CN102947716A - 电气事件检测装置以及对电力使用进行检测和分类的方法 - Google Patents

Abstract

一些实施方案涉及一种被配置成用于检测一个或多个电气装置的电气状态的设备。该一个或多个电气装置连接到电力基础设施上并且在电力基础设施上产生一个或多个高频电气信号。该设备可以包括：（a）一个被配置成用于在计算单元的处理器上运行的处理模块；以及（b）一个被配置成用于连接到电气插座上的传感装置。该传感装置可以具有：（a）一个数据采集接收器，该数据采集接收器被配置成用于在该传感装置连接到该电气插座上时经由该电气插座接收一个或多个高频电气信号并且将该一个或多个高频电气信号转换成一个或多个第一数据信号。该电气插座可以电气连接到该电力基础设施上。该传感装置与该计算单元通信。该处理模块进一步被配置成用于至少部分地使用该一个或多个第一数据信号来识别该一个或多个电气装置的电气状态。该高频电气噪声包括在10千赫兹至3兆赫兹范围内的电气噪声。在此还披露了其他实施方案。

Description

电气事件检测装置以及对电力使用进行检测和分类的方法

发明人：施威达克·帕特尔（Shwetak N.Patel）（华盛顿州西雅图市）

马修·雷诺兹（Matthew S.Reynolds）（北卡罗来纳州达勒姆市）

斯达特·古普塔（Sidhant Gupta）(华盛顿州西雅图市)

卡西克·杨基斯沃伦（KarthikYogeeswaran）（加利福尼亚州圣塔莫尼卡市）

代理人：博恩凯悟律师事务所（美国亚利桑那州凤凰城）

相关申请的交叉引用

本申请是于2008年9月16日提交的美国申请号为12/283,869的部分继续申请并且要求其权益，且本申请要求于2007年9月18日提交的美国临时申请号为60/973,188的优先权。本申请还要求于2010年4月26日提交的美国临时申请号为61/328,122以及于2010年12月22日提交的美国临时申请号为61/426,472的优先权。美国申请号为12/283,869、美国临时申请号为60/973,188、美国临时申请号为61/328,122、以及美国临时申请号为61/426,472通过引用结合在此。

技术领域

本发明总体上涉及电气装置，更具体而言，涉及电气事件检测装置和对电力使用进行检测和分类的方法。

背景技术

许多当前的用于对电气设施启动进行检测并且分类的方法使用分布式模型，其中每个电气装置具有一个专用传感器，该专用传感器查找该装置的状态变化（例如，该装置的开启和关闭）。装置水平传感在概念上简单明了，但要求耗时并且昂贵的安装和维护。间接的传感技术也已用在传声器、加速计、摄像机被放置在整个结构的地方以检测电气设施活动。这种技术是有效的，但要求昂贵的安装和维护并且还能够提高在家庭设置中的私密关注。例如，用于电气事件检测的技术包含通过在整个生存空间分布的传声器间接地侦听开关和电动机的启动。

因此，对能够在家中或其他结构中提供电气装置的电气状态的详细信息但是配置相对不昂贵并且不要求专业的安装的装置或方法而言存在有益的需要或可能。

附图说明

为方便这些实施方案的进一步描述，提供了如下附图，其中：

图1根据第一实施方案示出了示例性电气事件检测装置的一个图形；

图2根据第一实施方案示出了图1的电气事件检测装置的框图；

图3根据一个实施方案示出了一种示例性频域瀑布图，该频域瀑布图显示了电气装置被打开和关闭；

图4根据第一实施方案示出了图1的电气事件检测装置的一个示例性数据采集接收器的部分电路图；

图5根据第二实施方案示出了示例性电气事件检测装置的一个图形；

图6根据第二实施方案示出了图5的示例性电气事件检测装置的传感单元的框图；

图7根据一个实施方案示出了一种提供电气事件检测装置的方法的示例性实施方案的流程图；

图8根据一个实施方案示出了一种对连接到电力基础设施上的一个或多个电气装置的电力使用进行检测并且分类的方法的示例性实施方案的流程图；

图9根据一个实施方案示出了使用第一电气信号来训练处理模块从而使第一数据信号与具体的电气装置的电气状态中的变化相关联的示例性活动的流程图；

图10根据一个实施方案示出了一个结构的示例性基线噪声信号特征的一个图形；

图11根据一个实施方案示出了一个新装置的示例性噪声信号特征的一个图形；

图12根据一个实施方案示出了在将基线噪声去除后的一个新电气装置的示例性噪声信号特征的一个图形；

图13根据一个实施方案示出了用于在示例性电气事件检测装置的示例性部署中使用的结构的人口统计数据的表格；

图14根据一个实施方案示出了显示示例性电气事件检测系统在示例性部署期间的性能的表格；

图15根据一个实施方案示出了显示示例性电气事件检测系统在示例性部署期间的性能的混淆矩阵表格；

图16根据一个实施方案示出了另一个表格，该表格汇总了当在示例性部署期间使用示例性电气事件检测系统的最小训练数据集时的分类精确度；

图17根据一个实施方案示出了使用10倍验证分类对横跨不同结构所使用的4个电气装置进行分类的示例性电气事件检测系统的性能的一个表格；

图18根据一个实施方案示出了显示随着时间变化通过将特征空间中的特征向量可视化的4个随机选取的电气装置的信号特征的时间稳定性或变化的图形；

图19根据一个实施方案示出了电气事件检测系统所观测的频谱的图形，显示了同一模型的4个CFL（紧凑荧光灯泡）所产生的噪声的光谱；

图20根据一个实施方案示出了来自插入到一个建筑物的两个不同壁装电源插座的电气装置的测试的数据的一部分的频谱的图形；

图21根据一个实施方案示出了调光器在不同的调光器水平上所产生的电磁干扰信号的图形；

图22示出了显示首先将示例性CFL灯通电时产生的电磁干扰的短脉冲的图形；

图23示出了适合用于实施图1的计算单元的实施方案的计算机；以及

图24示出了包括在图23的计算单元的机箱内部的电路板中的元素的示例的代表性框图。

为展示的简化和清晰，附图展示了总体的构造方式，并且众所周知的特征和技术的描述和细节可以略去以避免使本发明不必要地模糊。另外，附图中的元素不必按照尺寸绘制。例如，附图中的一些元素的尺寸相对于其他元素可以被放大以帮助改善对本发明的实施方案的理解。在不同附图中的相同参考数字表示相同的元素。

说明书和权利要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等等（如果有的话）用于在类似的元素之间区分，并且不必按照特别的序列或时间顺序描述。应理解这样使用的术语在合适的情况下是可互换的以便在此描述的实施方案例如能够按不同于描述的那些或在此以其他方式描述的顺序工作。此外，术语“包括”和“具有”以及其任何变化形式旨在覆盖非排他性的包括，以便包括一系列元素的程序、方法、系统、物件、器件、或设备不必限制于那些元素，而是可以包括未清楚地列出或这样的程序、方法、系统、项目、器件、或设备固有的其他元素。

说明书和权利要求中的术语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“上”、“下”等等（如果有的话）用于描述的目的而不必描述永久的相对位置。应理解这样使用的术语在合适的情况下是可互换的以便在此描述的实施方案例如能够在不同于描述的那些或在此以其他方式描述的其他方向工作。

术语“连接”等等应广泛理解并指代电气地、机械地和/或以其他方式将两个或多个元素或信号连接。两个或多个电气元件可以电气连接但不可以机械地或以其他方式连接；两个或多个机械元件可以机械连接但不可以电气地或以其他方式连接；两个或多个电气元件可以机械连接但不可以电气地或以其他方式连接。连接可以是持续任何时间长度，例如永久或半永久或仅片刻。

“电气连接”等等应广泛理解并且包括涉及任何电气信号的连接，无论电气信号、数据信号、和/或电气信号的其他类型或组合。“机械连接”等等应广泛理解并且包括全部类型的机械连接。

在词语“连接”等等附近缺少词语“可移除地”、“可移除的”等等不意味着有问题的连接等等是或不是可移除的。

具体实施方式

一些实施方案涉及一种被配置成用于检测一个或多个电气装置的电气状态的设备。该一个或多个电气装置连接到电力基础设施上并且在电力基础设施上产生高频电气噪声。该设备可以包括：（a）一个被配置成用于在计算单元的处理器上运行的处理模块；以及（b）一个被配置成用于连接到电气插座上的传感装置。该传感装置可以具有：（a）一个数据采集接收器，该数据采集接收器被配置成用于在该传感装置连接到该电气插座上时经由该电气插座接收该高频电气噪声并且将该高频电气噪声转换成一个或多个第一数据信号。该电气插座可以电气连接到该电力基础设施上。该处理模块进一步被配置成用于至少部分地使用一个或多个第一数据信号来识别该一个或多个电气装置的电气状态。该传感装置与该计算单元通信。高频电气噪声包括在10千赫兹至3兆赫兹范围内的电气噪声。

其他实施方案涉及一种对一个或多个电气装置的电力使用进行检测并且分类的方法。该一个或多个电气装置连接到一根电力线上。该方法可以包括：在该电力线上捕捉两个或更多个电气信号，该两个或更多个电气信号包括基本上连续的电气噪声；至少部分地使用在该两个或更多个电气信号中的该基本上连续的噪声在该电力线上检测一个或多个电气事件的发生；以及将该一个或多个电气事件与该一个或多个电气装置中的至少一个装置的电气状态的变化相关联。在该两个或更多个电气信号中该基本上连续的电气噪声包括在大于约1秒的持续时间内在该电力线上可识别的电气信号。

再者实施方案涉及一种被配置成用于检测一个结构的电力线基础设施中的两个或更多个电气事件的电气事件检测装置。该电气事件检测装置可以包括：（a）一个接收模块，该接收模块被配置成用于接收并且处理一个或多个电气信号的，该一个或多个电气信号包括一个高频分量，该接收模块具有：（1）一个电气接口，该电气接口被配置成用于耦合到该电力线基础设施上；（2）一个或多个滤波器电路，该一个或多个滤波器电路连接到该电气接口上并且被配置成用于使该一个或多个电气信号的一个或多个部分通过；以及（3）一个转换器模块，该转换器模块连接到该一个或多个滤波器电路的一个输出上并且被配置成用于将该一个或多个电气信号转换成一个或多个数据信号，该一个或多个数据信号包括关于该一个或多个电气信号的高频分量的信息；以及（b）一个被配置成用于在处理器上运行的处理模块，该处理模块具有：（1）一个事件检测模块，该事件检测模块被配置成用于使用关于该一个或多个电气信号的高频分量的信息来确定两个或更多个事件检测模块已经出现；（2）一个分类模块，该分类模块被配置成用于对该两个或更多个电气事件进行分类；以及（3）一个训练模块，该训练模块被配置成用于使一个第一事件类型与该一个或多个电气事件的一个第一事件相关联以及使一个第二事件类型与该一个或多个电气事件的一个第二事件相关联。该两个或更多个电气事件包括连接到该结构的电力线基础设施上的一个或多个电气装置的开启以及连接到该结构的电力线基础设施上的一个或多个电气装置的关闭。该一个或多个电气信号的该高频分量包括超过10千赫兹的电气信号。

电力线上的电力会包括电气噪声。电气连接到电力线的电气装置的工作会引起在电力线上出现的电气噪声。这种类型的电气噪声被称为传导的电磁干扰（EMI）。EMI可以分成两种类型：瞬态噪声和连续噪声。在一些实施方案中，当电气装置开启时出现的连续的或瞬态的电气噪声与几个交流电气周期后的电气噪声的形状是不相同的（例如，在美国交流电气周期是一秒的1/60）。例如，小型荧光灯泡（CFL）的电气噪声对于几个交流电气周期而言具有同一个形状，而当该CFL升温并且在CFL升温后，电气噪声的形状变化至第二种形状。在另一个实例中，DC（直流电）电动机具有连续噪声，但是DC电动机的连续噪声仅仅能够持续数微秒但是而当DC电动机运行可以重复每个交流电气周期。以下描述的电气事件检测装置可以对所有类型的电气噪声进行检测。

瞬态噪声以短持续时间为特征，可以在持续时间内（通常10纳秒至几毫微秒）观察瞬态噪声。另一方面，在一些实例中只要该电气装置运行，可以观察到连续噪声（基本上连续的噪声）。在许多实施方案中，如在本文中使用，“连续噪声”可以指重复的、连续的、不中断的、或反复的噪声。在同一个或不同的实施方案中，如果噪声的图案在每个交流电周期重复（或如果当电气装置是在运行中时不间断地对电气噪声信号进行观察），噪声可以是连续的。如果噪声中发生了一个交流电周期中断，则噪声仍然可以被认为是连续的噪声。

在许多实例中，可以在大于一个交流电气周期的持续时间内在电力线上识别连续电气噪声。在另一个实例中，可以在小于一个交流电周期的持续时间内识别连续的电气噪声但是电气信号在三个或更多个交流电气周期中重复。在另一个实例中，连续电气噪声可以是在大于大约10毫秒的持续时间内在电力线上可识别的电气信号。在另一个实例中，连续电气噪声可以是在大于大约50毫秒的持续时间内在电力线上可识别的电气信号。仍在其他实例中，连续电气噪声可以是在大于大约1秒的持续时间内在电力线上可识别的电气信号。在还其他实例中，连续电气噪声可以是在大于大约10秒的持续时间内在电力线上可识别的电气信号。

瞬态噪声和连续噪声都可以集中在一个狭窄的频带之内或扩展到一个更宽的带宽之上（例如，宽带噪声）。CFL是一个生成连续噪声的电气装置的例子，由于其同电力线基础设施电气连接，连续噪声在电力线上传导。因为一个结构的配电系统在该结构的断路器面板上并联互连，所以传导的EMI在整个结构的电线基础设施中从一个给定的电气装置广泛地传播。

连续噪声通常是电气装置的运行和内部电子装置固有的特性。由于这种类型的电气装置的电动机套管的电气接触的连续形成和断开，像研磨机这种电气设施发射同步于AC（交流电）功率的频率（在美国是60Hz）和其谐波（120Hz、180Hz等等）的电气噪声。

开关模式电源（SMPS）是一种电力供应单元，该电力供应单元结合一个开关式调节器以提供使用SMPS的电气装置所要求的输出电压。SMPS的功能是提供一个调节的输出电压，该输出电压的水平通常不同于从电力基础设施接收的输入电压的水平。由于同传统的电源相比，使用SMPS的电气装置具有更高的效率、更小的尺寸、以及更低的成本，这种电气装置已变得越来越流行。另外，制造厂商越来越多地在他们的产品中采用SMPS以满足最小的能量效率要求（例如，美国能源部的能量星计划）。例如，大多数个人计算机连同荧光照明现在使用SMPS。在十多年之前，由于SMPS技术尚未成熟和低成本单片SMPS实现方式的缺乏，大多数消费电子装置没有采用SMPS。

现代的基于SMPS的电气装置生成与其电源的内部振荡器同步的噪声。另外，与传统的线性功率调节器相反，SMPS不将额外的功率作为热量耗散，而是在电感器中存储能量并且根据需要将从电力线存入的能量切换输出到负载，并因此浪费的能量少于传统的电源。SMPS较小的尺寸和效率的关键是其使用功率晶体管以在高频率（也被称为开关频率）下切换存储的电能。开关频率通常远高于60Hz的AC线路频率（在美国），因为在更高的频率，所需的电感器或变压器要小得多。一个典型的SMPS运行在几十到几百千赫兹（kHz）。开关波形可以被调整以匹配SMPS正在对其供电的电气装置的功率要求。例如，CFL的电源采用SMPS从而生成给CFL供电所必须的高电压。该切换动作（这是SMPS的工作原理的基础）会生成大量的以该开关频率为中心的EMI。

此外，大多数现代消费电器趋向使用“软开关”来代替机械开关。不同于机械开关，软开关使用电子地将电力循环到电气装置的软件驱动按钮。在这种类型的开关中，由软件驱动的电子开关间接启动电气装置使在启动时刻所产生的瞬态噪声最小化。已经观察到几个装置（如使用软开关的LCD（液晶显示器）监控器和DVD播放机）不产生任何可检测的瞬态噪声。软件驱动装置（如LCD监控器和DVD播放机）几乎总是基于SMPS的，并且因此电气事件检测装置100（图1）可以通过监控由电气装置所产生的EMI来检测电力状态的变化。

像现代的基于SMPS电气装置，调光器由于至少一个内部三端双向可控硅开关的触发也产生连续噪声。这种连续噪声可以用于检测并且识别调光器控制的白炽灯负载。相比于SMPS产生的窄带噪声，调光器产生跨越成百上千赫兹的宽带噪声，该宽带噪声可以被模式化为具有大方差的高斯分布。

此外，在美国，联邦通信委员会（FCC）对连接到电力线基础设施上的任何电气装置设定了若干规则（例如，47C.F.R.部分15/18：消费者排放限度）指示电气装置可以传导返回电力线基础设施上的EMI最大量。该FCC限制目前对在150kHz与500kHz之间的频率范围是66dBuV（多伏对一微伏的分贝比），该频率范围几乎是50欧姆负载两端的-40dBm（多瓦特对1豪瓦特的分贝比）。

现在转向附图，图1根据第一实施方案示出了示例性电气事件检测装置100的一个图形。图2根据第一实施方案示出了包括一种示例性电气事件检测装置100的示例性系统200的框图。在一些实施方案中，电气事件检测装置100可以被配置成用于检测系统200中的一个或多个电气装置290（图2）的电气状态。电气事件检测系统100也可以被配置为在系统200中检测一个结构的电力线基础设施150中的一个或多个电气事件。在许多实例中，电气事件检测系统100可以使用电气装置290放置在电力线基础设施150上的连续噪声以便检测电气装置290的电气状态或检测电力线基础设施150上的电气事件。系统200和电气事件检测系统100仅是示例性的并且不限于在此所展示的实施方案。电气事件检测装置100可以应用于未在此具体描绘或描述的许多不同的实施方案或示例中。

在一些实例中，电气装置290产生一个或多个高频电气信号。在不同的实施方案中，高频电气信号（例如，成百上千千赫兹到若干兆赫范围内的电气信号）可以由电气装置290的一个或多个SMPS或其他电气部件（例如，内部的三端双向可控硅器件开关或内部的振荡器（SMPS除外））产生。在同一个或不同实例中，相对于电力线基础设施150的交流电气周期，高频电气信号可以是周期平稳的。高频电气信号可以是广义周期平稳的信号。在一些实例中，该高频电气信号可以以第二、第三、第四的顺序统计显示周期平稳特性。

在许多实施方案中，该高频电气信号是在10千赫兹至3兆赫兹范围内的电气信号。在另外的其他实施方案中，高频电气信号是在大约10千赫兹至大约3兆赫兹范围内的高频电磁干扰。仍在另一个实施方案中，高频电气信号是在大约30千赫兹至大约300千赫兹范围内的高频电磁干扰。

在同一或不同的实施方案中，高频电气信号是超出大约10千赫兹的电气信号。在一些实施方案中，电气事件检测装置100可以是足够敏感以捕捉横跨大约10千赫兹至大约3兆赫兹或者更具体而言，大约10千赫兹至大约1兆赫兹的频率范围从-100dBm至-10dBm的连续噪声。

在一些实例中，电气事件检测装置100所检测的一个或多个电气事件可以包括连接到电力线基础设施150上的电气装置190的致动和去致动（即，打开和关闭）。一个或多个电气事件还可以是电气装置的电源向该电气装置的其他部分所提供的电力的量值（例如，打开一个调光器开关）是变化的或有限的事件。如在此所使用的，每个电气装置290可以具有三种电力状态中的一种：（a）加电状态；（b）备用电源状态；或（c）完全的关闭电源状态。加电状态包含当电气装置是加电的并且当该电气装置的电力使用是大于名义使用时的所有电力状态（例如，它不是在备用电源状态或完全的关闭电源状态）。

备用电源状态是该电气装置在名义上是关闭的但是依然在牵引电力用于这些电气装置的一个或多个功能的电气状态。也就是说，在备用电力状态中的电气装置在名义上是关闭的，但是依然牵引电力用于一个或多个默认、连续、或恒定的功能。例如，在用户关闭盒式磁带录像机（VCR）或数字录像机（DVR）后，该VCR和DVR可以继续从电力线基础设施150牵引电力以照明该装置上（例如，一个时钟或一个或多个LED（发光二极管））的一个或多个显示器和／或执行一个或多个内部功能。在这种情况下，尽管用户认为VCR或DVR关闭，但是VCR或DVR实际上是在备用电源状态中。在另一个实例中，在用户关闭一个电气装置后，该电气装置可以继续牵引电力以给内部的电池充电，并且因此是在备用电源状态中。

完全的关闭电源状态是电气装置不从电力线基础设施150牵引任何电力（例如，真实的零电力）的一种电力状态。在VCR或DVR甚至在用户关闭该电气装置后牵引电力的实例中，VCR或DVR可以通过从电力线基础设施150拔掉该电气装置或将VCR或DVR插入一个完全地阻止VCR或DVR牵引电力的电气开关被放置在完全的关闭状态中。

如在此所使用的，“打开”和相似的短语是指从完全地关闭电源状态或一个备用电源状态移动该电气装置到加电气状态。类似地，如在此所使用的，“关闭”和相似的短语是指从加电状态移动该电气装置到完全关闭电源状态或一个备用电源状态。此外,“关闭电源状态”和相似的短语是指完全关闭电源状态或一个备用电源状态。“加电状态”和相似的短语是指一个加电状态。

在一些实例中，正如下面将描述的关于调光器和电视机，电气事件检测装置100还可以检测电气装置290的中间状态。也就是说，电气事件检测装置100可以检测电气装置290的不同加电状态。

图3根据一个实施方案示出了一种示例性频域瀑布图300，该频域瀑布图显示电气装置被打开和关闭。正如在图3中所显示的，当将示例性电气装置打开时，看见了在装置运行的持续时间内的窄带连续噪声信号特征。此外，在图3中可以看出在噪声中心处的噪声的强度是最强的（例如，电气装置的SMPS的中心频率）并且然后扩展到具有衰减的强度的更低或更高频率。衰减的强度可以用高斯函数粗略地建模，其平均值在开关频率处。这种分布可以归于组成开关电路核心的这些部件的容错以及电源负载的特征。如果所有的电气装置和它们的部件是理想的，则会在图3中在开关频率处看到一个单一的窄信号峰值。SMPS部件的容错也可以允许要不然完全相同装置之间的区别，如同一型号的CFL的多个单元。最后，该电力线本身可以被认为是传递函数（即在传感源与电气装置之间的电感的不同）并且可以提供多个类似的电气装置之间另外的判别。

返回参见图1-2，电气事件检测装置100可以包含：（a）至少一个传感单元110，该传感单元被配置成用于连接到电力线基础设施150的至少一个电气插座151上（即，在结构中的电力线）；以及（b）至少一个计算单元120。在一些实施方案中，电气事件检测装置100不包含电力线基础设施150、电气插座151、或电气装置290。在一个不同的实施方案中，电气事件检测装置100还不包含计算单元120。在一些实例中，电气事件检测装置100包含处理模块222（图2）但不包含计算单元120。

传感单元110可以包含：（a）至少一个接收器模块或数据采集接收器211；（b）控制器215；（c）带有发射器的通信装置216；以及（d）电源217，该电源被配置成用于为数据采集接收器211、控制器215、以及通信装置216提供电力。计算单元120可以包含：（a）带有接收器的通信装置221；（b）处理模块222；以及（c）存储模块230。

不采用限制的意义，使用电气事件检测装置100的简单实例涉及电气装置290（图2）在电力线基础设施150上产生一个或多个高频电气信号（例如EMI）。传感单元110可以检测电力基础设施150上的高频电气信号（例如连续噪声）并且生成包含关于高频电气信号的信息的一个或多个数据信号。传感单元110可以使用有线和/或无线通信方法将数据信号传送至计算单元120。计算单元120可以至少部分地使用数据信号识别电气装置290的电气状态。

数据采集接收器211可以被配置成用于接收并且处理来自电力基础设施150的一个或多个电气信号。该电气信号可以包含高频分量（例如EMI）。也就是说，数据采集接收器211可以被配置成用于接收具有高频分量的电气信号并且将电气信号以及更具体而言高频分量转换成一个或多个数据信号。

图4根据第一实施方案示出了一个示例性数据采集接收器211的部分电路图。参见图2和4，在不同的实施方案中，数据采集接收器211可以包含：（a）至少一个电气接口212，该电气接口被配置成用于连接到电力基础设施150的电气插座151（图1）上；（b）一个或多个滤波器电路213；以及（c）至少一个转换器模块214。在不同的实施方案中，电气接口212可以包含一个两个接脚或三个接脚的电源连接器。

在一些实例中，滤波器电路213可以电气连接到电气接口212上并且被配置成用于过滤掉来自电力基础设施的进入的电气信号的多个部分。滤波器电路被配置成用于使该高频电气噪声通过。例如，数据采集接收器211可以过滤掉AC线路频率（在美国60Hz），这样使得转换器模块214没有被强60Hz频率分量超载。在相同或不同的实例中，滤波器电路213可以包含高通滤波器。在一些实施方案中，该高通滤波器可以可以具有从50kHz到30MHz（兆赫兹）基本上平坦的频率响应。高通滤波器的3dB（分贝）拐脚可以是在36.7kHz处。这个3dB（分贝）拐脚允许足够宽的频带以查看电气信号中的EMI和其他高频连续噪声的完整范围。在一些实例中，滤波器电路213还可以包含10dB衰减器，这样使得恒定50欧姆负载在数据采集接收器211的输入处提供，而不考虑信号频率或AC线路条件。另外，在一些实例中，为了安全和与线电压隔离，可以使用高压电容器。在相同或不同的实例中，可以使用在图4中所显示的极性。也就是说，在一个实施方案中，线路和中性线路不应该相反连接，并且为了安全隔离电容器应该是AC线路额定的聚酯薄膜类型。

在一些实例中，滤波器电路可以包含电容器461、462以及电阻器463、464、465。电容器461和462可以是0.1uF电容器（450V聚酯电容器）。电阻器463和465可以是100欧姆、1瓦特额定的电阻器。电阻器464可以是75欧姆、1瓦特额定的电阻器。

转换器模块214可以电气连接到滤波器电路213上并且可以被配置成用于从滤波器电路213接收已滤波的信号。转换器模块214可以被配置成用于将一个或多个已滤波的信号转换成一个或多个数据信号。该一个或多个数据信号可以包含关于该一个或多个电气信号的高频分量的信息。在一些实例中，转换器模块214可以包含模数转换器。在一些实例中，模数转换器可以一个预定的速率（例如1MHz）对已滤波的电气信号进行采样。在一个实例中，转换器模块214包含一个USRP（通用软件无线电外设）。

在一些实例中，通信装置216可以包含无线发射器，并且通信装置221可以是无线接收器。在一些实例中，使用WI-FI（无线保真）、IEEE（电气与电子工程师协会）802.11无线协议或蓝牙3.0+HS（高速）无线协议可以发射电气信号。在进一步实例中，可以经由Zigbee（802.15.4）、Z-Wave或专有的无线标准发射这些信号。在其他实例中，通信装置216可以使用蜂窝连接或有线连接（例如使用导线）发射电气信号。

在北美和世界的许多其他地区，在大多数结构中电力基础设施通常使用三相电力。在一些结构中，穿过电力基础设施150中的相位的强噪声信号是可检测的。然而，对于一些结构的某些部分，这些部分在连接到电气接口212上的电气插座151的反相上，检测电气事件会非常困难。在一些实例中，在每相电上安装一个传感单元110（即，使用三相电源安装两个传感单元用于一个结构）或者在两相电存在的（例如烘干机的电连接器）可用的240V插座中安装传感单元110可以解决这个问题。安装两个传感单元110会允许电气事件检测装置100来从两相电捕捉事件，而且还增加了两个类似的装置的看起来类似的信号特征的可能性。然而，可以通过了解两个传感单元110中的哪一个检测到事件来解决看起来类似的信号特征的问题。

在一些实例中，处理模块222可以包括软件并且可以包含：（a）一个训练模块223，该训练模块被配置成用于使该一个或多个电气事件与一种或多种不同类型的电气事件相关联；（b）一个事件检测模块224，该事件检测模块被配置成用于至少部分地使用数据信号确定一个或多个电气事件是否发生；（c）一个分类模块226，该分类模块被配置成用于对该一个或多个电气事件的类型进行分类；以及（d）一个通信模块225，该通信模块被配置成用于与用户通信。

计算单元120或处理模块222可以被配置成用于至少部分地使用一个或多个第一数据信号（例如，关于该一个或多个电气信号的高频分量的信息）来识别电气装置290的电气状态。在不同的实施方案中，计算单元120和/或处理模块222可以被配置成用于至少部分地使用来自通信装置216的一个或多个数据信号来确定该一个或多个电气装置所消耗的电力。例如，处理模块222可以被配置成用于至少部分地使用来自通信装置216的数据信号来识别何时将该一个或多个电气装置290中的第一个电气装置通电或断电。

正如将在下面详细讨论的，在一些实例中，除传感单元110所接收的数据信号之外，处理模块222可以使用以下的数据类型来识别电气装置290的电气状态：（a）来自监管机构的数据库的数据；（b）包含关于以前观测的数据信号的一个或多个数据库的数据；（c）来自这些电气装置的一个或多个标签的数据；和/或（d）来自关于一个或多个电气装置的识别的用户的数据。

正如将在下面更详细讨论的，事件检测模块224被配置成用于至少部分地使用来自通信装置216的数据信号确定一个或多个电气事件是否发生。分类模块226可以被配置成用于确定引起电力基础设施150上的电气事件的电气装置的具体的电气事件。分类模块226可以被配置成用于使电力基础设施150上的电气事件与具体的电气装置的电力状态的变化相关联。

训练模块223可以被配置成用于使电力基础设施150上的具体的电气信号与具体的电气事件相关联。例如，训练模块223可以被配置成用于确定电力基础设施150上的具体的电气事件与具体的电气应用（例如，荧光灯、计算机、或洗衣机）的打开或关闭相对应。

在一些实例中，训练模块223可以被配置成用于执行训练或校准系列以使数据采集接收器211所检测的电气事件与具体的电气事件相关联。在执行校准系列后，训练模块223可以向分类模块226提供训练关联数据从而使得分类模块226使数据采集接收器211所检测的电气事件与具体的电气装置的状态的具体变化相关联。相对于图8中的方法800的活动835对示例性训练或校准系列进行描述。

通信模块225可以用于传送信息至电气事件检测装置100的一个或多个用户并且从其接收信息。例如，在训练或校准系列期间，用户可以使用通信模块225来输入信息。另外，当电气事件出现时，通信模块225可以通知用户。在一些实施方案中，通信模块225可以使用图23的监控器2306、键盘2304、和/或鼠标2310。

存储模块230可以存储训练模块223、事件检测模块224、通信模块225、以及分类模块226所使用的信息和数据。在一些实例中，存储模块230可以包含USB端口2312（图23）中的USB装置、CD-ROM和/或DVD驱动2316（图23）中的CD-ROM或DVD、硬盘驱动器2314（图23）、或存储器2408（图24）。

处理模块222可以被配置成用于在计算单元120的处理器上运行（例如，图24的中央处理单元（CPU）2410）。如在此处所用，“计算单元”可以是指单个的计算机、单个的服务器、或在一个或多个位置处的计算机和/或服务器的集群或集合。在一个实例中，计算单元120可以包含在图23和24中所展示的计算机。在一些实例中，计算单元120可以至少部分地对于用户而言是本地的。在其他实例中，该用户可以通过因特网或其他网络访问计算单元120。

在一些实例中，计算单元120可以是第一服务器。第一服务器可以是电气事件检测装置100的用户的家用计算机，或建筑物的所有者自身拥有的或控制的计算机，电气事件检测装置100安装在该建筑中。在其他实例中，第一服务器可以是位于该结构中的另一个电气装置（带有处理器）（例如，家庭控制或自动化系统、保安系统、环境控制系统）。该第一服务器可以包含通信装置221的第一部分、存储模块230、训练模块223、事件检测模块224、通信模块225、以及分类模块226。一个或多个第二服务器（电气事件检测装置100的生产厂家或分销商所拥有或控制的计算机或服务器、公共事业公司、或安全监控公司）可以包括这些模块的第二可能重叠的部分。在这些示例中，计算单元120可以包括第一服务器与该一个或多个第二服务器的组合。

图5根据第二实施方案示出了一种包括电气事件检测装置500的示例性系统的一个图形。图6根据第二实施方案示出了电气事件检测装置500的传感单元510的框图。在一些实施方案中，电气事件检测装置500可以被配置成用于检测系统501的一个或多个电气装置290（图2）的电气状态。电气事件检测系统500也可以被配置为检测系统501的电力线基础设施150（图1和5）中的一个或多个电气事件。在许多实例中，电气事件检测系统500可以使用电气装置290（图2）放置在电力线基础设施150上的连续噪声以便检测电气装置290的电气状态或检测电力线基础设施150上的电气事件。电气事件检测装置500所检测的电气事件可以包括连接到电力线基础设施150上的电气装置290（图2）的致动和去致动（即，打开和关闭）。一个或多个电气事件还可以是电气装置的电源向该电气装置的其他部分所提供的电力的量值（例如，打开一个调光器开关）是变化的或有限的事件。系统501和电气事件检测系统500仅是示例性的并且不限于在此所展示的实施方案。系统501和电气事件检测装置500可以应用于未在此具体描绘或描述的许多不同的实施方案或示例中。

参见图5和6，电气事件检测装置500可以包含：（a）传感单元510；（b）被配置为连接到电力基础设施150的电气插座151上的集线器540；（c）被配置为将集线器540连接到计算单元120上的路由器505；以及（d）计算单元120。在其他实例中，集线器540可以连接到计算单元120上而不使用路由器505，在这种情况下，电气事件检测装置500和系统501不包含路由器505。

在一些实例中，传感单元510连接到电气断路器面板552和实用瓦特计553中的至少一个上。在其他实例中，传感单元510可以与电气断路器面板552或实用瓦特计553中的至少一个集成或是电气断路器面板552或实用瓦特计553中的至少一个的一部分。在一个实施方案中，电气事件检测装置500不包含电气断路器面板552、实用瓦特计553、电力线基础设施150、电气插座151、或电气装置290。在一个不同的实施方案中，电气事件检测装置500还不包含计算单元120或路由器505。在一些实例中，电气事件检测装置500包含处理模块222但不包含计算单元120。

不采用限制的意义，使用电气事件检测装置500的简单实例涉及产生一个或多个高频电气信号的电气装置290（图2）。传感单元510可以检测电力基础设施150上的高频电气信号并且生成包含关于高频电气信号的信息的一个或多个数据信号。传感单元510可以在电力基础设施150上使用电力线通信（PLC）方法将数据信号传送至集线器540。集线器540可以使用有线和/或无线通信方法将数据信号传送至计算单元120。计算单元120可以至少部分地使用数据信号识别一个或多个电气装置的电气状态。

参见图5和6，传感单元510可以包含：（a）数据采集接收器611；（b）控制器615；（c）通信装置616；以及（d）电源617。在一些实例中，控制器615和电源617可以分别与图2的控制器215和电源217类似或相同。类似于传感单元110（图1和2），传感单元510可以被配置成通过处理来自电力基础设施150的一个或多个电气信号来检测电力基础设施150上的连续噪声。在一些实施方案中，传感单元510可以被配置成用于接收具有高频分量的电气信号并且将电气信号以及更具体而言电气信号的高频分量转换成一个或多个数据信号。

数据采集接收器611可以包含：（a）一个或多个电流互感器628和629；（b）一个或多个滤波器电路613；以及（c）至少一个转换器模块614。

电流互感器628和629可以可以用于测量通过导体的AC电流的量。电流互感器628和629可以产生小的、容易测量的信号，该信号与导体中的更大电流成比例。具体而言，电流互感器628和629测量流过将电气断路器面板552连接到实用瓦特计553上的两个导体的电流的量，每个AC相位具有一个电流互感器。一个结构所消耗的总的电力是每个AC相位所提供的电力的和。

在其他实例中，电流互感器628和629不是电流互感器。电流互感器628和629可以是测量电流的任何装置，如霍尔效应传感器、罗果夫斯基线圈、电流互感器、或分路电阻。例如,电流互感器628和629可以是分路电阻。也就是说，AC电流可以流过一个小电阻并且数据采集接收器611可以测量流过小电阻所产生的小电压。这个测量的小电压与流过将电气断路器面板552连接到实用瓦特计553上的两个导体的电流的量成比例。

在一些实例中，滤波器电路613被配置成用于过滤掉来自电力基础设施的进入的电气信号的多个部分。例如，数据采集接收器613可以过滤掉AC线路频率（在美国60Hz），这样使得转换器模块614没有被强60Hz频率分量超载。在相同或不同的实例中，滤波器电路613可以包含高通滤波器。在一些实例中，滤波器电路613可以与图2的滤波器电路213类似或相同。

转换器模块614可以电气连接到滤波器电路613上并且可以被配置成用于从滤波器电路613接收已滤波的信号。转换器模块614可以被配置成用于将一个或多个已滤波的信号转换成一个或多个数据信号。数据信号可以包含关于电气信号的高频分量的信息。在一些实例中，转换器模块614可以包括：（a）模数转换器619；以及（b）数字信号处理器618。

在不同的实施方案中，通信装置616可以包含PLC发射器。PLC发射器可以是用于发射导体上的数据的发射器，该导体用于电力发射（例如，电力基础设施150）。通信装置616可以电气连接到电力基础设施150上并且可被配置成用于在电力基础设施150上将数据信号传送到集线器540。在相同或不同的实例中，通信装置616与集线器540之间PLC通信可以是双向的。在其他实例中，通信装置616可以与通信装置216类似或完全相同并且可以直接发射数据信号至路由器505和/或计算单元120。

集线器540可以包含：（a）电气接口641，该电气接口被配置成用于连接到电力基础设施150（图5）的电气插座151（图5）上；以及（b）通信装置643。

在不同的实施方案中，电气接口641可以包含一个两个接脚或三个接脚的电源连接器。在一些实例中，电气接口641还可以包含PLC接收器。电气接口212的PLC接收器可以被配置成用于经由电力基础设施150从传感单元510的通信装置616接收数据信号。在一些实例中，电气接口641还可以包含PLC发射器。

通信装置643可以电气连接到电气接口641上并且从电气接口641接收数据信号。在一些实例中，通信装置643可以包含无线发射器.无线发射器可以经由路由器505发射数据信号至计算单元120（或直接至计算单元120）。在其他实例中，通信装置643可以使用导线连接到路由器505和/或计算单元120上并且在导线上传送数据信号。仍在仍其他实例中，集线器540与计算单元120或路由器505集成或是计算单元120或路由器505的一部分。

图7根据一个实施方案示出了一种提供电气事件检测装置的方法700的示例性实施方案的流程图。方法700仅是示例性的并不限于在此所展示的实施方案。方法700可以应用在未在此具体描绘或描述的许多不同的实施方案或实例中。在一些实施方案中，能够以所展示的顺序执行方法700的活动、程序、和/或过程。在其他实施方案中，能够以任何合适的顺序执行方法700的活动、程序、和/或过程。也在其他实施方案中，可以组合或跳过方法700中的活动、程序、和/或过程中的一个或多个。

参见图7，方法700包含提供至少一个数据采集接收器的活动710。在一些实施方案中，数据采集接收器可以被配置成用于接收和处理来自电力基础设施的一个或多个电气信号并且将电气信号转换成第一数据信号。例如，数据采集接收器可以与图2的数据采集接收器211或与图6的数据采集接收器611类似或完全相同。在相同或不同的实例中，活动710可以包含提供第二数据采集接收器。在一些实例中，第一数据采集接收器可以连接到一个结构的电力基础设施的第一相位上并且第二数据采集接收器可以连接到该结构的电力基础设施的第二相位上。

图7中方法700继续提供通信装置的活动715。在一些实施方案中，该通信装置可以包含发射器并且可以被配置成用于发射第一数据信号。作为实例，通信装置可以与图2的通信装置216或与图6的通信装置616类似或完全相同。

随后，图7的方法700包括提供控制器的活动720。作为实例，控制器可以与图2的控制器215或与图6的控制器615类似或完全相同。

接下来，图7的方法700包含电气连接通信装置、数据采集接收器、控制器的活动725。例如，通信装置、数据采集接收器、控制器的电气连接与图2的通信装置216、数据采集接收器211、控制器215的电气连接或与图6的通信装置616、数据采集接收器611、控制器615的电气连接类似或完全相同。

图7中方法700继续提供计算单元的活动730。在一些实施方案中，计算单元可以被配置成用于使用第一数据信号确定一个或多个电气装置的电气状态的变化。作为实例，计算单元可以与图1和/或图5的计算单元120类似或完全相同。

在一些实例中，活动730可以包含提供计算单元，从而包含：（a）被配置为从通信装置接收数据信号的通信装置；（b）被配置为使一个或多个电气事件与一个或多个不同类型的电气事件相关联的训练模块；（c）被配置为确定电气事件是否已经发生的电气事件检测模块；（d）被配置为对电气事件的类型进行分类的分类模块；以及（e）被配置为与用户通信的通信模块。作为实例，通信装置、训练模块、事件检测模块、分类模块、和/或通信模块可以分别与图2的通信装置221、训练模块223、事件检测模块224、分类模块226、和通信模块225类似或完全相同。

图8根据一个实施方案示出了一种对连接到电力基础设施上的一个或多个电气装置所的电力使用进行检测并且分类的方法800的实施方案的流程图。方法800仅是示例性的并不限于在此所展示的实施方案。方法800可以应用在未在此具体描绘或描述的许多不同的实施方案或实例中。在一些实施方案中，能够以所展示的顺序执行方法800的活动、程序、和/或流程。在其他实施方案中，能够以任何合适的顺序执行方法800的活动、程序、和/或过程。也在其他实施方案中，可以组合或跳过方法800中的活动、程序、和/或过程中的一个或多个。

参见图8，方法800包含将数据采集接收器连接到电力基础设施上的活动810。在一些实例中，数据采集接收器可以包含电气接口。该电气接口可以被配置成用于连接到该电力基础设施上。例如，电气接口可以是两个接脚或三个接脚电气插座，并且该电气插座可以连接到电力基础设施的电气壁式插座上。在其他实例中，数据采集接收器可以连接到一个结构的电气断路器面板和/或实用瓦特计上。在一些实施方案中，活动810可以包含将数据采集接收器连接到一个结构的两相位电力基础设施的每个相位上。在一些实例中，数据采集接收器和电气接口可以分别与图2的数据采集接收器211和电气接口212类似或完全相同。数据采集接收器也可以与图6的数据采集接收器611类似或完全相同。

图8中的方法800继续从电力基础设施捕捉一个或多个第一电气信号的活动815。在一些实例中，所捕捉的电气信号包含电气噪声，以及更确切地说具有基频的连续电气噪声。在不同的实例中，连续电气噪声可以包含高频电磁干扰（例如，几十到几百千赫兹范围的电气信号）。在许多实施方案中，该数据采集接收器可以捕捉第一电气信号。

接下来，图8的方法800包含将第一电气信号转换成一个或多个第一数据信号的活动820。在一些实例中，转换第一电气信号可以首先包含使用滤波器电路对电气信号进行滤波并且然后使用转换器模块将已滤波信号转换成数字信号。在不同的实例中，可以应用高通滤波器到第一电气信号以过滤掉例如AC线路频率、AC线路频率的谐波、和/或其他频率。后来，通过馈给已滤波的电气信号到转换器模块（例如，模数转换器）可以将已滤波的电气信号转换成第一数据信号，该转换器模块例如可以以1MHz（兆赫兹）采样已滤波的电气信号。在一些实例中，滤波器电路和转换器模块可以与图2的滤波器电路213和转换器模块214和/或图6的滤波器电路613和转换器模块614类似或相同。

接下来，图8的方法800包括发射第一数据信号的活动825。在一些实施方案中，可以使用发射器发射该第一电气信号。作为实例，发射器可以与图2的通信装置216或与图6的通信装置616类似或完全相同。在一些实例中，发射器可以是无线发射器。在其他实例中，可以使用导线发射该第一数据信号。仍在进一步的实例中，可以使用有线和无线通信的组合发射第一数据信号。例如，该信号可以通过电力线从数据采集接收器传送到集线器并且无线地从集线器发射到计算单元。

在图8中的方法800继续接收第一数据信号的活动830。在一些实施方案中，可以使用接收器接收该第一电气信号。作为实例，接收器可以与图2的通信装置221的接收器类似或完全相同。在一些实例中，接收器可以是无线接收器。在其他实例中，可以经由导线由有线的接收器或使用有线和无线接收器的组合接收第一数据信号。

随后，图8的方法800包含使用第一电气信号来训练在计算模块上运行的处理模块从而使第一数据信号与具体的电气装置的电气状态中的变化相关联的活动835。图9根据一个实施方案示出了使用第一电气信号来训练处理模块从而使第一数据信号与具体的电气装置的电气状态中的变化相关联的活动835的的示例性流程图。

图9的活动835中的第一程序是准备第一数据信号的程序911。在一些实例中，第一数据信号作为2048点向量进行缓冲，并且计算第一数据信号的快速傅里叶变换（FFT）以获得频域信号。2048点可以等量地在500kHz谱宽上展开，这产生了每FFT组244Hz的分辨率。FFT向量或频率向量每秒被计算244次。在其他实例中，可以使用具有其他大小的FFT组和其他数量的点向量在一些实施方案中，第一数据信号的准备是由事件检测模块执行的。例如，事件检测模块可以与图2的事件检测模块224类似或完全相同。

图9的活动835中的下一个程序是在该电力线基础设施上检测一个或多个电气事件的发生的程序912。大多数SMPS装置产生超出第一数据信号的基线噪声基底8dB至60dB的噪声峰值。在大多数结构中，基线噪声基底可以不可预测地变化，在整个频谱上在-90dBm与-70dBm之间。因为基线噪声的可变性高，进入的频率向量可以随着时间被平均以获得稳态的噪声基底。在一些实例中，可以使用具有预定量（例如25）的窗口尺寸的滑动窗口平均值。使用太小的窗口尺寸会导致误肯定的增加，而大的窗口尺寸会增加几乎同时的事件之间所需要的时间量以作为分开的事件检测它们。

在一些实例中，事件检测模块可以计算预定个数的频率向量的平均数并且在存储模块230（图2）中作为基线噪声信号特征存储它。图10根据一个实施方案示出了一个结构的基线噪声信号特征的实例的一个图形1000。

此后，每预定个数的频率向量计算一个新的窗口，并且计算带有新的基线噪声信号特征的差分向量。当启动电气装置并且频域中的新的噪声引入到电力线基础设施，该差分向量反映了这种变化。因此，这个差分向量允许事件的分割。图11根据一个实施方案示出了一个新装置的噪声信号特征的一个图形1100。图12根据一个实施方案示出了在将基线噪声去除后一个新电气装置的噪声信号特征的一个图形1200。

在不同的实施方案中，事件检测模块可以扫描差分向量以发现大于预定义的阈值的任何值。事件检测模块可以使用设置一次并且在不同的结构中使用的全局阈值。在一些实例中，超出噪声基线8dB的阈值可以是足够的功率阈值。因为在窗口中的向量被平均，如果窗口仅仅部分地与事件重叠，则事件检测模块仍然可以正确地检测它，但是差分向量将会反映一个更小的幅值。为了缓解这个潜在的问题，当检测到一个事件时，使用下一个窗口周期计算一个新的差分向量。在检测到一个事件后，适当地升级基线噪声向量从而反映电力基础设施的新的噪声基底。

在许多实例中，事件检测模块可以使用差分向量发现超出阈值的振幅或频率分量并且可以符合高斯函数以提取均值、振幅以及方差参数。例如，图12显示了来自一个新启动的装置的电气信号的示例性振幅（A）、均值（μ）以及方差（σ）。振幅的变化可以是正的或负的，取决于是被开启还是被关闭。对于相反的状态转换，噪声信号特征是彼此相反的（即，打开和关闭具有相反的噪声信号特征）。

可以使用中心频率的参数由事件检测模块产生有嫌疑事件的特征向量，该中心频率通常是全局最大频率分量。其他峰值也可以作为谐波出现。在许多实例中，事件检测模块可以应用欧氏距离度量标准的KNN（k最近邻法）（k=1）并且使加权相反以产生特征向量。

随后，图9的活动835包含将具体的电气装置与具体的电气事件相关联的程序913。在一些实例中，训练模块可以与用户执行训练或校准过程产生这种相关联。

如果电气事件检测系统采用基于指纹的方法用于装置识别，则要求训练过程以了解一个结构中不同的装置的这些参数。在一些实例中，这种训练通常通过使用户致动每个装置至少一次而实现。

在其他实例中，用于电气噪声信号特征的数据库的信息的另一个来源可以是云来源。可以维持在所有的电气事件检测装置之间共享的中心数据库。当用户标记新的电器时，该电器成为公共储存库的一部分，允许未来的查询以便使用信息从而识别新的电气装置。例如，用户可以访问流行的消费电子器件信号特征的在线数据库，这些信号特征由已经经历过校准过程的其他用户提交。

另外，因为感测的EMI是工程信号，生成这样的信号特征数据库而不物理地致动一个装置或对其进行物理的访问是可能的。这可以通过挖掘来自一个装置的美国政府FCC（联邦通信委员会）符合情况报告和其他技术数据手册的信息来实现，这些技术数据针对具体的电气装置发射的各种噪声峰值列出了频率和原大小（以dBuV）。

例如，要求消费电子设备通过某些例如FCC认证，FCC确保它们产生的EMI在某些预定义的范围内。认证的结果是描述设备的电气规格和噪声特征的公众可使用的文件。可以从公众可使用的文件提取信息，这些信息可以用于建立包含各种电器的预期谐振频率的数据库。这种信息的其他来源可以从挖掘消费电子设备中发现的内部集成电路和振荡器的数据手册导出。

返回参见图2，计算单元120（图1）可以在存储模块230（图2）中存储关联或校准过程的结果。该信息可以在以后用于将一个或多个噪声信号特征与具体的电气事件相关联。

在相同或不同的实施方案中，存储模块230可以包含电气装置的电气噪声信号特征的数据库。在一些实例中，电气装置的电气噪声信号特征可以由第三方提供（电气事件检测装置100（图1）和/或500（图5）的生产厂家）。

在相同或不同的实施方案中，校准过程可以包含电气事件检测装置100的用户帮助将电气装置与具体的电气事件关联的标记过程。在一些实施方案中，训练序列包含电气事件检测装置100的用户开启和关闭每个电气装置（或至少开启和关闭在家庭或其他结构中使用SMPS的电气装置）而训练模块223在运行并且记录电力线基础设施150上电气事件。

为了识别电气事件，训练模块223（或事件检测模块224）可以应用滑动窗口步进检测器，该检测器连续地查找分段数据的大小变化。训练模块223（或事件检测模块224）可以在它遇到以一个变化的速率（大于已知的或预定的阈值）单调地增加或减少的信号时触发步进检测器。

在一些实例中，将已知的阈值设置成任意大的数并且以小的步进减少。对于每次步进，训练模块223（或事件检测模块224）可以分割孤立发生的事件的随机的子集。如果计算出事件的正确数量，则接受阈值。如果没有计算出事件的正确数量，则减少阈值，并且重复该过程。例如，如果子集包含四个事件，应该存在四个分割的步进增加和四个分割的步进减少。训练模块223（或事件检测模块224）可以单调地减少该检测阈值直到看见这个图案。以此方式，已知的阈值设置有最小的监督或人类的参与。在其他实施方案中，训练模块233可以设置阈值量到一个预定的量（例如8dB）。

在循环每个电气装置的电力之后，用户可以使用通信模块225标记训练模块223所检测的每个电气事件。例如，如果用户：（1）打开和关闭电视机；以及（2）在一个房间中带有荧光灯泡的四个灯的每个的打开和关闭，电气事件检测装置100所检测的前面两个电气事件可以标记为电视机被打开或关闭，后面八个电气事件可以标记为每个灯被打开或关闭。类似地，用户可以为房子或建筑物中的所有的电气装置循环打开和关闭电源并且执行类似的标记过程。

在其他实例中，通信模块225包含在移动电气装置上运行的部分（例如，加利福利亚的库比蒂诺州的苹果公司的或

该移动电气装置允许用户在具体的电气事件出现时用时间戳进行标记。在一些实例中，用户可以循环打开和关闭在该结构中的所有电气装置的移动电源而同时携带运行通信模块225的一部分的电气装置。当电气事件发生时用户可以使用通信模块225来标记。例如，当训练模块223正在运行并且记录电气事件时，用户可以打开膝上计算机并且按压电气装置上引起电气装置记录电气事件的描述和事件发生时间的按钮。

训练模块223可以使移动电气装置所记录的数据和数据采集接收器211所记录的电气信号相关联。在一些实例中，移动电气装置可以立刻（例如实时）将数据转给计算单元120，并且在其他实例中，在训练过程完成后，可以将该数据传送至计算单元120（例如以批处理方式）。

仍在进一步的实例中，用户可以循环打开和关闭在该结构中的所有电气装置的电源，并且训练模块223可以访问存储模块230中的电气装置的电气噪声信号特征（或在线数据库），并且自动地将电气噪声与具体的电气装置的电气噪声信号特征相关联。在不同的实施方案中，用户可以输入关于建筑物中的电气装置的信息（例如生产厂家、型号、和/或序列号）以帮助训练模块223将电气事件与在该结构中的电气装置的电气噪声信号特征相关联。也就是说，训练模块223可以将数据采集接收器211（图2）所检测的电气噪声信号与建筑物中的电气装置的存储的电气噪声信号特征进行比较，从而将电气事件与具体的电气装置相关联。

在不同的实施方案中，代替承担训练序列的工作，训练模块223或分类模块226可以在新的电气装置首次致动时并且电气事件检测装置100正在运行时访问电气噪声信号特征的数据库。在这种情况下，该新的电气装置的电气噪声信号特征可以与电气噪声信号特征数据库进行比较，以查找匹配信号特征。

在相同或不同的实例中，如果使用电气噪声信号特征数据库不能识别电气事件，则可以手动地标记电气事件。在一些实例中，训练模块223可以将电气装置分类成装置种类（例如，电视机），并且用户可以提供准确的标签（例如，索尼KDL-40V TV）。如果用户拥有大量的这样的电气装置，用户可以接通和关闭这些电气装置，并且电气事件检测装置100可以生成带有类别标签的可以用更准确的信息来更新的清单。作为图9中的程序911的一部分，完成将具体的电气装置与具体的噪声信号特征相关联之后，图9的活动835结束。

再次参见图8，方法800继续捕捉来自电力基础设施的第二电气信号的活动840。活动840可以与活动815类似或相同。

图8中的方法800继续将第二电气信号转换成第二数据信号的活动845。活动845可以与活动820类似或相同。

接下来，图8的方法800包括发射第二数据信号的活动850。活动850可以与活动825类似或相同。

接下来，图8的方法800包括接收第二数据信号的活动855。活动855可以与活动830类似或相同。

图8中的方法800继续检测在电力基础设施上的一个或多个第一电气信号的出现的活动860。活动860可以与图9的程序912类似或相同。在这个活动中，事件检测模块可以定位电气信号中的超出预定阈值的峰值。

随后，图8的方法800包含将该一个或多个电气事件与该一个或多个电气装置中的至少一个装置的电气状态的变化相关联的活动865。在一些实例中，电气装置的电气状态的变化可以来自以下各项之一：（a）完全关闭电源状态（或备用电源状态）至电源开启状态；或（b）电源开启状态至完全关闭电源状态（或备用电源状态）。

在相同或不同的实施方案中，电气事件可以是从向电气装置提供一个第一电力的第一状态至向电气装置提供第二电力的第二状态的变化。在本例中，该第一电力不同于该第二电力。在一些实施方案中，该第一电力和该第二电力不是关闭电源状态。

事件检测模块224（图2）可以使用差分向量发现超出阈值的峰值并且可以符合高斯函数以提取均值、振幅以及变化参数。为每个分割的事件产生特征向量并且然后可以用于建立一个KNN模型。KNN模型可以用于自动地确认电气事件的来源。事件检测模块224（图2）可以应用欧氏距离度量标准的KNN（k=1）以及相反的权重。

在相同或不同的实例中，在事件检测模块224（图2）定位数据采集接收器211（图2）的电气信号中的峰值之后，事件检测模块224可从该信号中提取三个特征：（1）步进变化的相对幅值；（2）流量变化的斜率；以及（3）未知的事件的上升或下降时间。这三个特征在解释清楚的电气装置可以是有用的。

事件检测模块224（图2）可以使用收集的关于电气事件的信息来将它与具体的电气装置相关联。例如，事件检测模块224（图2）可以将电气事件的信号特征与训练过程保存的信号特征进行比较，以确定哪个电气装置引起了该事件以及事件的类型。

接下来，图8的方法800包含向用户显示关于一个或多个电气事件的信息的活动870。在一些实例中，通信模块225（图2）可以向用户显示关于一个或多个电气事件的信息。可以以多种形式显示信息。在一些实施方案中，在具体的时间段内，在该结构中的两个或更多个电气装置的电气状态可以以图表的形式向用户呈现。在一些实施方案中，关于一个或多个电气事件的信息可以实时显示。在活动870之后，每次新的电气事件出现可以重复活动840、845、850、855、860、865、以及870，以识别电气事件。使用这些活动，系统可以一个或多个电气装置的电力使用进行检测和分类。

在此展示了电气事件检测装置100的示例性实施方案的测试的结果。正如将在下面详细描述的，当在单独的电气装置水平上识别和分类连续噪声电气事件，电气事件检测装置100（图1）的示例性实施方案的测试的结果具有平均93.82%的分类精度（例如，特殊的电视机、膝上计算机、或CFL灯）。

电气事件检测装置100的示例性实施方案在120V、60Hz的电力基础设施上测试。然而，使用对硬件和软件具有较小的变化的不同的频率和电压水平可以容易地将电气事件检测装置100（图1）应用到电气设施。对于已经对相位布线进行分路的结构（即，180度不同相的两个120V分支）而言，在一些实例中，在两个相位之间的串扰允许电气事件检测装置100（图1）继续在一个单一的位置处检测并且在两个相位上捕捉事件。

使用电气事件检测装置100的示例性实施方案（图1）在7个不同的结构中进行多个应用。在一个更长的时间段内（即，6个月）从一个结构和在更短的时间段内从多个其他建筑物收集数据。本方法显示了向多组不同的结构的以及电气事件检测装置100（图1）长期时间的稳定性电气事件检测装置100（图1）的一般适用性。图13根据一个实施方案示出了示例性电气事件检测装置100的示例性部署中使用的结构的统计数据的表格1300。

对于每个结构，随机挑选了带有两个电气插座的可供使用的电气插座。将示例性的传感单元110插入电气插座151并且插入为计算单元120供电的其他电气插座（图1）。计算单元120（图1）产生EMI噪声，但是将这种EMI噪声去除作为基线噪声的一部分。在安装后，包含开关电源的结构中的每个电气装置都作出了注意事项。本清单包含由调光器开关驱动的白炽灯和带有CFL灯泡的任何灯装置。对于调光器，仅在0%和100%的调光水平上收集事件，因为准确地并且重复地设置中间调光水平具有挑战性。在后面展示关于调光器的更多分析。收集的标签然后输入到地面实况标签软件中。

在这些结构中的电气装置在两个阶段中测试。在第一阶段中，将每个电器单独地开启和关闭五至六次，以确保捕捉到每个电器的隔离的信号特征。每次电气事件检测系统检测到事件（即，当电气装置打开时），自动地提取这些特征并且发送到地面实况标签软件队列。当捕捉到多个事件，使用地面实况标签软件标记这些事件。对在该结构中的所有电气装置实施这个过程。

在每个结构中，对于数据采集的第二阶段，目标是在相重叠和同时的事件会发生的自然设置的情况下收集数据。为了创造更自然的设置，要求该结构的拥有者执行某些活动，如看电视、准备一顿饭等等，而打开随机的电器和/或电器的逻辑组。例如，打开DVD播放机、数字有线电视机顶盒、和游戏控制台，并且然后打开电视以模拟通过通用的遥控器看电视的经历。

除在每个测试结构中已经发现的电气装置之外，从每个结构中的相同膝上计算机电源适配器、相同的两个CFL、以及相同的摄像机充电器收集了数据。为了模拟每个装置的自然使用，将这些电气装置在这些结构中四处移动并且插入任何可用的插座。这允许在不同的结构中分析噪声信号特征的稳定性。

对地面实况标签软件所收集的数据进行加时间戳、加标签、并且储存在XML（扩展标记语言）数据库中。因为这些测试收集了比所要求的还要多的特征，XML数据库允许了数据的简单过滤和解析以便以可以直接导出和处理的格式生成输出数据。

为了测试电气事件检测装置的时间稳定性和长期可行性，在6个多月的事件内在这些结构之一处部署电气事件检测装置的示例性实施方案。在整个周期中使用在其他结构中使用的地面实况标签工具的不重要的变体来手动地收集并且标记多个事件。每次检测到事件时，登录工具会将提取的特征放到队列中并且产生一个可听见的嘟嘟响。这些结构居住者被指示使用标签工具为他们启动的电器标记这些事件。

将该标签工具设计为具有流线型的界面，仅仅要求从屏幕选择清单上选择装置标签。如果用户在多于6分钟的时间内未将事件标记在队列中，则该事件被标记为未知并且从队列清除。这个特征允许了居住者处理任何错误地检测的事件并且在居住者不能迅速地处理标签工具时忽略这些事件。尽管这是一个方便的特征，这个特征还意味着居住者错过或决定忽略的真实事件的标签丢失。然而，本申请的意图是在延长的事件内尽可能多地收集地面实况标签。

从7个结构中收集了合计2,576个电气事件。最多的事件来自于照明，这些照明趋向于基于CFL或者调光器。大多数其他可检测的装置是普通的电子消费设备，如LCD（液晶显示器）或LED（发光二极管）电视机、游戏控制台、个人计算机、电源适配器等等。

多个电器如烘干机和电炉在一些测试结构中似乎没有产生事件。一般而言，这样的装置是大的电阻负载并且由此不发射任何高频噪声。因为仅仅家庭H7具有现代的符合能量星计划的高效洗衣机，该洗衣机产生连续噪声，所以从家庭H7中的洗衣机观测到连续噪声事件。该连续电气噪声来自电子控制的通过SMPS供电的DC（直流电流）马达。此外，对于大多数的大电器，SMPS的使用与该电器的整个功率消耗相比被认为是可以忽略的。

为了在一个结构中确定对电气装置的启动进行分类的性能，使用两个不同的程序对该分类方法进行评估。在第一程序中，在每个结构中使用10倍交互验证对我们的基于KNN的分类器的性能进行评估。在第二评估中，使用最小的训练区（对于感兴趣的每个装置而言，一个单一训练实例），从而模拟一个更实用并且真实世界的情况。图14根据一个实施方案示出了显示示例性电气事件检测系统在示例性部署期间的性能的表格1400。使用10倍交互验证，观测到91.75%的总平均精确度。

根据分析每个结构的混淆矩阵，发现对于H5和H6两者，在一些照明装置之间存在混淆。图15根据一个实施方案示出了显示示例性电气事件检测系统在示例性部署期间的性能的混淆矩阵表格1500。从该数据观测到该处理模块正确地识别到位于不同房间中的相似的灯具（即，相同的型号和品牌）。然而，家庭H5和H6具有将相同型号的荧光灯具安装在空间上彼此靠近（1-2英尺距离）的房间，这些灯具产生了非常相似的噪声信号特征。因此，这些特殊的灯没有足够的差异或它们没有沿着电力线基础设施分开足够的距离，以在这些灯之间进行区分。

使用具有更高频率分辨率的硬件可以部分地缓解这个问题。同样，对于一些应用，逻辑上组合或聚集空间上放置在一起的灯具是可以接受的。使用后一种方法，示例性电气事件检测系统在示例性部署期间的性能在集聚彼此相隔1-2英尺远的相同型号的灯或装置作为一个单一的事件之后被改善。本方法对于H5（92.4%）和H6（91.8%）产生了分类精确度的增加，达到93.82%的平均总精确度。

家庭H2的更低精确度是由于在电气事件检测装置100的安装点的反相上的相同品牌的两个装置之间的混淆。在家庭H2中的部分第二层展出了在电气相位之间非常弱的连接，这些电气相位要求我们在那个相位中插入电气事件检测装置100并且因此造成一些信号特征看起来非常相似。这个问题可以通过例如使用两个电气事件检测装置100来解决，其每个在这两个相位中的一个上，或在一个分相型240V插座上安装一个单一的电气事件检测装置100。

因为N倍交互验证通常是乐观的并且对于真实世界系统不是期望的分类性能的真实测量，接下来的分析使用最小的训练区实现，即，对每个装置模仿一个单一事件信号特征并且然后将它应用到测试组中。例如，一个结构的所有者仅仅只愿意为每个电器提供几个训练事件。图16根据一个实施方案示出了另一个表格1600，该表格汇总了当在示例性部署期间使用示例性电气事件检测系统的最小的训练数据集时的分类精确度。使用这个验证方法，发现精确度是89.25%。

因为没有两个结构具有精确相同的电气基础设施并且可以具有彻底不同的基线噪声出现在电力线上，还检查了噪声信号特征在多个结构之间的可移植性。

一起实施的两个应用表明在一个结构中一个电气装置的已知信号可以用于对在另一个结构中的一个相似的电气装置进行分类。在第一应用中，显示出一个装置的EMI信号是独立于所使用的结构。因此，信号是电气装置的功能所固有的。其次，对多个但是相似的装置，显示出EMI信号在方差限制内。也就是说，来自相同品牌和型号的装置的EMI信号基本上是相似的。

第一应用包含收集7个结构中的每个结构中的预先选择的4个装置中的每个装置的数据。本应用通过贯穿多个结构的分类结果显示了信号可移植性。10倍交互验证测试的10次尝试的平均精确度是96.87%。对于四个装置中的三个来说，分类精确度是100%。这个结果强有力地表明这些装置产生相似的信号。只有一个装置即膝上计算机电源适配器表现得非常差。图17根据一个实施方案示出了使用10倍验证分类对横跨不同结构所使用的4个电气装置的性能的一个表格1700。

膝上计算机电源适配器更难鉴别，因为在家庭H6中这个装置的具体的所提取的特征向量看起来微小地不同于其他结构。然而，根据更密切的检查，膝上计算机电源适配器所产生的噪声具有在振幅上非常接近与中心频率的谐波峰值。在H6中这种临界不同造成处理模块指定第一谐波为中心频率，并且因此提取了一个不同的特征向量。减轻这个问题的简单的方法是采用一个分类模块，只有当事件特征向量与在KNN中最近的邻居之间的距离大于某个阈值时，该分类模块才对事件进行分类。如果未大于某个阈值，则该分类模块可以从下一个最强峰值建立一个新的特征向量。使用这个新的方法，膝上计算机的分类精确度是100%。

在第二应用中，为相同型号的8个20英寸的监控器收集了数据。也在家庭H5和H7中巧合地发现了这个LCD型号。多个监控器之一的EMI信号特征被交换用于从不同的结构或其他建筑物获得的其他9个监控器的EMI信号特征。例如，使用家庭H7的信号特征对处理模块进行训练并且在家庭H5中测试。这个测试确保如果LCD监控器中的任一个的信号特征不同，则其会误分类为另一个装置。所有的测试产生了100%精确度，表明了相似制造和型号装置产生相似的信号特征。

此外，对于任何信号特征或基于指纹的分类系统，时间稳定性是重要的。该分类模块应当在多个月（或理想地，多年）内执行良好而不需要频繁的再训练，这使基本的特征随着时间而保持稳定成为必要。

为了显示随时间的推移噪声信号特征的稳定性，从我们长期部署数据集中选择多个电气装置，该数据集满足两个标准：（1）在部署期间，这些装置固定在位，以及（2）没有以任何方式改变这些装置（例如，没有更换灯泡）。对于这些装置，提取了在6个月的评估周期上展开的随机地选择的EMI信号特征向量。

图18根据一个实施方案示出了显示随着时间推移通过将特征空间中的特征向量可视化的4个随机选取的装置的信号特征的时间稳定性或变化的图形1800。观察到长期时间变化与在这些装置中的观察到的短期时间变化类似，这些集群没有重叠。

为了更好地理解时间变化随着时间的推移怎样影响分类精确度，为组成全部事件的每个电器装置产生了测试区，这些全部事件在部署的最后一天的多于一周前发生，并且产生一个训练区以组成在上周中发生的全部电气装置的电气事件。这种设置确保了如果在测试区中的连续噪声信号特征偏离大于电气装置集群之间的距离，处理模块则会看到误分类。使用KNN分类器这些测试显示了100%的精确度，该分类器该指示了这些电气装置在长的时间周期内大体上是稳定的。注意到这个长期应用是跨过夏季和冬季是很重要的。

在一个结构中具有多个类似的装置是常见的事件，如具有多个电视机或者更常见地全部使用相同品牌的CFL灯泡的多个灯。这种多个相同的装置会造成问题，尤其是如果类似的装置不能分成一个单一的组合组。例如，对卧室中的两个天花板灯进行分组是可以接受的，但是对在不同的房间或楼层中的灯进行分组可能是不可以接受的。

组成电气装置的开关电路的部件中的部件公差通常引入了在开关频率中的足够变化，这样使得在电力线基础设施上观测的高斯拟合的平均值也产生了漂移。图19根据一个实施方案示出了电气事件检测系统所观测的频谱的图形1900，显示了购买作为4个一个包装的同一型号的4个CFL所产生的噪声的光谱。使用作为一个包装购买的多个灯确保了这些灯来自于相同的制造批次。注意到甚至在相同批次的CFL之间频谱没有重叠。

电气事件检测系统能够识别这些特征仅仅当单独观测时，即线路隔离变压器用于为这个特殊的应用生成无干扰电力线。用更高的ADC分辨率和更大的FFT，可以克服这个缺点。因此，增加的分辨率可以给我们更好的清晰度。

随着传导的EMI通过电力线穿行，它在多个方面受到影响，但是最显著地，电气信号由于在噪声源与感测的点之间的线路电感作用而衰减。因此，产生相同EMI的两个相同装置在感测源处看起来不同，取决于这些装置沿着电力线固定的位置，这在结构内应用中观测到。

为了确认这一点，将一个电气装置插入一个结构中的两个不同位置并且把电气事件检测系统感测的原始频谱数据输入计算机。图20根据一个实施方案示出了来自插入两个不同壁装电源插座的电气装置的测试的数据的一部分的频谱的图形2000。峰值的平均值或位置的一致性和从该形状提取的其相关联的高斯参数允许了移动电器的正确识别，如膝上计算机适配器，而不管所观测到的特征的振幅中的变化。此外，在一个结构内，可以通过观测电气装置的EMI频谱的特征形状来区分位于该结构的不同部分中的相似的装置。这个结果表明可以确定在该结构中出现的固定装置的数量（即，在该家庭中CFL灯的数量或特定类型TV的数量）。

两个不同类型的装置具有相同高斯拟合平均值和方差的概率是非常小的。至多，该概率可以是1/（FFT大小），这是两个电气装置具有相同中间频率的概率。用2,048作为我们的FFT大小，这个概率是0.05%。在实践中，因为使用了拟合的高斯的位置和参数，真实概率很可能更低。

不同于基于SMPS的装置，调光器从它们内部的三端双向晶闸管开关产生宽带信号。可以设计电气事件检测系统在该特征提取阶段使用高斯拟合。因此，调光器发射的宽带噪声用高斯分布进行建模，尽管有限带宽的均匀分布会更适当。人们发现对于调光器控制的装置，观测到具有大方差的高斯拟合。图21根据一个实施方案示出了调光器在不同的调光器水平上所产生的EMI信号的图形2100。

在不同的调光器水平上所产生的噪声信号特征中的差别允许电气事件检测装置100（图1）识别调光器以及推断调光器水平。因为在不同的水平上训练是不可能的，可以建立噪声特征的模型，并且可以确定噪声特征怎样影响三端双向晶闸管的调光器水平或导通角。

分类模块的性能和稳健性仅仅是与正在使用的特征一样好，因此探索并且从基本的信号提取更高级的特征可以是令人希望的。存在分类模块可以使用的多个其他潜在有用的特征。例如，在打开若干装置时，它们产生持续一段短时间的特有的EMI图形。也就是说，当SMPS启动时这些电气装置产生窄带瞬态EMI。这些瞬变过程在更低的频率。图22示出了显示首先对示例性CFL灯通电时产生的EMI的短脉冲的图形2200。该短脉冲来自一个CFL中的点火电路，该点火电路要求加热该灯用于运行。类似地，具有多个电源和支持性电子器件的其他装置如现代的电视机和DVD播放机也产生启动噪声信号特征，这些噪声信号特征能提供用于确定电气装置的种类的另外信息。在另一个实例中，SMPS的调制以控制逆光，该逆光可以用于推断电视机上频道的变化和出现的内容。

在电气事件检测装置100（图1）的一些实例中，计算单元120（图1）假定在该装置运行时EMI峰值的平均值或位置没有变化。这个假定对于某些类型的装置可能是不真实的。例如，在特定品牌的LCD TV，其电源的开关频率是荧光屏亮度的函数。因此，对于这种品牌的LCD TV，EMI峰值的平均值随着屏幕上的内容的变化而改变。在一些实例中，计算单元120（图1）可以锁定时间变化的噪声峰值并且从这个数据中提取时间特征或模板。

另外，某些基于马达的装置如洗衣机或洗碗机在它们的马达控制器中产生低频周期性噪声模式，这些低频周期性噪声模式可以用于识别该装置和其状态。例如，在家庭H7中，与在其旋转周期中的恒定噪声相比，人们观测到洗衣机在其清洗周期中以大致0.1Hz产生间歇的噪声。计算模块可以使用这样的特征建立一个有限状态机或统计模型用于更详细的分类。

电气事件检测装置的不同的实例可以检测几乎同时事件，即接近达102毫秒（ms）的事件。也就是说，使用一个特定的采样频率和平均窗口尺寸通过电气事件检测装置的不同的实例，分开出现多于102ms的两个事件可以成功地被检测为分开的事件。如果同时事件在不到102ms持续时间内发生，当使用电气事件检测装置的这些不同的实例，该分开的电气事件被检测为一个单一的事件，并且所提取的这些特征是来自多个装置的特征集合。因此，这些基本特征保持原样，但是将它们报告为一个事件。该计算模块可以使用一个不同的分类方法以分离出这些复合的特征并且识别单独的装置。

图23展示了适合于实施电气事件检测装置100（图1）的至少一部分的一个实施方案的计算机系统2300的示例性实施方案。计算单元120（图1）可以包含一个或多个计算机系统2300。计算机系统2300包括一个机箱2302，该机箱包含一个或多个电路板（未示出）、USB（通用串行总线）端口2312、紧凑磁盘只读存储器（CD-ROM）和/或数字视频磁盘（DVD）驱动2316、以及硬盘驱动2314。在图24中显示了包括在机箱2302内部的电路板上的这些元件的代表性框图。图24中的中央处理单元（CPU）2410连接到图24中的系统总线2414上。在不同的实施方案中，CPU 2410的架构可以符合多种商业分配架构中的任何一种。

系统总线2414可以连接到包括只读存储器（ROM）和随机存储存储器（RAM）两者的存储器2408上。存储器2408的非易失性部分或ROM可以使用适合于在系统重启之后将计算机系统2300（图23）恢复到功能状态的启动代码序列。此外，存储器2408可以包括如基本输入-输出系统（BIOS）的微代码。在一些实例中，存储模块230（图2）可以包含存储器2408、USB（通用串行总线）端口2312、硬盘驱动器2314、和/或CD-ROM或DVD驱动器2316。

在图24描绘的实施方案中，各种I/O装置（如硬盘控制器2404、图形适配器2424、视频控制器2402、键盘适配器2426、鼠标适配器2406、网络适配器2420、及一个或多个其他I/O装置适配器2422）可以连接到系统总线2414上。将键盘适配器2426、硬盘控制器2404、鼠标适配器2406分别连接到计算机系统2300（图23）的键盘2304（图23和24）、USB端口2312（图23和24）、以及鼠标2310（图23和24）。当图形适配器2424和视频控制器2402被指示为图24中的明显单元时，视频控制器2402可以整合到图形适配器2424中或在其他实施方案中相反。视频控制器2402适用于刷新监测器2306（图23和24）以在计算机系统2300（图23）的屏幕2308（图23）上显示图像。磁盘控制器2404可以控制硬盘驱动器2314（图23和24）、以及CD-ROM或DVD驱动器2316（图23和24）。在其他实施方案中，区别单元可以用来单独地控制这些装置中的每一个。

虽然计算机系统2300（图23）的许多其他部件未显示，这样的部件和它们的互连对本领域的普通技术人员是熟知的。相应地，关于计算机系统2300的结构和组成和机箱2302（图23）内部的电路板的进一步细节不需要在此描述。

当图23中计算机系统2300运行时，存储在USB端口2312的USB装置上的、存储在CD-ROM和/或DVD驱动器2316中的CD-ROM或DVD上的、存储在硬盘驱动器2314上或存储在存储器2408（图24）中的的程序指令由CPU 2410（图24）执行。存储在这些装置中的程序指令的一部分可以适用于实施图8的方法800。

尽管已经参考具体的实施方案描述了本发明，但是应理解本领域的普通技术人员可以进行各种改变而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明的实施方案的披露旨在描述本发明的范围而不在于限制。应注意本发明的范围应该仅限于所附权利要求所要求的内容。例如，对于本领域的普通技术人员，将非常明显的是图7的活动710、715、720、725、和730，图8的活动810、815、820、825、830、835、840、845、850、855、860、865、和870，以及图9的程序911-913可以由许多不同的活动、程序组成，并且可以由许多不同的模块、以许多不同的顺序执行，以及图1-2和4-6的任何元素可以被修改并且这些实施方案的某些的前面的讨论不必须代表所有可能实施方案的完整描述。

在任何具体权利要求中提及的全部元素是该特别权利要求提及的实施方案所必要的。因此，一个或多个所提及的元素的替代形式形成重构并且不必修复。另外，已经关于特定实施方案描述了益处、其他优点以及问题的解决方案。然而不能认为会促使任何好处、优点或问题解决方案发生或变得明显的益处、优点、问题解决方案、以及任何元素或多个元素是任何或所有权利要求的关键的、要求的、或主要的特征或元素，除非在此类权利要求中陈述了这样的益处、优点、解决方案或元素。

此外，通过若实施方案和/或限制如下：在此所披露的实施方案和限制不是在专用原则下而为大众所专用：（1）未在权利要求中清楚地提及；以及（2）是或在等效原则下是权利要求中表达的元素和/或限制的潜在等效物。

Claims (22)

1.一种被配置成用于检测一个或多个电气装置的电气状态的设备，该一个或多个电气装置连接到一个电力基础设施上并且在该电力基础设施上产生高频电气噪声，该设备包括：

一个处理模块，该处理模块被配置成用于在一个计算单元的处理器上运行；以及

一个传感装置，该传感装置被配置成用于连接到一个电气插座上，该传感装置包括：

一个数据采集接收器，该数据采集接收器被配置成用于在该传感装置连接到该电气插座上时经由该电气插座接收该高频电气噪声并且将该高频电气噪声转换成一个或多个第一数据信号，

其中：

该电气插座电气连接到该电力基础设施上；

该传感装置与该计算单元通信；

该处理模块进一步被配置成用于至少部分地使用该一个或多个第一数据信号来识别该一个或多个电气装置的电气状态；并且

该高频电气噪声包括在10千赫兹至3兆赫范围内的电气噪声。

2.根据权利要求1所述的设备，其中：

该处理模块进一步被配置成用于至少部分地使用该一个或多个第一数据信号来确定该一个或多个电气装置所消耗的电力。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中：

该高频电气噪声是由一个或多个开关模式电源产生的；并且

该一个或多个电气装置包括该一个或多个开关模式电源。

4.根据权利要求1、2或3所述的设备，其中：

该数据采集接收器包括：

一个模数转换器；以及

一个滤波器，该滤波器被配置成用于使该高频电气噪声通过。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的设备，其中：

该处理模块被配置成用于通过至少部分地使用该一个或多个第一数据信号来识别何时该一个或多个电气装置中的一个第一电气装置打开或关闭。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的设备，其中：

该处理模块进一步被配置成用于确定该一个或多个第一数据信号的基线噪声信号特征；

该处理模块进一步被配置成用于确定该一个或多个第一数据信号中的一个或多个振幅或频率分量，该一个或多个振幅或频率分量是超出该一个或多个第一数据信号的基线噪声信号特征的一个预定阈值量；并且

该处理模块进一步被配置成用于将至少一个电气装置与该一个或多个第一数据信号中的一个或多个振幅或频率分量相关联。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的设备，其中：

该处理模块进一步被配置成用于使用该一个或多个第一数据信号以及来自以下各项中的至少一项的数据来识别该一个或多个电气装置的电气状态：

来自一个监管机构的一个第一数据库；

一个第二数据库，该第二数据库正在存储关于以前观测的数据信号的数据；

该一个或多个电气装置的一个或多个标签；或者

该一个或多个电气装置的用户标识。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的设备，其中：

该高频电气噪声包括在该电力基础设施上基本上连续的电气噪声；并且

该基本上连续的电气噪声包括在大于一个交流电气周期的第一持续时间内在该电力线上是可识别的第一电气噪声或在小于一个交流电气周期的第一持续时间内在该电力线上是可识别的第二电气噪声，但是在三个或更多个交流电气周期中重复该第二电气噪声。

9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的设备，其中：

该处理模块包括：

一个事件检测模块，该事件检测模块被配置成用于使用该一个或多个第一数据信号来确定一个或多个电气事件是否发生；

一个分类模块，该分类模块被配置成用于使用该一个或多个电气事件确定该一个或多个电气装置的电气状态；以及

一个训练模块，该训练模块被配置成用于使一个第一事件类型与该一个或多个电气事件的一个第一事件相关联以及使一个第二事件类型与该一个或多个电气事件的一个第二事件相关联。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的设备，其中：

该高频电气噪声包括在该电力基础设施上基本上连续的电气噪声；并且

该基本上连续的电气噪声包括相对于该电力基础设施的一个交流电气周期是周期平稳的多个高频信号。

11.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、或9所述的设备，其中：

该高频电气噪声包括在该电力基础设施上基本上连续的电气噪声；并且

该基本上连续的电气噪声包括在该一个或多个电气装置中的至少一个电气装置内的至少一个振荡器所产生的多个高频信号。

12.一种对一个或多个电气装置的电力使用进行检测并且分类的方法，该一个或多个电气装置连接到电力线上，该方法包括：

在该电力线上捕捉两个或更多个电气信号，该两个或更多个电气信号包括基本上连续的电气噪声；

至少部分地使用在该两个或更多个电气信号中的该基本上连续的噪声在该电力线上检测一个或多个电气事件的发生；并且

将该一个或多个电气事件与该一个或多个电气装置中的至少一个装置的电气状态的变化相关联，

其中：

在该两个或更多个电气信号中该基本上连续的电气噪声包括在大于约1秒的持续时间内在该电力线上可识别的电气信号。

13.根据权利要求12所述的方法，其中：

在该两个或更多个电气信号中该基本上连续的电气噪声包括在30千赫兹至近似地3兆赫兹的范围内的高频电磁干扰。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中：

将该一个或多个电气事件与该电气状态中的变化相关联包括：

将该一个或多个电气事件与该一个或多个电气装置中的至少一个装置的电气状态的变化相关联，这种变化来自以下各项之一：

电源断开状态至电源接通状态；或

电源接通状态至电源断开状态。

15.根据权利要求12、13或14所述的方法，其中：

将该一个或多个电气事件与该电气状态中的变化相关联包括：

将该一个或多个电气事件与该一个或多个电气装置中的至少一个装置的电气状态的变化相关联，从向该一个或多个电气装置中的该至少一个装置提供一个第一电力的一个第一状态至向该一个或多个电气装置中的该至少一个装置提供一个第二电力的一个第二状态；

该第一电力不同于该第二电力；并且

该第一电力和该第二电力不是电源断开状态。

16.根据权利要求12、13、14或15所述的方法，进一步包括：

在捕捉该两个或更多个电气信号之后并且在检测该一个或多个电气事件的出现之前，使用该两个或更多个电气信号中的连续噪声来训练一个计算单元从而将该一个或多个电气事件与该一个或多个电气装置中的该至少一个装置的电力使用相关联。

17.根据权利要求12、13、14、15或16所述的方法，进一步包括：

将该两个或更多个电气信号中的该基本上连续的电气噪声转换成一个或多个第一数据信号；

经由该电力线将该一个或多个第一数据信号发射至一个计算单元；并且

在检测该一个或多个电气事件的出现之前，在该计算单元中接收该一个或多个第一数据信号。

18.根据权利要求12、13、14、15、16或17所述的方法，进一步包括：

将该两个或更多个电气信号中的该电气噪声转换成一个或多个第一数据信号；

将该一个或多个第一数据信号无线地发射至一个计算单元；并且

在检测该一个或多个电气事件的出现之前，在该计算单元中无线地接收该一个或多个第一数据信号。

19.根据权利要求12、13、14、15、16、17或18所述的方法，进一步包括：

将一个传感装置连接到一个结构的壁装电源插座上；其中：

该壁装电源插座连接到该电力线上；并且

捕捉该两个或更多个电气信号包括：

使用连接到该结构的壁装电源插座上的该传感装置捕捉该两个或更多个电气信号。

20.一种被配置成用于检测一个结构的电力线基础设施中的两个或更多个电气事件的电气事件检测装置，该电气事件检测装置包括：

一个接收模块，该接收模块被配置成用于接收并且处理一个或多个电气信号，该一个或多个电气信号包括一个高频分量，该接收模块包括：

一个电气接口，该电气接口被配置成用于耦合到该电力线基础设施上；

一个或多个滤波器电路，该一个或多个滤波器电路连接到该电气接口上并且被配置成用于使该一个或多个电气信号的一个或多个部分通过；以及

一个转换器模块，该转换器模块连接到该一个或多个滤波器电路的一个输出上并且被配置成用于将该一个或多个电气信号转换成一个或多个数据信号，该一个或多个数据信号包括关于该一个或多个电气信号的高频分量的信息；以及

一个被配置成用于在处理器上运行的处理模块，该处理模块包括：

一个事件检测模块，该事件检测模块被配置成用于使用关于该一个或多个电气信号的高频分量的信息来确定两个或更多个事件检测模块已经出现；

一个分类模块，该分类模块被配置成用于对该两个或更多个电气事件进行分类；以及

一个训练模块，该训练模块被配置成用于使一个第一事件类型与该两个或更多个电气事件的一个第一事件相关联以及使一个第二事件类型与该两个或更多个电气事件的一个第二事件相关联，其中：

该两个或更多个电气事件包括连接到该结构的电力线基础设施上的一个或多个电气装置的开启并且还包括连接到该结构的电力线基础设施上的一个或多个电气装置的关闭；并且

该一个或多个电气信号的该高频分量包括超过10千赫兹的电气信号。

21.根据权利要求20所述的电气事件检测装置，进一步包括：

一个集线器，该集线器电气连接到该电力线基础设施上，其中：

该集线器被配置成用于从该电力线基础设施上的该接收模块接收该一个或多个数据信号。

22.根据权利要求21所述的电气事件检测装置，其中：

该集线器进一步被配置成用于经由无线连接将该一个或多个数据信号传送至该处理模块。

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