CN101002400B - 通过配电网络传输信息的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在输送确定电压(Uac)的配电网络(3)上发射预定的系列脉冲(I1，I2，I3)的方法，其中，脉冲为通过开关组件(2)连接到配电网络的电气元件(1)自发发射的高频寄生脉冲，开关组件由控制信号(CS)驱动，这样，高频寄生脉冲就以控制信号的速度发射。根据一实施方式，控制信号承载数据，这样承载数据的高频寄生脉冲就以控制信号的速度发射。

Description

通过配电网络传输信息的方法和装置

本发明涉及一种通过配电网络传输信息的方法和装置。

电缆作为低速数据传输手段已使用多年，特别是在家用自动化方面，用于对电器(例如电动百叶窗)的远程控制。公知的数据传输方法包括将已调制适于承载数据的载波信号注入网络。这些方法的缺点是其需要注入这样的载波信号。因此其具有干扰性，会导致冲突，并且实现起来比较复杂。

本发明的目的是提供一种通过配电网络传输信息的方法，其与公知的方法相比干扰性较小，导致的冲突较少。其主要应用于二进制数据的传输，但也用于非二进制信息的传输，例如具有预定特征，能使电器不需将信息改造成二进制形式即可识别的系列脉冲。

正如专利号为EP1136829的专利所公开，任何电器或元件，具体说为电动机、泵、变压器、电灯泡、电气或电子电路，在接通和切断时，会产生一个具有电磁源的高频寄生信号。由于该信号持续时间非常短，其形成一个由电气元件自发发射的高频寄生脉冲。这种寄生脉冲形成一种代表电器及其在配电网络中的位置的独特标志。因此，专利号为EP1136829的专利提出对网络上由电器发射的高频脉冲进行检测和分析，以识别处于接通或切断的电器。

上述专利还提出，提供一种脉冲合成器，其可以在寄生脉冲振幅太低而不能正常检出时，供给一种代替自发发射的寄生脉冲的脉冲。脉冲合成器的使用还可以用于发射一系列包含确定数量的形成独特标志的脉冲。

按传统技术，可以发射系列脉冲的脉冲合成器包含例如高频脉冲发生开关、高频振荡器、逻辑电路以及输出变压器。高频振荡器供给用于开关高频开关的高频信号。逻辑电路供给编码信号，其与开关信号混合以获得用于控制开关的信号。输出变压器可使系列高频脉冲人工重组，以重新注入配电网络。

然而，根据其所要开发的应用，这种脉冲合成器的成本价格和整体尺寸较大，这关系到很大的市场，需要极低的成本价格。

因此，本发明提供不用任何脉冲合成器而在配电网络中传输信息的方法。

更具体地说，本发明提供一种在电气元件与网络连接或脱离时，通过利用由电气元件自发发射的高频寄生脉冲传输信息的方法。为此目的，将电气元件通过开关连接到网络，该开关由代表待传输信息的控制信号驱动。这样，电气元件发射的高频寄生脉冲映射控制信号，控制信号自身又映射待传输信息。这种电磁源的脉冲持续时间非常短，与开关闭合与打开之间时间的流逝无关，这个时间要长得多。

公知技术中，各种数据传输方法都基于配电网络中脉冲的发射。其通常为由电容器放电所产生的电压或电流脉冲，放电持续时间形成脉冲的持续时间。这些电压或电流脉冲直接以开关的方式直接注入网络或通过感应耦合注入。为了能被检测到，其需要相当的注入网络的电能。

相反地，根据本发明，由于必须加到网络上的电能不是被测载能电压或电流脉冲，而是伴随着电气元件连接或脱离的高频寄生脉冲，其可以非常低或甚至几乎为零(在物理规律及感应现象的界限内)。

公知技术中，高频寄生脉冲也许是在发射电压或电流脉冲的同时无意识地发射的，但是这种无意识发射的寄生脉冲未被用来作为传输信息的手段，因此也并未被检测。

因此，GB1153908号专利文献公开了一种传输方法，其含有电网中的电容器4放电(见第2页55-121行，图1至3)以及检测叠加在网络交流电压上的放电脉冲。

US4090184号专利文献也公开了一种传输数据的方法，其通过电容器放电(见17栏22-34行)以及检测放电脉冲。

US5614811号专利文献也公开了一种通过电容器放电(见权利要求1，最后一行)传输数据的方法。此外，由于电容器在交流电压通过零的时候放电(见图7，第3栏61行至第4栏16行)，所以该方法干扰电网。

GB2008299号专利文献也公开了一种通过电容器20放电(见权利要求1，最后一行，图1)传输数据的方法。在该方法中，电容器也会在交流电压波通过0的时候放电(见图18，“零交叉上的单脉冲”)。

US5486805号专利文献也公开了一种包含通过电容器在交流电压通过零时放电(见图1)而发射脉冲的方法。

US2003/0156014号专利文献公开了一种利用多个以耦合电路的方式(见121，图3)注入网络的副载波频率(见第011段)在电网中传输数据的方法。

US2002/0024423号专利文献公开了一种通过伪随机噪声码的方式而不用任何正弦载波将编码数据注入电网的方法，其中伪随机噪声码通过一列电能脉冲调制。像前述方法一样，该方法基于将能量注入电网而非利用自发的寄生脉冲。

US3714451号专利文献也公开了通过电容器放电(见图2中25a，图4、5、7，权利要求1)将能量脉冲注入电网。

WO00/26679号专利文献公开了一种检测开关闭合的方法，其中开关控制将电流峰注入网络支路(见图4)。电流通过一个使电容器(见170或260)周期性放电的电路(见图1A或1B)注入。电流脉冲持续时间较短，以限制相邻网络支路中感应电流峰的出现。因此，感应电流峰的振幅较低，不干扰主电流峰的检测。主电流峰通过一个检测器(见图2)检测，该检测器包含可使电流峰通过感应而检测的线圈(L1)。连结到线圈上的放大器周期性供给声音警报(351)，其在用户接近被注入电流的支路时发出声音信号。

最后，US4982175号专利文献公开了一种遥感测量系统，其将电容器放电(见图2，26)所致的脉冲注入电网(见图3，32)。这种脉冲不是本发明含义范围内的高频寄生脉冲，其通过线圈感应检测(见图6，41a至42b)。

因此，本发明提供一种通过输送电压的配电网络传输信息的方法，其包含以下步骤：将电气元件通过开关组件连接到网络，该电气元件在由开关组件闭合而接入网络时和/或由开关组件打开而与网络分离时自发发射高频寄生脉冲，向开关组件施加定形控制信号，以使电气元件以控制信号的速度发射预定的系列高频寄生脉冲，以及检测该高频寄生脉冲并重组控制信号。

根据一实施例，开关组件由承载数据的控制信号驱动，这样承载数据的高频寄生脉冲就以控制信号的速度发射。

根据一实施例，控制信号为编码信号。

根据一实施例，配电网络输送交流电压，控制信号与交流电压的波形同步，以使开关仅在交流电压接近其峰值时被闭合。

根据一实施例，交流电压在其振幅至少等于其峰值的50％时，被认为接近其峰值。

根据一实施例，控制信号与交流电压的波形同步，以使开关仅在交流电压接近零时被打开。

根据一实施例，控制信号含有用于闭合/打开开关组件的持续时间恒定的脉冲，每个闭合/打开脉冲包含上升沿和/或引起开关打开或闭合状态变化的高电平，以及下降沿和/或引起开关状态相反变化的低电平。

根据一实施例，控制信号包含持续时间小于交流电压周期1/8的闭合/打开脉冲。

根据一实施例，电气元件为电容器、电阻、发光二极管或这些元件中至少两个的组合。

根据一实施例，寄生脉冲被中和、抵制或忽略，而不计入重组控制信号。

根据一实施例，寄生脉冲的检测包含生成映射配电网络输送电压的信号，映射信号的高通滤波，根据确定的取样窗对映射信号进行取样，以获得映射信号的数字化样本，以及对映射信号样本的分析。

本发明还涉及一种遥测连接到输送确定电压的配电网络中的电器的局部耗电量的方法，其包含通过电路板电流传感器的方式测定装置的耗电量的步骤，发送步骤，以及根据本发明的方法实施接收与所测耗电量有关的信息的步骤。

本发明还涉及一种识别连接到输送确定电压的配电网络中的电器的方法，其包含发射高频寄生脉冲，形成用于识别装置的编码的步骤，根据本发明的方法实施。

根据一实施例，电器为断路器，标识码的发射仅在断路器跳闸时才会被触发。

本发明还涉及一种用于通过输送电压的配电网络发送和接收信息的装置，其包含：

-用于在网络上发射脉冲的脉冲发射装置，  其包含电气元件和用于将电气元件连接到配电网络的开关组件，电气元件在该电气元件在由开关组件闭合而接入网络时和/或由开关组件打开而与网络分离时自发发射高频寄生脉冲，以及向开关组件施加定形控制信号，以使电气元件以控制信号的速度发射预定的系列高频寄生脉冲的组件，以及

-接收高频寄生信号的装置，其包含重组控制信号的方式。

根据一实施例，该装置包含用于向开关组件供给承载数据的控制信号的组件。

根据一实施例，该装置包含用于向开关组件供给编码控制信号的组件。

根据提供的用于输送交流电压的配电网络的一实施例，接收装置包含监控交流电压振幅的组件，其在交流电压接近其峰值时供给具有确定值的用于准许脉冲发射的信号，以及仅在用于准许脉冲发射的信号具有确定值时闭合开关的组件。

根据一实施例，监控组件在交流电压的振幅至少等于其峰值的50％时，供给具有确定值的用于准许脉冲发射的信号。

根据一实施例，监控组件包含整流器，其供给单或全波整流电压，该整流电压的振幅代表交流电压的振幅，以及比较仪，其在一个输入端接收基准电压，在另一个输入端接收整流电压，供给用于准许数据发送的信号。

根据一实施例，用于供给控制信号的组件供给控制信号，其含有用于闭合/打开开关组件的具有恒定持续时间的脉冲，每个脉冲包含上升沿和/或引起开关打开或闭合状态变化的高电平，以及下降沿和/或引起开关状态相反变化的低电平。

根据一实施例，用于供给控制信号的组件供给持续时间至少小于交流电压周期1/8的闭合/打开脉冲。

根据一实施例，电气元件为电容器、电阻、发光二极管或这些元件中至少两个的组合。

根据一实施例，开关组件为三端双向可控硅开关元件、MOS晶体管或继电器。

根据一实施例，控制信号由微控制器或微处理器供给。

根据一实施例，脉冲发射装置包含用于测量电流的组件，并设置成用于发送高频寄生脉冲形式的与测得电流有关的信息。

根据一实施例，接收装置包含用于过滤、抵制或忽略寄生脉冲以使重组控制信号时不将这些脉冲考虑在内的组件。

根据提供的用于输送交流电压的配电网络的一实施例，接收装置包含用于供给映射交流电压的信号的组件，以及用于高通滤波映射信号的组件，以从中提取高频寄生脉冲。

根据一实施例，接收装置包含通过利用寄生脉冲的电磁分量检测高频寄生脉冲的天线。

根据一实施例，接收装置包含用于对所接收的信号进行取样的组件，以及用于对所接收的信号进行分析的组件，以检测高频寄生脉冲的存在。

本发明还涉及一种断路装置，其具有闭合状态和打开状态，以及根据本发明的脉冲发射装置，用于在断路装置处于打开状态时发射预定系列脉冲。

根据一实施例，该装置还包含具有指示灯的开关，当断路装置从闭合状态转换到打开状态时，其从打开状态转换到闭合状态，脉冲发射装置全部或部分通过具有指示灯的开关供电，这样，断路器处于闭合状态时脉冲发射装置不活动。

本发明的上述以及其它目的、特征和优点，将通过以下根据本发明的方法和以实现该方法的装置的形式描述的各种应用实施例进行解释和详细地说明，给出与其有关，但不限定于此的下列附图，其中：

-图1表示高频寄生脉冲的外观，

-图2示意性表示实现根据本发明的方法的装置，

-图3A、3B表示总体方式上根据本发明的方法的时间图，

-图3C表示由配电网络传递的电压的波形，

-图3D、3E表示根据本发明第一实施例的方法的信号时间图，

-图4A表示扩展了时间尺度的由配电网络传递的电压的波形，

-图4B、4C表示根据本发明第二实施例的方法的信号时间图，

-图5表示根据本发明脉冲发射装置的具体实施方式的一实例的接线图，

-图6表示根据本发明脉冲发射装置的具体实施方式的另一实例的方框图，以及

-图7表示根据本发明的断路器的方框图。

图1表示由电气元件接通时自发发射的寄生脉冲I的外观。这种寄生脉冲与电气元件的耗电量无关，具有高频交替波列的形状，频率典型地为20MHz。该寄生脉冲的持续时间为数百毫微秒，典型地为250毫微秒。其振幅U根据元件的电抗分量和其所吸收的能量，范围可以从约十毫伏到数伏特(在220伏特电压下)。对于接收来说，由于测量通道(测量设备和分配网络)带宽的限制，收集的脉冲更宽，大约为十微秒，即对最初脉冲加宽40倍。

如上所述，本发明通过电气元件控制高频寄生脉冲的发射，以获得具有自然特征的系列脉冲，代替人工重构这种脉冲。

图2表示根据本发明的方法。电气元件1通过开关2连接到输送交流电压Uac的配电网络3。这里的网络3为单相，电气元件1连接到网络的相导线(PH)和中性线(NL)，开关2加在相导线和电气元件相应终端之间。开关2包含一个施加控制信号CS的控制终端，其控制开关的闭合和打开。

开关2可以是任何类型，例如普通的开口型单稳态开关(MOS或双极晶体管，单稳态继电器......)或双稳态开关(三端双向可控硅开关元件，双稳态继电器......)。

元件1可以是任何类型产生所需形式(持续时间，振幅......)寄生脉冲的电气元件，例如电灯泡、发光二极管(LED)、电容器、高值电阻或例如这些元件的组合。电气元件最好具有高阻抗，以避免网络中高合闸电流的出现。例如，电气元件为在电压Uac的频率(F)下，通常为50或60Hz，具有高阻抗Z(Z＝1/2πFC)的低值(C)250V电容器。

控制信号CS为具有“1”和“0”两种状态的信号，“1”对应于确定的电压，“0”对应于另一可以是地电位的确定电压。传统上，当信号CS处于1时(单稳态开关)或信号CS从0变为1时(双稳态开关)认为开关闭合(接通)，当信号CS处于0时或信号CS从1变为0时开关打开(断开)。如以下所见，信号CS可以直接或通过推动级施加到开关的控制终端。这样，在本发明的含义中，信号CS表示开关的逻辑控制信号。如果其与该控制终端的电性特征一致，其可以组成开关的主要控制信号，即有效施加到开关控制终端上的信号。

总而言之，根据本发明的方法基于高频脉冲的发射，这里以及权利要求中作为“寄生”脉冲所指的高频脉冲，有别于人工制造的脉冲。然而，术语“寄生”并不表示根据本发明的方法产生冲突从而与用于管制电网污染的立法有所矛盾。相反，由于寄生脉冲的持续时间极短，根据本发明的方法与传统的基于将载波信号注入电网或注入电容器放电脉冲的方法相比，其更少“干扰”和更少冲突。

图3A、3B、3C表示对根据本发明的方法的更详细的说明。图3A表示信号CS的所有形状的实例，图3B表示网络3产生的高频寄生脉冲以伏特计的振幅。图3C表示寄生脉冲发射时的电压Uac的波形。对于每个信号CS从状态0向状态1的转变，开关2接通，电气元件1接收电压Uac，发射闭合寄生脉冲I1、I3、I5(或连接脉冲)。对于每个信号CS从状态1向状态0的转变，开关2变为打开状态(断开)，电气元件1从网络断开，发射打开寄生脉冲I2、I4、I6(或断开脉冲)。

通过将图3B和3C结合起来观察，可以看出寄生脉冲的的振幅不恒定，具体地说，其依赖于这些脉冲发射的时间。更具体地说，进行了以下试验观察：

-观察1：闭合或打开寄生脉冲的振幅依赖于开关闭合或打开寄生脉冲出现时电压Uac的振幅，

-观察2：在相同的发射条件下，某些寄生脉冲，这里指(断开)打开寄生脉冲，会具有低于闭合寄生脉冲的振幅，并且不超过闭合寄生脉冲振幅的10％。

因此，根据观察1，从图3B可以看出闭合寄生脉冲I1最大，因为其在t1时刻发射，而此时电压Uac等于其峰值Umax(在峰值-Umax上可以得到同样振幅的寄生脉冲)。此外，闭合寄生脉冲I3、I5在t3、t5时刻发射，此时电压Uac具有低振幅，具有远低于脉冲I1的振幅。类似地，打开寄生脉冲I4在t4时刻发射，此时电压Uac低于峰值Umax或-Umax，具有低于打开寄生脉冲I2的振幅。根据观查2，可以看出，打开寄生脉冲I2虽然在t2时刻发射，此时电压Uac最大(即相同条件)，具有明显低于寄生脉冲I1的振幅。最后，打开寄生脉冲I6在t6时刻发射，此时电压Uac最大(-Umax)，具有高于在不适宜条件下发射的闭合寄生脉冲I3、I5的振幅，尽管它们如果在相同条件下发射会具有更高的振幅。

在基于上述观察的本发明一实施例中，应用了以下规律：

1)这里认为打开寄生脉冲是不“可以利用的”，由于其所具有的振幅相对于闭合寄生脉冲来说太低。因此，这些脉冲以下述方式在发射时被中和，或接收时被抵制。

2)在电压Uac接近最大电压时，即当电压Uac的振幅高于或等于Umax的x％时，发射闭合寄生脉冲，其中x为一参数，经验上来说其最好确定为至少等于50。

图3D、3E表示发射时中和打开寄生脉冲方法的第一实施例。图3D表示信号CS的形状，图3E表示所得脉冲的振幅。信号CS与电压Uac的波形同步，示于图3C中。具体地说，信号CS在电压Uac等于Umax或-Umax时变为1，在电压Uac为零时变为0。在另外的关系中，由图3E可见，当电压Uac为零时开关2从闭合状态变为打开状态，不发射打开寄生脉冲。然而，闭合寄生脉冲的振幅最大，因为开关仅在电压Uac最大的时刻闭合。

应该理解，图3D中所示信号CS的特征仅组成一个确定开关2闭合与打开准许时刻的模板。因此，不同的系列脉冲各自都具有其可以发射的自身特征，如EP1,136,829号专利文献所考虑，每个特征可以分配用于确定电器的识别，但其使用合成脉冲。

根据本发明的一个方面，该模板可以用于传输数据。例如，如图2所示，待发送的数据DTx，可能为编码形式，加在监控电压Uac时供给控制信号CS的电路4上。数据可以按位发送或作为包含例如一个起始位和8数据位的帧发送，或者可以信号场例如校验位发送。当无编码时，开关2的闭合(即寄生脉冲的发射)对应于发送一位1，在受模板施加的影响开关无闭合时，即无任何寄生脉冲时，对应于发送一位0。

在50Hz的网络中，电压Uac的周期T为20ms，这样可以在一秒钟发送100个寄生脉冲(即100个非编码位)。虽然这种脉冲速度较慢，但其也足以用于某些识别或数据传输的应用，具体说应用于下述一组路灯的管理。

本方法提供的第二实施例用于以较高的速度发送数据或脉冲串。本实施例示于图4A、4B、4C。这里，闭合寄生脉冲未在发射时中和，而在接收时忽略，这得益于检测阈值的适当设置。为了确定准许寄生脉冲发射的时刻，选择一个接近峰值Umax的阈值U1，例如一个等于0.66Umax的阈值。如图4A所示，该阈值可以在电压Uac的每个半周期T/2上形成两个准许发射的时间窗TW1、TW2，窗TW1包含电压Uac为正并且高于U1的值，窗TW2包含电压Uac为负并且低于-U1的值(即高于U1的绝对值)。图4B表示控制信号CS的模板。后者包含各时间窗TW1、TW2内加到开关2上的闭合/打开脉冲串。从图4C可以看出，每个闭合/打开脉冲引起网络上两个高频寄生脉冲的发生，即闭合/打开脉冲的上升沿上的闭合寄生脉冲和闭合/打开脉冲的下降沿上的打开寄生脉冲。如上所述，打开寄生脉冲的振幅远低于闭合寄生脉冲，一定会在接收时被过滤。

在电压Uac的频率为50Hz时，窗TW1、TW2的持续时间为6至7ms，可发送的闭合/打开脉冲的数量较高。因此，如果每个闭合/打开脉冲引起两个每个持续时间为10微秒的高频寄生脉冲的发射(接收时的脉冲宽度，有用信号)，那么每个闭合/打开脉冲的最小持续时间必须至少等于寄生脉冲持续时间的两倍，即为10至20微秒。在此条件下，通过选择该最小脉冲持续时间作为模板，并且不考虑开关的开关频率方面的任何限制，每个时间窗可以含有大约300个闭合/打开脉冲，从而可以得到相对于本发明方法的第一实施例而言更高的数据速度，为每秒钟30,000个脉冲。

如上所述，数据可以以未加工的方式发送，这样一比特对应于一个脉冲，或者可以通过任何合适的编码协议编码，这样一比特对应于几个脉冲。无论是编码或是未编码的数据，都可以以单独位的形式或作为帧的形式发送，其中帧包含起始帧场、数据场以及可能的包含CRC或奇偶型认证场的终止帧场。

所属技术领域的技术人员应该理解，本方法的各种可选实施例和应用是可能存在的。例如，高频寄生脉冲可以每个周期仅发射一次而不是每个周期两次，例如当电压Uac等于+Uac(第一实施例)或高于+U1(第二实施例)。

图2还示意性表示根据本发明的两个脉冲检测器10、15的具体实施例。

检测器10为感应接收装置，其运行原理已在EP1,136,829号文献中说明。其包含输入变压器，用于从电压Uac中提取用于分析检测高频寄生脉冲的映射信号。变压器可以简单地由线圈11在电流分配的源点，例如量电计附近缠绕网络的相导线(PH)形成。线圈供给映射信号，其加到高通滤波器上以除去其低频交变分量。滤波器的输出与形成观察窗的取样周期同步加到采样保持模拟-数字转换器13(“取样保持AD转换器”)上，其供给滤过电压Uac的数字化样本。取样周期以及观察窗持续时间的选择依赖于高频寄生脉冲的发射周期，即两个闭合/打开脉冲之间的间隔。如果寄生脉冲以高频发射，与本发明方法的第二实施例一致，则观察窗就选择的足够短，以得到良好的分析，其可以使脉冲在发射的脉冲串中得到区分。对电压Uac样品的分析由分析电路14执行，其通常为特定的逻辑电路，其分析所接收样本的振幅，检测出振幅高于用于抵制闭合寄生脉冲的阈值的脉冲，以仅保留打开寄生脉冲。因此，电路14重组控制信号CS，并在信号CS承载数据时从中推演出数据DTx。如果其以编码形式接收，数据DTx还可以通过电路14解码。

检测器15为无接触装置，其包含天线16、天线放大器17和用于除去频率低于待测脉冲的信号的高通滤波器18。除了上述这些元件之外，还提供取样保持AD转换器13及分析电路14。根据本发明脉冲检测器的该实施例基于这样的事实，即高频寄生脉冲被发现同时作为电网上的电脉冲和作为可以与无线电频率信号相同的方式检测的电磁脉冲。检测器15最好设置在脉冲发射设备的附近，例如处于设备所安装的场所。

图5表示根据本发明脉冲发射装置20的一简单及廉价的实施例，其用于安装在电器或电气设备中。

装置20包含两个用于连接配电网络3的终端T1、T2、开关电路30、供电电路40、用于监控交流电压Uac的电路50以及控制电路60。终端T1连接到相导线(PH)，终端T2连接到网络3的中性线(NL)。根据本发明的方法，开关电路30包含电气元件31，这里为电容器，以及开关32。开关32为例如三端双向可控硅开关元件或MOS晶体管(图5中表示为三端双向可控硅开关元件)。开关32具有一个连接到终端T1的终端，另一终端连接到电容器31的终端中的一个上，以及由控制电路60驱动的控制终端(三端双向可控硅开关元件的触发器或MOS晶体管的栅极)。电容器31的其它终端连接到终端T2。

供电电路40包含具有两个通过电阻42、43连接到终端I1、I2的输出终端的桥式二极管整流器41、接地终端、以及供给全波整流电压Ur的输出终端。电压Ur加到通过过电压限幅二极管44和滤波电容器45接地的调整配件46的一个输入端。调整配件46的输出端接到稳压电容器47，提供用于供给电路50、60的电压Vcc。

监控电路50包含具有两个分别通过电阻52、53连接到终端I1、I2的输出终端的二极管整流器桥51、接地终端、以及供给全波整流电压Ur′的输出终端。整流电压Ur′加到通过过电压限幅二极管54和负载电阻55接地的差动放大器56的一个输入端。放大器56的正输入端接收由分压计57的中点供给的基准电压Vref，其中分压计的阳极接收电压Vcc，阴极接地。差动放大器56在这里作为比较仪运行，在全波整流电压Ur′高于基准电压Vref时提供1(Vcc)的信号ENB(使动)，在相反情况时为0(接地)。分压计57可将电压Vref调整成使其可以确定准许发射时间窗TW1、TW2的宽度。通过提高电压Vref，窗的宽度减小，最终得到两个与Uac＝Umax和Uac＝-Umax相应的准许时刻，其对应于根据本发明方法的第一实施方式的实施(即每个电压Uac半周期一个脉冲)。应该注意，如果脉冲仅在电压Uac的两个半周期中的一个上发射时，监控电路50可以只包含一个单波整流器。

电路60供给加到开关32控制终端上的控制信号CS。电路60包含廉价的微控制器61，其将一个微处理器及其输入/输出端口P0、P1、P2、P3......程序存储器、数据存储器、石英晶体振荡器......结合到同一个硅微芯片上，端口P0接收信号ENB，端口P1供给控制信号CS，可选择地，端口P2、P3作为与用于测试、维护、编程或其它操作的微控制器通信的端口使用，接到装置20的辅助终端AT1、AT2上。

微处理器通过测验端口P0或通过其端口明示的中断来检测信号ENB问1的转变。端口P1通过含有控制块62和晶体管63的推动级驱动开关32。控制块62具有连接到开关32控制终端上的输出端和连接到晶体管63集电极上的输入端，晶体管的发射极接地，基极接收控制信号CS。

一旦装到电器上，装置20就可以用于传输数据，或者更简单地，发射系列具有恒定预定特征的非承载数据的脉冲，用于例如识别电器。在最后这种情况下，电路60可以是具有基本结构的逻辑电路，包含接收信号ENB和供给控制信号CS的同步输入端。通过提供微控制器或微处理器，可以执行更复杂的需要处理和传输数据的应用，如下述应用实例所见。

因此，装置20的各种应用是可能的。应用的一个实例是建成区域中的路灯控制。为此，给每个路灯装上这样的装置，并周期性发送有关其接通或断开状态的信息，该信息可以按照本发明方法的第一实施例低速发送，因为其不是紧急方式，可以以数分钟的时间间隔来处理。就合理的一个投资而言，根据本发明，可以给上百个路灯装配该设备。通过每分钟给予每个路灯一秒钟发射代表路灯状态的脉冲，一分钟就可以有60个路灯发送信息。设置在城市配电网络的源点或旁路节点上的一个接收单元就足以接收由多个路灯发送的信息。

此外，根据本发明的脉冲发射装置可以根据应用而有各种不同的可选实施方式。

图6表示一种装置20′，其包含上述的电路30、40、50和60之外，还有一个连接到测量电路71上端电流传感器70。测量电路71向控制电路60发送由传感器70的方式所得到的有关电流测量的数据。装置60的微控制器分析测量结果，并根据其程序存储器中加载的应用程序所提供的支持决定是否发送它们。该程序可以例如提供使微控制器在所测电流从0变化到非零值时，从网络上单独发送关于所测电流的信息，然后从一个耗电等级转变到另一个等级，例如从0到1A的等级范围转变到1到2A，从1到2A的等级范围转变到2到3A，等等。该信息可以具有八位元组(字节)的形式，在所测电流从0变为非零值时具有第一值，在电流从0-1A变为1-2A等级时具有第二值，等等。

装置20′可以设置在插头中，具体说是用于对一个或多个电器供电的背负式插头中，或者安装在电器的电路板上，以使可以测量通过插座的电流或其所安装的电器消耗的电流。这种应用可使EP1,136,829号专利文献所述的测量电器耗电量的方法更完善。实际上，当电流从0变为非零值时，第一字节的发射就可使接通的电器或一组电器在网络上被识别。然后，与耗电量等级变化相关字节的发射可使以EP1,136,829号专利文献所述的方式所做的网络上耗电量和位置的测量得以确认。

根据本发明的方法和装置的另一应用实例将说明如下。

许多工业装备包含电器柜中成组集中在一起的断路器，其闭合(接通)或打开(跳闸)状态必须监控。为此，在现有技术中，断路器已发展成其上装配具有指示灯的开关，当断路器跳闸时，通过一个机械激发器将指示灯从打开状态转换为闭合状态。因此，在这样的装备中，设置在电器柜中的多个断路器各自都具有一个通过两根导线将指示灯接到中心化子上的开关，其监控断路器的状态以检测电源停供。

本发明提出，通过将根据本发明的装置安装到断路器电路板上，消除连接有指示灯的开关与中心化子的导线的量，其中该装置设置为用于监控断路器的状态，并在断路器处于打开状态时发送信息。该信息可以例如含有用于识别断路器的编码，该编码的简单发射表示断路器已跳闸。

图7表示根据本发明的断路器90的一实施例的实例，其包含经典断路器80和根据本发明装置20的结合。装置20的结构与图5相关的说明相同，不再赘述。断路器80包含连接到配电网络上游相导线和中性线的输入终端T3、T4，以及连接到配电网络下游相导线和中性线的输入终端T5、T6。断路器80还包含连接到具有指示灯的开关81的终端的控制终端T7、T8。装置20终端T1和T2连接到断路器80的终端T3和T4，这样断路器处于打开状态时对装置20供电。

这里通过具有指示灯的开关的方式来通过装置20完成对断路器80状态的检测。这种检测可以通过多种方式完成。例如，控制电路60的微控制器可以包含两个连接到终端T7、T8上的输入/输出端口，以周期性监控具有指示灯的开关的接通或断开状态。然而，该方案具有缺点，即装置20必须永久接通，也就意味这消耗电力。

一种如图7所示的有利解决方案为，  将由电路40供给的供给电压Vcc通过具有指示灯的开关81加到监控电路50和控制电路60上。这样，在断路器处于触发状态时装置20保持断开。当具有指示灯的开关81闭合时，对电路50、60供电，控制电路60暗中“得知”，当其接通时，必须在电网上发送信息。因此，控制电路60被简单编程为，当其接通时发送一系列可使断路器被识别的信息。总体来讲，根据本发明将装置20一体化到断路器80而获得断路器90，仅对断路器的成本有很小的增加，而作为回报，作为除去连接中心化子和断路器的电导线的结果，可以实现导线实质上的节省。上述类型的脉冲接收器可实现无线中心化子的生产，其可以管理上百个断路器，实时供给关于跳闸状态的断路器的指示。

根据上述实例的启示，所属技术领域的技术人员可以理解本发明的其它各种不同可选实施方式和应用是可能存在的。具体地说，虽然已对本发明方法在输送交流电压的电网中的各种应用进行了说明，但是本发明也可以用于直流电网，具体地说，为用于工业或船舶上的400V DC网络，200VDC网络，包括出现在机动车辆中的低压12V DC网络。具体地说，根据本发明的方法可以用于使车载装置(例如车前灯)发送关于其状态(接通、断开、失控等等......)的信息。在直流网络的应用中，不再需要对网络承载的电压波形进行监控，因为该电压为直流，其往往具有用于高频寄生脉冲发射的最佳值。

由于本发明基于至今仍研究较少的一个现象，所属技术领域的技术人员可以通过实验观察对上述说明讲解进行完善。因此，进一步的实验显示连接寄生脉冲的振幅可以证实等于或甚至大于分离寄生脉冲。这可以通过利用作为电气元件的低值，例如数欧姆的电阻具体观察，该元件以极短，例如数微秒的连接时间周期性连接到网络，因而通过一个高电流，例如数安培，其由于较短的持续时间而不干扰网络。可以看出，电阻从网络分离时发射的寄生脉冲的振幅实质上大于电阻与网络连接时发射的寄生脉冲。在此情况下，分离脉冲还可以代替连接脉冲，用作传输信息的方式。此外，可以对可检测的两种连接脉冲和分离脉冲都进行检测，以获取可以更可靠地重组控制信号的脉冲检测信息。

Claims (32)

1.一种通过输送电压的配电网络传输信息的方法，包含以下步骤：

-在网络的两线之间将电气元件串连开关组件，

-向开关组件施加控制信号，控制信号有一既定的形状使得开关组件连续地闭合和打开，

-当开关组件闭合或打开时，检测出现在网络的寄生脉冲，而且每个寄生脉冲与电气元件的耗电量无关并且包含一个高频波列，以及

-以检测到的寄生脉冲为依据重组控制信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是控制信号为承载数据的信号，这样承载数据的寄生脉冲就以控制信号的速度发射。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是控制信号为编码信号。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是配电网络输送交流电压，并且其中控制信号与交流电压的波形同步，以使开关仅在交流电压接近其峰值时被闭合。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是交流电压在其振幅至少等于其峰值的50％时，被认为接近其峰值。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征是控制信号与交流电压的波形同步，以使开关仅在交流电压接近零时被打开。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是控制信号含有用于闭合/打开开关组件的持续时间恒定的脉冲，每个闭合/打开脉冲包含上升沿和/或引起开关打开或闭合状态变化的高电平，以及下降沿和/或引起开关状态相反变化的低电平。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是控制信号包含持续时间小于交流电压周期1/8的闭合/打开脉冲。

9.根据权利要求1至3中任何一项所述的方法，其特征是电气元件为电容器、电阻、发光二极管或这些元件中至少两个的组合。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是闭合寄生脉冲被中和、抵制或忽略，而不计入重组控制信号。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征是寄生脉冲的检测包含生成映射配电网络输送电压的信号，映射信号的高通滤波，根据确定的取样窗对映射信号进行取样，以获得映射信号的数字化样本，以及对映射信号样本的分析。

12.一种遥测连接到输送确定电压的配电网络中的电器的局部耗电量的方法，其特征是其包含通过电路板电流传感器的方式测定装置的耗电量的步骤，以及根据权利要求2和3其中一项的方法实施通过配电网络传输信息的步骤，该信息与所测耗电量有关。

13.一种识别连接到输送确定电压的配电网络中的电器的方法，其特征是包含根据权利要求1、2和3其中一项的方法实施通过配电网络传输信息的步骤，该信息以一系列的高频寄生脉冲的形式发射，而该系列的高频寄生脉冲代表用于识别装置的编码。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征是电器为断路器，并且其中标识码的发射仅在断路器跳闸时才会被触发。

15.一种用于通过输送电压的配电网络发送和接收信息的装置，包含：一用于在网络上发射脉冲的脉冲发射装置，其包含：

-串联的连接在网络的两线之间的电气元件和开关组件，以及

-向开关组件施加控制信号的组件，控制信号有一既定的形状以使开关组件连续地闭合和打开，以及

-当开关组件闭合或打开时，侦测出现在网络的寄生脉冲的装置，而且每个寄生脉冲与电气元件的耗电量无关并且包含一个高频波列，侦测的装置包含以检测到的寄生脉冲为依据重组控制信号的组件。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征是控制信号为承载数据的信号。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征是控制信号为承载数据的编码信号。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，用于输送交流电压的配电网络，其特征是脉冲发射装置包含监控组件，监控组件监控交流电压振幅，其在交流电压接近其峰值时供给具有确定值的用于准许脉冲发射的信号，以及仅在用于准许脉冲发射的信号具有确定值时闭合开关的组件。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征是监控组件在交流电压的振幅至少等于其峰值的50％时，供给具有确定值的用于准许脉冲发射的信号。

20.根据权利要求18所述的装置，其特征是监控组件包含整流器，其供给单或全波整流电压，该整流电压的振幅代表交流电压的振幅，以及比较仪，其在一个输入端接收基准电压，在另一个输入端接收整流电压，供给用于准许脉冲发射的信号。

21.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，其特征是用于供给控制信号的组件供给控制信号，其含有用于闭合/打开开关组件的具有恒定持续时间的脉冲，每个脉冲包含上升沿和/或引起开关打开或闭合状态变化的高电平，以及下降沿和/或引起开关状态相反变化的低电平。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征是用于供给控制信号的组件供给持续时间至少小于交流电压周期1/8的闭合/打开脉冲。

23.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，其特征是电气元件为电容器、电阻、发光二极管或这些元件中至少两个的组合。

24.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，其特征是开关组件为三端双向可控硅开关元件、MOS晶体管或继电器。

25.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，其特征是控制信号由微控制器或微处理器供给。

26.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，其特征是脉冲发射装置包含用于测量电流的组件，并设置成用于发送高频寄生脉冲形式的与测得电流有关的信息。

27.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，其特征是侦测装置包含用于过滤、抵制或忽略闭合寄生脉冲以使重组控制信号时不将这些脉冲考虑在内的组件。

28.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，用于输送交流电压的配电网络，其特征是侦测装置包含用于供给映射交流电压的信号的组件，以及用于高通滤波映射信号的组件，以从中提取高频寄生脉冲。

29.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，其特征是侦测装置包含通过利用寄生脉冲的电磁分量检测高频寄生脉冲的天线。

30.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，其特征是侦测装置包含用于对所接收的信号进行取样的组件，以及用于对所接收的信号进行分析的组件，以检测高频寄生脉冲的存在。

31.一种具有闭合状态和打开状态的断路装置，其特征是包含根据权利要求15至25中任一项所述的脉冲发射装置，其用于在断路装置处于打开状态时发射预定系列寄生脉冲，而且每个寄生脉冲与电气元件的耗电量无关并且包含一个高频波列。

32.根据权利要求31所述的装置，其特征是还包含具有指示灯的开关，当断路装置从闭合状态转换到打开状态时，其从打开状态转换到闭合状态，并且其中脉冲发射装置全部或部分通过具有指示灯的开关供电，这样，断路器处于闭合状态时脉冲发射装置不活动。

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