检测危险电压并指示源的方向的个人可穿戴系统的制作方法

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联邦资助的研究或开发

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微缩胶片/版权参考

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技术领域

本申请涉及可穿戴电场传感器，并且更具体地，涉及检测危险电压并指示源的方向的系统。

背景技术：

在高压电场附近工作的人员必须采取预防措施，以保持与高压源的适当距离。例如，高压输电线周围的工作人员必须避免太靠近线路。此外，可能在下行输电线附近工作的第一响应人员等也必须避免与线路接触。

现有的可穿戴个人电压检测器是定向的，并且不检测不在设备方向上的电压源。通常，这些设备穿戴在用户前部上在中部躯干处或皮带夹上等。如果用户向后或向侧方行走，则由于人体阻止了电场到达检测器，所以检测器将不检测到电压源。

这样的现有的个人电压检测器用于当势场的方向或位置为已知时。然而，这些设备不能解决有挑战性的需要和不确定场景，诸如在灾难救援操作中，其中第一响应人员致力于救援而不是附近的潜在电气危险。

因此，将有利的是，具有可以在多个方向上检测带电电源以允许用户专注于核心工作而同时确保个人远离危险电压源的安全的系统。

技术实现要素：

如本文所述，一种个人可穿戴系统检测用户周围的危险电压，以用于警告工业工作人员并指示源的方向。

根据一个方面，公开了包括多个可穿戴电场传感器的个人电压检测系统。每个传感器适于穿戴在用户的身体的外侧，每个传感器面向不同的方向。每个传感器包括感测电场并发送表示针对相关联方向的场强的无线信号的换能器。警报设备与多个传感器可操作地通信，并且包括配置为监测针对每个传感器的场强的控制器。警报设备响应于场强高于预选水平而确定报警状况的存在，并生成指示报警状况的相关联方向的报警信号。

其特征在于，警报设备包括响应于报警状况生成音频信号的音频输出。

另一个特征在于，警报设备包括与每个方向相关联的指示器，并且控制器点亮用于报警状况的相关联方向的指示器。

又另一个特征在于，警报设备可以包括具有用于每个方向的指示器的图形显示。

又另一个特征在于，警报设备可以包括智能电话。

此外另一个特征在于，警报设备包括用以指示与多个传感器的通信状态的指示器。

此外又一个特征在于，警报设备包括与每个传感器相关联的指示器，并且控制器改变每个指示器以指示针对相关联传感器的通信状态。

此外另一个特征在于，传感器和警报设备使用短波长无线电波进行通信。

附加特征在于，传感器和警报设备是电池供电的。

根据另一方面，公开了一种个人电压检测系统，其包括由用户穿戴并携带多个电场传感器的服装，每个电场传感器面向不同的方向。每个传感器包括在发送表示针对相关联方向的场强的无线信号时感测电场的换能器。警报设备与多个传感器可操作地通信，并且包括控制器，所述控制器被配置为监测针对每个传感器的场强并响应于场强高于预选水平而确定报警状况的存在，并且配置为生成指示报警状况的相关联方向的报警信号。

根据对包括所附权利要求和附图的整个说明书的仔细研究，其它特征和优点将是显而易见的。

附图说明

图1a图示了如本文描述的个人电压检测系统；

图1b图示了包括前、左和右电场传感器的服装；

图1c图示了具有后电场传感器的服装；

图2是电场传感器的框图；

图3是图示在图2的微控制器中实现的程序的流程图；

图4是与图1a的个人电压检测系统一起使用的警报设备的前视图；

图5是用于警报设备的电路的框图；

图6是图示图5的微控制器中的程序的流程图；以及

图7-10图示了包括图示用于警报设备的应用程序的操作的一系列显示的采用智能电话的形式的警报设备。

具体实施方式

本文描述了个人可穿戴系统，其基本上360°围绕用户检测危险电压，以用于警告工作人员并指示危险电压源的方向。该系统由四个可穿戴的电场传感器组成，这些传感器嵌入到高可见度外套中或穿戴在身体的外侧，前、后、左、右各一个。每个传感器测量电场强度并使用短波长无线电波向警报设备传送。可以是移动电话或其它个人警报设备的警报设备从每个传感器收集数据，处理并生成具有定向视觉指示和音频警报的报警。

首先参考图1a、1b和1c，示例性服装20采用外套的形式。前传感器22F、后传感器22B、左侧传感器22L和右侧传感器22R每一个均嵌入在外套20中。这样，前传感器22F感测在用户前方的电场，左传感器22L感测在用户左侧的电场，后传感器22B感测在用户后方的电场，并且右传感器22R感测在用户右方的电场。传感器22L、22R、22F和22B中的每一个除了具有唯一的地址或识别码之外，在结构上是相同的。此后，每个传感器可以通用地利用数字22来描述。每个传感器22如图1a中所示使用技术(Bluetooth是Bluetooth Sig，Inc.的注册商标)与配置为个人警报模块的个人警报设备24和/或智能电话26进行通信。

传感器22包括包含按钮32和LED 34的盘形外壳30。在图2中图示了传感器22的电路。传感器22由纽扣电池36供电。传感器天线38连接到信号放大器电路40。传感器天线38可以包括小导电板，其用作天线以从在传感器前方的电场拾取任何电压，并且响应于电场强度生成低压信号，如已知的。低压信号由信号放大器40放大，然后被提供给带通滤波器42。带通滤波器42适于使对应于典型电力线频率的50至60Hz的频带中的信号通过。因此，滤除了该范围之外的频率。经滤波的信号被传递到信号调节电路44，信号调节电路44产生输入到微控制器46的适当的模拟信号电平。微控制器46还连接到按钮32和LED 34。此外，微控制器46连接到收发器48。收发器48使用短波长无线电波发送和接收无线信号。如将显而易见的，其它通信技术也可以用于无线通信。在使用之前，按下按钮32以将传感器22与警报设备24配对。LED 34确认配对是成功的。

微控制器46可以采取任何已知的形式，并且包括用于根据存储的程序操作传感器22的处理器和相关联的存储器。微控制器46适于从天线38接收表示所感测的场强的经放大和滤波的信号，并且通过收发器48周期性地将该信号发送到个人警报设备24或智能电话26。

参考图3，流程图图示了在图2的微控制器46中实现的程序。程序在块50处开始，其以预定的时间间隔(在所说明的实施例中约为200ms)唤醒微控制器46。微控制器46然后在块52处开启对其它电路的电力供应，并且在块54处接收表示所测量的场强的信号并将该信号转换为数据格式。然后使用收发器48在块56处将该数据发送到警报设备24或26。然后，程序在块58处关断电力并进入深睡眠模式，然后返回到块50以等待下一个周期。

参考图4，专用个人警报设备24包括外壳100。外壳100被调整尺寸成并且适于由使用者穿戴，并且可以包括在背侧的皮带夹等。外壳100包括前警报LED 102F、后警报LED 102B、右警报LED 102R和左警报LED 102L。这样，存在与每个传感器22相关联的LED 102。外壳100还支持扬声器104、开/关按钮106、配对按钮108、电池电量低LED 110以及配对LED 112。

参考图5，框图图示了用于外壳100中的控制器114的电路。控制器114包括用于控制个人警报设备24的操作的采用处理器形式的微控制器116和相关联的存储器。电路由连接到电力控制逻辑电路120的九伏电池118供电，其产生适当的电压信号以用于为其它电路供电。开/关开关106连接到电力控制逻辑电路120，以用于开启和关断设备24。电池监测电路122连接在电力控制逻辑电路120和微控制器116之间。微控制器116还连接到配对按钮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经由升压开关调节器124连接到扬声器104。最后，微控制器116连接到收发器126，以用于与传感器22通信。

如将显而易见的，在初始使用之前，必须将传感器22与个人警报设备24配对。这是通过按下警报设备24上的配对按钮108和每个传感器22上的按钮32来完成的。此后，这也用于标识哪些传感器22被配置为前、后、左和右传感器。这可以例如通过在按下各个传感器22F、22L、22B和22R上的按钮的每一个时按顺序点亮LED 102F、102L、102B和102R的每一个来完成。

另外，LED 102F、102L、102B和102R中的每一个可以是多种颜色。例如，一种颜色可以用于指示报警状况。另一种颜色可以用于指示针对相关联的传感器的通信状态，如下所述。

参考图6，流程图图示了用于检测危险电压并指示源的方向的在微控制器116中实现的程序的操作。程序在块130处开始，其收集用于每个传感器22的数据。在块132处将该数据转换为场强。块134针对未能发送数据的任何传感器设置通信故障。如上所述，这可以用于点亮LED 102中的一个。块134针对电池电压低于阈值的任何传感器22设置电池电量低LED。这可以通过LED 102的颜色来完成。在块138处，将用于每个传感器22的信号强度与参考水平进行比较，以确定针对相关联方向是否存在报警状况。如果存在，则如果其大于阈值，则将对应的传感器LED 102开启到特定颜色。此外，如果存在报警状况，则经由扬声器104提供音频警报。

因此，如所描述的，LED 102可以用于指示针对相关联的传感器22的通信故障、电池电量低状况或报警状况，以及标识状况涉及四个传感器中的哪个。特别地，使用前LED 102F指示与前传感器22F相关联的任何状况。同样适用于其它方向。

上述个人警报设备24包括用于在所描述的系统中使用的专用设备。可替代地，可以使用被编程有检测器应用程序或app(应用)的常规智能电话26来实现警报设备的功能。这样的app将根据图6的流程图进行操作。

图7图示了智能电话26上的主屏幕200，其包括用于检测器app的图标202。图7图示了用于选择各种检测操作的图形显示204。如将理解的，智能电话26可以用于附加的警报功能，包括由按钮206指示的电压检测器功能，其用于发现各种传感器。图9图示了示出电压检测功能开启的显示屏幕208。此外，显示根据状态使用特定颜色的指示器，诸如使用绿色来指示所有传感器都是有效的。如果存在通信故障，则与特定传感器相关联的颜色可以改变，例如可以改变为灰色。图10图示了与图9中的显示屏幕类似的显示屏幕210，在其中给出由212表示的音频警报，其中具有报警状况以及通过使左指示器变红示出方向细节的屏幕。还存在允许用户使报警静音预选时间(诸如一分钟)的按钮214、以及用于切换振动功能的按钮216。另外，app根据图6中所图示的程序以及如上所述进行操作。

因此，所图示的系统包括两个部件。第一个是嵌有四个传感器以及个人警报设备的外套。每个传感器包括使用纽扣电池供电的超低功耗传感器，并且感测电场并将其转换为数字数据以传输到主设备。传感器使用连接到信号调节电路的场感测天线，其被提供给其中其被转换为要发送到主机的数字数据的微控制器。主警报设备可以是专用设备或移动电话，任一个配置有收发器。任一警报设备运行应用程序，所述应用程序与每个传感器配对并从每个传感器收集包括当前场强、电池状态、RSSI和IDD细节的信息。警报设备处理从每个传感器收集的原始信息，并且在发现报警状况存在时生成音频报警并点亮对应的定向LED。

因此，系统提供全方向保护，并且因此为用户提供增加的安全性。该系统通过示出带电电压源的方向来如此做，并且包括允许用户专注于手边工作的免提系统。另外，系统向用户提供多种警报模式，包括音频信号、振动和视觉指示。此外，当与智能电话一起使用时，数据可以被传送到中心电站处的管理者，以用于做出进一步的分析和决策。

本领域技术人员将理解的是，存在对所公开的实施例的特征和部件的具体形式做出的许多可能的修改，而同时保持在本文公开的概念的精神内。因此，除非在权利要求中明确陈述，否则不应将对本文所公开的实施例的具体形式的限制理解为权利要求。尽管以上已经详细描述了几个实施例，但是其它修改是可能的。例如，图中描绘的逻辑流程不要求所示的特定次序或顺序来实现期望的结果。可以提供其它步骤，或者可以从所描述的流程剔除步骤，并且其它组件可以添加到所描述的系统或从所描述的系统移除。其它实施例可以在以下权利要求的范围内。

已经关于流程图和框图描述了本系统和方法。将理解的是，流程图和框图的每个块可以由计算机程序指令实现。这些程序指令可以提供给处理器以产生机器(machine)，使得在处理器上执行的指令创建用于实现在块中规定的功能的装置。计算机程序指令可以由处理器执行以引起一系列操作步骤，所述操作步骤由处理器执行以产生计算机实现的过程，使得在处理器上执行的指令提供用于实现在块中规定的功能的步骤。因此，图示支持用于执行规定功能的装置的组合以及用于执行规定功能的步骤的组合。还将理解的是，每个块和块的组合可以由执行规定功能或步骤的专用基于硬件的系统、或专用硬件和计算机指令的组合来实现。根据本文公开的各个方面的方法都不限于以任何特定次序执行其步骤。