用于评估电网状况的监测系统的制作方法

用于评估电网状况的监测系统
1.本技术要求于2019年12月31日提交的题为“assembly,method and system for sensing,communicating and/or characterizing a condition of an electrical grid for on-line diagnostics”的美国临时专利申请第62/955,500号的权益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
2.本公开内容涉及用于电力设施以及工业和商业场所的电气设备领域，所述电气设备包括电力电缆和附件。


背景技术：

3.电网包括在诸如地上、地下、寒冷天气气候、和/或炎热天气气候的不同位置和条件下操作的许多部件。当电网出现故障时，确定故障的原因是困难的。用于电力网络特别是地下电力网络的传感器系统越来越多地被用于检测电网异常(例如故障或故障的前兆)，使得操作者可以更快、更有效、和更安全地做出反应以维持服务或使系统恢复服务。传感器系统的示例包括故障电路指示器、逆流监测器和电力质量监测器。通过引用整体并入本文的共同受让的美国专利第9,961,418号描述了与中央系统通信的地下电力网络监测系统。


技术实现要素：

4.总体上，本公开内容提供用于监测电网的电气设备并且预测电气设备的故障事件的可能性的技术。电气设备可以包括电缆附件，该电缆附件可以包括电缆接头体或电缆终端体。
5.在本文中的一些示例中，系统包括被配置成耦合至包括多个单独的电缆的多相电力线的节点，其中第一电缆和第二电缆分别承载第一相和第二相，每个电缆包括多个同心层，所述多个同心层包括：第一(绝缘)层，该第一(绝缘)层被配置成同心地围绕电缆的中心导体并且包括绝缘材料；第二(屏蔽)层，该第二(屏蔽)层包括导电材料；以及第三(护套)层，该第三(护套)层包括被配置成抵抗电气流动的电阻材料，其中第二层径向地布置在第一层与第三层之间。节点包括布置在第一电缆的第三层上并且电容耦合至第一电缆的第二层的第一耦合层和布置在第二电缆的第三层上并且电容耦合至第二电缆的第二层的第二耦合层。第一传感器和第二传感器差分耦合以生成差分数据信号。此外，每个耦合层被配置成感测原生信号；注入有意信号；接收有意信号；或者提供信道表征。在一些示例中，节点被配置成改装至现有的电力线。
6.在附图和下面的描述中阐述了本公开内容的一个或更多个示例的细节。本公开内容的其他特征、目的和优点根据说明书和附图以及根据权利要求书将是明显的。
附图说明
7.图1是示例电力电缆结构的示意图。
8.图2是根据本公开内容的技术的示例差分耦合系统的示意图。
9.图3是根据本公开内容的技术的另一示例差分耦合实现方式的示意图。
10.图4是根据本公开内容的技术的另一示例差分耦合系统的示意图。
11.图5是根据本公开内容的技术的多相电缆上的示例差分耦合实现方式的示意图。
12.图6是示出根据本公开内容的技术的到差分耦合器中的有意信号注入的示意图。
13.图7是示出根据本公开内容的技术的有意信号提取的示意图。
14.图8是示出根据本公开内容的技术的局部放电提取的示意图。
15.图9是根据本公开内容的技术的示例差分耦合系统的示意图。
16.图10是示出根据本公开内容的技术的测量方法的示例差分耦合系统的示意图。
17.图11是示出根据本发明的另一实施方式的示例脉冲信号注入和提取的示意图。
18.图12是示出根据本公开内容的技术的示例有意信号提取的示意图。
19.图13是根据本公开内容的技术的示例差分耦合系统的示意图。
20.图14是根据本公开内容的技术的用于确定局部放电源的位置的示例差分耦合系统的示意图。
21.图15是根据本公开内容的技术的用于确定局部放电源的位置的示例差分耦合系统的示意图。
22.图16是根据本公开内容的技术的示例可改装装置的示意图。
23.图17a至图17c是示出电力电缆的截面图的概念图，示出了示例电容耦合放置。
24.图18a和图18b是示出用于单端模拟的示例测量结果的概念图。
25.图19是示出用于单端模拟的示例测量结果的概念图。
26.图20a和图20b是示出示例电容耦合实验的概念图。
27.图21a和图21b是示出示例单端与示例差分耦合实验之间的比较的概念图，示出了示例局部放电模拟信号和实验室噪声。
28.图22是示出显示信号和噪声数据的示例差分实验的概念图。
29.图23是示出示例两节点定位实验的示意图。
30.图24是示出图23的示例两节点定位实验的结果的示意图。
31.图25a至图25c是示出在示例电压设施处的电容耦合的概念图。
32.图26a至图26c是示出在图25a至图25c中示出的各个示例电压设施处的电容耦合的结果的图形。
33.图27a和图27b是示出在示例工业设施处的示例发送和接收耦合的概念图。
34.图28是示出在图27a和图27b的工业设施处所获得的示例接收耦合的结果的图形。
35.图29是示出接收功率密度的示例实验插值的曲线图。
36.图30是示出针对图29所示的实验的频带的损失数据的曲线图。
37.图31是示出针对图29所示的实验的不同频带的损失数据的曲线图。
38.图32a和图32b是示出在示例工业场所处针对不同重复脉冲水平的测量结果的曲线图。
39.应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用实施方式并且可以进行结构的改变。附图不一定按比例绘制。附图中使用的相同的附图标记指代相同的部件。然而，应当理解，在给定的附图中使用附图标记来指代部件并不旨在限制该部件在另一附图中用
相同附图标记来标记。
具体实施方式
40.本公开内容的示例包括用于经由电力线耦合来感测、传输和表征电网状况的装置、技术和系统。因此，本文中描述的示例装置包括多功能(感测、通信和表征)装置。在这方面，示例装置可以包括耦合层，该耦合层可以提供感测原生信号和有意信号(例如注入信号)的感测层。此外，耦合层还可以提供通信(例如信号注入、信号接收)和信道表征。
41.本文中的一些示例技术包括将感测和通信系统(例如局部放电(pd)检测系统)耦合至中压(mv)或高压(hv)电力电缆系统上。在一些示例中，可以将pd检测系统改装至现有的mv或hv电缆系统上，而不是在制造电缆系统时将pd检测系统并入至电缆系统中。在一些这样的改装示例中，本公开内容的技术包括在不损害电缆的完整性例如不通过切割电缆或穿入电缆的径向层(例如电缆护套)的情况下与系统进行耦合。例如，本文中的示例技术包括将pd检测系统电容耦合至电力电缆的电缆屏蔽。
42.在示例结构中，电力电缆包括多个同心层。在一些示例中，多个同心层至少包括：被配置成同心地围绕电力电缆的中心导体并且包括绝缘材料的第一层；包括导电材料的第二层(例如电缆屏蔽层)；以及包括电阻材料的第三层(例如电缆护套)，其中，第二层布置在第一层与第三层之间。在一些示例中，导体屏蔽可以径向地布置在中心导体与绝缘层之间。在其他示例中，绝缘屏蔽可以布置在屏蔽层与绝缘层之间。
43.根据本公开内容的示例，pd检测装置可以包括耦合层例如金属箔，以在几乎任何合适的点处将装置改装至电力电缆上，并且可以用于监测屏蔽层上存在的信号。这样的信号的一些示例包括“有意”信号例如传入通信、或者“无意”或“原生”信号例如pd。其他有意信号可以是从电缆或其他节点发送的电缆的表征。
44.本文中描述的示例装置和耦合技术使得装置能够传送信息例如pd信息、故障电路指示器(fci)信息、电流信息、温度信息、或其他信息。每个耦合层可以连接至信号线，该信号线可以将检测到的或注入的信号传送至源、检测器、处理器或其他装置或者传送来自源、检测器、处理器或其他装置的检测到的或注入的信号。在一些实施方式中，也可以使用保护盖或包裹物来覆盖或保护耦合层和/或信号线连接。
45.根据本公开内容的各方面，针对电网上的分布式网络，示例装置被配置成与电力电缆几乎没有修改地对接或者与电力电缆的其他变型对接，从而降低了电缆损坏的可能性。本文中的示例系统被配置成使用这些示例装置和耦合技术来经由电力线通信技术沿电力线进行通信。在一些示例中，该装置可以改装至现有的电力线。可替选地，本文中的技术可以应用于与新安装的电力线耦合(例如集成)的示例装置。
46.本文中描述的多功能装置可以与各种关键监测功能集成，以支持电网运营商维持电网服务或在电网服务不可用时使电网恢复服务。例如，fci可以包括电流感测、用于处理fci信息的硬件、故障逻辑、通信、以及电力(例如可能通过电力收集得到)。这些系统和装置可以容易地封装在(辅助)可改装节点中，该节点仅具有沿电力线进行的通信(例如，仅与网络中的其他节点通信)。其他支持的功能可以包括电力质量监测、pd监测、离散温度监测、故障位置、时域或频域反射测试技术、初期故障检测和其他功能。在一些示例中，这些其他功能也可以由可改装的耦合机构来支持，以降低每个装置的成本和部署的复杂性。为了实现
通信，根据本公开内容的技术，可改装耦合系统可以支持从辅助卫星节点到主要中央连接节点的通信或从卫星节点到另一辅助节点的通信。
47.电力线可以将电力从电力源(例如发电厂)传输至电力消费者例如企业或家庭。电力线可以在地下、水下或者悬挂在空中(例如，从木杆、金属结构等悬挂)。电力线可以用于在相对高的电压(例如，与家庭内使用的取决于应用和地理区域可以传输约12伏与约240伏之间的电力的电缆相比)下进行电力传输。例如，电力线可以传输约600伏以上(例如，在约600伏与约1000伏之间)的电力。然而，应当理解，电力线可以传输任何电压和/或频率范围的电力。例如，电力线可以在不同的电压范围内传输电力。在一些示例中，第一类型的电力线可以传输大于约1000伏的电压，例如用于在住宅或小型商业消费者与电力源(例如电力公司)之间分配电力。作为另一示例，第二类型的电力线可以传输约1kv与约69kv之间的电压，例如用于将电力分配至城市和乡村社区。第三类型的电力线可以传输大于约69kv的电压，例如用于大量电力的二次传输和传输以及与非常大的消费者的连接。
48.电力线包括电缆和一个或更多个电缆附件。例如，图1描绘了两个示例电力电缆100a和100b(统称为“电缆100(cables 100)”，或者可替选地统称为“电缆100(cable 100)”)。电力电缆100a是例如具有单个中心导体的单相mv电缆的示例。电力电缆100a包括护套或外护套102、金属护套或电缆屏蔽104、绝缘屏蔽106、绝缘108、导体屏蔽110和中心导体112。电力电缆100b是例如具有三个中心导体的三相挤压型中压(mv)电缆的示例。类似电缆100b的多相电缆可以在单个护套102内承载多于一个的被屏蔽的导体112a至112c。典型但未描绘的电缆层的其他示例包括放置在导体绞合线114(“绞合线填充物”)内或者电缆100的各种其他层(“填充物116”)之间的可膨胀或阻水材料。
49.示例电缆附件可以包括接头、可分离连接器、终端和连接器等。在一些示例中，电缆附件可以包括被配置成物理且导电地耦合两个或更多个电缆100的电缆接头。例如，电缆附件可以将电缆100a物理且导电地耦合至电缆100b。在一些示例中，终端可以被配置成将电缆100物理且导电地耦合至附加电气设备例如变压器、开关设备、变电站、企业、家庭或其他结构。
50.在其他示例中，如下面关于图2进一步详细描述的，电缆附件可以包括具有一个或更多个传感器、一个或更多个通信装置和/或一个或更多个电力收集装置的监测装置202a、202b(统称为“监测装置202(monitoring devices 202)”，或者可替选地统称为“监测装置202(monitoring device202)”)，监测装置202a、202b可以电耦合至电缆100的绝缘屏蔽106以执行各种功能。一个或更多个传感器可以输出指示电缆附件状况的传感器数据。这样的传感器的示例包括温度传感器、局部放电(pd)传感器、烟雾传感器、气体传感器和声学传感器等。通信单元可以将感测数据传输至远程计算系统以及/或者针对感测数据应用本地分析。
51.根据本公开内容的其他方面，计算系统例如远程计算系统和/或集成在电缆附件的监测装置202内的计算装置至少部分地基于耦合和/或其他传感器数据来确定电缆附件的“健康状况”。例如，计算系统可以例如实时地至少部分地基于传感器数据来确定电缆附件202是否将在预定时间量内发生故障。仅举几个示例，通过确定电缆附件的健康状况并且在故障事件发生之前对其进行预测，计算系统可以更快速、更准确地识别可能影响整个电网的电力分配或者工人和/或居民安全的潜在故障事件。此外，计算系统可以在故障事件发
生之前主动和提前生成通知以及/或者改变电网的操作。
52.在本公开内容的示例中，可改装的监测装置202包括耦合层，该耦合层可以支持注入或提取“有意”信号或提取“无意”或“原生”信号(例如局部放电信号)的其他功能，所述信号可以指示电缆100即将发生的故障。支持上述功能的有意信号包括能够帮助表征电力线的脉冲或啁啾(chirps)(例如时域反射技术(tdr)或频域反射技术(fdr))或者同步一个位置与另一位置之间的定时的时间同步信号。例如，电力线上感兴趣的无意或原生信号包括ac波形和嵌入在ac波形内的异常或者局部放电(pd)。此外，由于原生信号和有意信号都受到噪声干扰，因此消除至少一些噪声的耦合机构是有益的。
53.总体上，本文中描述的示例系统、装置和/或技术可以为电缆100提供：可改装的耦合模式，该耦合模式可以支持沿电缆100与网络的其他部分的通信；耦合，该耦合可以支持用于其中注入和/或提取有意信号以及提取原生信号的基础设施监测的各种功能；减少噪声的耦合方法；改装电缆通信能力与至少一种功能和降噪的组合；以及/或者支持多于一个功能的耦合。
54.本文中所述的包括无意的原生信号(例如pd)和有意信号(例如通信信号)的信号通常可以包括射频(rf)信号，该射频(rf)信号处于约0.1mhz至约10mhz的频率范围内。在这个频率范围内，电缆100可以被认为是同轴传输线，该同轴传输线包括中心导电芯112、电介质绝缘层108和在电缆端部中的一个或两个处接地的同轴导电屏蔽104。在这样的系统中，在距端部足够远的距离处，芯导体112和屏蔽104上的电势将相对于地振荡。因此，可以通过电容耦合至屏蔽104来检测信号，例如通过将导电层118(例如图3的导电金属箔118)包裹在电缆护套102上，从而产生包括屏蔽104、护套电介质102和导电层118的耦合电容器120(图3)。
55.一种用于测量rf信号的示例技术是例如通过在耦合电容器120与本地地线420(图4)之间连接rf放大器(例如图4的节点402)来测量耦合电容器120与本地地线420(图4)之间的电势差。另一种方法是将耦合电容器120连接至接地的电流放大器并且测量流过电容器120的电流。在本说明书中，这样的实现方式被称为“单端”。
56.注意，在单端方法中，存在于本地地线上的任何rf噪声都可以被注入到测量结果中是可能的。附加地，电缆100可以例如通过电磁拾音器来沿途拾取噪声。最后，在安装点处可能不存在方便的接地连接。
57.为了解决上述问题，可以用“差分”方法代替单端实现方式。例如，图2示出了其中在三个电缆100a至100c上采用差分电容耦合的第一示例。如图2所示，本公开内容的技术包括将监测装置(或“通信装置”)202差分耦合至电缆对的电缆屏蔽104，或者在一些示例中，差分耦合至至少两个不同电缆100的电缆屏蔽104，用户随后可以从中选择特定的一对两个电缆。更具体地，通信装置202可以物理耦合至电缆100的外护套102，但是电容耦合至位于护套102下方的电缆屏蔽104。如果三个电缆100a至100c可用，则存在可用于耦合的三个潜在的电缆对(100a，100b)、(100b，100c)和(100a，100c)。在具有数量“n”个电缆100——其中n》3——的多电缆情况下，则存在n！/2个可以从n个电缆100中选择的电缆对的唯一可能组合。可以在这些多个对上多路复用或重复通信信号。该信号可以从位于远程位置处的类似耦合的通信装置中提取。每个装置202可以本地感测并传送信息，或者可以用作转发器以一起发送信息，或者用作集中器以收集信息并且然后将信息发送至中心位置。
58.如图2所示，装置202可以电容耦合至与两个不同相相关联的至少两个单独的电缆(例如100b、100c)。这些电缆100b、100c可以是相同的三相组中的或者可以是不相关的单相。然后可以将电压或电流放大器310c(图3)连接在两个耦合电容器120之间，因此测量它们之间的电势差或流动的电流。这样的实现方式不需要独立的地线，并且因此得到可以容易地耦合至电缆系统上的“浮动”安装。此外，差分方法将对由系统拾取的任何共模噪声不敏感。例如，在三相系统(图2和图3)中，三个电缆100a至100c被铺设成捆，并且因此，所述电缆将拾取大致相同的电磁噪声，差分设置将减少或消除该电磁噪声。类似地，如果相不在同一三相系统中，电缆也可以具有类似的拾取。
59.电容耦合至电缆屏蔽104的另一特征是这种方法允许例如针对单端系统的例如通过在耦合电容器120与地线420之间施加rf电压或者在电缆对之间差分地施加rf电压来将rf信号注入电缆系统的直接方法。如上所述，可以与用于原生信号的方法类似地接收注入信号。这样的有意信号的注入和拾取可以用于各种目的，例如：装置之间的通信；装置之间的时间同步；用于检测和定位电缆系统中的缺陷、故障和结构变化的时域反射技术(tdr)或频域反射技术(fdr)；信道表征(例如频率相关损失、传播延迟)；以及电网配置/映射。
60.此外，可以将有意信号注入至多于一个的信道例如两个或更多个电缆100或电缆对中。这样的多信道方法允许增加的通信带宽和/或增强的通信可靠性。
61.可以将相同的监测装置(或“耦合装置”)202用于多于一个的功能；因此可以将相同的电容耦合器120例如用于pd检测和通信两者。此外，这里描述的耦合装置202可以由具有多个节点的网络内的单个监测节点使用，在其他多个节点处使用类似或不同的耦合装置。
62.图3示出了针对电流放大器情况下的特定耦合解决方案。如图3所示，电流放大器310a至310c(统称为“电流放大器310(current amplifiers310)”，或者可替选地统称为“电流放大器310(current amplifier 310)”)可以用于耦合，其中每个电缆100上的两个箔电容器120经由物理耦合至外护套102上的导电层118电容耦合至屏蔽104(图2)。这样的示例需要每个差分信道的单独的电容器120对，因此防止信道之间的不想要的信号泄漏。替选方案是针对每个电缆100使用一个电容器120(例如导电箔118)和高阻抗电压放大器，而不是低阻抗电流放大器310，其中，多个放大器310可以连接至每个箔电容器120。在整个本公开内容的其他附图中描绘了这种每个电缆单电容器的示例，但是应当理解，图3中描绘的每个电缆双电容器的示例是本文中描述的任何单电容器示例的可用的附加或替选示例。
63.图4是根据本公开内容的技术的另一示例差分耦合系统的示意图。而图3描绘了差分耦合和电缆屏蔽104电容耦合的具体示例，图4描绘了到电缆屏蔽104的差分或单端电容耦合的更一般的示例，以及在相同的一个或多个线上的其他耦合以提取或注入其他感兴趣的信号(例如通信信号)。该其他耦合可以是单端的(参考地)或差分的(参考另一电压)。
64.例如，图4描绘了三个示例电缆监测装置402、404和406。电缆监测装置402经由电缆护套102(或电缆接头，如果存在的话)之上的物理耦合而电容耦合至电缆屏蔽104。电缆监测装置402是差分或单端功能装置的示例。
65.电缆监测装置404经由物理连接至本地地线420的有线连接而感应耦合至电缆屏蔽104。电缆监测装置404是在相之间为差分的装置或“每相差分(dope)”的功能装置的示例。
66.电缆监测装置406直接电容耦合至中心导体112或者与中心导体112相邻。电缆监测装置406是单端功能装置的示例。
67.图5是根据本公开内容的技术的多相电缆500上的示例差分耦合实现方式的示意图。如图5所示，也可以在多相电缆500上采用电容耦合，该多相电缆500还具有与具有其他或类似耦合装置的其他装置通信的能力。图5包括第一示例电缆监测装置502例如单端功能装置，如上所述，该第一示例电缆监测装置502经由电缆护套102和导电箔118之上的物理耦合而电容耦合至电缆屏蔽104。图5还描绘了第二示例电缆监测装置504例如差分功能装置，该第二示例电缆监测装置504感应耦合至电缆屏蔽104。图5还描绘了第三示例电缆监测装置506例如差分或单端功能装置，该第三示例电缆监测装置506电容耦合至电缆500的中心导体112。
68.图6是示出根据本公开内容的技术的将有意信号注入至电缆600a至600c的差分电容耦合器120中的示意图。除了通信信号之外，可以将有意信号注入至差分耦合器120中。有意信号的示例包括信道表征、时域反射技术(tdr)、故障位置、时间同步、频域反射技术(fdr)、结构异常检测和其他应用。这些有意信号的各部分可以分布在各种频率上，并且可以物理分布在1、2、3或更多信道上，或者可以在1、2、3或更多信道上重复。
69.图7是示出根据本公开内容的技术的有意信号提取的示意图。例如，图7描绘了示例电缆监测装置702(例如图2的节点202a)，该示例电缆监测装置702被配置成通过差分耦合704(例如跨任何电缆对的电容耦合120)来提取有意信号。差分耦合704具有消除共模噪声的附加优点。电缆监测装置702包括跨每一潜在电缆对(例如电缆1和电缆2、电缆2和电缆3、以及电缆1和电缆3)的差分耦合704。装置702还包括(被配置成执行合适的算法的)对应的电路系统706以通过比较来自每个电缆对的差分信号来提取有意信号。
70.图8是示出根据本公开内容的技术的局部放电(pd)提取或者换言之确定电缆a、电缆b或电缆c中的哪一个是检测到的pd的源的示意图。与pd事件相关联的物理电缆(1、2或3)可以通过差分地监测三个或更多个电缆(如图所示)并且然后确定电缆对之间的共同事件来确定。pd信号的电缆起源点可以通过观察哪些不同的电缆对包含pd信号以及哪些电缆对不包含pd信号来估计。例如，对于三电缆系统中的两个电缆对(例如电缆对1-2和电缆对2-3)，电缆1中的pd信号将仅由第一差分1-2检测到；电缆2中的pd信号将由第一差分1-2和第二差分2-3检测到；并且电缆3中的pd信号将仅由第二差值2-3检测到。
71.图9是根据本公开内容的技术的示例差分耦合系统的示意图。有意信号(例如线性调制频率啁啾)在给定位置处从第一节点902(例如图2的节点202a)发送，并且在另一位置处在第二节点904(例如图2的节点202b)接收，以表征传输线900，包括建立传输线900的频率相关的传输特性。原始信号将具有接收节点904已知的受控形式，并且可以被分析以提取沿线900的扩散、衰减和阻抗失配。信号可以在一个或两个方向上发送。第三、第四或任何数量的沿线900的附加节点也可以接收和发送信号以确定线传输特性。一旦表征了信道，接收到的感兴趣的pd信号就可以由一个或更多个接收节点进行分析，并且可以基于得出的传输线特性估计pd的起源位置。如果节点902、904之间的距离已知，则可以确定每给定距离的衰减，并且然后用于估计到任何给定pd源的距离。
72.图10是示出根据本公开内容的技术的测量方法的另一示例差分耦合系统的示意图。在转发器节点中，可以通过沿电缆1000的许多测量结果之一来确定电缆传播延迟。例
如，询问有意信号可以由第一节点1002(例如图2的节点202a)发送。当已知的有意响应信号由第二节点1004(例如图2的节点202b)检测到时，可以在已知的时间延迟之后发回该有意响应信号。响应信号可以由第一节点1002检测到，并且可以测量询问信号与检测到的响应信号之间的时间差。可以减去延迟时间和检测时间以产生两个节点1002、1004之间的传播延迟。在已知距离的情况下，可以确定物理线1000上的传播速度，或者可替选地，如果传播速度已知，则可以确定距离。尽管示出了两个节点1002、1004，但是多个节点可以如所描述的以成对的方式同时操作，或者可以根据相同的原始信号生成来自若干节点的若干返回信号。
73.图11是电缆监测系统的示意图，示出了根据本公开内容的用于脉冲信号注入和提取的示例技术。从一个节点1102(例如图2的节点202a)至另一节点1104(例如图2的节点202b)的有意脉冲可以用于确定传输线1100随时间的任何显著的结构变化。例如，如果接收节点1104检测到在时间2接收到的脉冲1108与在时间1接收到的脉冲1106之间的(例如由于在电缆1100中的点1110处的结构变化引起的)变化，则操作者可以被提醒出现了变化。结构变化1110的非限制性示例包括电缆屏蔽104或导体112(图1)的损坏、节点1102与1104之间的接头的劣化、或诸如水的存在和/或温度变化的环境变化。这些示例结构变化中的任何一个都可能导致节点1102与1104之间以及时间1与时间2之间的电缆1100a、1100b中的一个或两个内的某个点1110处的电阻抗的变化，从而导致接收到的脉冲1106、1108随时间的观察到的变化。
74.图12是另一电缆监测系统的示意图，示出了根据本公开内容的用于有意信号提取的示例技术。脉冲1204可以由同一节点1202(例如，图2的节点202a)发送(1204a)和接收(1204b)以确定传输线特性并且还监测传输线1200中的显著变化，该显著变化指示出现的电势或其他严重缺陷例如屏蔽104或导体112(图1)的损坏。发送(1204a)与接收(1204b)之间的时间延迟可以用于估计到限定反映信号1204的阻抗变化的结构元件的距离。可以使用来自多个线的响应的组合来提取阻抗变化所在的传输线1200的物理电缆1200a、1200b。
75.图13是根据本公开内容的技术的另一示例差分耦合系统的示意图。具有自相关分析的电压监测可以用于检测沿电缆1300a、1300b的结构变化或其他中断1310。节点1302(例如图2的节点202a)监测所有电压变化，无论它们对传输线1300是有意信号还是原生噪声。例如，这些电压变化可以是拾取噪声、开关噪声、pd、来自不同节点的有意信号或其他原因的结果。当节点1302与沿电缆1300的阻抗失配1310相互作用时，节点1302然后还检测相同电压模式的对应的反射。自相关分析可以用于将原始电压模式“1”映射至电压模式“2”的延迟副本，从而确定具有(例如基于距点1310处的电压反射的距离确定的)中间时间延迟的初始参考状态。物理线1300a、1300b中的结构变化将导致时间延迟的变化并且还可能导致自相关信号的幅度的可检测的变化。然后，系统可以提醒操作者这种变化，并且如果传播延迟已知或可以估计，则可以估计到结构变化1310的距离。
76.图14是根据本公开内容的技术的用于确定pd源1460的位置的另一示例差分耦合系统的示意图。估计两个或更多个检测站点1402、1404(例如图2的节点202)之间的pd源1460的位置的一种方法是同步每个站点处的时钟并且记录两个站点处的pd事件的到达时间。同步可以是有线或无线的(例如基于gps的)。针对每个站点1402、1404记录相对于绝对时间的pd到达时间，并且然后站点将信息传送至中心位置、信号集中位置或另一位置，并且
计算pd事件到达时间差。然后使用该时间差来估计站点1402、1404之间的相对位置1460。如果站点间隔已知，则可以确定从位置1402、1404之一到pd源1460的距离。
77.图15是根据本公开内容的技术的用于确定pd源1560的位置的另一示例差分耦合系统的示意图。确定pd源1560的另一方法是使用从一个或更多个站点1502、1504(例如图2的节点202)沿电缆1500a至1500c发送的定时信号，其中，测量pd信号到达时间和定时信号到达时间。在一些这样的示例中，节点1502发送定时信号，并且相对于在节点1502处发送的定时信号的定时和在节点1504处接收到的接收定时信号的定时来测量pd信号。这些时间差的比较提供了pd源1560的位置的估计。知道线1500上的传播延迟可以进一步改进pd源1560位置的估计。
78.如上面所引用和描述的，本文中描述的系统(例如组件)、装置(例如节点)和技术(例如方法)的各种示例可以用于电力线监测，并且可以包括关于图2至图15来示出和描述的示例配置。在图4和图5中总体上示出的第一示例配置中，电缆监测装置(例如节点402、节点502)包括到电缆100的接地屏蔽104的电容耦合120和到本地地线420的电容耦合120。该配置可以提供以下功能：(1)提供使用相同或其他方式注入有意信号的具有其他节点(404、406、504、506)的系统；(2)检测原生系统信号如局部放电信号；(3)检测在另一节点处生成的有意信号；(4)检测从相同节点发送的返回信号；以及(5)使用自适应噪声消除来去除电缆100(400、500)之间的共模噪声，以仅留下相唯一的pd信号。
79.在第二示例中，电缆监测系统的装置(例如图2的节点202a)包括到两个或更多个电缆(100a至100c)的接地屏蔽104的电容耦合120，并且为在电缆上接收有意信号和原生信号提供差分噪声抑制。该配置可以提供以下功能：(1)提供使用利用差分和电容耦合或其他方式进行的有意信号注入的系统(例如，如图2、图4、图6、图9、图10、图11和图12中所示)；(2)检测原生系统信号如pd(例如，如图4和图8中所示)；(3)检测在另一节点处生成的有意信号(例如，如图9、图10和图11中所示)；(4)检测从相同节点发送的返回信号(例如，如图12中所示)；(5)使用多于一个的差分耦合对来区分哪个电力线100包含感兴趣的信号(例如，如图8中所示)；以及(6)使用自适应噪声消除来去除电缆100之间的共模噪声，以仅留下相唯一的pd信号。
80.在另一示例中，装置(例如图2的节点202a)包括使用适配在一个或更多个电缆100上的电流传感器(例如高频电流变压器或“hfct”)，并且测量电缆100中的净电流，结合电容传感器和自适应噪声消除算法以从信号中去除噪声。
81.在又一示例中，装置(例如图4的节点404)包括用于有意信号的注入或提取或者用于原生信号提取的到两个或更多个电缆100的(例如在电缆100之间的)的电缆屏蔽104或接地延伸的差分感应耦合。该示例配置可以用于具有至少另一具有相同或其他耦合的节点的系统中。
82.在又一示例中，装置包括到电缆100的接地屏蔽104的电容耦合102和到本地地线420的电容耦合102，并且注入有意信号(例如，如图4和图5中所示)。
83.在又一示例中，装置包括到两个或更多个电缆100的接地屏蔽104的电容耦合120，并且差分地注入有意信号(例如，如图2中所示)。该示例配置可以在具有使用相同或其他方式注入有意信号的其他节点的系统中使用(例如，如图2、图4、图6、图7以及图9至图12中所示)。可用功能包括通信，例如，其中(到电缆屏蔽104的)电容耦合120使得能够在一对电缆
100上创建差分数据信道(例如，如图2、图4、图6、图7以及图9至图12中所示)；并且通信可以沿多于一对的电缆100进行多路复用。可用功能还包括信道表征，例如，其中可以实现使用已知信号(例如啁啾或脉冲)注入(例如，如图9中所示)的信道频率响应测量。信道特性可以用于：(1)基于所测量的pd信号形状估计到pd源的距离；(2)监测沿电缆长度的条件或环境随时间的变化例如温度、电缆中和电缆周围的水含量、以及电介质劣化；(3)感测电网布局(开关位置、新设备或分支)中现有或出现的结构缺陷或变化的存在；(4)通过在已知或估计的距离上测量从信号发射到信号接收的时间延迟来提供传播延迟估计；以及/或者(5)通过将信号从一个节点发送至另一节点并且在已知时间段内发回响应来测量飞行时间并且推断节点之间的距离(例如，如图10的“转发器”示例中所示)。
84.在又一示例配置中，电缆监测系统也可以用于异常检测和定位。在该示例配置中，系统可以提供：例如时间同步，例如在接收节点侧使用的一些或所有节点处重复同步信号注入以锁定和同步其本地时钟，然后接收并报告感兴趣的该信号和原生信号(例如pd信号)在该节点和其他节点(例如，如图14和15中所示)处的到达(或发射)本地时间；无源tdr，该无源tdr使用原生噪声和异常以及自相关分析来检测电力线100或设备中出现的结构变化(例如，如图13中所示)；有源tdr，该有源tdr使用注入的有意信号例如脉冲或宽带啁啾，并且监听来自故障和结构变化的反射(例如，如图11和图12中所示)；从一个节点到另一节点的脉冲传输，该脉冲传输用于检测两个节点之间的结构变化，包括电网布局例如开关位置和新设备或分支(例如，如图11中所示)；以及/或者重复的飞行时间(tof)测量，该测量用于监测电缆特性中例如由于温度变化、水的存在或两个节点之间的老化引起的变化。(例如，如图9至图12中所示)。
85.在又一示例中，图16示出了通过本公开内容的耦合技术(例如关于图2和图3所示出和描述的电容耦合)实现的示例装置，具有上述示例功能中的一些或全部。更具体地，图16是示例电缆监测装置1600的示意图，示例电缆监测装置1600被配置成可改装在电缆100a至100c上，并且将电容耦合120用于一个或更多个功能(本文中提供了其非限制性示例)。通过使用差分信号注入和提取可以减少共模噪声。在此示例中，主要硬件单元安装在电缆上，但是可以放置在本地的任何位置上。此外，一些或全部部件可以集成(例如组合)至比图16所示的那些分立部件更少的分立部件中。
86.如图16所示，电缆监测装置1600包括主要硬件单元1610、一组电容耦合120(如上所述)、附加传感器1620和可选的能量收集单元1630。
87.主要硬件单元1610与图16的其他部件结合被配置成提供上述示例功能，包括但不限于：pd信号提取、测量和分析；pd定位；(例如经由功率调节电路系统进行的)功率调节；沿电缆100的数据通信的发送和接收；无线通信；时间同步信号的发送和接收；(例如，如上所述，对应的电压信号的)自相关分析；电阻抗测量；tdr；fdr；故障检测和定位；温度测量；电流测量；具有逻辑的fci；电力质量分析；逆电力流分析；波形捕获和分析；初期故障检测；结构异常检测；气体或液体(例如水)检测；以及作为用于信号传播延迟的转发器的功能。
88.如上所述(例如关于图2和图3)，电容耦合120可以各自包括围绕电缆护套102的至少一部分包裹的箔状导体118(如图17所示)，以将主要硬件单元1610电容耦合至每个电缆100的电缆屏蔽104(图1)。作为非限制性示例，附加传感器1620可以包括温度传感器、电流传感器(例如罗氏(rogowski)线圈)、化学传感器、高频电流变压器或其他传感器。能量收集
单元1630感应耦合至电缆100c，以获取电能，以为主要硬件单元1610的功能提供电力。
89.图17a至图17c示出了用于单相电缆的电缆监测系统的节点的电容耦合装置(或“电容耦合”)的示例部件。更具体地，图17a至图17c是图1的电力电缆100a的截面图，示出了电容耦合1720b、1720c的示例放置，电容耦合1720b、1720c是图3的电容耦合120的示例。如图17b所示，电容耦合1720b可以被添加至电缆外围(例如外周界或圆周)的(例如小于整体的)一部分。可替选地，在图17c所示的示例中，可以围绕整个电缆外围添加电容耦合1720c。
90.如图17b所示，电容耦合1720b可以包括：外电介质盖或壳体1722；被配置成使外部电磁干扰(emi)的接收最小化的可选的接地平面1724和电介质分隔件1726；以及感测(例如导电)层1728，该感测(例如导电)层1728是图3的箔层118的示例。
91.电容耦合1720b、1720c可以用例如图16的电缆监测装置1600的电气设备管理系统(eems)来实现，以用于监测电网的电力电缆100。eems可以允许授权用户来管理用于电网的电气设备的检查、维护和更换并且调节电网的操作。
92.一般来说，eems可以提供数据获取、监测、活动记录、数据存储、报告、预测分析和警报生成。例如，根据本文中描述的各种示例，eems可以包括用于预测电气设备制品的故障事件的底层分析引擎，和/或用于报告预测的故障事件的警报系统。通常，如本文中所使用的，“故障事件”可以指例如由电气设备的制品(例如电缆接头)的劣化或破损导致的电力源与电力消费者之间电力输送的中断。
93.eems可以提供电气设备管理工具的集成套件并且实现本文中描述的各种技术。即，eems可以提供用于管理在一个或更多个物理环境中的电气设备(例如，电缆100、接头、变压器等)的系统，所述一个或更多个物理环境可以是城市、社区、建筑物、建筑工地或任何物理环境。示例eems及其部件在于2019年9月5日提交的题为“electrical power cable monitoring device using low side electrode and earth ground separation”的共同受让的国际专利申请第pct/us2019/049801号中进行了描述，并且通过引用整体并入本文。
94.图18至图32示出了根据本公开内容的技术并且如上所述的用于电缆监测系统特别是电容耦合至电缆100的导电屏蔽104的电缆监测系统的各种示例实验设置、结果和分析。例如，在初始实验中，可以针对若干不同类型的电缆100例如当箔118围绕电缆100的整个圆周施加时(如图17c所示)在箔118与屏蔽104之间测量导电箔118在mv电缆100上的实际电容。电容可以被测量为每米电缆100约500pf至约1000pf。
95.在另一实验中，如关于图18a、图18b和图19所示出和描述的，可以进行单端测试。单端实验设置可以包括1米长的常规中压(mv)电缆100的部段，用约23厘米长的铜箔118包裹。mv电缆100的一侧可以连接至10米长的同轴电缆，其中，mv电缆100的导体112连接至同轴电缆的导体，并且中压电缆100的屏蔽104连接至同轴电缆的屏蔽。此外，还可以连接可以产生具有受控电荷的pd信号的pd校准器和模拟器。mv电缆100的另一端可以类似地连接至100米的同轴电缆，这可以用于测试由电缆端部从兴趣点导致的远距离反射，并且测试屏蔽104远离兴趣点接地的效果。开放式和50欧姆的终端变化可以被示出对结果没有任何统计上的显著影响。100米的同轴电缆可以具有其暴露在离mv电缆100约2米、3米、4米和10米处的屏蔽。
96.具有0.2mhz至10mhz的频带的电流放大器310(图3)可以连接在铜箔118与地线420之间。地线420可以在暴露点之一处连接至100米的同轴电缆的屏蔽。
97.可以模拟这种单端设置(如图18a和图18b所示)并且可以在实验室中验证结果。例如，图18a和图18b示出了用于单端模拟的示例测量结果，其中例如通过在耦合电容器120与本地地线420(例如，如图4中所示)之间连接rf放大器，或者在其他示例中，通过将耦合电容器120连接至接地电流放大器并且测量流过电容器120的电流来在耦合电容器120与本地地线420(例如，如图4中所示)之间测量电势差。更具体地，图18a示出了具有500pc的源的模拟电路1800，该模拟电路1800经由约10米的同轴电缆耦合至目标电缆部分。信号通过电容器“c1”测量并且以约4m外的接地点为参考。图18b示出了(到示波器的)电路输出电压1802、“屏蔽”点上的电压1804以及通过电容器c1的电流1806。
98.图19示出了在相对“安静的”(例如相对高的信噪比的)实验室环境中的另一示例单端模拟，其中参考接地点在沿端部同轴电缆大约4米处，并且500pc的信号显示接收到的信号(1902)和噪声(1904)。仅当接地点420与mv电缆100相距约2米、3米和4米时，局部放电信号可以被示出为可以被示波器检测到(例如，如图19中所示)；否则，在实验室电磁环境中，在信号分别为100pc、200pc和500pc的情况下，噪声可能太大。然而，在没有这种不想要的噪声的情况下，模拟(例如，如图18a和图18b中所示)和结果(例如，如图19中所示)可以被示出为匹配。
99.在另一示例实验中，如关于图20a至图22所示和描述的，可以根据本公开内容的技术进行差分耦合测试。例如，图20a和图20b示出了根据上述技术的差分电容耦合实验的示例设置。图20a描绘了具有连接至同轴电缆2022的电容耦合2020(例如图3的电容耦合120)的中压(mv)电缆2000。虚线框2010突出显示了到rf变压器2024的差分连接。图20b描绘了连接至mv电缆2000的端部的电缆延伸(例如两个100米的平行电缆2030)。在某些情况下，用于差分耦合测试的实验设置(如图20a和图20b所示)可以包括两个3英尺的常规mv电缆2000的片段，覆盖有约1英尺长的铜箔118。每个mv电缆2000的一个端部可以连接至10米长的同轴电缆2022，且mv电缆2000的导体112连接至同轴电缆2022的导体，并且mv电缆的屏蔽连接至同轴电缆2022的屏蔽，并且线中的一个可以连接至pd校准器和模拟器。mv电缆的另一端可以类似地连接至两个卷在一起的100米的同轴电缆2030(使得它们平行行进)。
100.两个铜箔118可以连接至1:1的rf变压器2024的初级端口，并且变压器的次级端口可以连接至电流放大器。注意，该示例实验设置不需要接地点420。
101.如图21a和图21b所示，在相同的噪声条件下(例如，其中存在相对高水平的em噪声)，该差分设置(图20a和图20b)的结果(图21b)可以与上面关于图18至图19所述的单端设置的结果(图21a)进行比较。图21a示出了来自“嘈杂”实验室中的示例“单端”耦合设置(如上面关于图18a至图19所述)的信号，该信号具有约4伏(峰-峰)的幅度范围，以每格约1伏的比例显示。图21b示出了来自图20a和图20b的示例“差分”耦合设置的信号，该信号具有约200pc的值，以与图21a所示大致相同的比例(例如每格约1伏)显示。此外，图22示出了来自图20a和图20b的示例差分耦合实验设置的信号和噪声数据，示出了在约0.2伏(峰-峰)的幅度范围内产生的信号和噪声，以每格约200毫伏的比例显示。
102.如图21a所示，与差分情况的0.2vpp(图21b和图22所示)相比，单端设置的噪声水平可能相对高例如约4伏(峰-峰)的量级。尽管在差分设置中容易在示波器上检测到200pc的pd信号，但是在图18a至图19的单端设置中可能无法触发和检测到该信号。
103.在另一实验中，如关于图23(设置)和图24(结果)所示和描述的，可以进行双节点
定位测试。例如，图23是用于双节点定位实验的示例设置的示意图，包括电缆100、同轴电缆2022(例如rg58 20awg同轴电缆)、电流放大器310、两个节点2302和2304(例如图2的节点202)和模数转换器(adc)2306。在一些示例中，如图23所示，用于双节点定位测试的实验设置还可以包括两对约3英尺的mv电缆100或约3英尺的mv电缆100的节点，如上所述，四个mv电缆片段中的每一个都覆盖有铜箔118以形成导电耦合120。在mv节点之间可以是两个500米长的平行的线——rg58同轴电缆2022，用t端口以100米的间隔分段。附加地，每对的外侧可以连接至两个平行的100米长的rg58同轴电缆的线。
104.每对可以通过rf变压器差分连接至具有0.2至10mhz范围内的频带的电流放大器310。放大器310的输出可以在美国国家仪器公司(national instruments)的adc 2306的两个信道上进行采样，以约20ms/s的速度运行，并且对间隔几秒的100ms长的连续样本进行采样。
105.图24示出了针对图23的示例双节点定位实验的结果。针对图24所示的结果的相关计算为：
106.dt＝500ns
107.dx＝300-200m＝100m
108.dt*c＝500ns*200000km/s＝100m
109.例如，在一些示例中，pd注射器可以在沿图23的电缆100的t端口之一处连接至500m长的同轴电缆之一。可以用mv电缆对在两个端部处注入和拾取pd信号。matlab算法可以用于检测来自两个信道的峰值pd信号并且比较到达时间差。将该差乘以rg58电缆的所述传播速度以估计t端口与两个节点2302、2304之间的长度差。将该差与实际已知距离进行比较。附加地，如图24所示，然后可以使用简单的计算来找到pd注射器距节点2302、2304中的每一个的距离(假设节点之间的距离已知)。
110.如关于图25a至图26c所示和描述的，在另一实验中，可以进行噪声场测试。例如，图25a至图25c示出了根据上述技术的具有电容耦合120的三种不同类型的电压设施。可以在这些各种类型的位置中的每一个处分析信号和噪声，并且可以执行传输和耦合。例如，图25a示出了具有三个22kv的电缆2502a至2502c的示例办公楼，每个电缆具有每相约8安培至每相约30安培。图25b示出了具有三个22kv的电缆2504a至2504c的住宅分配的示例，每个电缆具有每相约40a。图25c示出了具有多个22kv的电缆2506的示例工业工厂，每个电缆具有约200a/相。
111.现场测试可以在图25a的示例办公楼、图25b的住宅点以及图25c的工业工厂处进行，以在原位评估由差分电容传感器120拾取的噪声。用于噪声场测试的实验设置可以包括两个单独的铜箔电容器120，它们被应用在三相电缆系统的每相(单相mv电缆)上。三个不同的信道可以差分地连接至(具有1:1的rf变压器前端的)电流放大器310的三个相同信道，并且由上述dac 2306(以20ms/s运行，并且相隔几秒对100ms长的连续样本进行采样)的三个信道同时捕获。三个罗柯夫斯基(rogowski)线圈可以放置在电缆相上，并且与差分信道同时捕获，来(以约50ks/s的采样率)测量50hz的电网电流。
112.图26a至图26c分别示出了在图25a至25c的各种示例电压设施处的针对实验电容耦合的示例结果。电容耦合120可以用于收集时域信号并且估计功率谱。如图26a至26c所示，观察到的主要噪声可能是宽带的，范围从几百khz到约3mhz至4mhz。噪声特性可能因站
点和时间而异。噪声可能具有50hz和100hz周期的内部重复模式。一些站点可以示出由(大约几十khz的)低频分量调制的窄带噪声源(例如噪声功率谱中的峰值)。
113.如关于图27a至图32b所示和描述的，在另一现场测试实验中，可以测试有意信号注入和频率相关衰减。例如，图27a和图27b示出了示例工业设施处的示例发送和接收(导电)耦合120，其中可以差分地引入和测量“啁啾”信号(图28所示)。例如，图27a描绘了“发送站”或“发送(tx)点”2700a，其具有附接至电缆100的多个电容差分耦合器120。发送站2700包括纳秒(ns)脉冲发生器2720、“啁啾”信号发生器2722、rf变压器2724以及电缆100上的电容耦合120。类似地，图27b示出了“接收站”或“接收(rx)点”2700b，包括沿电缆100在不同距离处的电容差分耦合器。图27a和图27b所示的工业工厂站点可以包括沿约182m的长度暴露的mv电缆系统。在电缆系统的一端(例如在tx点2700a处)，铜箔118可以放置在两个mv电缆100上并且经由1:1的rf变压器2724连接至信号发生器2722，生成线性调频(lfm)啁啾信号(如图28所示)。可以使用的啁啾信号的示例类型包括：a型(0.4伏峰-峰值(vpp)水平，范围1mhz至10mhz)；b型(4或5vpp水平，范围1mhz至10mhz)；以及c型(5和10vpp水平，8mhz至50mhz范围)。在又一实验中，ns脉冲发生器2720可以用类似的设置连接至mv电缆100。可以使用在铜箔118上差分地测量的约0.4vpp和1.2vpp的水平。
114.在远离tx点2700a(图27a)的若干位置处，可以通过将三个铜箔对118放置在三个电缆100上来设置rx点2700b(图27b)，其中两个可以包括tx点2700a所连接至的相同的电缆100。
115.图28示出了可以在图27b的rx点2700b处获得的示例实验结果。例如，在工业站点处，1mhz至10mhz的lfm啁啾可以在发送站点2700a(图27a)处引入，并且在位于距发送站点2700a约20米、80米、100米和/或182米处的接收站点2700b(图27b)处记录。图28所示的曲线图是在位于距发送站点2700a 182米的rx点2700b处的时域(顶部)和频率内容(底部)的示例。
116.可以执行四种不同的实验设置：(1)电流放大器的三个信道由dac采样，与“a”型啁啾相联结；(2)rf变压器2724连接至两个tx点电缆100，由dac采样，与“b”型和“c”型啁啾相联结；(3)rf变压器2724连接至两个tx点电缆100，由与计算机连接的便携式示波器进行采样，并且以200ms/s进行采样，与“c”型啁啾相联结；以及/或者(4)电流放大器的三个信道由dac采样，与纳秒脉冲注入相联结。
117.设置(1)可以用于说明经由电容差分耦合120注入和接收有意信号的容易程度。设置(2)和(3)可以用于(通过后处理)评估啁啾信号的频率相关衰减。首先，可以估计每个测量位置2700b(距tx一定范围外)处的lfm信号的功率谱密度。
118.如图29所示，来自rx点2700b的数据的插值可以用于估计其间任何超出范围的功率谱密度。例如，图29是来自图27b的rx站2700b的针对接收到的功率密度测量结果的示例实验插值的曲线图。黑线2900a至2900d分别表示在20米、28米、100米和182米处测量的lfm频谱。曲线2900a至2900d之间的插值可以用于获得图29所示的2d表面。
119.最后，如图30所示，沿每个频率窗口(bin)的表面梯度可以用于估计频率相关损失。例如，图30是示出针对图27a和图27b所示的实验设置的频带的示例损失数据的线图。更具体地，图30描绘了针对图29所示的1mhz至10mhz的频带获得的数据的分析结果，并且示出了每100米电缆100的估计频率相关损失(以db为单位)。在不同距离处记录的啁啾信号可以
用于后分析，其中可以估计频率相关衰减系数(例如，针对每个频率窗口以db每单位长度为单位提供)。
120.如图31所示，可以使用类似的分析来获得针对设置(3)中频率范围的频率相关损失。例如，图31是示出针对图27a和图27b所示的实验设置的不同频带的损失数据的曲线图。更具体地，图30描绘了针对图29所示的8mhz至50mhz的频带获得的数据的分析结果，并且示出了每100米电缆100的估计频率相关损失(以db为单位)。
121.针对实验设置(1)至(3)，其中从tx点2700a发送(例如传输)啁啾信号，可以概括出以下结果。啁啾信号可以经由差分电容耦合120容易地注入和接收。可以容易地通过低功率和基本电子电路实现的约0.4v的传输水平可以容易地由rx点2700b处的电容耦合差分电流放大器检测到，rx点2700b位于距tx点2700a约182m处。啁啾信号可以经由耦合至由发射器侧2700a共享的相同电缆对100的差分对在一定水平处检测到，但是附加地，啁啾信号可以经由仅共享具有发射器侧的电缆之一的其他差分对以电压水平的一半(例如在-6db处)检测到。
122.实验设置(4)可以用于说明通过差分电容传感器120和电流放大器对所述脉冲的原位检测(例如，其中，检测在所记录的信号的后处理中执行)。例如，来自实验设置(4)的数据分析说明，在一定脉冲水平处，经由本公开内容的技术可以实现在真实世界工业工厂环境处的啁啾信号检测。附加地，如图32a和图32b所示，基本的高通滤波使得能够检测到具有比原始信号低约-10db的功率水平的信号。例如，图32a和图32b示出了在示例工业场所(例如，如图27a和图27b所示)处针对不同重复脉冲水平的测量结果。例如，1.2伏和0.4伏水平的重复脉冲可以通过耦合电容器120在工业场所的tx点2700a处差分地注入，并且在位于约182米外的rx点2700b处测量。图32a描绘了针对1.2v情况下的示例测量信号，并且图32b描绘了针对0.4v情况下的示例测量信号。图32b的中心区域3200表示在约6mhz的高通滤波之后的相同的测量信号，该测量信号揭示了来自背景噪声的注入信号。
123.在本优选实施方式的详细描述中，参照了附图，所述附图示出了其中可以实践本发明的具体实施方式。所示实施方式并非旨在穷举根据本发明的所有实施方式。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施方式，并且可以进行结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应被视为限制性的，并且本发明的范围由所附权利要求书限定。
124.除非另有指示，否则在说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理性质的所有数字应被理解为在所有情况下由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则在前述说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是近似值，其可以根据由本领域技术人员利用本文所公开的教导寻求获得的期望性质而变化。
125.如在本说明书和所附权利要求中所使用的，除非内容另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括具有多个指示物的实施方式。如在本说明书和所附权利要求中所使用的，除非内容另有明确指示，否则术语“或”通常以其包括“和/或”的意义使用。
126.包括但不限于“接近”、“远端”、“下部”、“上部”、“下方”、“下面”、“上面”和“在顶上”的空间相关术语在本文中使用的情况下用于易于描述一个元件与另一元件的空间关系。除了在附图中描绘和本文描述的特定取向之外，这样的空间相关术语还包括使用或操作时装置的不同取向。例如，如果在附图中描绘的对象被倒置或翻转，则先前描述为在其他元件下面或下方的部分则将在所述其他元件上面或顶上。
127.本公开内容的技术可以在多种计算机装置诸如服务器、膝上型计算机、桌上型计算机、笔记本计算机、平板计算机、手持计算机、智能电话等中实现。任何部件、模块或单元已经被描述以强调功能方面并且不一定需要由不同的硬件单元来实现。本文描述的技术还可以在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。被描述为模块、单元或部件的任何特征可以一起实现在集成逻辑装置中，或者单独实现为离散但可互操作的逻辑装置。在一些情况下，各种特征可以实现为集成电路装置例如集成电路芯片或芯片集。另外，虽然在整个说明书中已经描述了许多不同的模块，这些模块中的许多模块执行唯一的功能，但是所有模块的所有功能可以被组合至单个模块中，或者甚至被分至其他附加模块中。本文描述的模块仅是示例性的，并且为了更易于理解已经如此描述。
128.如果以软件实现，则这些技术可以至少部分地通过包括指令的计算机可读介质来实现，所述指令在处理器中执行时执行上述方法中的一个或更多个。计算机可读介质可以包括有形的计算机可读存储介质并且可以形成计算机程序产品的一部分，该计算机程序产品可以包括包装材料。计算机可读存储介质可以包括随机存取存储器(ram)诸如同步动态随机存取存储器(sdram)、只读存储器(rom)、非易失性随机存取存储器(nvram)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、闪存、磁性数据存储介质或光学数据存储介质等。计算机可读存储介质还可以包括非易失性存储装置，诸如硬盘、磁带、光盘(cd)、数字通用盘(dvd)、蓝光光盘、全息数据存储介质、或者其他非易失性存储装置。
129.如本文所使用的术语“处理器”可以指任何前述结构或适合于实现本文描述的技术的任何其他结构。另外，在一些方面，可以在被配置用于执行本公开内容的技术的专用软件模块或硬件模块内提供本文描述的功能。即使以软件实现，这些技术也可以使用诸如处理器的硬件来执行软件，以及使用存储器来存储软件。在任何这样的情况下，本文描述的计算机可以定义能够执行本文描述的特定功能的特定机器。而且，这些技术可以在一个或更多个电路或逻辑元件中完全实现，该电路或逻辑元件也可以被视为处理器。
130.在一个或更多个示例中，所描述的功能可以以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果以软件实现，则功能可以作为一个或更多个指令或代码在计算机可读介质上存储或者通过计算机可读介质传输并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括：计算机可读存储介质，其对应于有形介质，诸如数据存储介质；或者通信介质，其包括有助于例如根据通信协议将计算机程序从一个地方传输至另一个地方的任何介质。以这种方式，计算机可读介质通常可以对应于(1)非暂态的有形计算机可读存储介质或者(2)诸如信号或载波的通信介质。数据存储介质可以是任何可用介质，其可以由一个或更多个计算机或者一个或更多个处理器访问以检索用于实现本公开内容中所描述的技术的指令、代码和/或数据结构。计算机程序产品可以包括计算机可读介质。
131.作为示例而非限制，这样的计算机可读存储介质可以包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置、闪存或可以用于以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。而且，任何连接被适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴线电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(dsl)或诸如红外、无线电和微波的无线技术从网站、服务器或其他远程源发送指令，则同轴线电缆、光纤电缆、双绞线、dsl或诸如红外、无线电和微波的无线技术都包括在介质的定义中。然而，应当理解，计算机可读存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或其他
瞬态介质，而是替代地针对非瞬态有形存储介质。如所使用的磁盘和光盘包括致密盘(cd)、激光盘、光盘、数字通用光盘(dvd)、软盘和蓝光光盘，其中，磁盘通常磁性地再现数据，而光盘利用激光光学地再现数据。上述的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。
132.指令可以由一个或更多个处理器诸如一个或更多个数字信号处理器(dsp)、通用微处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程逻辑阵列(fpga)或者其他等效集成或分立逻辑电路系统来执行。因此，如所使用的术语“处理器”可以指任何前述结构或适合于实现所描述的技术的任何其他结构。另外，在一些方面，可以在专用硬件和/或软件模块内提供所描述的功能。此外，这些技术可以在一个或更多个电路或逻辑元件中完全实现。
133.本公开内容的技术可以在包括无线手持机、集成电路(ic)或一组ic(例如，芯片组)的多种装置或设备中实现。在本公开内容中描述了各种部件、模块或单元以强调被配置成执行所公开的技术的装置的功能方面，但是不一定需要由不同的硬件单元实现。而是，如上所述，各种单元可以组合在硬件单元中或者由包括如上所述的一个或更多个处理器的互操作硬件单元的集合结合合适的软件和/或固件来提供。
134.应当认识到，根据示例，本文所描述的任何方法的某些动作或事件可以以不同的顺序执行，可以被添加、合并或完全排除(例如，并非所有所描述的动作或事件对于该方法的实践是必要的)。此外，在某些示例中，动作或事件可以例如通过多线程处理、中断处理或多个处理器并发执行，而不是顺序执行。
135.在一些示例中，计算机可读存储介质包括非暂态介质。在一些示例中，术语“非暂态”指示存储介质没有以载波或传播信号体现。在某些示例中，非暂态存储介质存储可以随时间改变的数据(例如，在ram或缓存中)。
136.已经描述了各种示例。这些示例及其他示例在所附权利要求的范围内。