CN104704539B - 电击检测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电击检测器，其具有电检测器，所述电检测器具有用于通过确定水体中的电流、水体中的电压或水体中的电压梯度的存在来检测危险水状况的一组水浸入式电极，并且然后所述电击检测器对水体中的危险电气状况的存在提出警告，在某些情况下，所述警告可以被传输到电源以切断电源，由此消除危险水状况。

Description

电击检测器

相关文件的交叉引用

本申请要求于2012年8月28日提交的临时申请61/743,184的优先权。

关于联邦资助研究或开发的声明

无

对缩微胶片附录的引用

无

背景技术

本发明总体上涉及电击检测器，并且更具体地涉及可以用于通过检测进入淡水水体中的电流泄漏的存在、并且检测电流泄漏是否包括由于进入水体中的电流泄漏在水体中产生电场而产生的对接触水体的游泳者或人的危害来防止电击溺水的电击检测器。通常，电流泄漏由于船只或者船坞上的错误电连接而发生。

众所周知，如果游泳者遇到具有电场的水体，则游泳者可能触电致死。由于游泳者身体上的湿润皮肤具有的电阻比游泳者周围的水的电阻低，所以电场中仅存在游泳者会使水中流动的电流采取穿过游泳者身体的最小电阻路径。如果电压差足够高，那么流经游泳者身体的电流可以使游泳者触电致死。在其它情况下，如果非游泳者意外接触到具有来自电源的泄漏的水体，则他或她可能触电致死。

发明内容

本发明提供了电击检测器，其具有用于通过确定水体中的电流、水体中的电压或水体中的电压梯度的存在来检测危险水状况的一组水浸入式电极。电击检测器警告人水体中存在危险电气状况。在某些情况下，电击检测器可以通过在水体包含电场时警告操作者该水体有危险来向远程站发送信号，以切断电路的可能是正在向水体中泄漏电能的来源的电源，并且由此防止对人造成伤害或致死。

附图说明

图1是用于检测能够产生电击的水状况的便携式电击检测器的透视图；

图1A是用于手持式电击检测器的探头的仰视图；

图1B是图1A的探头的侧视图；

图2是示出围绕正向船坞周围的水体中泄漏电流的船坞的电场的俯视图；

图3是总体上示出作为与船坞的距离或者与具有电气短路的船只的距离的函数的水中的电压的曲线图；

图4是具有从其中延伸的水电极的电击检测器的透视图；

图5是图4的电击检测器的俯视图；

图6是电击检测器的替代的实施例的前视图；

图6A是可安装到图6的电击检测器上的电流棒或电流水电极的单独的视图；

图7是图6的电击检测器的俯视图；以及

图8是具有彼此成直角设置的一组电流棒的电击检测器的透视图。

具体实施方式

图1是电击检测器10的透视图，电击检测器10包括外壳11，外壳11具有通过电导体18连接到电击检测器10的接地电极17。在该示例中，电极17包含锥形尖端17a以便将电极插入邻近例如淡水湖或池塘的水体的土壤中。手柄17b使人能够将电极17从地面快速移出，或者反之，手柄17b可以用于迫使电极17进入与其中可能具有电气短路的船坞等邻近的地面。外壳11包含诸如AC电压表或AC电流表或二者的电检测器11a，虽然在某些情况下电检测器可以包括DC电压表或DC电流表或二者。此外，电检测器11a可以包含AC传感器和DC传感器二者，以使人可以从水体中的AC或DC电压中感测危险状况的存在。在任一情况下，电检测器11a可以通过一组水电极来感测危险电气状况的存在，可以通过将水电极的至少一部分浸入水体中而使水电极与水体接触。AC与DC电压表和电流表为本领域所公知的并且在本文中不再对其进行描述。

在图1所示的示例中，电击检测器10包含对从其中延伸出来的一组电探头或水电极进行支撑的圆形集线器(hub)30(部分以截面形式示出)。集线器30包括通过柔性电绝缘导线20连接到电检测器11a的第一水电极21、通过柔性电绝缘导线22连接到电检测器11a的第二水电极23、以及通过柔性电绝缘导线24连接到电检测器11a的第三水电极25，并且所有导线都位于细长的柔性管状支撑构件19内，该细长的柔性管状支撑构件19的一端附接到外壳11并且其另一端附接到集线器30。长度可能为几英尺的管状支撑构件19具有足够的抗拉强度，所以其可以用于安全地将水电极21、23和25提起或者下放到水体中。例如，从船坞的安全性出发，站在船坞上的人可以将集线器30和水电极21、23和25下放到水体中，以使人避免直接接触邻近船坞的水体。相似地，将电击检测器10连接到可以是湖泊或者池塘周围的土壤的地面的柔性电导线18的长度可以是几英尺，因为其可以使人在不必移动接地电极17的情况下移动电击检测器10来监测各个位置处的电气状况。通常，电导线和接地电极具有覆盖有电绝缘材料的操纵区，以使设定或使用电击检测器的人不会意外遭到电击或触电致死。

可浸入诸如湖泊、池塘或游泳池之类的水体中的导电水电极21、23和25被支撑在电绝缘集线器30上，并且每个电极彼此间隔开距离x。在该示例中，每个电极之间的距离x相等，然而，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以使用其它间距。通过将水电极21、23和25彼此成直角地间隔开使人能够测量不同方向上的电场，并且通过获知该距离，人可以使用该信息来确定水体中是否存在危险电场以及电场的强度，并且在某些情况下洞察电流泄漏的来源。

在来自水电极的电压或安培数测量结果超过危险状况时，即，在电场强到足以使人丧命或受伤的状况下，声音警报器31或可以包括闪光灯14的可视警报器14警告人水体中包含危险电气状况或者包含可以对接触水体的人造成伤害或触电致死的电场。在某些情况下，电击检测器10可以永久地安装在船坞或邻近水体的其它物体上，以提供对危险电气状况的不间断报警。如本文中所使用的，术语“电场”或“水电场”是由于从电源通过水体流向地面的不需要的电流的存在而非电气装置和回流线中的耗散而产生的。一般而言，虽然水的电阻可能较高，但是水体中的人的电阻较小，因而使得流经水体的电流采取通过人而非通过邻近人的水的最小电阻路径。

在图1中所示的示例中，电击检测器10包括一组开关15，其使人能够选择或停用电击检测器的各种特征。例如，开关15a打开或关闭可视警报器，并且开关15b打开或关闭声音警报器31，并且开关15c打开或关闭电击检测器。另外，选择器开关16使人能够将电检测器11a从电流检测模式改变为电压检测模式。在其它情况下，选择器开关16使人能够改变电检测器11a的操作模式，所以通过简单地将水电极浸入水体中，人可以测量接地电极与水电极21、23或25中的一个或多个之间是否存在电压，或者反之，人可以测量在接地电极17与水电极21、23或25中的一个或多个之间流动的电流。在其它示例中，人可以通过将金属物体与水电极接触来检查延伸到水体中的金属物体，例如延伸到水体中的金属梯。因此，电击检测器10能够确定水体中或水体外是否存在危险电气状况。

选择器开关16允许操作者选择用于测量水电极之间的电压或电流的各种水电极。例如，第一位置用于测量接地电极17与水电极21之间的电压。第二位置用于测量水电极21与水电极23之间的电压。第三位置用于测量水电极23与水电极25之间的电压，并且第四位置用于同时测量电极21与电极23之间的电压以及电极23与电极25之间的电压。在某些情况下，电检测器11a内的处理器可以用于通过显示电场的定向强度(directional strength)来提供电气危害可能起源的位置的指示。例如，通过使用接地电极和水电极来测量不同位置处的电场的电压，人可以获得不同方向上的每米伏特的梯度。因此，在某些实例中，电击检测器可以用作定位电气危害的来源的工具。

由细长的柔性支撑构件19悬挂图1中所示的便携式集线器30，该支撑构件19允许通过支撑构件19的手动操控来将电极21、23和25容易地设置在各种水位置处。将集线器和电极设置在水体中的容易性使人能够针对邻近诸如船坞或船只之类的物体的水中的危险电气状况的存在来快速检查该物体周围的各个区域。另一个特征是电击检测器和集线器的电隔离确保操作者在检查电气水危害的存在时不需要接触该电气水危害。

图1A和图1B示出了一个替代的实施例，即，通过柔性支撑构件19连接到电检测器11a的可手持的集线器26。图1A是集线器26的仰视图，并且图1B是集线器26的侧视图。在该示例中，集线器26包括安装到集线器26的一端26a的手柄27。手柄27和集线器电绝缘，以在电气水电极23a、21a和25a浸入水体中或与可能是电气危害的物体接触时使用户与任何电气危害隔离。通过操控电绝缘手柄27，具有手柄27的集线器26使操作者通过将水电极中的一个或多个延伸至与物体直接接触来快速测试不在水中的电气危害的存在。

电击检测器10可以永久地或临时地安装在陆地以及单独的船坞或商用船坞上。永久安装的检测器10可以被设定为传送表示水是安全的并且邻近船坞处不存在杂散电流的不间断的可视信号。替代地，电击检测器10可以被设定为激活模式，以在邻近船坞处存在危险电气状况时传送通知人们远离船坞或邻近船坞的水的声音警报。如本文中所描述的，危险电气状况是电场的强度足以传送可以使人受伤或丧命的电击的状况。

电击检测器10可以被永久地安装到船坞上，以连续或间歇地监测船坞周界周围的水。在替代的实施例中，电击检测器可以是便携式的以使人能够不停地测量水体中的各个位置处的电压。

在可以使永久安装的电击检测器10的电极露出水面的低水位的情况下，电击检测器10可以以故障安全的方式操作，并且警告邻近船坞的人水位低以及电击检测器不再准确地测量危险水状况的存在。然后，操作者可以重新定位水电极以使水电极与水体接触。在替代的实施例中，水电极可以安装到浮选(flotation)装置上，以使得在水位上升或下降时，水电极仍然处于水体中。因此，在某些情况下，人们可以将浮动的电击检测器固定到物体或湖床上，以提供对电气水危害的不间断指示。

电击检测器10可以包括持续至少48小时的可充电电池，以使得在为电击检测器10供电的电力源中断的情况下，电击检测器可以继续提供报警。在其它情况下，可以将太阳能电池板附接到电击检测器上来为电击检测器提供电力。除了确定危险电气状况的存在之外，电击检测器10可以包括监测其自身以确定电击检测器的性能是否退化的能力。响应于退化，电击检测器可以发送可视信号或声音信号，或者在替代方案中，电击检测器可以发送信号至智能手机等。该特征在电击检测器为电池供电的情况下是有用的。

电击检测器10的另一个特征是在电击检测器中包括直接与电力公司通信以警告该电力公司他们的客户的其中之一具有危险水状况的发射机。发射机可以被直接并入电检测器11a。

电击检测器10的另一个特征是，在连接到岸电系统的船只具有向船只周围水体中泄漏电流的故障装置时，人们可以检测电流泄漏。水体中的电极的放置允许电击检测器10提供对船只周围的电场的存在和强度以及对人的潜在危害的指示。

电击检测器10还可以用于测量离岸电气水危害。例如，离岸的船只可能具有电气故障，即，向船只周围的水中泄漏电流因此在船只周围建立危险电场的电气短路。结果，如果电气故障足够高以致建立了超过危险阈值的电场，则潜水或意外接触船只周围的水的人可能会毙命或被重伤。使用船载电击检测器10使人能够监测船只周围的电场，以确认邻近船只处不存在危险的电气状况。

为示出造成电击溺水的情况，应该参考图2，图2示出水体中的电场，在该实例中，该电场对地电压呈中性。应该理解，本文中使用的术语“电击溺水”是指水体中的具有足够强度的电场的存在，该电场建立流经水体中的人的电流，并且流经人体的电流足以造成麻痹或死亡。尽管通常对于每个人和每种水状况而言不存在绝对阈值，但是流经人体的低至10毫安的电流足以引起电击溺水。如本文中所使用的，术语“危险阈值”是其中流经人体的电流可能足够低以致其使人麻痹而非使人触电致死的电场的存在。然而，如果人在麻痹状况下处于水中，则其可能会溺水。通常，由于麻痹导致的溺水而亡以及由于触电导致的死亡往往被称为电击溺水，因为这两种情况都是由具有可以使人受伤或毙命的电流的水造成的。

通常，可以由电击检测器10来检测有时被称为杂散电压的电场的存在。图2示出了从海岸线41向外延伸到水体42中的船坞40的俯视图，并且船坞40具有使电流泄漏到水中的电气短路，这在电流泄漏到地面或湖床时在船坞周围产生电场。尽管围绕船坞的电场在大小和形状上有所不同，但是一般而言，越靠近具有电流泄漏的船坞，电压越大。在该示例中，虚线表示不同的电压电平V1、V2和V3。电压随着与船坞的距离的增大而减小。优选地，电击检测器应该使用户能够检测邻近船坞处的电流泄漏以及与船坞或船只相距100英尺或更远处的电流泄漏。

图3是指示在径向上与船坞相距一定距离处的电压电平V的曲线图。在该示例中，正在发生泄漏的船坞40处的电压为V0。水中的电压从V0下降到V1、从V1下降到V2、并且从V2下降到V3，并且电压的下降是与船坞的距离的函数。在所示的示例中，水体中的各个位置之间存在电压梯度，该电压梯度通常可以被表示成伏特每单位距离，即，伏特每米。

图2示出了不知不觉游入电压电平V1与V2之间的电场中的游泳者50。虽然游泳者50未触碰除了水之外的任何物体，但是其变成从电场的一部分(即，120伏特的场V1)到电场的另一部分(即，110伏特的场V2)的低电阻电导体，这使得电流流经人体而非流经与人邻近的水，这是由于游泳者身体的电阻低于这两个位置之间的水的电阻。水中的实际电压以及电压模式可能有所不同，但是众所周知的是，低至10到50毫安的电流可以导致麻痹或死亡。作为结果，在水体中游泳的人在与电气接地无任何接触的情况下可能意外受到电击或触电致死。在其它实例中，从岸上步入水体中的人可能触电致死。在每种情况下，电击检测器10可以通过提供水中包含可以导致电击溺水的危险电气状况的报警来警告人与水保持安全距离。

图4示出了手持电击检测器40的示例的透视图，并且图5示出了手持电击检测器40的俯视图。手持电击检测器包括电绝缘外壳44，该电绝缘外壳44具有电绝缘手柄45和位于手柄45上的通断开关45a。从外壳44的底部向下延伸的是部分地被电绝缘覆盖物49a覆盖的第一水电极49、和部分地被电绝缘覆盖物48a覆盖的第二水电极48。在该示例中，手持电击检测器40由电池供电并且包括用于在操作者将电极下放到水体中时测量电极之间的电压梯度的两个水电极48和49。在某些情况下，便携式电击检测器可以包含可以被附接到地面的接地参考电极，然而，在其它情况下，可以在不使用单独接地的情况下确定电压。在某些情况下，地面可以是湖泊或池塘的底部，在这种情况下，人可以将电气接地线从电击检测器连接到可以是接地电极17的导电地锚。利用地锚，人使锚能够沉入湖泊的底部以在湖泊或池塘的底部形成接地电极。通常，电绝缘导线被固定到锚，以使得仅导电锚与湖泊或池塘的底部接触，并且从锚延伸到电击检测器的电线与邻近电击检测器的人电绝缘。

手持电击检测器40可以包括诸如LED 46之类的可视警告器、可闻警报器47、以及可以提供模拟或数字测量结果的指示器43和43a，模拟或数字测量结果是对可以导致电击溺水的电气水危害的指示。在图4和图5的示例中，电击检测器43可以测量两个水电极48与49之间的电压差，该电压差是对水体中的危险电气状况的指示。为使对测试水的人的任何潜在伤害最小化，外壳44的外部部分、手柄45、以及水电极48和49的实质上全部部分都覆盖有电绝缘材料。如图4所示，电极分隔开距离x，这使人能够同时测量不同位置处的电压。

图6示出了手持电击检测器60的另一个示例。在该示例中，外壳61包含位于其中的电检测器(AC或DC)、以及从外壳61的底部延伸出来的第一构件64和第二构件63。位于外壳61的顶部上的是手柄62和指示器66和68。在该示例中，电导体或电流棒65从构件63延伸到构件64。电导体或电流棒65的目的在于模拟游泳者在水体中游泳时可能遭遇到的电效应。即，众所周知的是，由于人体的电阻小于水的电阻，所以电流流过游泳者的身体。在本示例中，电导体或电流棒65被放在水体中以模拟游泳者。由外壳61中的电检测器11a(在该情况下是AC电流表)来测量流过电导体65的电流。因此，由于电场而流经电流棒65的电流的存在启动了电击检测器60，使其警告人水中存在危险的电气状况。电流电极的优点在于，由于电流的存在取决于电流电极的两端之间的电压差，所以接地参考不是必需的。

图6A示出了被附接到构件64a和63a的电导体71的替代的实施例。在该示例中，电导体71的一部分被电绝缘材料72c覆盖，仅留下连接到电极64a的端部72b和连接到电极63a的端部72a与水体接触。

图7示出了电击检测器60的俯视图，其揭示了操作者警告指示器68和66、以及可以是LED的可视警告器67、以及可闻警报器69。尽管电击检测器60被示出为手持电击检测器，但是电击检测器60也可以被支撑在浮选材料上，以使电击检测器外壳漂浮在水体的顶部上。在这种情况下，电击检测器可以被束缚到船坞上或被固定到湖底。尽管电击检测器对于检测湖泊或池塘中的危险电气状况是有用的，但是其对于检测诸如游泳池等的人工水体中的危险电气状况也是有用的。

图8示出了手持电池供电型电流检测器80的替代的实施例，电流检测器80包括连接到外壳81的手柄92。一组指示器88、89、90和91位于外壳71的顶侧上，以提供关于水体中存在电气危险的信息。电击检测器80与图6的电击检测器的不同之处在于，两个电流电极84和85彼此成直角设置。在这种情况下，电极85和85彼此电隔离，但是均对流经电极中的每一个的任何电流敏感。即，在电流可以通过电气构件82和83测量的情况下，电流可以从电极84b流到电极84a，或者反之亦然，并且在电流可以通过电气构件86和87测量的情况下，电流可以从电极85b流到电极85a，或者反之亦然。然后所测量的电流可以被显示在指示器上，以向操作者提供关于水体中的电场的存在及其强度的信息。正交或横向延伸导体的使用可以用于提供关于水体中包含的危险的起源的其它信息。

Claims (19)

1.一种电击检测器，包括：

用于与邻近水体的土壤接合的接地电极；

将所述接地电极连接到所述电击检测器的电导体；

用于浸入水体中的第一水电极，其中所述水电极通过水体中的电流、水体中的电压或水体中的电压梯度的存在来检测危险水状况；

将所述水电极连接到所述电击检测器的第二电导体；

电检测器，其包括位于所述电击检测器中的用于测量所述接地电极与所述第一水电极之间的电压的电压表；以及

警报器，其用于警告人所述接地电极与所述第一水电极之间的所测量的所述电压已经超过会使人受伤或触电致死的危险阈值。

2.根据权利要求1所述的电击检测器，其包括：

与所述第一水电极间隔开的第二水电极和将所述第二水电极连接到所述电击检测器的第三电导体；

开关，其用于选择所述第二水电极和所述第一水电极，以测量所述第二水电极与所述第一水电极之间的电压来确定所述水体内的电压梯度；以及

所述电击检测器中的另一个警报器，其用于警告人所述电压梯度已经超过所述危险阈值。

3.根据权利要求2所述的电击检测器，其包括与所述第二水电极间隔开的第三水电极，所述开关可操作地用于选择所述第二水电极和所述第三水电极，以测量所述第二水电极与所述第三水电极之间的电压梯度，所述电击检测器中的所述另一个警报器警告人所述第二水电极与所述第三水电极之间的电压梯度已经超过所述危险阈值。

4.根据权利要求1所述的电击检测器，其中，所述电击检测器被永久地安装在水船坞上。

5.根据权利要求1所述的电击检测器，其中，所述电击检测器是便携式的并且包括用于将所述电击检测器从一个位置移动到另一个位置的电绝缘手柄。

6.一种确定水体中的电场的存在的方法，包括：将一对水电极插入水体中、以及测量所述水电极之间的电压差或所述一对水电极之间的电流、以及如果所述电压差或所述电流足以引起电击溺水则发出警报，

其中所述一对水电极通过水体中的电流、水体中的电压或水体中的电压梯度的存在来检测危险水状况。

7.根据权利要求6所述的方法，其包括：

将电流电极放置在水体中，并且所述电流电极具有第一端和第二端；

测量通过所述电流电极的电流以确定所述电流是否足以引起电击溺水；以及

发送信号以警告人所述水体中存在危险电流阈值。

8.根据权利要求6所述的方法，其包括以下步骤：将至少三个水电极插入所述水体中以确定所述水电极中的每一个之间的电压差、以及使用所述电极中的每一个之间的所述电压差来确定电故障的起源。

9.根据权利要求6所述的方法，其包括：将一组水电极浸入邻近船只处的水中并且允许接地电极沉到所述水体的底部、以及测量所述水电极与湖底之间的电压以确定在邻近所述船只处是否存在能够引起电击溺水的电场。

10.根据权利要求6所述的方法，其包括：将一组水电极浸入邻近水船坞的水中、以及测量所述水电极之间的所述电压差或者测量接地电极与所述一组水电极之间的电压差。

11.一种电击检测器，包括：

漂浮在水体中的外壳；

位于所述外壳中的电检测器；

至少部分地浸入水体中的第一水电极，所述第一水电极与所述电检测器进行电气通信，而与所述外壳电隔离；

至少部分地浸入水体中的第二水电极，所述第二水电极与所述电检测器进行电气通信，而与所述外壳电隔离；以及

用于响应于来自所述电检测器的信号而警告人存在电场的指示器，以及

其中所述第一水电极和所述第二水电极通过水体中的电流、水体中的电压或水体中的电压梯度的存在来检测危险水状况。

12.根据权利要求11所述的电击检测器，其中，所述电检测器包括AC电流表。

13.根据权利要求11所述的电击检测器，其中，所述电检测器包括AC电压表。

14.根据权利要求11所述的电击检测器，其包括第一电流棒和第二电流棒，并且所述第二电流棒与所述第一电流棒成导线折角设置。

15.根据权利要求14所述的电击检测器，其中，所述电击检测器是便携式的并且包括电绝缘手柄和电绝缘外壳，以测量水体中的电场。

16.根据权利要求11所述的电击检测器，其包括覆盖在所述第一水电极和所述第二水电极上的电绝缘材料，并且所述电击检测器与所述外壳电隔离。

17.根据权利要求11所述的电击检测器，其中，所述电检测器包括电流表和电压表。

18.根据权利要求17所述的电击检测器，其中，所述电检测器测量水体中的AC电场或DC电场。

19.根据权利要求12所述的电击检测器，包括电流棒，所述电流棒具有中间部分以及第一端和第二端，并且所述中间部分覆盖有电绝缘材料。