专利名称：用于公用服务计量和泄漏检测的系统和方法
技术领域：
0001本发明涉及一种用于电子公用服务(例如水或气体)计量和泄漏检测的系统和方法。
背景技术：
0002在家庭或建筑物中，日日夜夜都因为各种原因使用诸如水或气体的公用服务。例如，在住宅中，每日日夜夜会以变化的时间间隔随机地使用水。尽管在夜晚用水量往往少一些，其仍被使用(例如，用于厕所、自动喷灌或洒水系统等等)。商业建筑中的用水量遵循类似的模式。这使得测试泄漏很困难，原因是在白天和夜晚期间，用水量降至零的时间长短不可预知。
0003正如所熟知的那样，有些水管线路泄漏可被容易地检测，原因是在水管附近存在被检测到的地下水或存在水坑。尽管如此，其它水管线路泄漏不会被检测到，直到水费帐单变得出奇地高或者发现水渍或损害。
0004气体泄漏潜在地比漏水更加危险，而且更难检测。
0005大型公寓建筑和商业建筑的业主面临另外的监视用水量和泄漏检测方面的问题。此类商业建筑物所使用的水或其它公用服务的量通常比住宅或其它更小的建筑物的用量多很多。此外，此类建筑物的管道和喷灌系统往往比住宅中所见到的同类系统更加复杂。因而，公用服务用量上的任何低效率都会在大型商业建筑物中被放大，并且此类低效率的成本被放大。例如，在大型商业建筑物中，水用于厕所、工业过程、加热和空调、喷水灭火系统、和喷洒系统。大型商业建筑的管理通常没有对各种系统的用水量的准确计算。小到破损的喷灌系统喷头的维护问题可引起增加的且不必要的用水量。
0006用于住宅建筑物和商业建筑物的传统水表和气表测量所使用的水或气体的总量，但是并不监视使用模式。因而，传统的仪表不提供需要的用于检测泄漏的信息。
发明内容
0007通过监视使用模式来检测水和/或气体泄漏，本说明书中公开的系统和方法解决了这些问题和其它问题。在一个实施例中，通过寻找使用模式检测泄漏的存在，在该使用模式下水或气体总是正被使用，至少也是以低速率被使用。如果在给定时间间隔(例如在24小时的时段)内，用量至少一段时间未降至零(或低于某个门限或临界值)，则指示有泄漏。给定时间段内的最小使用量指示泄漏的严重程度。在一个实施例中，提供了与自动抄表(AMR)系统相结合的泄漏检测系统。
0008在一个实施例中，向水或气表提供了成像传感器以读取表上的多个刻度盘。在一个实施例中，向水或气表提供了光学传感器以读取表上的最低级别的刻度盘或指示器的变动。在一个实施例中，向水或气表提供了声学传感器以检测通过表的流量。
0009在一个实施例中，如果公用服务用量在给定的时间段内超过所设定的最大值，则监视系统中断公用服务。例如，如果水管线路破裂、建筑业主超过用量限度等，则会发生过多的用水量。例如，如果温度调节装置失效、水池加热器意外地开着、电炉意外地开着等，则会发生用气量过多。因而，例如，如果水或气体的用量在特定时间段(例如一小时、一天、一周等)内超过最大值，配置的监视系统就关闭公用服务(或通知公用服务部门关闭服务)。
0010图1A示出了典型水表记录器(register)的刻度盘面。
0011图1B示出了典型气表记录器的刻度盘面。
0012图2是用于与泄漏检测系统结合使用的自动抄表系统的结构图。
0013图3示出了以改进装配形式提供给水表的泄漏检测AMR系统。
0014图4示出了作为原始装备提供给水表的泄漏检测AMR系统。
0015图5是示出了多个传感器的结构图，这些传感器可用于检测通过水表或气表的低级别流量。
0016图6是示出了编码-发射-接收(ETR)单元的操作的一个实施例的流程图，其中提供了相对连续的监视。
0017图7是示出了ETR单元的操作的一个实施例的流程图，其中提供了周期监视。
0018图8A是示出了低流量传感器的一个实施例，该传感器通过使用压差传感器适用于测量管道系统中的泄漏。
0019图8B是示出了低流量传感器的一个实施例，该传感器通过使用压力传感器以适用于测量管道系统中的泄漏。
0020图9A示出了系统900的一个实施例，系统900与水表901相结合、测量管道系统中的泄漏。
0021图9B示出了集成低流量/高流量计系统，其提供AMR计量、泄漏检测和停水功能。
0022图10示出了水计量系统，其适用于与向一个或多个灌浇系统喷头提供水的灌浇系统阀门相结合、监视用水和/或泄漏。
0023图11示出了水计量系统，其适用于与具有向一个或多个灌浇系统喷头提供水的多个灌浇系统阀门的总管(manifold)相结合、监视用水和/或泄漏。
0024图12示出了水计量系统，其适用于与具有一个或多个用水量区和一个或多个灌浇区的商业建筑物(或住宅建筑物)相结合、监视用水和/或泄漏。
具体实施例方式
0025图1A示出了典型水表记录器100的刻度盘面。记录器包括以立方英尺读取所用的水量的数字指示器102、径向刻度盘101、和指示0与1立方英尺间的用水量的径向指针105、和低流量指示器103，其中径向指针105每转一圈，低流量指示器103转若干圈。
0026图1B示出了典型的气表150。在表150中，一组径向刻度盘160-164以立方英尺显示对应于用气量的数字。在图1B中，刻度盘160显示最低位数字，而刻度盘164显示最高位数字。刻度盘160在作用上与低流量指示器103类似。
0027以前，如图1A和1B中示出的公用服务表由人工周期性地读取。许多社区已经改用自动抄表(AMR)系统，其中记录器被电子地且遥控地读取。自动抄表系统允许公用服务公司节约抄表成本、提供更好的关于公用服务使用的信息，并提供更为准确的帐单。因为AMR系统降低了我们的抄表成本和表的维护成本，所以系统通常很快地物超所值。
0028除了提供给公用服务公司的益处之外，或代替提供给公用服务公司的益处，建筑业主或管理人员也能使用AMR系统为建筑管理系统提供公用服务信息，以提供成本跟踪、维护诊断、泄漏检测等。因而，在一个实施例中，来自于AMR的数据可被提供给诸如建筑监视系统、家用计算机系统等的监视系统。
0029水和气体AMR系统在本质上相类似，并且因而在理解用于水表的技术也可用于气表的情况下，下面描述中的很多部分指的是水表。多数AMR系统使用连接至水表记录器100的微型无线电发射机。来自于手持无线电接收机、移动车辆或固定接收器(例如，安装在建筑内，安装在灯柱上等)的读数收集来自于AMR表的数据。以此过程，卡车中的司机能够在一天之内比全体读表组成员读取更多的表。既然公用服务公司无需接近表就可以获取读数，故AMR系统也减轻了进入的问题。系统也允许建筑业主或管理者定期地(甚至连续地)收集公用服务表的数据。
0030在AMR系统中，公用服务表被配备以编码器-接收机-发射机(ERT)装置。图2是与公用服务表结合使用的编码-发射-接收(ERT)ETR单元200的结构图。在ETR单元200中，一个或多个传感器201和收发机203被提供给控制器202。控制器202通常向传感器201和收发机202提供电源、数据和控制信息。电源206被提供给控制器202。也可向控制器202提供任选的防改动传感器205(tamper sensor)(未示出)。
0031在一个实施例中，收发机203被配置以进行无线通信。在一个实施例中，收发机203被配置以在计算机网络上、电话网络上等进行线缆或光纤通信。
0032图3示出了以改进装配形式提供给水表的泄漏检测AMR系统。传感器201被配置为传感器模块302，其被提供给仪表以读取仪表记录器(register)。图5描述了可用于读取传统(非电子)记录器的多个传感器。在一个实施例中，传感器201读取低流量指示器，诸如图1A和图1B中示出的低流量指示器。在一个实施例中，通过使用诸如CCD或CMOS成像传感器的成像传感器，传感器201读取低流量指示器。在一个实施例中，通过使用诸如光电二极管或光电晶体管、或其阵列的照明源或光学传感器，传感器201读取低流量指示器。在一个实施例中，传感器201读取低流量指示器而基本不遮掩仪表的其它指示器。在一个实施例中，传感器201被置于低流量指示器的旁边，以使得低流量指示器仍然可见。
0033图4示出了作为原始装备提供给水表的泄漏检测AMR系统。在图4中，ERT 202被直接提供给水表上的电子记录器。
0034在传统AMR系统中，ERT不进行连续读取，而是“休眠”，等待读表者靠近。读表者的车载的读取装置发出连续的“唤醒”信号。当ERT接到唤醒信号时，其检查仪表记录器上的读数，将其编码为数字信号，并开始传送其识别号和当前读数。几分钟之后，ERT停止传送并回到“休眠”状态，等待下一个唤醒信号。车载的计算机系统将ERT识别号与你的房产相匹配，并记录读数。在一天的结束，读表者向公用服务公司帐单编制系统转存信息。
0035ERT是被设计来读取仪表记录器和传送信号的电子装置。用于唤醒ERT并传送信号的无线电信号相对较弱，通常操作于900MHz的频段。装置经常由两节长效电池供电，该电池被设计为可以使用15至20年。凹处ERT通常用于位于建筑外的凹处内的仪表。当仪表在建筑内或当ERT需要远离仪表一段距离时，使用远处或遥控ERT。
0036凹处ERT直接安装在室外仪表凹处的铸铁或混凝土盖子上。其通常足够结实以承受天气和一定量的交通负荷。在一个实施例中，ERT看起来像一个黑色蘑菇，其具有7英寸直径的盖和穿过盖子中的孔洞的2英寸直径的“茎”。线缆将ERT连接至仪表记录器。在人行道中，使用专用的盖子将ERT保持在人行道之下和之外。
0037在一个实施例中，监视系统包括电池操作的ETR单元200，其检测诸如水流或气流的情况。ETR单元被提供给用于建筑、公寓、办公室、住宅等的公用服务仪表。为了节约电池能量，ETR单元通常处于低功率模式。在一个实施例中，当处于低功率模式时，ETR单元取得定期的传感器读数并评估读数以确定是否存在异常情况。响应于唤醒信号，ETR单元也“醒来”并向基本单元(base unit)(或读取装置)发送状态信息，并且之后一段时间监听命令。
0038在一个实施例中，ETR单元200是双向的并且被配置以接收来自于读取装置的指令。因而，例如，读取装置能命令传感器以执行额外的测量；进入待机模式；醒来；报告电池状态；改变醒来间隔；运行自诊断并报告结果等。在一个实施例中，ETR单元也包括防改动开关(tamper switch)。当检测到对传感器的篡改时，传感器向基本单元报告该篡改行为。在一个实施例中，ETR向读取装置报告其总体可用情况和状态(例如自诊断的结果，电池可用情况等)。
0039在一个实施例中，ETR单元提供两个唤醒模式，第一唤醒模式用于进行测量(如果认为必要，也报告此测量)，而第二唤醒模式用于监听来自于读取装置的命令。两个唤醒模式、或它们的组合可以以不同的间隔发生。
0040在一个实施例中，ETR单元使用扩展频谱技术以与基本单元和/或读取装置通信。在一个实施例中，ETR单元使用跳频扩展频谱(FHSS，frequency-hopping spread-spectrum)。在一个实施例中，每个ETR单元具有识别码(ID)，并且ETR单元将其ID附加至外发通信包。在一个实施例中，当接收无线数据时，每个ETR单元忽略地址指向其它ETR单元的数据。
0041在一个实施例中，ETR单元200提供双向通信，并被配置以接收来自于读取装置的数据和/或指令。因而，例如，读取装置可命令ETR单元200执行额外的测量、进入待机模式、醒来、报告电池状态、改变醒来间隔、运行自诊断并报告结果等。在一个实施例中，ETR单元200定期报告其总体可用情况和状态(例如自诊断的结果，电池可用情况等)。
0042在一个实施例中，ETR单元200提供两个唤醒模式，第一唤醒模式用于进行测量(如果认为必要，也报告此测量)，而第二唤醒模式用于监听来自于读取装置的命令。两个唤醒模式、或它们的组合可以以不同的间隔发生。
0043在一个实施例中，ETR单元200使用扩展频谱技术以与读取装置通信。在一个实施例中，ETR单元200使用跳频扩展频谱。在一个实施例中，每个ETR单元200具有将ETR单元200与其它ETR单元区别开来的地址或识别码(ID)。ETR单元200将其ID附加至外发通信包，以使得来自于ETR单元200的传输可被读取装置识别。读取装置将ETR单元200的ID附加到传送至ETR单元200的数据和/或指令。在一个实施例中，ETR单元200忽略地址指向其它ETR单元的数据和/或指令。
0044在一个实施例中，传感器201与读取装置在900MHz的频段上通信。该频段提供穿越通常出现在建筑结构中和建筑机构周围的墙壁和其它障碍物的良好传输。在一个实施例中，传感器与读取装置在高于和/或低于900MHz的频段上通信。在一个实施例中，在射频信道上传送之前或开始传送之前，传感器、读取装置、和/或基本单元监听该射频信道。如果信道被使用(例如，被另一装置使用，诸如另一读取装置、无绳电话等)，则传感器、读取装置、和/或基本单元变换到不同的信道。在一个实施例中，通过监听射频信道以监视干扰、并使用一种算法以为避开该干扰选择下一传输信道，传感器、读取装置、和/或基本单元协调跳频。因而，例如，在一个实施例中，如果传感器感知到危险状况并进入连续传输模式，则传感器将在传输之前测试(例如监听)信道以避开被阻塞、被使用或拥挤的信道。在一个实施例中，传感器不断传送数据，直至其接收到来自于基本单元信息已经收到的知会或确认。在一个实施例中，传感器传送具有一般优先级的数据(例如，状态信息)而并不等待确认，并且传感器传送具有提高优先级的数据(例如，过多的烟雾、温度等等)直至收到确认。
0045跳频无线系统具有避开其它干扰信号并避免冲突的优势。此外，具有给予系统的规定的优点，该系统不持续地以一个频率传输信号。在一段时间的连续传输之后或遇到干扰时，信道跳频发射机改变频率。这些系统可具有更高的传送功率和对带内毛刺的限制更为宽松。
0046在一个实施例中，ETR单元200、读取装置、和读取装置使用FHSS通信，其中ETR单元200的跳频、读取装置、和读取装置并不同步，以至于在任意给定时刻，ETR单元200和读取装置处于不同的信道。在这样的系统中，通过使用与读取装置而非ETR单元200同步的跳频，读取装置与ETR单元200通信。此后，通过使用与ETR单元200同步的跳频，读取装置将数据转发(forward)到ETR单元。这样的系统在很大程度上避免了读取装置与读取装置的传输之间的冲突。
0047在一个实施例中，ETR单元200使用FHSS，并且ETR单元102-106不同步。因而，在任意给定时刻，不可能出现ETR单元中的两个或多个以同一频率传送。以这种方式，在很大程度上可以避免冲突。在一个实施例中，系统100不检测冲突但是可容忍冲突。如果确实发生冲突，则由于冲突所丢失的数据在下次ETR单元传送传感器数据时被有效地再次传送。当ETR单元和读取装置单元110-111工作于异步模式时，则极不可能出现第二冲突，原因是引起冲突的单元已经跳至不同的信道。在一个实施例中，ETR单元和读取装置使用同一跳速。在一个实施例中，ETR单元和读取装置使用同一伪随机算法以控制信道跳频，但是采用不同的起始种子。在一个实施例中，用于跳频算法的起始种子从ETR单元或读取装置的ID计算出来。
0048在一个替代性实施例中，通过发送地址指向读取装置的通信包，基本单元与ETR单元200通信，其中发送至读取装置的通信包包括ETR单元200的地址。
0049在一个实施例中，收发机203基于来自于德州仪器有限公司的TRF 6901收发机芯片。在一个实施例中，控制器202是传统的可编程微控制器。在一个实施例中，控制器202基于现场可编程门阵列(FPGA)，诸如Xilinx公司提供的FPGA。在一个实施例中，传感器201包括光电传感器，其被配置以检测公用服务仪表上的显示的变动。在一个实施例中，传感器201包括成像传感器，其被配置以读取公用服务仪表。在一个实施例中，传感器201包括用于照亮公用服务仪表显示的照明装置。在一个实施例中，传感器201包括用于检测流经公用服务仪表的声学声音的声学传感器。在一个实施例中，传感器201包括用于读取电子公用服务仪表记录器的记录器传感器。
0050控制器202接收来自于传感器201的传感器数据。一些传感器201产生数字数据。尽管如此，对于很多类型的传感器201，传感器数据是模拟数据。模拟传感器数据由控制器202转换为数字格式。在一个实施例中，控制器评估从传感器201接收的数据，并确定数据是否指示泄漏或其它异常情况。在一个实施例中，通过将数据值与门限值(例如，高门限，低门限，或高-低门限)进行比较，控制器202评估传感器数据。如果数据在门限之外(例如，高于高门限、或低于低门限、在内界门限之外、或在外界门限之内)，则数据被认为是异常的或者指示有泄漏。在一个实施例中，数据门限被编程到控制器202内。在一个实施例中，通过向控制器202发送指令，读取装置对数据门限进行编程。
0051图5是示出了多个传感器的结构图，这些传感器可用于检测流经水表或气表的低级别流量。在一个实施例中，向仪表提供声学传感器以检测通过仪表的流量。在一个实施例中，向仪表提供成像传感器501以读取数字指示器102和/或刻度盘160-164。在一个实施例中，提供了照明源502以为成像传感器501照亮数字指示器102和/或刻度盘160-164。在一个实施例中，提供了照明源504和光学传感器503以检测径向指针105和/或精密传感器103的走动。声学传感器509、成像传感器501、和/或光学传感器503是图2中示出的传感器201的实施例。其它传感器，诸如磁传感器，可与声学传感器509、成像传感器501、和/或光学传感器503结合使用，或作为替代物选择使用。
0052声学传感器509、成像传感器501、和/或光学传感器503被提供给控制器202。通过收集来自于声学传感器509、成像传感器501、和/或光学传感器503的数据，控制器读取公用服务仪表。
0053在一个实施例中，控制器202以特定周期间隔读取传感器201。在一个实施例中，控制器202以随机间隔读取传感器201。在一个实施例中，控制器202响应来自于读取装置的唤醒信号，读取传感器201。在一个实施例中，控制器202在传感器读取之间休眠。
0054在一个实施例中，控制器202定期地(或随机地)读取细节指示器103或最低位指示器160以检测泄漏。在一个实施例中，控制器202通过编程方式醒来并从低流量指示器103或低位指示器160取得一系列读数，以确定使用模式并进行泄漏检测。如果控制器202确定公用服务用量看似连续的，则控制器202设想存在泄漏。
0055在一个实施例中，控制器202使用人工智能以确定传感器读取间隔。在一个实施例中，控制器202周期地读取低流量指示器。如果控制器202确定在指定数量的间隔内用量为零，则控制器设想不存在泄漏、并且控制器可编程制定相对长的读取之间的间隔。如果控制器确定用量从不为零，则控制器202设想存在泄漏，并且控制器可编程制定相对较短的读取之间的间隔，以搜索无使用量发生的间隔。如果相对较短的时间间隔仍不能产生零读数，则在一个实施例中，控制器202可取得一段时间(例如24小时、48小时等)的连续读数以搜索无使用量发生的时段。如果控制器不能发现无使用量发生的时段，则控制器报告泄漏情况。在一个实施例中，控制器202向查询装置报告最小公用服务使用量，以允许公用服务公司评估可能存在的泄漏情况。
0056在一个实施例中，控制器202被配置成在确定可能存在泄漏情况中使用门限值(非零)。
0057图6是示出了ETR单元200的操作的一个实施例的流程图，其中提供了相对连续的监视。在图6中，上电程序块601之后是初始化程序块602。初始化之后，在程序块603中，ETR单元200检查故障情况(例如，防改动传感器的激活，电池电量低、内部故障等)。判定程序块604检查故障状态。如果故障已发生，则程序前进至程序块605，在程序块605中，故障信息被传送至读取装置(此后，程序前进至程序块612)；否则，程序前进至程序块606。在程序块606中，ETR单元200从传感器201取得传感器读数。随后在程序块607中评估传感器数据。如果传感器数据异常，则程序前进至传送程序块609，在程序块609中，传感器数据被传送至读取装置(此后，程序前进至程序块612)；否则，程序前进至超时判定程序块610。如果超时期间还没有过，则程序回到故障检查程序块603；否则，程序前进至传送状态程序块611，在传送状态程序块611中，正常状态信息被传送至读取装置。在一个实施例中，所传送的正常状态信息与简单的“脉冲(ping)”类似，其指示出ETR单元200运转正常。在程序块611之后，程序继续进行至程序块612，在程序块612中，ETR单元200时刻监听来自于监视器读取装置的指令。如果接收到指令，则ETR单元200执行指令，否则，程序回到状态检查程序块603。在一个实施例中，收发机203通常被撤去电源或下电。在执行程序块605、609、611和612期间，控制器202为收发机203上电。监视读取装置可将指令传送至ETR单元200以改变用于评估程序块607中所使用的数据的参数、程序块612中所使用的监听时段等。
0058诸如图6中所示的相对连续的监视适于感知相对高优先级数据(例如，烟、火、一氧化碳、可燃气体等)的ETR单元。与之相比，周期监视可用于感知相对较低的优先级数据(例如，湿度、水汽、用水量等)的传感器。图7是示出了ETR单元200的操作的一个实施例的流程图，其中提供了周期监视。在图7中，上电程序块701之后跟着进行初始化程序块702。初始化之后，ETR单元200进入低功率休眠模式。如果在休眠模式期间发生故障(例如，防改动传感器被激活)，则程序进入唤醒程序块704，其后是传送故障程序块705。如果在休眠时段期间没有故障发生，则当特定休眠时段终止时，程序进入程序块706，在程序块706中，ETR单元200从传感器201取得传感器读数。随后在报告程序块707中，传感器数据被发送至监视读取装置。报告之后，ETR装置200进入监听程序块708，在监听程序块708中，ETR单元200对来自于监视计算机708的指令进行相对短时段的监听。如果接收到指令，则ETR单元200执行指令，否则，程序回到休眠程序块703。在一个实施例中，传感器201和收发机203通常被撤去电源或下电。在执行程序块706期间，控制器202为传感器201上电。在执行程序块705、707、和708期间，控制器202为收发机上电。监视读取装置可向ETR单元200发送指令以改变块703中所使用的休眠时段、块708中所使用的监听时段等。
0059在一个实施例中，ETR单元传送传感器数据直至接收到握手类型确认。因而，如果在传输后(例如，在判定程序块613或709之后)没有接收到指令或确认，ETR单元200再次传送其数据并等待确认，而非休眠。ETR单元200继续传送数据并等待确认直至接收到确认。在一个实施例中，ETR单元接受来自于读取装置的确认，并且此后，确信数据转发至读取装置成为读取装置的职责。在一个实施例中，读取装置并不生成确认，而是将来自于读取装置的确认转发至ETR单元200。ETR单元200的双向通信能力为读取装置提供了控制ETR单元200的操作的能力，并且为ETR单元200和读取装置之间的健壮的握手类型通信提供了能力。
0060在一个实施例中，不管ETR单元200的正常操作模式(例如，使用图6、7的流程图，或其它模式)，监视读取装置可以命令ETR单元200工作于相对连续的模式，在该模式下，传感器反复取得传感器读数并将读数传送至监视读取装置。
0061在一个实施例中，提供了关闭阀门，以便当检测到泄漏和/或能量用量时，监视系统100可关闭供水。在一个实施例中，关闭阀门由ETR单元200控制。在一个实施例中，ETR单元200接收来自于读取装置的指令以关闭供水。与之类似，在一个实施例中，当检测到气体泄漏时，ETR单元200控制气体关闭阀门以关闭气体供应。
0062在一个实施例中，来自于ETR单元200的数据被提供给监视系统。监视系统从每个仪表处采集用水量(或其它公用服务)数据，并通过每个仪表记录公用服务用量。在一个实施例中，通过检查来自于ETR单元200的用于最低流速的数据，检测漏水。偶尔的零流速表明没有泄漏。如果流速从不降至零，则或者是有泄漏或者是某些应用或系统不停地用水(例如滴灌系统)。如果使用从不降至零并且有泄漏，则最低流速可能对应于泄漏流速。如果使用从不降至零，则监视系统(或公用服务)可通知建筑业主或管理者怀疑存在泄漏。其中的ETR单元休眠直至由“唤醒”信号唤醒并且之后读取公用服务仪表(例如，每月一次)的AMR系统，不能用于泄漏检测，原因是此类系统仅获取来自于仪表上的机械数字指示器102的累积的数据。泄漏检测基于相对连续的监视(或以定期或随机间隔监视)，以在仅有泄漏流动期间，测量流量。此外，既然仅仅知道水不停流动不能表明最低流速是多少，故通过寻找连续流量来检测泄漏并不提供有关泄漏的严重程度的信息。在一个实施例中，根据泄漏的严重程度，监视系统计算由系统中的泄漏所浪费的水(例如，每天浪费的水约等于每小时的泄漏流速乘以24)。在一个实施例中，监视系统提供每天、一天中的每次、每月的公用服务用量的图表。
0063在某些情况下，用于为建筑提供水的传统水表根本不以由微小泄漏引起的最低流速进行准确读取。图8A是示出了低流量传感器系统800的实施例，通过使用压差传感器804，该传感器系统用于测量管道系统中的泄漏。电控阀门802被提供给水服务管线。压差传感器804的第一输入被提供给阀门802的输入端上的水服务管线，压差传感器804的第二输入被提供给阀门802的输出端上的水服务管线。控制器803被提供给阀门802和压力传感器804。在一个实施例中，压差传感器提供输入信号，该输入信号与第一输入与第二输入之间的压差相关。在一个实施例中，压力传感器被配置为开关，其在压差超过一指定值时打开或关闭。
0064为测试泄漏，控制器803发送电信号以关闭阀门802。当阀门关闭时，控制器803获取来自于传感器804的传感器数据。如果在连接至阀门802的输出端的管道系统中存在泄漏，则传感器804将测量到压差。泄漏的严重程度与压差的增长速度相关。如果传感器804被配置为开关，则泄漏的严重程度与响应压差的阀门802的关闭与开关操作之间所经历的时间长短相关。既然水是相对不可压缩的流体，跨越阀门802的压差会相对快地上升，并且因而，仪表控制器仅需关闭阀门一段相对短的时间。在一个实施例中，控制器803在达到指定压差时，立刻打开阀门802。压差曲线的斜率(即，压差对时间的变化)的大量增加通常表明阀门802的阀门下游的打开。因而，在一个实施例中，控制器803在感知此种斜率变化后，立刻打开阀门802。
0065如果水在水服务管线中流动(当阀门802打开时)，则传感器804将测量到相对小的压差。如果在水服务管线中没有水(或者极少的水)流动，则传感器804将测量不到压差。在一个实施例中，当由压力传感器804测量到的压差表明水在管线中流动时，控制器803不关闭阀门802。在一个实施例中，当阀门802在泄漏测试期间被关闭时，控制器803感知何时阀门802的水阀门下游由于由压力传感器804感知的压差相对迅速的增加而已被打开。当发生此类事件时，通过立刻打开阀门802，控制器803终止泄漏测试。
0066在一个实施例中，通过部分关闭阀门802，控制器“测试”水流量。如果水在水服务管线中流动，则阀门802的部分关闭会引起压差传感器804感知到压差。作为对比，如果在水服务管线中仅有泄漏水流动，则阀门802的部分关闭不会引起大的压差。如果控制器803通过部分关闭确定水在管线中流动，则中止泄漏测试。如果控制器803通过部分关闭确定在管线中没有水(或者极少的水)流动，则完全关闭阀门802以进行泄漏测试。部分关闭允许低流量系统800测试泄漏而不显著影响正常水使用。
0067图8B是示出了低流量传感器系统801的实施例，通过使用压力传感器808，该传感器用于测量管道系统中的泄漏。系统801包括电控阀门802和控制器803。压力传感器808被提供给阀门802的输出端上的水服务管线。压力传感器808的输出被提供给控制器803。在一个实施例中，压力传感器808提供输出信号，该输出信号与输出管线中的压力相关。在一个实施例中，压力传感器被配置为开关，其在压力超过一指定值时打开或关闭。
0068为测试泄漏，控制器803发送电信号以关闭阀门802。当阀门关闭时，控制器803获取来自于传感器808的传感器数据。如果在连接至阀门802的输出端的管道系统中存在泄漏，则传感器804将测量到压降。泄漏的严重程度与压力下降的速度相关。如果传感器808被配置为开关，则泄漏的严重程度与响应压力下降的阀门802的关闭与开关操作之间所经历的时间长短相关。既然水是相对不可压缩的流体，压力会相对快地下降，并且因而，仪表控制器仅需关闭阀门一段相对短的时间。在一个实施例中，通过在关闭阀门之前获取来自于压力传感器808的压力读数，控制器803测量相对的压力下降。此后，控制器803可比较关闭阀门802前与关闭阀门802后由传感器808测量到的压力的差。
0069如果水在水服务管线中流动(当阀门802打开时)，则由传感器808测量到的压力会比管线中的静态压力相对小。在一个实施例中，通过在一段时间上获取来自于压力传感器808的传感器读数并确认最大稳态(非瞬态)压力，传感器确定静态压力。在一个实施例中，当由压力传感器808测量到的压力比静态压力相对较低时(低一门限量)，控制器803不关闭阀门802。在一个实施例中，当阀门802在泄漏测试期间被关闭时，控制器803感知何时阀门802的水阀门下游由于由压力传感器808感知的相对迅速的压力下降而已被打开。当发生此类事件时，通过立刻打开阀门802，控制器803终止泄漏测试。在一个实施例中，控制器803在达到指定相对的压力下降时，立刻打开阀门802。压力曲线的斜率(即，压力对时间的变化)的显著增大通常指示阀门802的阀门下游的打开。因而，在一个实施例中，控制器803在感知到此种斜率变化后，立刻打开阀门802。
0070本领域内的普通技术人员会认识到系统800、801可用于测量气体系统(例如天然气、丙烷等)中的泄漏。
0071如与图1A和2-7相结合描述的那样，低流量传感器系统800、801可单独使用或与AMR水表结合使用。在一个实施例中，低流量传感器系统800、801被配置以在AMR水表确定极少的水或没有水流动时测试泄漏。
0072图9A示出了系统900的一个实施例，系统900与水表901相结合、测量管道系统中的泄漏。水表901可以是传统水表或AMR水表(如图所示)。压差传感器804被提供给水表901的输入和输出。当水流过水表时，水表901产生压力下降；而当没有水流过水表时，水表901不产生压力下降。因而，当在由水表901馈送的系统中没有泄漏时，在没有水流量期间，压差传感器804基本测量不到压差。当存在泄漏时，由压差传感器804测量的压差在一定程度上取决于在水表停止转动时水表901中的涡轮叶片(或叶轮)的位置。在某些情况下，对于微小泄漏，没有足够的水流过水表901以引起叶轮转动。此外，对于由泄漏引起的给定流速，跨越水表901的压力下降发生变动，这在一定程度上取决于叶轮的方位。因而，在一个实施例中，控制器903基于统计分析确定泄漏的可能性。在一段时间后，叶轮片将停止在不同的方位。控制器903取得多天的读数以确定统计学上的最低压差。因而，统计学上的最低压差与系统中的任何泄漏的量值相关。
0073图9B示出了集成低流量/高流量计系统901的结构图，其提供AMR计量、泄漏检测和停水功能。在系统901中，提供了与传统水表设备908相连的相对低流量传感器909，诸如低流量传感器系统800或801。相对低流量传感器909与表设备908被提供给控制器910。在一个实施例中，控制器910提供AMR功能。在一个实施例中，通过在表设备908指明无水流动时使用低流量传感器909，控制器910周期性地取得低流量传感器读数。在一个实施例中，控制器910使用低流量传感器909中的电控阀门关闭通过系统910的水。在一个实施例中，控制器910响应来自于外部源的命令来关闭水。在一个实施例中，控制器910响应明显的管道系统故障(例如，大量连续的水流指示水管线中有破裂或阀门失效，严重泄漏等)来关闭水。
0074图10示出了水计量系统1000，其适用于与向一个或多个灌浇系统喷头或龙头提供水的灌浇系统阀门相结合、监视用水和/或泄漏。在系统1000中，提供了与灌浇系统阀门相连的流量计1001。在一个实施例中，流量计1001被配置为AMR表(诸如图1A中所示的仪表、超声波流量计、或其它仪表技术)。在一个实施例中，流量计1001被配置为诸如低流量计系统800、801的低流量计系统。在一个实施例中，图8A和8B中所示的电控阀门802用作灌浇系统阀门1002。在一个实施例中，低流量/高流量计系统901用于向一个或多个灌浇系统喷头提供水(其中，系统901提供流量计1001和灌浇系统阀门1002的功能)。
0075图11示出了适用于监视用水和/或泄漏的水计量系统，其中流量计1001被提供给总管1101。总管1101被提供给灌浇系统阀门1110、1111和1112。灌浇系统控制器1102分别向灌浇系统阀门1110-1112提供控制信号1120-1122。控制信号也被提供给监视系统1103。来自于流量计1001的输出也被提供给监视系统1103。本领域内的普通技术人员会认识到，可将控制器1102与监视系统1103的功能进行组合。通过在阀门1110-1112中的每个阀门打开时记录来自于流量计1001的水流量数据，监视系统1103监视并记录通过阀门1110-1112中的每个阀门的水流量。
0076系统1000和1100允许建筑业主或其它方一个区接一个区地监视并跟踪灌浇系统和灌溉系统的用水。因为通过损坏的或丢失的喷头的水流量通常是过量的，系统1000和1100可以报告损坏的或丢失的灌浇系统喷头。因为通过堵塞的喷头的水流量低于正常量，系统1000和1100也可报告堵塞的喷头。
0077图12示出了水计量系统，其组合了来自于图1-11的多个元件，其与具有一个或多个用水量区和一个或多个灌浇区的商业建筑物(或住宅建筑物)1250相结合、监视用水和/或泄漏。来自于水公用服务公司的水通过主仪表1201、一个或多个(任选的)仪表1202和1203被提供给建筑1250。来自于主仪表1201的水也被提供给流量计1204和1205。流量计1204向为一组灌浇系统阀门1220提供服务的总管提供水。流量计1205向为一组灌浇系统阀门1221提供服务的总管提供水。灌浇系统阀门1220由灌浇系统控制器1210控制，并且灌浇系统阀门1221由灌浇系统控制器1211控制。灌浇系统控制线、和仪表1202-1205也被提供给监视系统1230。在一个实施例中，仪表1201也被提供给监视系统1201。流量计1202-1205、以及任选的仪表1201可被配置以向监视系统1230提供用水量数据。在一个实施例中，流量计1202-1205、以及任选的仪表1201可被配置以为检测泄漏提供低流量传感。
0078监视系统1230从每个仪表处采集用水量数据，并记录通过每个仪表的用水量。在一个实施例中，根据泄漏的严重程度和泄漏已经存在的时间长短，监视系统1230计算由系统中的泄漏所浪费的水。在一个实施例中，监视系统1230提供每区、每天、一天中的每次、每月的用水量的图表。
0079结合本说明书中所描述的泄漏检测和监视技术，多个类型的流量计和流量传感器可用于测量水或气体或其它公用服务的流量。传统水表或气表是基于涡轮或叶轮的，涡轮和叶轮响应流量而旋转。也可使用其它类型的流量计(流量传感器)，诸如压差流量计、孔板式流量计、文氏管流量计、流量喷嘴流量计、可变面积流量计或旋转式流量计、速度流量计、量热式流量计、涡轮流量计、涡街式流量计、电磁流量计、正位移流量计、质量流量计、热流量计等，或它们的组合。
0080对于本领域内的技术人员而言，很明显，本发明并不限于上述阐释性实施例的细节，并且可以其它形式体现本发明而不脱离本发明的精神或实质范围；此外，可对本发明做出多种删节、替换和改变而不脱离本发明的精神。例如，尽管本发明针对900MHz频段描述了特定实施例，本领域内的普通技术人员会认识到，也可使用高于或低于900MHz的频段。无线系统可被配置以在一个或多个频段上操作，诸如，HF频段、VHF频段、UHF频段、微波频段、毫米波频段等。本领域内的普通技术人员还会认识到，也可使用除了扩展频谱技术之外的技术，和/或替换扩展频谱技术。所使用的调制不限于任何具体的调制方法，以使得所使用的调制体制可以是，例如，频率调制、相位调制、幅度调制、它们的组合等。因此，本发明实施例中前面的描述在各个方面都被认为是阐释性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求和其等同物确定。
权利要求
1.传感器系统，包含包含至少一个传感器的ETR单元，所述传感器被配置以感知公用服务仪表读数，所述ETR单元被配置以在期望的间隔监视所述公用服务仪表、记录最小公用服务用量、并确定公用服务泄漏的可能性，所述ETR单元被配置以响应读取请求、报告由所述至少一个传感器测量的数据。
2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器包含光学传感器。
3.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器包含成像传感器。
4.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器包含照明源。
5.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器包含声学传感器。
6.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器包含电子公用服务仪表接口。
7.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器包含记录器接口。
8.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器包含水流量传感器。
9.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器包含气体流量传感器。
10.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述传感器根据门限测试确定公用服务泄漏的可能性。
11.根据权利要求10所述的传感器系统，其中所述门限测试包含高门限级别。
12.根据权利要求10所述的传感器系统，其中所述门限测试包含低门限级别。
13.根据权利要求10所述的传感器系统，其中所述门限测试包含内门限范围。
14.根据权利要求10所述的传感器系统，其中所述门限测试包含外门限范围。
15.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述ETR单元被配置以接收指令以改变状态报告间隔。
16.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述ETR单元被配置以接收指令以改变传感器数据报告间隔。
全文摘要
本发明描述了一种通过监视使用模式以检测水和/或气体泄漏的系统和方法。在一个实施例中，通过寻找使用模式检测泄漏的存在，在该使用模式下水或气体总是正被使用，至少也是以低速率被使用。如果在给定时间间隔(例如在24小时的时段)内，至少一段时间用量未降至零，则指示有泄漏。给定时间段内的最小用量指示泄漏的严重性。在一个实施例中，提供了与自动抄表(AMR)系统相结合的泄漏检测系统。
文档编号F17D5/00GK101036042SQ200580033846
公开日2007年9月12日 申请日期2005年9月8日 优先权日2004年9月23日
发明者L·凯茨 申请人:L·凯茨