)130的無線信號(hào)從天線132發(fā)送。
實(shí)例15例如，信號(hào)130每隔幾分鐘被發(fā)送，以便節(jié)省來自調(diào)節(jié)器電路102的電力。
實(shí)例16遠(yuǎn)程裝置98通過天線134將無線信號(hào)130接收到對(duì)應(yīng)的無線電收發(fā)器136，無線電收發(fā)器136又輸出信號(hào)137，以便采取對(duì)應(yīng)的動(dòng)作138。
實(shí)例17動(dòng)作138可以為顯示動(dòng)作，其適用于顯示檢測(cè)得到的電力母線特性。
實(shí)例18動(dòng)作138可以為標(biāo)示(例如警報(bào))動(dòng)作，其適用于對(duì)檢測(cè)得到的電力母線特性發(fā)出警報(bào)。
實(shí)例19動(dòng)作138可以為健康動(dòng)作(wellness action)，其適用于基于檢測(cè)得到的電力母線特性判定電力母線的健康。作為非限制性實(shí)例，合適的診斷算法、合適的數(shù)據(jù)挖掘算法或查閱表(未示出)可用于基于所記錄的歷史(例如趨勢(shì))數(shù)據(jù)或已知的操作參數(shù)對(duì)電力匯流排4或?qū)?yīng)的開關(guān)裝置系統(tǒng)(未示出)的健康進(jìn)行計(jì)算。
實(shí)例20動(dòng)作138可以為脫扣動(dòng)作，其適用于基于檢測(cè)得到的電力母線特性對(duì)開關(guān)裝置(未示出)進(jìn)行脫扣。
圖8示出了由圖7的微處理器122執(zhí)行的軟件程序140，但是，相同或類似的程序可由圖6的微處理器88采用。微處理器122包含低電力模式，程序140適用于從該低電力模式中蘇醒，輸入檢測(cè)得到的電力母線(例如圖1中的電力匯流排4)特性，準(zhǔn)備作為圖7的對(duì)應(yīng)無線信號(hào)130被輸出的消息，并接著在低電力模式下休眠。
當(dāng)對(duì)于圖7的微處理器122的中斷在定時(shí)器128的時(shí)間間隔過期后發(fā)生時(shí)，時(shí)間初始化模式(time initiated mode)142開始于144。作為響應(yīng)，在146處，微處理器122從低電力模式中蘇醒。接著，在148中，檢測(cè)得到的電力母線特性被讀取(例如從A/D轉(zhuǎn)換器124與126)。接著，在150中，基于檢測(cè)得到的母線特性進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)分析。例如，原始傳感器數(shù)據(jù)可被轉(zhuǎn)換為溫度(例如8C、8F)值或電流(例如A)值，和/或可基于合適的診斷算法(未示出)和歷史數(shù)據(jù)收集求出電力母線的健康狀態(tài)，和/或可將溫度值或電流值與預(yù)設(shè)的限制值(未示出)進(jìn)行比較。接著，在152中，做出是否進(jìn)行發(fā)送的決定。例如，這種決定可以總是為“是”(例如低電力休眠模式與發(fā)送消息對(duì)照的工作循環(huán)足夠低，以便使功耗小于中斷間隔之間擷取的總能量)，可以基于母線特性的值或改變的大小，和/或可以基于是否存在足夠的電源電壓。如果不是這樣，則執(zhí)行在170處重新開始。否則，執(zhí)行在154處重新開始，其建立用于發(fā)送的合適的消息幀(未示出)。于是，在156處，微處理器122對(duì)無線電收發(fā)器110的無線電設(shè)備(未示出)上電，并配置其寄存器(未示出)。接著，在158處，無線電收發(fā)器(未示出)被開啟，并等待合適的無干擾信道。接著，在160中，無線電收發(fā)器(未示出)被開啟，消息幀作為無線信號(hào)130被發(fā)送。接著，在162中，無線電收發(fā)器被關(guān)閉，從無線信號(hào)130的接收者接收認(rèn)收信號(hào)(未示出)。接著，在164中，對(duì)無線電接收器進(jìn)行檢查以檢查有沒有任何的遠(yuǎn)程消息(未示出)，遠(yuǎn)程消息如果被收到，其在166中被處理。接著，在168中，無線電接收器和無線電設(shè)備被關(guān)閉。接著，在170中，為下一個(gè)中斷時(shí)間間隔重置定時(shí)器128。最后，在172中，微處理器122節(jié)電(power down)并進(jìn)入低電力休眠模式。
圖9示出了由圖7中的微處理器122執(zhí)行的軟件程序180，但是，同樣或類似的程序可由圖6中的微處理器88采用。微處理器122包含事件檢測(cè)模式1429，其代替定時(shí)器128初始化圖8中的步驟144的中斷，不需要使用定時(shí)器128。在1449中，對(duì)微處理器122的中斷作為檢測(cè)所得變量的適當(dāng)顯著的變化(Δ)(例如，來自溫度檢測(cè)電路108的Δ溫度、來自電流檢測(cè)電路106的Δ電流、來自任何合適的母線特性傳感器的Δ檢測(cè)變量、來自調(diào)節(jié)器電路102的Δ電源電壓)的結(jié)果發(fā)生。因此，一個(gè)或一個(gè)以上的檢測(cè)所得母線特性中的顯著變化或電源電壓的顯著增大可觸發(fā)無線信號(hào)130的發(fā)送。例如，這些變化可由電路104、116、120中的一個(gè)或一個(gè)以上判定并可由微處理器122在一個(gè)或一個(gè)以上的中斷線(未示出)上輸入。不管怎樣，這使得微處理器122如上面結(jié)合圖8中的步驟146介紹的那樣蘇醒并上電。除了不采用步驟152和170以外，執(zhí)行在其他方面與圖8中的偶數(shù)步驟146-172類似。
優(yōu)選為采用圖8中的程序140和圖9中的程序180中的一個(gè)，以便提供圖7中的調(diào)節(jié)器電路102的相對(duì)較低的功耗。
圖10示出了由圖7中的微處理器122執(zhí)行的軟件程序190，但是，相同或類似的程序可由圖6中的微處理器88采用。微處理器122包含輪詢模式14299，其包括在預(yù)定時(shí)間間隔后蘇醒并讀取檢測(cè)所得母線特性的、圖8中的偶數(shù)步驟144、146、148、150。然而，無線信號(hào)不會(huì)被發(fā)送，除非遠(yuǎn)程裝置(例如圖7中的98)請(qǐng)求。接著，步驟152′判定接收到的消息——例如信標(biāo)(beacon)信息(例如用于觸發(fā)來自另一無線裝置的響應(yīng))——是否請(qǐng)求數(shù)據(jù)。例如，步驟152′可包含圖8中的偶數(shù)步驟156、158、164、166、168，以便接收該消息并判定其是否請(qǐng)求無線信號(hào)130的發(fā)送。如果是，在使用圖7中的偶數(shù)步驟154、156、158、160、162的1549中，無線信號(hào)130被發(fā)送。這里，程序190使得微處理器122在特定時(shí)間間隔后蘇醒并在發(fā)送無線信號(hào)130之前等著聽有沒有請(qǐng)求數(shù)據(jù)的信標(biāo)消息。否則，在1549后或在1529中沒有請(qǐng)求的情況下，程序190返回休眠，并在下一個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)檢查有沒有另一個(gè)信標(biāo)消息。
盡管無線電收發(fā)器50、110采用了相應(yīng)的處理器88、122，將會(huì)明了，可使用模擬、數(shù)字和/或基于處理器的電路中的一個(gè)或一個(gè)以上的組合。
盡管為公開清楚起見，這里提到了用于顯示溫度、電流或其他傳感器信息的典型顯示動(dòng)作138，將會(huì)明了，這種信息可被存儲(chǔ)、打印在硬拷貝上、由計(jì)算機(jī)修改或與其他數(shù)據(jù)合并。所有這些處理應(yīng)被認(rèn)為屬于這里所用的術(shù)語“顯示”或“被顯示”的范圍。
所公開的傳感器裝置2對(duì)于新型的或改進(jìn)的應(yīng)用相對(duì)較為容易地安裝，因?yàn)槠淇杀环胖迷陔娏R流排4上。
盡管詳細(xì)介紹了本發(fā)明的特定實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)明了，根據(jù)本公開的總體教導(dǎo)，可對(duì)這些細(xì)節(jié)進(jìn)行多種修改和替代。因此，所公開的特定布置僅僅是說明性的，不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書及其全部等同物的全部廣度給出。
權(quán)利要求
1.一種傳感器設(shè)備(2)，其用于具有多個(gè)特性的電力母線(4)，所述傳感器設(shè)備包含外殼(6)；至少一個(gè)傳感器(44，114，118)，所述至少一個(gè)傳感器中的每一個(gè)適用于檢測(cè)所述電力母線的特性；電路(50，110)，其至少適用于發(fā)送無線信號(hào)(130)；處理器(88，122)，其適用于輸入來自所述至少一個(gè)傳感器的、所述檢測(cè)得到的特性，并向所述電路輸出對(duì)應(yīng)信號(hào)，以便發(fā)送所述無線信號(hào)；以及電源(24)，其適用于將所述外殼耦合到所述電力母線并由在所述電力母線中流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁通對(duì)所述至少一個(gè)傳感器、所述電路以及所述處理器供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述電源包含兩個(gè)線圈(8)，所述線圈(8)中的每一個(gè)有開口(26)、具有兩個(gè)末端(28，30)的鐵氧體磁芯(12)以及具有兩個(gè)末端(32，34)的磁通集中元件(10)，所述鐵氧體磁芯從所述線圈的所述開口中穿過，所述磁通集中元件的所述末端中的每一個(gè)接合所述鐵氧體磁芯的所述末端中對(duì)應(yīng)的一個(gè)；且其中，所述鐵氧體磁芯與所述磁通集中元件適用于環(huán)繞并緊握所述電力母線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述線圈中的每一個(gè)包含繞組(63)，所述繞組(63)與所述線圈中的另外一個(gè)的繞組串聯(lián)電氣連接，所述線圈的所述串聯(lián)電氣連接的繞組輸出第一電壓(66)；且其中，所述電源還包含這樣的裝置(68，70，72)該裝置用于由所述第一電壓產(chǎn)生至少一個(gè)第二電壓(74，76)以便對(duì)所述至少一個(gè)傳感器、所述電路與所述處理器供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述電力母線還包含一般為平面的表面(36)；且其中，所述磁通集中元件適用于將所述線圈固定為貼著或接近所述電力母線的所述一般為平面的表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述電力母線的所述一般為平面的表面具有第一末端(38)與相向的第二末端(40)；且其中，所述電源還包含間隔器(14)，所述間隔器具有所述鐵氧體磁芯穿過其中的開口(42)，所述間隔器位于所述線圈之間，所述線圈中的每一個(gè)適用于接近所述一般為平面的表面的所述第一末端與所述相向的第二末端中的一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述處理器(88，122)包含低電力模式和程序(140)，該程序適用于從所述低電力模式中蘇醒、輸入所述電力母線的所述檢測(cè)得到的特性、準(zhǔn)備作為所述對(duì)應(yīng)信號(hào)被輸出到所述電路的消息、在所述低電力模式下休眠。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述處理器還包含定時(shí)器(128)，所述定時(shí)器適用于中斷所述處理器以便從所述低電力模式中蘇醒。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述程序進(jìn)一步適用于(152)基于所述電力母線的所述檢測(cè)得到的特性中的預(yù)定變化判定是否向所述電路輸出作為所述對(duì)應(yīng)信號(hào)的所述消息。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述電路進(jìn)一步適用于發(fā)送作為所述無線信號(hào)的第一無線信號(hào)(130)以及接收第二無線信號(hào)(164)；且其中，所述程序進(jìn)一步適用于處理(166)來自所述接收到的第二無線信號(hào)的、接收到的消息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述程序(190)進(jìn)一步適用于對(duì)所述接收到的消息做出響應(yīng)地向所述電路輸出(1549)作為所述對(duì)應(yīng)信號(hào)的發(fā)送消息。
11.根據(jù)權(quán)利要求6的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述電源包含至少一個(gè)電壓(105，109)；且其中，所述程序(180)適用于對(duì)所述電力母線的所述檢測(cè)得到的特性中的預(yù)定變化或所述至少一個(gè)電壓中至少一個(gè)的預(yù)定值做出響應(yīng)地中斷所述處理器以便從所述低電力模式中蘇醒。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述至少一個(gè)傳感器是單個(gè)傳感器(44)；且其中，所述外殼封裝了包含所述單個(gè)傳感器的第一印刷電路板(48)，并封裝了包含至少適用于發(fā)送無線信號(hào)的所述電路的第二印刷電路板(50)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述第二印刷電路板為包含天線輸出(60)的無線電收發(fā)器電路板(50)；其中，至少適用于發(fā)送無線信號(hào)的所述電路包含由所述第一印刷電路板上的印刷導(dǎo)體(58)形成的天線；且其中，所述第一印刷電路板包含連接器(62)，該連接器將所述印刷導(dǎo)體電氣連接到所述無線電收發(fā)器電路板的所述天線輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述電力母線的所述特性包含所述電力母線的溫度(94)；且其中，所述至少一個(gè)傳感器為適用于檢測(cè)所述電力母線的所述溫度的溫度傳感器(118)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述電力母線的所述特性包含在所述電力母線中流動(dòng)的電流(96)；且其中，所述至少一個(gè)傳感器包含適用于檢測(cè)所述電流的兩個(gè)霍爾檢測(cè)器(114)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述電路適用于作為低速率無線通信發(fā)送所述無線信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述無線信號(hào)適用于對(duì)開關(guān)裝置進(jìn)行脫扣。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述無線信號(hào)適用于對(duì)所述電力母線的所述檢測(cè)得到的特性發(fā)出警報(bào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述無線信號(hào)適用于顯示所述電力母線的所述檢測(cè)得到的特性。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備(2)，其中，所述外殼為絕緣機(jī)殼(18，20，22)。
全文摘要
用于具有電流與溫度的電力母線(4)的傳感器設(shè)備(2)包括外殼(6)和一個(gè)或一個(gè)以上的傳感器(44，114，118)。每個(gè)傳感器適用于檢測(cè)電力母線的電流或溫度中的一個(gè)。無線電收發(fā)器電路(50，110)適用于發(fā)送第一無線信號(hào)(130)以及接收第二無線信號(hào)。處理器(88，122)適用于輸入來自傳感器的、檢測(cè)得到的電流以及檢測(cè)得到的溫度，并向無線電收發(fā)器電路輸出對(duì)應(yīng)信號(hào)，以便發(fā)送第一無線信號(hào)。電源(24)適用于使用將電力母線磁耦合到一個(gè)或一個(gè)以上的線圈所產(chǎn)生的電壓，以便用由在電力母線中流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁通為傳感器、無線電收發(fā)器電路以及處理器供電。
文檔編號(hào)G01R15/20GK101057149SQ200580038687
公開日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2005年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月12日
發(fā)明者M·G·索洛文森, C·J·利布基, J·C·恩格爾 申請(qǐng)人:伊頓公司