CN108605169A - 用于数据通信设备和系统的安装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于保护位于人孔盖的下侧上的收发器的安装结构，该安装结构以截顶的圆顶或圆锥体的形状由金属或坚固的塑料形成，该截顶的圆顶或圆锥体具有倾斜侧壁和被构造成接收收发器的腔体，其中该安装结构能够安装到人孔盖的下侧。一种用于壳体的数据通信系统包括：收发器，该收发器被构造成与壳体外部的网络通信；以及安装结构，该安装结构用于将收发器安装到人孔盖的下侧。该安装结构被构造成在从壳体的入口端口移除人孔盖期间保护收发器免受损坏。

Description

用于数据通信设备和系统的安装结构

背景技术

机器到机器通信对能源、通信和安全市场等等变得越来越重要。在那些工业中使用的监控和数据采集(SCADA)系统依靠来自远程定位的传感器的输入以正确地运作。SCADA系统也可输出信号以致动在现场的远程设备。这样的设备有相当大一部分(大约18％的美国电力设施)位于地下，并且提供地上设备与地下设备之间的无线通信是一项严峻的挑战。

用于定位地下线缆故障的当前方法仍是缓慢且劳动密集的。甚至相对短的断电可针对设施使用，并且对客户导致速率调整，因此需要定位和修复地下故障的更快装置。

因此，需要访问无线信号并将无线信号传送到地下设备保险库和地下设备位于其中的其它结构并从地下设备保险库和其它结构传送无线信号。

发明内容

在本发明的一个方面，一种用于壳体的数据通信系统包括：收发器，该收发器位于定位在壳体的入口端口处的人孔盖的下侧上，其中该收发器被构造成与壳体外部的网络通信；以及安装结构，该安装结构用于将收发器安装到人孔盖的下侧，该安装结构被构造成在从壳体的入口端口移除人孔盖期间保护收发器免受损坏。

在另一个方面，一种用于保护位于人孔盖的下侧上的收发器的安装结构以截顶的圆顶或圆锥体的形状由金属或坚固的塑料形成，该截顶的圆顶或圆锥体具有倾斜侧壁和被构造成接收收发器的腔体，其中该安装结构能够安装到人孔盖的下侧。

本发明的上述发明内容并不旨在描述本发明的每个例示的实施方案或每个具体实施方式。附图及其后的详细描述更特别地举例说明这些实施方案。

附图说明

在下文中，将引用非限制性示例并且参考附图对本发明进行部分描述，在附图中：

图1是根据本发明的一个方面的设置在壳体中的数据通信系统的局部等轴视图。

图2A是根据本发明的另一个方面的数据通信系统的等轴横截面视图。

图2B是根据本发明的另一个方面的紧固到人孔盖的底部侧面的安装结构的等轴底视图。

图2C是根据本发明的另一个方面的收发器和安装结构的横截面分解图。

图3是根据本发明的另一个方面的安装结构的等轴视图。

图4A-4C示出了人孔盖移除过程。

虽然本发明可修正为各种修改形式和可替换的形式，但其具体形式已在附图中以举例的方式示出，并且将做详细描述。然而，应当理解，不旨在将本发明限制于所描述的特定实施方案。相反，其目的在于涵盖落入如由所附权利要求书所限定的本发明的范围之内的所有修改、等同形式和可替换的方案。

具体实施方式

在以下具体实施方式中，参考了作为本文组成部分的附图，并且在附图中以举例说明的方式示出了其中可实践本发明的具体实施方案。就这一点而言，方向性术语，诸如“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“前端”、“向前”和“后端”等参考所描述的一个或多个附图的取向来使用。因为本发明实施方案的部件可以定位成多个不同取向，所以方向性术语用于说明的目的，并且不具有任何限制性。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可利用其它实施方案，并且可进行结构性或逻辑性的改变。因而，不能认为以下的详细描述具有限制意义，并且本发明的范围由所附权利要求书限定。

本文描述了用于数据通信装置或系统的安装结构，该安装结构可在诸如地下壳体的壳体中使用。安装结构可保护以下各项免受可在从壳体移除人孔盖的过程中招致的损坏：集成电子器件，诸如收发器和连接器，该集成电子器件安装在例如人孔盖的下侧上；和/或拴系电缆，该拴系电缆将集成电子器件与壳体内的设备连接。安装结构可被构造为截顶的圆顶或圆锥体，该截顶的圆顶或圆锥体具有倾斜侧壁和开口以允许进入集成电子器件上的连接器位置。这种设计是独立于取向的，并且允许将人孔盖旋转到壳体的入口端口上的任何位置。

图1示出本发明的一个方面，即数据通信系统100。在这一方面，数据通信系统100为地下数据通信系统。图2A-2C和图3示出了数据通信系统的某些部件的不同视图。

在一个方面，数据通信系统100可提供通信基础结构以将保险库状况信息中继到地上网络或SCADA，并在服务技术人员需要移除人孔盖以物理地进入或访问保险库或壳体10时保护该通信设备免受损坏。如图1所示，数据通信系统100包括收发器101，该收发器101被构造成与壳体外部的网络进行通信。在一个方面，收发器101安装在外壳内，该外壳能够通过安装结构60安装到人孔盖50。如图2C的分解图所示，收发器外壳可包括盖或顶部部分115和底部部分118。如图2A所示，收发器101可还包括天线和无线电部件147，该天线和无线电部件147与广泛可用的地上无线通信网络进行通信，该地上无线通信网络诸如WiFi、WiMax、移动电话(3G、4G、LTE、GSM)、专用许可频带、非许可频带等。在另一个方面，收发器可包括无对应频率的无源天线，该无源天线可容纳在保险库的另一部分中。收发器可具有被构造成用于紧密地穿过形成在人孔盖中的开口51的大小。在一个方面，收发器的顶部表面可与人孔盖50的顶部表面大体上齐平，诸如图2A所示。任选地，收发器101可还包括用于控制收发器通信操作、内容和时间的微控制器或微处理器(未示出)。

收发器外壳可以是密封结构并可包括一个或多个外壳部件，诸如盖和基部部分。外壳部分中的至少一些可由可模制的塑性材料制成。外壳部分的材料可以抵御侵蚀性物质。外壳可以被密封以保护包含在其内的无线电部件、天线和其它部件。通过使用合适材料的密封，诸如含石墨的材料，可另外提供抵御侵蚀性物质(例如汽油或油)的密封件，这些物质可存在于外部环境中。在另一个方面，例如，外壳可包含具有聚氨酯芯的聚碳酸酯材料，该材料具有提供柔韧性以防止聚碳酸酯材料开裂的肋状区域。另选的收发器构形在美国临时申请号62/180,417中有所描述，所述临时申请以引用的方式全文并入本文。

此外，如图1所示，数据通信系统100可还包括安装在壳体10中的传感器分析单元(SAU)220。在这个方面，拴系电缆230可通过铜和/或光纤电缆将收发器101与传感器分析单元220连接。如下文进一步描述的，安装结构60可在从入口端口55移除人孔盖50期间保护收发器101和拴系电缆230免受损坏。SAU 220可连接到一个或多个传感器或位于保险库10中的其它设备。

在本发明的一个另选的方面，收发器101可以是完全集成的收发器，该完全集成的收发器可还包括功率源(诸如电池或超级电容器)以在至少间歇的基础上为收发器101供电。

如图1所示，数据通信系统100设置在示例性地下壳体(在本文中为地下保险库10)中。在这个示例性实现方式中，保险库10包括多种设备，诸如一个或多个高电压电线(诸如电线205a—205c(承载例如低电压功率、中电压功率或高电压功率))以及相关联的部件和/或附件(诸如功率采集器208)以及相关联的电缆235。保险库可包含诸如在PCT专利申请号PCT/US2015/036345中有所描述的另外的设备，该专利以引用的方式全文并入本文。

如图1所示，在这个示例中，诸如低电压电力电缆、中电压电力电缆或高电压电力电缆205a—205c的电力电缆位于保险库10中。监测装置可被构造为设置在诸如接线端的电缆附件上的传感器。这种传感器可提供测量诸如电压、电流和/或温度的电缆状况的感测能力。示例性被感测的接线端在美国临时申请号61/839,543中有所描述，该临时申请以引用的方式全文并入本文。

壳体或保险库10可从地上经由包括人孔盖50的进口或入口端口55进入，该人孔盖50可由金属或非金属形成，并可具有常规的圆形形状。在一个方面，人孔盖50可安装在入口端口55的环、框架或凸缘结构上。在该方面中，保险库10可被构造为常常由电力设施、气体设施、水设施和/或其它设施使用的常规地下保险库。然而，在另选方面中，地下数据通信系统100可用于另一类型的地下壳体或类似结构中，诸如人孔、地下室、地窖、凹坑、掩蔽所、管线或其它地下壳体。

SAU 220可安装在保险库10内中心位置处，或者沿着壁或其它内部保险库结构安装。SAU 220可包括数字信号处理器(DSP)或片上系统(SOC)以接收、调控、分析、处理此类数据信号或以其它方式将此类数据信号转化成监控与数据采集(SCADA)系统中可用的信号。此外，DSP可独立于SCADA地执行一些操作。例如，DSP可执行故障检测、隔离、定位以及状况监测和报告。此外，DSP/SAU可被编程为提供附加特征，诸如电压、VAR优化、相量测量(同步相量仪)、初期故障检测、负载表征、事后事件分析、签名波形识别和事件捕捉、自修复和优化、能量审计、局部放电、谐波/子谐波分析、闪烁分析和漏电流分析。在另一个方面，SAU220可诸如在收发器101仅包括无源天线时还包括无线电部件，诸如无线电部件147。

此外，DSP和SAU 220中使用的其它芯片可被构造成仅需要低功率水平，即大约小于10W。在这个方面，可经由功率采集线圈218向SAU 220提供功率，该功率采集线圈218可耦接到电线中的一个以向SAU 220提供足够的功率。

此外，SAU 220可实现为具有备用电池(未示出)。此外，SAU 220可包括附加传感器以监测例如壳体内的环境状况。

来自SAU 220的经处理的数据可经由收发器101传送到网络或SCADA。

在本发明的一个方面，保险库10还包括设置在其中的至少一个监测装置，该监测装置可监测该保险库或者位于该保险库中的部件或设备的物理状况。此类状况将通常难以从地上采集或估计。监测装置可包括以下传感器中的一种或多种：功率、电压、电流、温度、易燃材料或燃烧副产品、机械应变、机械移动(例如，每分钟转数)、湿度、土壤状况(酸性、含水量、矿物质含量)、压力、危害性大气环境、液体流、渗漏、部件寿命终止或寿命(例如，阴极保护传感器)、人员存在(例如，已经有人进入壳体)、物理状态(例如，壳体打开或闭合、开关或阀门打开或闭合、物品已经被篡改)、光传感器、振动(地震、篡改)。

如图2A-2C和图3更详细地示出的，安装结构60提供用于将收发器101安装到人孔盖50的下侧的支撑件。如图2A所示，典型的人孔盖50包括中心支撑环52，肋部54从该中心支撑环52朝向人孔盖50的外边缘径向延伸。这种典型的人孔盖是非常重的(例如，约150磅)，并且必须通过使用工具(诸如人孔盖提升工具)移除。

尽管安装结构60在附图中示出为具有有着倾斜侧壁64的截顶的圆顶或圆锥体形状，但是鉴于本说明书，对于本领域普通技术人员而言将显而易见的是，安装结构的总体形状可采用不同的形式。

在一个方面，安装结构60可包括具有适于与中心支撑环52的内表面配合的外径的圆形肋65(参见例如图2C)。安装结构可还包括抵靠在中心支撑环52的底部表面的凸部表面63。此外，安装结构60可还包括凹陷区域69，该凹陷区域69的深度可取决于收发器101的大小。这个构形创建了在人孔盖的中心环部分的内部区域和安装结构的凹陷区域69之间形成的腔体或凹坑，收发器101可在使用时容纳在该腔体或凹坑中。被构造成与人孔盖中形成的攻出的或螺钉通孔58配合的螺栓68(例如，螺纹螺栓)或其它稳固的紧固装置可用于将安装结构60紧固到人孔盖50的下侧。

此外，安装结构60可还包括具有足够的深度和直径来围绕连接器105的下开口62，该连接器105安装在收发器101的底部部分118上。连接器105可用于将收发器101耦接到拴系电缆230，该拴系电缆230进而可耦接到SAU 220或位于保险库10中的其它设备。此外，如图3所示，安装结构60可包括狭槽67，该狭槽67具有足够的宽度以允许拴系电缆230从连接器105穿过安装结构60的侧壁64。拴系电缆可包括紧固到人孔盖50的部分53的拴系线或细丝231。这种拴系可有助于在人孔盖移除过程期间进一步保护电缆230免受损坏。任选地，拴系电缆230可包括分离连接器232(参见例如图1)，诸如常规的机械(例如，卡扣配合)或磁性连接器或耦接头，该分离连接器232被构造成在拉力达到适度水平时断开连接，从而在人孔盖从入口端口55移位很大的距离时保护连接器105和/或SAU 220免受损坏。

在一个方面，安装结构60由金属或坚固的塑性材料形成。安装结构60的结构完整性对于在正常操作期间和在从保险库10移除人孔盖50期间保护数据通信系统的收发器101、连接器105和拴系电缆230是重要的。

在这个移除过程期间，通常人孔盖被从任何侧面或角度打开和/或被拖动远离入口端口。这种移除过程在图4A-4C中示出。图4A示出了处于人孔盖的正常组装位置的人孔盖。安装结构60通过具有延伸超过收发器101/连接器105的深度的倾斜侧壁64来保护收发器101/连接器105/电缆230。在图4B中，正将人孔盖从入口端口移除。由于人孔盖的重量，人孔盖50的底部侧面通常是抵靠着入口端口55的侧面拖动的。这样，安装结构60保护收发器和连接器105/拴系电缆230免于直接接触入口端口55的侧面。此外，在没有安装结构的情况下，此类接触可实质上损坏数据通信系统。此外，安装结构的倾斜侧壁64允许以连续的方式移除人孔盖，而不会使安装结构/收发器抵靠着入口端口的侧面进行阻挡或阻碍，该阻挡或阻碍可能进一步使移除过程变得更加困难。就这一点而言，倾斜侧壁可具有相对于安装结构的中心轴线约20度至约70度的角度。当人孔盖从入口端口55完全移除时，诸如图4C所示，安装结构60的稳固构形可支撑人孔盖50的重量、允许电缆230通过、并且保护收发器101和连接器105免受由于任何粗糙或平滑的表面类型(例如，混凝土、沥青、砾石等)造成的损坏。

现已参考若干独立的实施例描述了本发明。上述具体实施方式已被给出仅用于清楚地理解本发明。不应将之理解为或用作不必要的限制。对右、左、前、后、上和下的参考以及对方向的参考仅是示例性的，并且不限制受权利要求书保护的发明。在不脱离本发明范围的情况下,在所描述的实施方案中进行许多修改对本领域技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围不应受本文所述细节和结构的限制，而是仅受权利要求的语言描述的结构及其那些结构的等同物的限制。

Claims (15)

1.一种用于壳体的数据通信系统，包括：

收发器，所述收发器位于定位在所述壳体的入口端口处的人孔盖的下侧上，其中所述收发器被构造成与所述壳体外部的网络通信；

安装结构，所述安装结构用于将所述收发器安装到所述人孔盖的下侧，所述安装结构被构造成在从所述壳体的所述入口端口移除所述人孔盖期间保护所述收发器免受损坏。

2.根据权利要求1所述的数据通信系统，还包括：

传感器分析单元，所述传感器分析单元用于处理来自设置在所述壳体中的监测装置或传感器的数据并生成经处理的数据信号，并且将所述经处理的数据信号传送到所述收发器。

3.根据权利要求2所述的数据通信系统，还包括：

连接器，所述连接器位于所述收发器的底部部分上，其中所述安装结构包括具有足够的深度和直径以围绕所述连接器的下开口。

4.根据权利要求3所述的数据通信系统，还包括：

电缆，所述电缆通过所述连接器将所述传感器分析单元连接到所述收发器，

5.根据权利要求4所述的数据通信系统，其中所述电缆包括拴系电缆，所述拴系电缆具有耦接到所述电缆并附接到所述人孔盖的所述下侧的拴系线或细丝。

6.根据权利要求1所述的数据通信系统，其中所述安装结构包括具有倾斜侧壁的截顶的圆锥体或圆顶的形状。

7.根据权利要求6所述的数据通信系统，其中所述倾斜侧壁具有相对于所述安装结构的中心轴线约20度至约70度的角度。

8.根据权利要求1所述的数据通信系统，其中所述安装结构还包括狭槽，所述狭槽具有足够的宽度以允许从所述收发器延伸的所述电缆穿过所述安装结构的侧壁。

9.根据权利要求1所述的数据通信系统，其中所述安装结构的一部分与所述人孔盖的中心支撑环的内表面配合，其中所述安装结构还包括凹陷区域，其中腔体在所述人孔盖和所述凹陷区域之间形成，所述腔体足以接收所述收发器。

10.根据权利要求1所述的数据通信系统，其中所述安装结构由金属或坚固的塑性材料形成。

11.根据权利要求5所述的数据通信系统，其中所述拴系电缆包括被构造成在适度拉力下分离的分离连接器。

12.根据权利要求1所述的数据通信系统，其中所述壳体包括地下保险库。

13.根据权利要求1所述的数据通信系统，其中所述收发器直接安装到所述安装结构。

14.根据权利要求1所述的数据通信系统，其中所述安装结构直接安装到所述人孔盖。

15.一种用于保护位于人孔盖的下侧上的收发器的安装结构，所述安装结构以截顶的圆顶或圆锥体的形状由金属或坚固的塑料形成，所述截顶的圆顶或圆锥体具有倾斜侧壁和被构造成接收收发器的腔体，其中所述安装结构能够安装到所述人孔盖的下侧。