CN1969356A - 无线通信保险丝状态指示器系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电保险丝及使用它的方法，包括保护体，从所述保护体伸出的端子元件，在所述保护体内延伸且在端子元件之间电连接的主熔丝元件，以及识别元件，其被配置用于向远程设备发送无线信号以确定所述主熔丝元件的运行状态。

Description

无线通信保险丝状态指示器系统和方法
技术领域
本发明一般涉及保险丝，更具体地涉及具有保险丝状态指示器的保险丝。
背景技术
保险丝是广泛使用的过电流保护设备，它具有在导电端子元件，诸如端帽或接线片之间延伸的主可熔链接或主熔丝元件组件。当端子元件电连接至通电电路时，电流从主可熔链接或熔丝元件组件上流过。所述主可熔链接或熔丝元件组件被设计成当流过所述保险丝的电流达到预定等级时，将会在物理上熔化、分解、或者以其他方式在结构上失效，由此断开流过所述保险丝的电路，从而保护相关的电设备和部件不受损害。一旦所述可熔链接已经断开了电路，可以拆下所述保险丝并用另一根保险丝来更换，以便再一次接通该电路。
为了进行更换而识别断开的保险丝并非总是一件容易的差事，尤其是在使用大量保险丝的大型电系统中。为了协助以更有效的方式来定位断开的保险丝，已经开发了各种类型的保险丝状态指示器，可以用来指示保险丝的运行状态。举例来说，已知的指示器提供内置于保险丝外壳中的局部保险丝状态指示功能，例如灯、发光二极管、温度响应型材料、机械销和标签可以通过保险丝外观变化来指示断开的保险丝。然而，这些指示器在许多方面是不利的。
例如，已经开发了包含有当主熔丝元件断开时可以释放的，装有弹簧元件的机械指示器。然而，这样的机械指示器可能难以组装，并且可能不会有所期望的那么可靠。
其他类型的保险丝状态指示器通过保险丝外观的物理变化来指示该保险丝的运行状态。通常，这需要在熔丝体外表面上延伸的导电指示器链接组件。该外部链接构成熔丝体外部的第二熔丝链接，并且与该熔丝体内的主熔丝元件并联。当指示器链接在过电流状态下断开时，该指示器链接自身或者该指示器组件的其他部分可以改变颜色。然而，这些类型的指示器已经证实难以可靠地终止熔丝端子元件与外部指示器的链接。
此外，某些已知的保险丝包括警报端子，它可以向外部设备(例如计算机或继电器)发信号通知保险丝的断开。然而，这种远程保险丝状态指示，需要在所述保险丝警报端子和外部设备之间的硬线点对点连接。许多装有保险丝的系统都没有为此目的而布线。
无论所使用指示器是何类型，制造限制都趋向于当保险丝断开时，产生某些结果或效果的变异性，这些变异性可能导致尽管有指示器，仍然难以定位断开的保险丝。例如，当主熔丝元件断开时一根保险丝可能会表现出明显的外观变化，而当主熔丝元件断开时另一根保险丝可能只表现出细微的变化。该细微变化对于期望观察到明显变化的人员来说可能不够明显。
另外，在特定的保险丝断开之前可能会经历相当长的一段时间，这段时滞可能会降低指示器正确运行的可能性。对于机械致动的指示系统，包含灯和照明器的保险丝状态指示器，以及包含可能随时间降解的温度响应型材料的保险丝状态指示器的情况下尤其如此。
更进一步地，带有已知指示器的保险丝通常必须安装在电系统中的特定方位，从而使指示器能够看得见以便进行检查。如果必须从电系统上拆下保险丝以检查所述指示器的话，所述指示器就失去了价值。同样，如果保险丝进行了不正确的安装，这可能从保险丝的目视检查来看不是那么明显，电流有可能不能正确地流过所述保险丝，而且指示器不能发挥它所设计的功能。在这样的情况下，已知的指示器不能有效地识别具有问题的保险丝。
发明内容
根据一个示范性实施例，一种电保险丝包括保护体，从所述保护体伸出的端子元件，在所述保护体内延伸且在端子元件之间电连接的主熔丝元件，以及识别元件，其被配置用于向远程设备发送无线信号以确定所述主熔丝元件的运行状态。
根据另一示范性实施例，提供一种保险丝状态识别系统。该系统包括至少一根保险丝，该保险丝包括保护体，耦合至该保护体的端子元件，在所述保护体内延伸且在端子元件之间电连接的主熔丝元件，以及位于所述端子元件之间的识别元件。远程通信设备被配置用于通过空中接口与所述识别元件进行通信。
在又一示范性实施例中，一种保险丝状态识别系统包括一包含有发射机的无线电频率识别标签，其中所述标签电连接至包含有主熔丝元件的保险丝；和一无线电频率询问设备，其被配置用于使用所述标签发射无线通信以确定该保险丝的运行状态。
在又一实施例中，提供一种用于在装有保险丝的系统中识别断开的保险丝的方法，所述系统具有其中带有保险丝状态识别元件的至少一根保险丝，以及远离所述保险丝的通信设备。该方法包括使用通信设备通过空中接口向保险丝的识别元件发送信号，等待从所述识别元件到通信设备的响应，并根据来自该识别元件的响应或者缺乏该响应，确定保险丝的运行状态。
附图说明
图1是保险丝状态识别系统的示范性实施例的示意方框图。
图2是用于图1所示保险丝状态识别系统的保险丝的示范性实施例的横截面示意图。
图3是图1所示保险丝状态识别系统更详细的示意图。
具体实施方式
图1是保险丝状态识别系统100的示范性实施例的示意方框图，所述保险丝状态识别系统100包括保险丝110，其上耦合有识别元件或标签设备120，其通过无线连接130与诸如下文描述的读出器或询问设备的远程设备140进行通信。识别元件120电连接至保险丝110，并且可以用来确定保险丝110是否处于运行状态(即接通经过所述保险丝的电连接的电流承载状态或未断开状态)，或者保险丝110是否处于非运行状态(即断开经过所述保险丝的电连接的断开状态)。
如下所述，从识别元件120到通信设备140的信号发送能够可靠地根据需要指示保险丝110的运行状态。从识别设备120到通信设备140的信号发送通过空中接口来传导，从而避免了点对点的布线。因此系统100可以普遍地用于现有的装有保险丝的系统中，而无须对它们进行改装或改进，用电线或信号导体将所述保险丝连接至通信设备。
更进一步地，除了保险丝的断开或未断开状态之外，系统100还可以传达有关装有保险丝的系统所关心的其他信息。特别地，系统100可以用来识别不正确安装的或不正常工作的保险丝，以及提供关于与保险丝110相关联的电系统的信息。系统100以电子方式实现，并避免了由于时间流逝而造成的老化问题，并且能够以节省成本的方式来实现。
在示范性实施例中，通信设备140和识别元件120通过无线电频率来通信，并且所述系统依照已知的无线电频率识别(RFID)系统来运行。照此，并且正如本领域技术人员可以理解的，识别元件120是RFID识别标签，而通信设备140是RFID读出器或询问器。因此，所述系统在识别元件120和通信设备140的紧密接近电磁耦合或电感耦合上运行，或者替代地使用传播电磁波来运行。然而，可以预料到，也可以使用其他形式或类型的无线通信来替代RFID通信而不脱离本发明的范围和精神，包括但不限于红外线通信。
图2是用于系统100(图1所示)的保险丝110的示范性实施例的横截面示意图。根据已知的保险丝，保险丝110包括用绝缘(即非导电)材料制造的保护体210，耦合至保护体210的导电端子元件212、214，以及在保护体210内延伸且在端子元件212、214之间电连接的主熔丝元件216。所述主熔丝元件216在构造、大小和尺寸上定为一旦出现预定的电流条件(例如故障电流)，就会熔化、分解、汽化、或者以其他方式在结构上失效，以便中断或断开通过位于端子元件212、214之间的保险丝110的电连接。以这种方式断开主熔丝链接216可以保护与保险丝110相关联的电气部件和设备不受可能由故障电流引起的损坏。已经知道各种类型的熔丝元件和组件可以用于实现该目的，而本发明并不限于主熔丝元件的任何特定类型或配置。
在所图示的实施例中，保险丝110是圆筒状保险丝管，它包括圆柱体210，具有第一端222，第二端224，以及延伸在它们之间的膛226。主熔丝元件216从膛226当中贯穿，并且以已知的方式连接至端子元件212和214，例如通过焊接连接到端子元件212和214上，或者通过啮合元件212，214的导电垫圈(未示出)。在一个实施例中，端子元件212，214是导电箍或端帽，并且以已知的方式，例如通过卷边压接技术缚于保护体210的对应端222，224。当端子元件212，214连接至线路侧和负载侧电路(未示出)时，通过主熔丝元件216形成一电流通路。尽管在图2中图示了圆柱体或管状体210，应当理解在替代实施例中也可以使用其他形状和配置的保护体或外壳，包括但不限于矩形熔丝模块。同样，也可以使用各种端子元件来替代端帽212和214而不脱离本发明范围和精神。
识别元件120与主熔丝元件216电并联，并且在熔丝体210的内部，尽管应当理解在替代实施例中，识别元件120可以位于保护体210的外表面上。在所图示的实施例中，识别元件120以已知的方式，通过一个细保险丝，或者具有比主熔丝元件216大得多的电阻的其他导电材料连接至端子元件212，214。照此，只有流过保险丝110的电流的非常小的一部分流过识别元件120，因此识别元件120可以监控相对小的电流，以便如下所述指示保险丝110的状态。
在示范性实施例中，识别元件120是已知的RFID发射机应答器设备，它通过空中接口，在例如100-500kHz，更具体地在大约125kHz的预定无线电频率载波上与通信设备140(如图1所示)进行无线通信。然而，应当理解，根据可用的RFID标准，也可以使用其他频率的载波。同样，应当认识到，识别元件120与通信设备140之间的数据传输速率会受到用于信号传输的所选载波频率的影响。也就是说，频率越高，设备之间的传输速率越高。
通信设备140与识别元件120之间通信的运行范围或距离取决于设备的功率级，例如可以是从100-500mW，或者由可用规则规定的功率级。该范围主要受到以下因素的影响：要与识别元件120通信的通信设备140的可用功率，要响应的识别元件120内的可用功率，以及外部环境条件和运行环境中结构的存在。在一个实施例中，识别元件120的功率级比通信设备140的功率级低得多。相信无须更多解释说明，本领域技术人员就能够选择恰当的功率级以满足特定运行环境所期望的规格和目标。
现在参阅图3，在示范性实施例中，通信设备140包括显示器240，接口242，天线244，并且可选地包括处理器246和存储器248。以下将对通信设备140的操作进行更为详细的描述。
保险丝110的识别元件120包括处理器250，天线252，和存储器254，根据元件120的复杂程度，所述存储器在不同实施例中可以是只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，或者非易失性编程存储器，例如电可擦可编程存储器(EEPROM)。当通信设备140询问时，处理器250通过无线连接130(如图1中所示)的无线电频率，与通信设备140进行通信，并且天线252感应运行中的通信设备140产生的电磁场。天线252还用来以已知的方式向通信设备140发送响应。
如下所述，可以通过识别元件120对设备140询问的响应，或缺乏响应来确定保险丝110的运行状态。通信设备140可以用来测试和诊断大量保险丝110的运行状态，而不用将保险丝110与相关电路断开。根据用户的需要，设备140通过在空中接口上的无线通信(例如无线电频率通信)来询问识别元件120，从而通信设备天线244的传输场256与识别元件天线252的传输场258交互作用。响应于所述询问，识别元件120对设备140作出应答。根据于通信协议的复杂程度，以及识别元件与保险丝110的主熔丝链接216的联系，可以通过基于处理器的识别元件120的各种方式，来确定保险丝110的运行状态。
在示范性实施例中，识别元件120是无源无线电频率发射机，并且依靠通信设备140产生的传输场来供电，以响应设备140。在这样的实施例中，识别元件120不存储与保险丝110的运行状态相关的数据。
在替代实施例中，识别元件120是有源无线电频率发射机应答器，并且由诸如电池268的机载电源来供电，或者替代地，由穿过第二熔丝链接230(如图2所示)的电流来供电。照此，识别元件120能够存储数据，并且当被询问时能够向通信设备140发送数据。也就是说，在这样的实施例中，识别元件120是读写设备，并且具有高级功能，例如问题诊断和故障检修。
基于处理器的通信设备140可以设计为解译对询问的应答，并以如下描述的可读形式向用户提供输出。
例如，在一个实施例中，可以把响应通信设备140的询问的从识别元件120接收到的任何信号视为主熔丝元件216(如图2所示)运行正常的表示。例如，考虑图2所示的保险丝110，当主熔丝链接216断开时，整个故障电流将会送往识别元件120，并且如果选择了识别元件120，那么故障电流会破坏或致使元件120不能工作，则元件120在保险丝110断开之后不能再发挥作用以作出响应。因此，如果没有从给定的识别元件120接收到响应，那么可以推测相关联的保险丝已经断开。
同样，在另一实施例中，识别元件120可以仅仅在物理上位于主熔丝元件216的邻近，而不是电连接至端子元件212和214或者主熔丝元件216。在这样的实施例中，与主熔丝元件216的断开相关的热量和电弧会破坏识别元件120，并阻止它对询问作出响应。因此，如果没有从给定的识别元件120接收到响应，可以推测相关联的保险丝已经断开。
作为另一个例子，通过对识别元件120的策略选择，并且通过识别元件120到保险丝110的策略连接，识别元件120可以经受住主熔丝元件216的断开，并通过例如经由保险丝110的电路的电流或电压感测，确定主熔丝元件216的断开。在这样的实施例中，当保险丝110处于运行状态时识别元件120可以以第一种方式作出响应，而当保险丝110处于非运行状态时识别元件120可以以不同于第一种方式的第二种方式作出响应。
当在通过对大量保险丝110的扫描动作中使用时，通信设备140可以询问保险丝110的识别元件120，并基于所接收到响应的类型，确定哪一根保险丝110(如果有的话)是不工作的。
在更高级的通信协议中，可以由设备140对来自识别元件120的响应进行解码，由此允许将识别元件120中存储的特定数据的通信传达给通信设备140。例如，识别代码，位置代码，制造日期等，甚至与随时间过去的电流(current)特性有关的数据中的一个或更多，都可以存储在识别元件120的存储器254中。因此，系统100可以帮助对电系统进行故障检修。不正确安装的保险丝或不正常工作的保险丝，同样可以通过对识别元件120和通信设备140的适当设计，进行检测和诊断。
在一个实施例中，可以将从保险丝110的识别元件120发送的响应信息通过手持式设备140中的显示器240直接显示给用户，由此提供有关所询问的通信设备140邻近的保险丝或多根保险丝状态的实时反馈。在更进一步的和/或替代的实施例中，设备140的处理器246对在作出询问时和接收应答时的有关保险丝状态的数据和信息进行处理和编译，然后将这些数据和信息存储在设备140的存储器248中。存储在存储器248中的这些数据和信息可以利用通信链路264下载到信息管理系统或者主机260上，所述通信链路例如可以是因特网或其他网络连接，无线连接(例如无线电频率)，光通信链路等诸如本领域技术人员能够理解的那些。信息管理系统260处理和存储这些信息和数据，以便由用户进行评估，从而进行分析。连同有关装有保险丝的系统所关心的其他数据一起，也可以识别断开的或需要更换的任何保险丝110。不正确安装的保险丝或不正常工作的单元，同样可以通过对识别元件120和通信设备140的适当设计，进行检测和诊断。
来自信息管理系统260的数据同样也可以从信息管理系统260传送到通信设备140，并且该数据可以用于，例如将来自所选识别元件120的响应与系统中的特定保险丝110进行匹配。
同样，这些数据可以用来生成对系统特定保险丝110的询问。在这样一个实施例中，可以将保险丝110的识别元件120设计为忽略某些询问，并响应来自通信设备140的其他询问。此外，保险丝110的识别元件120可以设计为对不同的询问作出不同的响应。例如，识别元件120可以对基本询问发送非常基本的响应，或者对更高级的询问发送包括支持数据的详细响应。
尽管已经对系统100的某些示范性实施例进行了描述，但应当相信，在本领域技术人员的眼界以内，可以对系统部件进行设计，以便获得期望的输出，用于监控保险丝和相关的保险丝系统的状态。
尽管已经依据各个特定实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员能够明白，本发明可以通过在权利要求的精神和范围之内的修改来实施。

Claims (18)

1.一种电保险丝，包括：
保护体；
从所述保护体伸出的端子元件；
在所述保护体内延伸且在所述端子元件之间电连接的主熔丝元件；和
识别元件，其被配置用于向远程设备发送无线信号以确定所述主熔丝元件的运行状态。
2.根据权利要求1的保险丝，其中所述识别元件包括发射机应答器。
3.根据权利要求1的保险丝，其中所述识别元件包括处理器。
4.根据权利要求1的保险丝，其中所述识别元件包括存储器。
5.根据权利要求1的保险丝，其中所述识别元件包括电池。
6.根据权利要求1的保险丝，其中所述识别元件被配置用于发送无线电频率信号。
7.根据权利要求1的保险丝，其中所述识别元件包括天线。
8.根据权利要求1的保险丝状态指示器，其中所述保护体为圆筒状。
9.一种保险丝状态识别系统，包括：
至少一根保险丝，该保险丝包括保护体，耦合至所述保护体的端子元件，在所述保护体内延伸且在所述端子元件之间电连接的主熔丝元件，以及位于所述端子元件之间的识别元件；和
远程通信设备，其被配置用于通过空中接口与所述识别元件进行通信。
10.根据权利要求9的保险丝状态识别系统，其中所述通信设备包括无线电频率询问设备。
11.根据权利要求9的保险丝状态识别系统，其中所述识别元件包括发射器，应答器和发射机应答器中的至少一个。
12.根据权利要求9的保险丝状态识别系统，其中所述识别元件包括电池。
13.根据权利要求9的保险丝状态识别系统，其中所述识别元件包括存储器。
14.根据权利要求9的保险丝状态识别系统，其中所述识别元件包括处理器。
15.一种保险丝状态识别系统，包括：
一包含有发射机的无线电频率识别标签，其中所述标签电连接至包含有主熔丝元件的保险丝；和
一无线电频率询问设备，其被配置用于使用所述标签发射无线通信以确定所述保险丝的运行状态。
16.一种用于在装有保险丝的系统中识别断开的保险丝的方法，该系统具有其中带有保险丝状态识别元件的至少一根保险丝，以及远离保险丝的通信设备，所述方法包括：
使用所述通信设备通过空中接口向所述保险丝的识别元件发送信号；
等待从所述识别元件到所述通信设备的响应；和
根据来自所述识别元件的响应或者缺乏该响应，确定保险丝的运行状态。
17.根据权利要求16的方法，还包括：
使用所述通信设备生成传输场；和
用所述传输场对所述识别元件进行供电。
18.根据权利要求16的方法，其中发送信号包括发送无线电频率信号。
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