EA028374B1 - Устройство обнаружения потребления газа, способ его изготовления и способ обнаружения потребления газа - Google Patents

Abstract

В некоторых вариантах осуществления устройство может быть сконфигурировано для обнаружения потребления газа. Устройство может содержать: (а) модуль обработки, приспособленный работать на вычислительном элементе; и (b) сенсорный элемент, приспособленный для соединения с газовым регулятором, причем сенсорный элемент содержит: (1) по меньшей мере один акустический датчик, приспособленный обнаруживать два или более звуковых сигнала, производимых газовым регулятором, и преобразовывать два или более звуковых сигнала в один или несколько первых сигналов данных; и (2) передатчик, электрически соединенный по меньшей мере с одним акустическим датчиком и приспособленный передавать один или несколько первых сигналов данных на вычислительный элемент. Модуль обработки сконфигурирован использовать один или несколько первых сигналов данных для того, чтобы определять потребление газа. Кроме того, раскрыты и другие варианты осуществления.

Description

Настоящее изобретение относится в целом к электрическим устройствам и, в частности, к устройствам регистрации электрического события и способам регистрации и классификации потребления электроэнергии.

Предшествующий уровень техники

Многие современные подходы к регистрации и классификации активности электроприборов используют распределенную модель, в которой каждое электрическое устройство содержит специальный датчик, который следит за изменениями состояния устройства (например, включением и выключением устройства). Определение уровня устройства концептуально не вызывает затруднений, но требует много времени и дорогостоящей установки и обслуживания. Также были использованы методы непрямого определения, при которых микрофоны, акселерометры и видеокамеры устанавливают по всему зданию для определения активности электроприборов. Такие методы являются эффективными, но требуют дорогостоящей установки и обслуживания и могут также поставить под угрозу конфиденциальность при домашней установке. Например, один метод регистрации электрического события включает непрямое прослушивание активности переключателей и моторов с помощью микрофонов, распределенных по жилой площади.

Таким образом, имеет место необходимость или потенциальная возможность для получения пользы от аппаратуры или способа, которые могут предоставить подробную информацию об электрическом состоянии электрических устройств в доме или в ином здании, но которые также не требуют относительно дорогого развертывания и профессиональной установки.

Сущность изобретения

Некоторые варианты осуществления могут относиться к аппаратуре, предназначенной для регистрации электрического состояния одного или нескольких электрических устройств. Одно или несколько электрических устройств подключены к сети электропитания и производят высокочастотный электрический шум в сети электропитания. Аппаратура может содержать: (а) модуль обработки, предназначенный для работы на процессоре вычислительного блока; и (Ь) датчик, предназначенный для соединения с электрической розеткой. Датчик может содержать: (а) приемник для сбора данных, предназначенный для получения высокочастотного электрического шума через электрическую розетку и преобразования высокочастотного электрического шума в один или несколько первых сигналов данных, если датчик соединен с электрической розеткой. Электрическая розетка может быть электрически соединена с сетью электропитания. Модуль обработки также предназначен для идентификации электрического состояния одного или нескольких электрических устройств, по меньшей мере, частично используя один или несколько первых сигналов данных. Датчик связан с вычислительным блоком. Высокочастотный электрический шум предусматривает электрический шум в диапазоне частот от десяти килогерц до трех мегагерц.

Другие варианты осуществления относятся к способу регистрации и классификации потребления электроэнергии одним или несколькими электрическими устройствами. Одно или несколько электрических устройств присоединены к линии электропитания. Способ может включать захват двух или более электрических сигналов в линии электропитания, два или более электрических сигнала содержат по существу непрерывный электрический шум; регистрацию возникновения одного или нескольких электрических событий в линии электропитания, используя, по меньшей мере, по существу, частично непрерывный электрический шум двух или более электрических сигналов; и ассоциирование одного или нескольких электрических событий с изменением электрического состояния по меньшей мере одного устройства из одного или нескольких электрических устройств. По существу непрерывный электрический шум двух или более электрических сигналов включает электрические сигналы, которые могут быть идентифицированы в линии электропитания по продолжительности примерно более одной секунды.

Кроме того, другие варианты осуществления относятся к устройству регистрации электрического события, предназначенному для регистрации двух или более электрических событий в линии сети электропитания здания. Устройство регистрации электрического события может содержать: (а) приемный модуль, предназначенный для получения и обработки одного или нескольких электрических сигналов, где один или несколько электрических сигналов содержат высокочастотную составляющую, при этом приемный модуль содержит: (1) электрический интерфейс, предназначенный для связи с линией сети электропитания; (2) один или несколько фильтрующих контуров, соединенных с электрическим интерфейсом и предназначенных для передачи одной или нескольких частей одного или нескольких электрических сигналов; и (3) модуль преобразователя, соединенный с выходом одного или нескольких фильт- 1 028374 рующих контуров и предназначенный для преобразования одного или нескольких электрических сигналов в один или несколько сигналов данных; при этом один или несколько сигналов данных содержат информацию о высокочастотной составляющей одного или нескольких электрических сигналов; и (Ь) модуль обработки, предназначенный для работы на процессоре, при этом модуль обработки содержит: (1) модуль регистрации события, предназначенный для использования информации о высокочастотной составляющей одного или нескольких электрических сигналов для определения возникновения двух или более электрических событий; (2) модуль классификации, предназначенный для классификации двух или более электрических событий; и (3) подготовительный модуль, предназначенный для корреляции первого типа события с первым событием из двух или более электрических событий и для корреляции второго типа события со вторым событием из одного или нескольких электрических событий. Два или более электрических события содержат включение одного или нескольких электрических устройств, соединенных с линией сети электропитания здания, и включение одного или нескольких электрических устройств, соединенных с линией сети электропитания здания. Высокочастотная составляющая одного или нескольких электрических сигналов содержит электрические сигналы с частотой более 10 кГ.

Перечень фигур чертежей и иных материалов

Для облегчения дальнейшего описания вариантов осуществления приведены следующие графические материалы, на которых на фиг. 1 изображен пример общей схемы типового устройства регистрации электрического события в соответствии с первым вариантом осуществления;

на фиг. 2 изображена блок-схема устройства регистрации электрического события, изображенного на фиг. 1 в соответствии с первым вариантом осуществления;

на фиг. 3 изображена типовая каскадной диаграммы диапазона частот, показывающей включение и выключение электрических устройств в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 4 изображена неполная схема соединения типового приемника для сбора данных устройства регистрации электрического события, изображенного на фиг. 1, в соответствии с первым вариантом осуществления;

на фиг. 5 изображена общая схема типового устройства регистрации электрического события в соответствии со вторым вариантом осуществления;

на фиг. 6 изображена блок-схема датчика устройства регистрации электрического события, изображенного на фиг. 5, в соответствии со вторым вариантом осуществления;

на фиг. 7 изображена блок-схема типового варианта осуществления способа предоставления устройства регистрации электрического события в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 8 изображена блок-схема типового варианта осуществления способа регистрации и классификации потребления электроэнергии одним или несколькими электрическими устройствами, подключенными к сети электропитания, в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 9 изображена блок-схема типового действия по использованию первых электрических сигналов для подготовки модуля обработки с целью корреляции первых сигналов данных с изменением электрического состояния конкретного электрического устройства в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 10 изображен график типовой сигнатуры флуктуационного шума в здании в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 11 изображен график типовой сигнатуры шума нового устройства в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 12 изображен график типовой сигнатуры шума нового электрического устройства после удаления флуктуационного шума в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 13 изображена таблица демографических данных для зданий, использованных для типовой установки типового устройства регистрации электрического события в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 14 изображена таблица, показывающая производительность типовой системы регистрации электрического события во время типовой установки, в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 15 изображена таблица матрицы неточностей, показывающая производительность типовой системы регистрации электрического события во время типовой установки в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 16 изображена другая таблица, суммирующая классификационные показатели точности при использовании минимального набора подготовительных данных типовой системы регистрации электрического события во время типовой развертки в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 17 изображена таблица производительности типовой системы регистрации события при классификации четырех электрических устройств, примененных в различных зданиях, используя 10кратную проверку классификации, в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 18 изображен график, показывающий временную стабильность или изменение сигнатур в течение времени для четырех случайно выбранных электрических устройств путем визуализации векторов признаков в пространстве признаков в соответствии с вариантом осуществления;

- 2 028374 на фиг. 19 изображен график спектра, наблюдаемого системой регистрации электрического события, показывающий спектр шума, создаваемого четырьмя СРЬ (компактными флуоресцентными лампами) одного и того же типа, в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 20 изображен график спектра части данных из теста электрического устройства, которое было подключено к двум разным настенным розеткам в здании, в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 21 изображен график сигнала электромагнитных помех, созданных диммером на разных его уровнях, в соответствии с вариантом осуществления;

на фиг. 22 изображен график, показывающий короткий всплеск электромагнитных помех, который производят СРЬ при первом включении;

на фиг. 23 изображен компьютер, который является подходящим для реализации варианта осуществления вычислительного блока, изображенного на фиг. 1;и на фиг. 24 изображена характерная блок-диаграмма примера элементов, включенных в монтажные схемы внутри корпуса вычислительного блока, изображенного на фиг. 23.

Для простоты и ясности иллюстрации на фигурах изображен общий вид конструкции, а описания и детали хорошо известных признаков и методов могут быть опущены во избежание нежелательного затруднения понимания изобретения. Кроме того, элементы на фигурах изображены не обязательно в масштабе. Например, размеры некоторых элементов на фигурах могут быть увеличены по сравнению с другими элементами для лучшего понимания вариантов осуществления настоящего изобретения. Одни и те же номера позиций на разных фигурах соответствуют одним и тем же элементам.

Термины первый, второй, третий, четвертый и тому подобные в описании и в формуле изобретения, если таковые имеются, используются для различения подобных элементов и не являются обязательными для описания конкретного последовательного или хронологического порядка. Следует понимать, что термины, используемые таким образом, являются взаимозаменяемыми при соответствующих обстоятельствах, таких как варианты осуществления, описанные в настоящей заявке, например, могут применяться в последовательностях, отличных от изображенных или иным образом описанных в настоящей заявке. Кроме того, термины содержать и иметь и любые их вариации предназначены для обозначения неисключительного включения, такого как процесс, способ, система, предмет, устройство или аппаратура, которые составляют список элементов, не обязательно ограничивающийся этими элементами, но может содержать другие элементы, которые не указаны в прямой форме или не являются присущими такому процессу, способу, системе, предмету, устройству или аппаратуре.

Термины слева, справа, спереди, сзади, сверху, снизу, над, под и тому подобные в описании и в формуле изобретения, если таковые имеются, используются в описательных целях и необязательно для описания постоянного взаимоположения. Следует понимать, что термины, используемые таким образом, являются взаимозаменяемыми при соответствующих обстоятельствах, таких как варианты осуществления изобретения, описанные в настоящей заявке, например, могут применяться в других ориентациях, отличных от изображенных или иным образом описанных в настоящей заявке.

Термины соединение, соединенный, соединения, соединяющий и тому подобные должны пониматься в широком смысле и относиться к соединению двух или нескольких элементов или сигналов электрически, механически и/или другим способом. Два или более электрических элемента могут быть соединены электрически, но не соединены механически или другим способом, два или более механических элемента могут быть соединены механически, но не соединены электрически или другим способом, два или более электрических элемента могут быть соединены механически, но не соединены электрически или другим способом. Соединение может быть любым по времени, например постоянным, полупостоянным или мгновенным.

Электрическое соединение и тому подобные должны пониматься в широком смысле и содержать соединение при наличии любого электрического сигнала, будь то сигнал мощности, сигнал данных и/или другие типы или комбинации электрических сигналов. Механическое соединение и тому подобные должны пониматься в широком смысле и включать механическое соединение любых типов.

Отсутствие слова съемно, съемный и тому подобных рядом со словом соединенный и тому подобными не означает, что рассматриваемое соединение и т.д. является или не является съемным.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Электроэнергия в линии электропитания может содержать электрический шум. Электрический шум, присутствующий в линии электропитания, может быть вызван работой электрического устройства, которое электрически соединено с линией электропитания. Данный тип электрического шума называется кондуктивной электромагнитной помехой (ΕΜΙ). ΕΜΙ могут быть делиться на два типа: кратковременный шум и непрерывный шум. В некоторых вариантах осуществления непрерывный или кратковременный электрический шум, который возникает при включении электрического устройства, не имеет той же формы электрического шума после нескольких электрических циклов переменного тока (например, один электрический цикл переменного тока составляет 1/60-ю секунды в США). Например, электрический шум компактной флуоресцентной лампочки (СРЬ) имеет одну форму в течение нескольких электрических циклов переменного тока до тех пор, пока СРЬ разогревается, и затем форма электрических шумов

- 3 028374 переходит в другую форму после разогрева СРЬ. В другом примере электродвигатели постоянного тока характеризуются непрерывным шумом, но непрерывный шум электродвигателя постоянного тока может продолжаться только в течение микросекунд, но может повторяться каждый электрический цикл переменного тока до тех пор, пока электродвигатель постоянного тока работает. Описанное ниже устройство регистрации электрического события может регистрировать все эти типы электрического шума.

Кратковременный шум характеризируется малой продолжительностью, в течение которой он может наблюдаться, как правило, от десятков наносекунд до нескольких миллисекунд. С другой стороны, непрерывный шум (т.е., по существу, непрерывный шум) может наблюдаться так долго, пока электрическое устройство работает. Во многих вариантах осуществления непрерывный шум, как использовано в настоящей заявке, может означать повторяющийся, постоянный, непрерываемый или многократно повторяющийся шум. В этом же или других вариантах осуществления шум может быть непрерывным, если спектр шума повторяется каждый цикл переменного тока или сигнал электрического шума наблюдается без прекращения до тех пор, пока электрическое устройство работает. Шум может все еще считаться непрерывным шумом, если разрыв цикла переменного тока происходит во время шума.

Во многих примерах непрерывный электрический шум может быть распознаваемым в линии электропитания на протяжении большего отрезка времени, чем электрический цикл переменного тока. В другом примере непрерывный электрический шум может быть распознаваемым на протяжении меньшего отрезка времени, чем один цикл переменного тока, но электрические сигналы повторяются в трех или более электрических циклах переменного тока. В другом примере непрерывный электрический шум может являться электрическими сигналами, которые являются распознаваемыми в линии электропитания на протяжении большего отрезка времени, чем приблизительно десять миллисекунд. В другом примере непрерывный электрический шум может являться электрическими сигналами, которые являются распознаваемыми в линии электропитания на протяжении большего отрезка времени, чем приблизительно пятьдесят миллисекунд. В других примерах непрерывный электрический шум может являться электрическими сигналами, которые являются распознаваемыми в линии электропитания на протяжении большего отрезка времени, чем приблизительно одна секунда. В еще одних дополнительных примерах непрерывный электрический шум может являться электрическими сигналами, которые являются распознаваемыми в линии электропитания на протяжении большего отрезка времени, чем приблизительно десять секунд.

Как кратковременный, так и непрерывный шумы также могут быть сосредоточены в узком диапазоне частот или распределены в широком диапазоне частот (т.е. являться широкополосным шумом). СРЬ является примером электрического устройства, генерирующего непрерывный шум, который проводится по линии электропитания вследствие его электрического соединения с линией сети электропитания. Поскольку электрическая распределительная система здания подключена параллельно к электрическому щитку здания, то кондуктивная ΕΜΙ широко распространяется от заданного электрического устройства по всей линии сети электропитания здания.

Непрерывный шум обычно является присущим работающему электрическому устройству и внутренней электронике. Такие устройства, как шлифовальный станок создают электрический шум, синхронный с частотой сети переменного тока (60 Гц в США) и его гармониками (120 Гц, 180 Гц и т.д.) в связи с непрерывным замыканием и размыканием электрического контакта втулками двигателя такого типа электрического устройства.

Импульсный источник питания (8ΜΡ8) является источником электропитания, который содержит импульсный стабилизатор для обеспечения выходного напряжения, требуемого электрическими устройствами, использующими 8ΜΡ8. Функцией 8ΜΡ8 является обеспечение стабилизированного выходного напряжения, обычно отличного по уровню от выходного напряжения, полученного от сети электропитания. Электрические устройства, использующие 8ΜΡ8, становятся все более распространенными вследствие их более высокой эффективности, меньшего размера и меньшей цены по сравнению с традиционными источниками питания. Кроме того, производители все чаще используют 8ΜΡ8 в своей продукции для выполнения минимальных требований энергосбережения (например, программы Еиегду 81аг Министерства энергетики США). Например, большинство персональных компьютеров, а также флуоресцентных ламп в настоящее время используют 8ΜΡ8. Более десяти лет назад большинство потребительских электронных устройств не были 8ΜΡ8 вследствие слаборазвитого состояния технологии производства 8ΜΡ8 и отсутствия дешевых однокристальных 8ΜΡ8.

Современные электрические устройства на базе 8ΜΡ8 генерируют шум, который синхронизирован с их внутренним генератором электропитания. Кроме того, в отличие от традиционных линейных регуляторов мощности 8ΜΡ8 не рассеивает избыточную мощность в виде тепла, но вместо этого сохраняет энергию с помощью катушки индуктивности и передает эту сохраненную энергию из линии электропитания на нагрузку по мере необходимости, и, таким образом, затрачивает намного меньше энергии, чем традиционные источники электропитания. Ключевым моментом меньшего размера и эффективности 8ΜΡ8 является использование мощного транзистора для передачи сохраненной электроэнергии на высокой частоте, также известной в качестве частоты переключения. Частота переключения обычно намного выше частоты сети переменного тока 60 Гц (в США), так как при более высокой частоте требуются ка- 4 028374 тушки индуктивности или преобразователи меньшего размера. Типичный δΜΡδ работает на частотах от десятков до сотен килогерц (кГц). Схема переключения может быть отрегулирована для выполнения требований электропитания электрического устройства, которое оснащается δΜΡδ. Например, источник СРЬ оснащен δΜΡδ для генерации высокого напряжения, необходимого для СРЬ. Переключающее действие, которое является краеугольным камнем принципа действия δΜΡδ, генерирует большее количество ΕΜΙ, сосредоточенных на частоте переключения.

Кроме того, большинство современных потребительских электронных приборов развиваются в направлении использования программного коммутатора вместо механического переключателя. В отличие от механического переключателя, программный коммутатор использует программно-управляемую кнопку переключения, которая электронным образом передает электроэнергию электрическому устройству. В данном типе переключателя непрямая активация электрического устройства с помощью программно-управляемого электронного переключателя уменьшает кратковременный шум, генерируемый в момент активации. Установлено, что несколько устройств, таких как ЖК-мониторы (жидкокристаллические мониторы) и Όνθ-проигрыватели, которые используют программный коммутатор, не генерируют заметный кратковременный шум. Программно-управляемые устройства, такие как ЖК-мониторы и Όνθ-проигрыватели, почти всегда сделаны на основе δΜΡδ и, таким образом, устройство 100 регистрации электрического события (фиг. 1) может зарегистрировать изменение их состояния электропитания, контролируя производимые электрическими устройствами ΕΜΙ.

Как и современные электронные устройства на основе δΜΡδ, диммеры также производят непрерывный шум вследствие переключения по меньшей мере одного внутреннего двустороннего тиристорного переключателя. Этот непрерывный шум может быть использован для регистрации и идентификации нагрузок от управляемой диммером лампы накаливания. В отличие от узкополосного шума, производимого δΜΡδ, диммер производит широкополосный шум в диапазоне сотен килогерц, который может быть смоделирован в виде распределения Гаусса, имеющего большое отклонение.

Кроме того, в Соединенных Штатах Федеральная комиссия связи (РСС) установила правила (например, раздел 47 Свода федеральных правил, часть 15/18: Потребительские ограничения на излучение) для любого электрического устройства, соединяемого с линией сети энергопитания, которые определяют максимальное количество ΕΜΙ, которые электрическое устройство может передавать обратно в линию сети электропитания. Ограничение РСС и в настоящее время составляет 66 дБмкВ (количество децибел относительно одного микровольта) для частотного диапазона от 150 до 500 кГц, что составляет около -40 дБм (количество децибел относительно одного милливатта) при нагрузке в 50 Ом.

Теперь обратимся к графическим материалам, на фиг. 1 изображена общая схема типового устройства 100 регистрации электрического события в соответствии с первым вариантом осуществления. На фиг. 2 изображена блок-схема типовой системы 200, содержащей устройство 100 регистрации электрического события, в соответствии с первым вариантом осуществления. В некоторых вариантах осуществления устройство 100 регистрации электрического события может быть настроено на регистрацию электрического состояния одного или нескольких электрических устройств 290 (фиг. 2) в системе 200. Устройство 100 регистрации электрического события может быть также настроено на регистрацию одного или нескольких электрических событий в линии сети электропитания 150 здания в системе 200. Во многих примерах устройство 100 регистрации электрического события может использовать непрерывный шум в линии сети электропитания 150 вследствие электрических устройств 290 для регистрации электрического состояния электрических устройств 290 или для регистрации электрических событий в линии сети 150 электропитания. Система 200 и устройство 100 регистрации электрического события являются всего лишь типовыми и не ограничиваются вариантами осуществления, представленными в настоящей заявке. Устройство 100 регистрации электрического события может быть использовано во многих различных вариантах осуществления или примерах, не показанных или не изображенных особо в настоящей заявке.

В некоторых примерах электрическое устройство 290 генерирует один или несколько высокочастотных электрических сигналов. В различных вариантах осуществления высокочастотные электрические сигналы (например, электрические сигналы в диапазоне частот от десяти килогерц до нескольких мегагерц) могут генерироваться одним или несколькими δΜΡδ или другими электрическими компонентами (например, внутренними двусторонними тиристорными переключателями или внутренними генераторами (отличными от δΜΡδ)) электрических устройств 290. В этих же самых или в других вариантах осуществления высокочастотные электрические сигналы могут быть циклостационарными по отношению к электрическому циклу переменного тока сети 150 электропитания. Высокочастотные электрические сигналы могут быть циклостационарными сигналами в широком понимании. В некоторых примерах высокочастотные электрические сигналы могут проявлять циклостационарность во второй, третьей или четвертой составляющей статистики рангов.

Во многих вариантах осуществления высокочастотные электрические сигналы являются электрическими сигналами в диапазоне частот от десяти килогерц до трех мегагерц. В других вариантах осуществления высокочастотные электрические сигналы являются высокочастотными электромагнитными помехами в диапазоне частот от приблизительно десяти килогерц до приблизительно одного мегагерца. В

- 5 028374 других вариантах осуществления высокочастотные электрические сигналы являются высокочастотными электромагнитными помехами в диапазоне частот от приблизительно тридцати килогерц до приблизительно трехсот килогерц.

В тех же или других вариантах осуществления высокочастотные электрические сигналы являются электрическими сигналами с частотой свыше приблизительно десяти килогерц. В некоторых вариантах осуществления устройство 100 регистрации электрического события может быть достаточно чувствительным для захвата непрерывного шума от -100 до -10 дБм в частотном диапазоне приблизительно от десяти килогерц до приблизительно трех мегагерц или, точнее, от приблизительно десяти килогерц до приблизительно одного мегагерца.

В некоторых примерах одно или несколько электрических событий, зарегистрированных устройством 100 регистрации электрического события, могут содержать актуацию и деактуацию (т.е. включение и выключение) электрических устройств 290, соединенных с линией сети 150 электропитания. Одно или несколько электрических событий могут также являться событиями, в которых количество электроэнергии, переданное источником электропитания электрического устройства другому электрическому устройству (например, поворот регулятора диммера), варьируется или ограничивается. Как использовано в настоящей заявке, каждое из электрических устройств 290 может иметь одно из трех состояний электропитания: (а) состояние включенного питания; (Ь) состояние ожидания; (с) состояние полностью выключенного питания. Состояние включенного питания предусматривает все состояния электропитания, когда электрическое устройство включено и потребление электроэнергии электрическим устройством превышает номинальное (т.е. оно не находится в состоянии ожидания или состоянии полностью выключенного питания).

Состояние ожидания является электрическим состоянием, когда электрическое устройство номинально выключено, но все еще потребляет электроэнергию для обеспечения одной или нескольких функций электрических устройств. То есть электрические устройства в состоянии ожидания номинально выключены, но все еще потребляют электроэнергию для обеспечения одной или нескольких стандартных, продолжительных или постоянных функций. Например, после того как пользователь выключает видеомагнитофон (УСК) или устройство записи цифрового видео (ЭУК), УСК и ЭУК могут продолжать потреблять электроэнергию из линии сети 150 электропитания для подсветки одного или нескольких дисплеев на устройстве (например, часов или одного или нескольких БЕЭ (светодиодов)) и/или выполнения одной или нескольких внутренних функций. В этом случае, несмотря на то, что пользователь думает, что УСК или ЭУК выключены, УСК или ЭУК находятся фактически в режиме ожидания. В другом примере, после того, как пользователь выключил электрическое устройство, электрическое устройство может продолжить потреблять электроэнергию для зарядки внутренней батареи и, таким образом, находиться в состояние ожидания.

Состояние полностью выключенного питания является состоянием, когда электрическое устройство не потребляет никакой электроэнергии (т.е. в действительности потребление электроэнергии нулевое) из линии сети 150 электропитания. В случае УСК или ЭУК, которые потребляют электроэнергию даже после того, как пользователь выключил электрическое устройство, УСК или ЭУК могут быть переведены в полностью выключенное состояние путем отключения электрического устройства от линии сети 150 электропитания или подключения УСК или ЭУК к электрическому переключателю, который полностью прекращает потребление электроэнергии УСК или ЭУЭ.

Как использовано в настоящей заявке, включение и подобные фразы относятся к переводу электрического устройства в состояние включенного питания либо из состояния полностью выключенного питания, либо из состояния ожидания. Точно так же, как использовано в настоящей заявке, выключение и подобные фразы относятся к переводу электрического устройства из состояния включенного питания либо в состояние полностью выключенного питания, либо в состояние ожидания. Кроме того, состояние выключенного питания и подобные фразы относятся либо к состоянию полностью выключенного питания, либо к состоянию ожидания. Кроме того, состояние включенного питания и подобные фразы относятся к состоянию включенного питания.

В некоторых примерах, которые будут обсуждаться ниже в отношении диммеров и телевизоров, устройство 100 регистрации электрического события может также регистрировать промежуточные состояния электрических устройств 290. То есть устройство 100 регистрации электрического события может регистрировать различные состояния включенного питания электрических устройств 290.

На фиг. 3 изображена типовая каскадная диаграмма 300 диапазона частот, показывающая включенные и выключенные электрические устройства в соответствии с вариантом осуществления. Как изображено на фиг. 3, если типовое электрическое устройство включено, наблюдается сигнатура узкополосного непрерывного шума, которая является непрерывной во время работы устройства. Кроме того, на фиг. 3 можно увидеть, что шум имеет наибольшую интенсивность в центре шума (например, на частоте переключения δΜΡδ электрических устройств) и далее распространяется на нижние и верхние частоты с затуханием интенсивности. Затухание интенсивности может быть приблизительно смоделировано с помощью функции Гаусса, математическое ожидание которой расположена на частоте переключения. Данное распределение может быть связано с допустимостью ошибок компонентов, которые составляют ядро

- 6 028374 цепи переключения, а также характеристиками нагрузки источника электропитания. Если бы все электрические устройства и их компоненты являлись идеальными, то единственный пик узкополосного сигнала на частоте переключения был бы виден на фиг. 3. Допустимость ошибок компонентов δΜΡδ также может допускать разницу между иными идентичными устройствами, такими как различные блоки одной модели СРЬ. Наконец, линия электропитания сама по себе может выполнять функцию передачи (т.е. изменять индуктивность между источником собираемой информации и электрическим устройством) и может вносить дополнительные различия во множество подобных электрических устройств.

Возвращаясь к фиг. 1-2, устройство 100 регистрации электрического события может содержать: (а) по меньшей мере, один датчик 110, предназначенный для соединения по меньшей мере с одной электрической розеткой 151 линии сети 150 электропитания (т.е. линии электропитания в здании); и (Ь) по меньшей мере один вычислительный блок 120. В некоторых вариантах осуществления устройство 100 регистрации электрического события не содержит линию сети 150 электропитания, электрическую розетку 151 или электрические устройства 290. В различных вариантах осуществления устройство 100 регистрации электрического события также не содержит вычислительный блок 120. В некоторых примерах устройство 100 регистрации электрического события содержит модуль 222 обработки (фиг. 2), но не содержит вычислительный блок 120.

Датчик 110 может содержать: (а) по меньшей мере один приемный модуль или приемник 211 для сбора данных; (Ь) контроллер 215; (с) устройство 216 связи с передатчиком; и (ά) источник 217 питания, предназначенный для обеспечения электроэнергией приемника 211 для сбора данных, контроллера 215 и устройства 216 связи. Вычислительный блок 120 может содержать: (а) устройство 221 связи с приемником; (Ь) модуль 222 обработки; и (с) модуль 230 хранения данных.

Не расценивая следующее как ограничение, простой пример использования устройства 100 регистрации электрического события содержит электрические устройства 290 (фиг. 2), генерирующие один или несколько высокочастотных электрических сигналов (например, ΕΜΙ) в линии сети 150 электропитания. Датчик 110 может выявлять высокочастотные электрические сигналы (например, непрерывный шум) в линии сети 150 электропитания и создавать один или несколько сигналов данных, которые содержат информацию о высокочастотных электрических сигналах. Датчик 110 может передавать сигналы данных вычислительному блоку 120, используя проводной и/или беспроводной способ связи. Вычислительный блок 120 может идентифицировать электрическое состояние электрических устройств 290, по меньшей мере, частично используя сигналы данных.

Приемник 211 для сбора данных может быть предназначен для приема и обработки одного или нескольких электрических сигналов из линии сети 150 электропитания. Электрические сигналы могут содержать высокочастотные составляющие (например, ΕΜΙ). То есть приемник 211 для сбора данных может быть предназначен для приема электрических сигналов с высокочастотными составляющими и преобразования электрических сигналов и, в частности, высокочастотную составляющую в один или несколько сигналов данных.

На фиг. 4 изображена неполная принципиальная схема типового приемника 211 для сбора данных, в соответствии с первым вариантом осуществления. Согласно фиг. 2 и 4 в различных вариантах осуществления приемник 211 для сбора данных может содержать: (а) по меньшей мере один электрический интерфейс 212, предназначенный для соединения с электрической розеткой 151 (фиг. 1) линии сети 150 электропитания; (Ь) один или несколько фильтрующих контуров 213; и (с) по меньшей мере один модуль 214 преобразователя. В различных вариантах осуществления электрический интерфейс 212 может содержать двухштыревой или трехштыревой разъем электропитания.

В некоторых примерах фильтрующие контуры 213 могут быть электрически соединены с электрическим интерфейсом 212 и предназначены для фильтрации частей входящих электрических сигналов из сети электропитания. Фильтрующие контуры могут быть предназначены для передачи высокочастотного электрического шума. Например, приемник 211 для сбора данных может фильтровать частоту сети переменного тока (60 Гц в США) таким образом, что модуль 214 преобразователя не перегружается опорной частотной составляющей в 60 Гц. В этих же или других примерах фильтрующие контуры 213 могут содержать высокочастотный фильтр. В некоторых вариантах осуществления высокочастотный фильтр может иметь по осуществления один или несколько первых электрических сигналов передаются с помощью передатчика. Например, передатчик может быть подобным или идентичным передатчику 116, представленному на фиг. 1. В некоторых примерах передатчик может быть беспроводным передатчиком.

Впоследствии способ 700, представленный на фиг. 7, включает действие 730 приема одного или нескольких первых электрических сигналов. В некоторых вариантах осуществления один или несколько первых электрических сигналов может быть принят с помощью приемника. Например, приемник может быть подобным или идентчиным приемнику 121, представленному на фиг. 1. В некоторых примерах приемник может быть беспроводным приемником.

Затем способ 700, представленный на фиг. 7, включает действие 735 использования одного или нескольких первых электрических сигналов, чтобы устанавливать взаимосвязь одного или нескольких первых звуковых сигналов с потреблением газа конкретным газовым устройством. В некоторых примерах обучающий модуль 123 (фиг. 1) вычислительного элемента 120 (фиг. 1) может выполнять процесс обу- 7 028374 чения или калибровки с пользователем.

Фиг. 8 представляет собой блок-схему действия 735 использования одного или нескольких первых электрических сигналов для обучения вычислительного элемента устанавливать взаимосвязь одного или нескольких первых звуковых сигналов с потреблением газа конкретным устройством из одного или нескольких газовых устройств в соответствии с одним вариантом осуществления.

Первая процедура в действии 735, представленная на фиг. 8, представляет собой процедуру 811 подготовки одного или нескольких первых сигналов данных для анализа. В некоторых примерах модуль 124 обнаружения событий может очищать первые сигналы данных. Первые сигналы данных могут быть необработанными звуковыми файлами, которые нуждаются в очистке до того, как можно будет извлечь информацию о потреблении газа.

Например, первые сигналы данных могут быть несжатыми записями в формате №ЛУ (№ахсГогт Лийю ЕПс Еогта1). Несжатые записи в формате №ЛУ регулятора давления могут быть сгруппированы в непересекающиеся временные окна, где каждое окно содержит одну секунду данных. Используя эти окна длительностью в секунду, модуль 124 обнаружения событий может вычислять кратковременное преобразование Фурье (т.е. спектрограмму) звукового сигнала. Фиг. 9 представляет собой получающуюся в результате спектрограмму 900, в децибелах, как функцию времени и частоты (кратковременное преобразование Фурье интенсивности сигнала от времени и частоты).

Следует обратить внимание, что звуковой сигнал 961 в основном занимает конкретную частоту в спектрограмме (на фиг. 9 звуковой сигнал возникает при 7,5 кГц). Частота резонанса может меняться от регулятора к регулятору, но в целом резонансная частота остается в диапазоне 5-9 кГц.

Как и все подходы, основанные на акустических датчиках, звуковой сигнал восприимчив к фоновому шуму. К счастью, большинство этих шумов (например, шаги, ветер, газонокосилки) являются низкочастотным шумом (ниже 4 кГц), как шум от ветра, самолета и автомобиля, отмеченные на фиг. 9. Когда шум проникает в диапазон 5-9 кГц, он часто имеет широкополосную частотную сигнатуру, которая позволяет легко его идентифицировать. В частности, если средняя энергия вне диапазона 5-9 кГц больше, чем одна десятая энергии на резонансной частоте, модуль 124 обнаружения событий может отвергать данные в это время и заменять их средними значениями из двух секунд до и двух секунд после шумового события (см. фиг. 10). График на фиг. 10 иллюстрирует фильтрацию широкополосного шума данных потока для нагревателя воды Н8. На фиг. 10 показан необработанный звуковой сигнал с обнаружением широкополосного шума. Затемненные области отфильтрованы фильтром широкополосного шума.

После удаления шума окружающей среды из спектрограммы модуль 124 обнаружения событий может находить резонансную частоту, беря максимальный резонанс в диапазоне 5-9 кГц. Модуль 124 обнаружения событий может извлекать величины резонансной частоты в течение времени, чтобы формировать вектор временного ряда значений (время, интенсивность резонансной частоты), который непосредственно взаимосвязан с потоком (см. фиг. 10 и 11). Этот вектор затем сглаживается с помощью фильтра скользящей средней длиной в пять секунд. График на фиг. 11 иллюстрирует обнаружение событий для нагревателя воды Н8. Затемненные области на графике идентифицированы детектором событий (детектором изменения шага).

Впоследствии действие 735, представленное на фиг. 8, включает процедуру 812 определения величины потока газа. В некоторых примерах для оценки объема используемого газа может использоваться линейная связь между звуковой интенсивностью и потоком газа. В других примерах для оценки объема используемого газа используется нелинейная математическая модель.

Как описано выше, в некоторых случаях интенсивность звука газа, проходящего через клапан регулятора давления, связан с потоком линейно. Фиг. 12 представляет собой график 1200 зависимости скорости потока от интенсивности звукового сигнала по данным из иллюстративной процедуры калибровки иллюстративного устройства обнаружения газа в иллюстративном сооружении в соответствии с одним вариантом осуществления. На фиг. 12 фактические показано сравнение способов калибровки потока, а именно две линейные кривые, полученные из калибровки с использованием газового счетчика и оценок устройств в качестве контрольных данных. Сплошной линией показана линейная кривая для показаний газового счетчика, а пунктирной линией - линейная кривая для оценки устройств. Следует обратить внимание, что из-за проблем со сбором данных наблюдений этот график не идеально линеен, в частности, для значений низкого потока. По этой причине для оценки объема потребляемого газа может применяться нелинейная математическая модель.

Кроме того, поскольку часто имеется линейная связь между интенсивностью звукового сигнала и потоком газа, общая интенсивность звукового сигнала составного события может рассматриваться как сумма его отдельно собранных частей интенсивности звуковых сигналов. Эта связь подобна той, что общий поток газа должен быть суммой отдельных потоков от каждого устройства. Для проверки этой связи набор отдельно собранных (однособытийных) данных можно сравнить с набором данных составного события. Фиг. 13 представляет собой график 1300, показывающий линейность интенсивности звукового сигнала данных (интенсивности звука) для Н4 из иллюстративной процедуры калибровки иллюстративного устройства обнаружения газа в иллюстративном сооружении в соответствии с одним вариантом осуществления. То есть фиг. 13 показывает связь между ожидаемой величиной на основании суммирова- 8 028374 ния интенсивностей отдельных устройств с интенсивностью измеренного звукового сигнала и для отдельных событий, и для составного события в тестовом наборе данных. Следует обратить внимание, что точки лежат на единой наклонной прямой, что значит, что связь между интенсивностью звука и скоростью потока газа является линейной. Фактические на фиг. 13 показана линейная кривая, полученная построением зависимости наблюдаемых увеличений шага от ожидаемых увеличений в звуковом сигнале. Легкая нелинейность при высоких скоростях потока газа может быть отнесена к искажению операционного усилителя сигналов с очень высокой амплитудой, что можно компенсировать использованием модуля 124 обнаружения событий (фиг. 1).

Поскольку связь между интенсивностью и потоком линейна, модуль 124 обнаружения событий может использовать простую линейную регрессию, чтобы отображать относительный поток (т.е. интенсивность) газа к абсолютной скорости потока газа, измеренной в сотнях кубических футов (ССР или 100 кубических футов) или термах. Регрессия требует, чтобы устройство 100 обнаружения газа имело или две точки на графике зависимости потока от интенсивности, или только одну точку, и предполагает, что источник (уровень фонового шума) является частью набора данных. Таким образом, устройство 100 обнаружения газа может быть откалибровано от двух устройств с различными скоростями потока или от одного устройства с переменной скоростью потока. Разумеется, предоставление дополнительных точек данных от дополнительных устройств может улучшить регрессию и, следовательно, оценку газового потока. Чтобы предоставить данные, необходимые для связи относительного потока, предполагаемого устройством 100 обнаружения газа, с абсолютным потреблением (таким как в ССР или термах), можно использовать три способа калибровки.

Первый способ включает считывание потребления газа с газовых счетчиков строений и ввод этих данных с помощью модуля 125 связи (фиг. 1). Второй включает считывание скоростей потока на определенных устройствах, таких как нагреватель воды или котел парового отопления, и ввод этих данных с помощью модуля 125 связи (фиг. 1). Национальный стандарт, как правило, требует, чтобы крупные устройства показывали свое потребление газа. Этот способ особо полезен для домов, которые используют пропан, поскольку они, как правило, не оснащаются газовым счетчиком.

Третий, менее интенсивный способ, состоит в том, чтобы использовать измерения, которые сообщаются в счете за газ. Поскольку устройство 100 обнаружения газа может записывать длительность потребления газа и его относительный поток, обучающий модуль 123 и/или модуль 124 обнаружения событий может рассчитывать общий объем газа, использованного в течение периода времени. Таким образом, первый счет за газ (или даже набор нечастых измерений из газового счетчика) может быть использован, чтобы откалибровать устройство 100 обнаружения газа на абсолютные единицы потока. Владелец дома должен будет ввести только даты потребления и совокупное потребление газа. Хотя многие газовые коммунальные предприятия в США выставляют счета за потребление газа в единицах энергии (обычно в термах), многие счета за газ также сообщают общий объем газа, измеренный счетчиком (обычно, в ССР), что позволяет использовать эту разновидность способа калибровки.

Впоследствии, действие 735, представленное на фиг. 8, включает процедуру 813 связывания конкретных газовых устройств с конкретными событиями потребления газа. В некоторых примерах обучающий модуль 123 (фиг. 1) может выполнять процесс обучения или калибровки с пользователем, чтобы создать эту связь.

Рассмотрим снова фиг. 1, в различных вариантах осуществления процесс калибровки может содержать процесс обозначения, в котором пользователь устройства 100 обнаружения газа помогает соотносить звуковые сигналы с конкретными газовыми событиями. В некоторых вариантах осуществления обучающая последовательность подразумевает, что пользователь устройства 100 обнаружения газа включает и выключает каждое газовое устройство в доме или здании, в то время как обучающий модуль 123 работает и записывает звуковые сигналы в газовом регуляторе.

Чтобы идентифицировать события потребления газа, обучающий модуль 123 (или модуль 124 обнаружения событий) может использовать пошаговый детектор скользящего окна, который непрерывно следит за изменениями величины интенсивности резонансной частоты (см., например, фиг. 11 или 14). Обучающий модуль 123 (или модуль 124 обнаружения событий) может использовать в качестве входа сглаженный вектор резонансной частоты. Пошаговый детектор запускается, когда он встречает монотонно увеличивающийся или уменьшающийся сигнал со скоростью изменения, которая больше, чем выученный или предопределенный порог.

В некоторых примерах выученный порог устанавливается относительно большим значением и уменьшается с малым шагом. На каждом шаге обучающий модуль 123 (или модуль 124 обнаружения событий) может сегментировать случайное подмножество событий, которые встречаются по отдельности. Если рассчитывается верное число событий, порог принимается. Если же нет, порог уменьшается, и процесс повторяется. Например, если подмножество содержит четыре события, должно быть сегментировано четыре увеличения шага и четыре уменьшения шага. Обучающий модуль 123 (или модуль 124 обнаружения событий) может равномерно уменьшать порог обнаружения, пока наблюдается эта картина. Таким образом, выученный порог устанавливается с минимальным наблюдением.

После циклического включения-выключения каждого газового устройства пользователь может обо- 9 028374 значить каждое газовое событие, обнаруженное обучающим модулем 123, с помощью модуля 125 связи. Например, если пользователь: (1) включает и выключает газовый камин; и (2) включает и выключает каждую из четырех горелок на плите, первые два газовых события, обнаруженные устройством 100 обнаружения газа, могут быть обозначены как включение и выключение газового камина, а следующие восемь газовых событий могут быть обозначены как включение и выключение каждой из четырех горелок газовой плиты. Аналогично, пользователь может циклично содержать и выключать газ на всех газовых устройствах в доме или здании и выполнять подобную процедуру по обозначению.

В других примерах модуль 125 связи может содержать: часть, которая может работать на мобильном электрическом устройстве (например, устройстве ίΡΙιοησ® от корпорации Арр1е Сотри1сг5. 1пс., Купертино, Калифорния), которое позволяет пользователю отмечать временной меткой, когда происходит конкретное газовое событие. В этих примерах пользователь может циклично включать и выключать газ на всех газовых устройствах в доме или здании, одновременно имея при себе электрическое устройство, на котором работает часть модуля 125 связи. Пользователь может использовать модуль 125 связи, чтобы отмечать, когда происходит газовое событие. Например, пока обучающий модуль 123 работает и записывает газовые события, пользователь может включить газовый нагреватель бассейна и нажать кнопку на мобильном электрическом устройстве, что заставляет электрическое устройство записать описание газового события и время, когда это событие произошло.

Обучающий модуль 123 может устанавливать соотношение данных, записанных мобильным электрическим устройством, и звукового сигнала, записанного акустическим датчиком 130. В некоторых примерах мобильное электрическое устройство может сразу же передавать данные (например, в реальном времени) на вычислительный элемент 120, а в других случаях данные могут передаваться на вычислительный элемент 120 после завершения процесса обучения (например, в пакетном режиме).

В других примерах пользователь может циклично включать и выключать газ на всех газовых устройствах в доме или здании, и обучающий модуль 123 может получать доступ к акустическим сигнатурам газовых устройств, хранящимся в модуле 126 памяти, и автоматически связывать газовые события с акустическими сигнатурами конкретных газовых устройств. В различных вариантах осуществления пользователь может вводить информацию о газовом устройстве в здании (например, производитель, номер модуля и/или серийный номер), чтобы помогать обучающему модулю 123 связывать газовые события с акустическими сигнатурами устройств в доме. То есть обучающий модуль 123 может сравнивать звуковые сигналы, обнаруженные акустическим датчиком 130, с хранящимися акустическими сигнатурами газовых устройств в здании, чтобы связывать газовые события с конкретными газовыми устройствами. В некоторых примерах акустические сигнатуры газового устройства могут предоставляться третьей стороной (например, производителем устройства 100 обнаружения газа).

Вычислительный элемент 120 может сохранять результаты процесса связывания или калибровки в модуле 126 памяти. Эта информация может позже использоваться, чтобы связывать один или несколько акустических сигналов с потреблением газа конкретным газовым устройством. После завершения связывания конкретных газовых устройств с конкретными событиями потребления газа действие 735, представленное на фиг. 8, завершается.

Рассмотрим снова фиг. 7, способ 700 продолжается действием 740 приема одного или нескольких вторых звуковых сигналов по меньшей мере одним акустическим датчиком и преобразования одного или нескольких вторых звуковых сигналов в один или несколько вторых электрических сигналов. Действие 740 может быть подобным или идентичным действию 715.

Впоследствии способ 700, представленный на фиг. 7, включает действие 745 усиления одного или нескольких вторых электрических сигналов. Действие 745 может быть подобным или идентичным действию 720.

Затем способ 700, представленный на фиг. 7, включает действие 750 передачи одного или нескольких вторых электрических сигналов. Действие 750 может быть подобным или идентичным действию 725.

Способ 700, представленный на фиг. 7, продолжается действием 755 приема одного или нескольких вторых электрических сигналов. Действие 755 может быть подобным или идентичным действию 730.

Впоследствии способ 700, представленный на фиг. 7, включает действие 760 связывания одного или нескольких вторых звуковых сигналов с потреблением газа по меньшей мере одним конкретным устройством. В некоторых примерах действие 760 может рассматриваться как устанавливающее соответствие второго потока газа с потреблением газа по меньшей мере одним конкретным устройством.

Чтобы идентифицировать события потребления газа, модуль 124 обнаружения событий (фиг. 1) может применять пошаговый детектор скользящего окна, который непрерывно следит за изменениями величины интенсивности резонансной частоты звукового сигнала от акустического датчика 130 (фиг. 1). Модуль 124 обнаружения событий (фиг. 1) использует вектор сглаженной резонансной частоты в качестве входа для алгоритма идентификации устройства. Модуль 124 обнаружения событий (фиг. 1) указывает на возникновение шага, когда он встречает монотонно увеличивающийся или уменьшающийся сигнал со скоростью изменения, которая больше, чем выученный порог. Порог для шага определяется для каждого сооружения во время процесса калибровки (т.е. в процедуре 813, представленной на фиг. 8). Например,

- 10 028374 фиг. 10 и 11 включают несколько подсвеченных областей, идентифицированных как шаг.

После того как модуль 124 обнаружения событий определяет изменение шага в звуковом сигнале от акустического датчика 130 (фиг. 1), модуль 124 обнаружения событий может извлечь из сигнала три признака: (1) относительную величину изменения шага; (2) наклон изменения потока; и (3) время нарастания или падения неизвестного события. Первый признак (размер шага) предоставляет оценку объема газа, потребляемого устройством. Этот признак полезен при различии устройств, которые имеют фиксированные скорости потока (например, нагреватель воды обычно использует меньше газа, чем котел парового отопления). Размер шага также полезен при различии устройств, которые имеют переменный поток (например, плита или камин), поскольку эти системы спроектированы быть включенными при максимальном потоке во время активации, обеспечивая надежное увеличение шага. Второй и третий признаки (наклон шага и время нарастания) полезны, поскольку устройства, включаемые электромеханическим способом, имеют очень крутые рабочие наклоны, по сравнению с устройствами, которые управляются людьми или вручную.

Векторы признаков генерируются для каждого сегментированного события и затем могут использоваться, чтобы строить модель к ближайших соседей (ΚΝΝ). ΚΝΝ модель может использоваться, чтобы автоматически определять источник газовых событий. Модуль 124 обнаружения событий может применять модель ΚΝΝ (к=3) с метрикой евклидова расстояния и обратным взвешиванием, которая хорошо подходит для вектора признаков такого типа, поскольку малое расстояние в Ν-мерном пространстве соответствует газовым событиям, имеющим сходный поток и наклон.

Фиг. 14 и 15 представляют собой графики зависимости скорости потока от времени во время иллюстративного введения в эксплуатацию иллюстративного устройства обнаружения газа в соответствии с одним вариантом осуществления. Например, фиг. 14 представляет собой график 1400 зависимости скорости потока (полученной калиброванным устройством во время типичной тестовой эксплуатации) от времени для плиты во время использования иллюстративной газовой плиты Н8. Фиг. 15 представляет собой график 1500 зависимости скорости потока (полученной калиброванным устройством во время типичной тестовой эксплуатации) от времени во время иллюстративного составного события Н4. То есть фиг. 15 представляет собой пример, когда включается газовый камин, включается газовая плита, включается газовый котел парового отопления, включается газовый нагреватель воды, а затем каждое из этих устройств последовательно выключается.

В некоторых примерах модуль 124 обнаружения событий может использовать дополнительный признак звукового сигнала, чтобы идентифицировать, например, котлы парового отопления и нагреватели воды. Котлы парового отопления и нагреватели воды создают низкочастотный сигнал или удар от их модулей зажигания, когда открывается и закрывается клапан (см. фиг. 16). Пример низкочастотного удара, вызванного зажиганием модуля в газовом котле парового отопления показан на фиг. 16. На фиг. 16 низкочастотный удар проиллюстрирован кратковременным распределением Фурье интенсивности по времени и частота для котла парового отопления Н1. Котлы парового отопления и нагреватели воды обладают соленоидными клапанами с двумя состояниями, чтобы механически управлять потоком газа, которые создают характерный удар, когда соленоид резко переводит клапан на место. Этот удар легко улавливается с помощью акустического датчика 130 (фиг. 1) и существенно отличается от устройства к устройству, что можно использовать, чтобы помогать различать похожие газовые события.

К сожалению, акустический датчик 130 также воспринимает по существу низкочастотный шум от людей, которые ходят вне дома, проезжающих мимо автомобилей или других источников из окружающей среды. Это делает извлечение признаков на этих уровнях частот потенциально ненадежным. Аппаратное обеспечение и процедуры подавления шумов могут помочь смягчить эту проблему. Однако вместо того, чтобы непрерывно отслеживать более низкие частоты в поисках признаков, модуль 124 обнаружения событий может использовать низкочастотный анализ, чтобы различать устройства, которые нельзя надежно различить основываясь только на потоке. Например, признак низкочастотного удара мог бы помочь отличить котел парового отопления от газового камина, которые иногда принимались друг за друга в некоторых из тестов устройства 100 обнаружения газа.

Наконец, способ 700, представленный на фиг. 7, включает действие 765 отображения потребления газа пользователю. В некоторых примерах модуль 125 связи может отображать данные о потреблении газа пользователю. Данные могут отображаться в разнообразных формах. В некоторых вариантах осуществления потребление газа каждым из газовых устройств в сооружении за конкретный период времени может быть представлено пользователю в форме диаграммы или графика. Например, пользователю может быть представлен график, подобный показанным на фиг. 14 или 15, показывающий потребление газа одним или несколькими газовыми устройствами с течением времени. В некотором варианте осуществления потребление газа может отображаться в реальном времени.

Результаты тестирования устройства 100 обнаружения газа приводятся в данном документе. Чтобы оценить точность устройства 100 обнаружения газа, по девяти домам и пяти типам отдельных устройств (котел парового отопления, нагреватель воды, плита, камин и нагреватель бассейна) был собран общий набор данных с 496 газовыми событиями. Из 496 газовых событий 175 были собраны по отдельности, а 321 были записаны совместно. Результаты этих тестов показывают, что устройство 100 обнаружения газа

- 11 028374 может надежно обнаруживать и классифицировать отдельные устройства со общей средней точностью, которая составляет 95,1%.

Данные были собраны и помечены в девяти различных домах различного размера и возраста из четырех городов (см. табл. 1 на фиг. 17). Табл. 1 на фиг. 17 содержит демографические данные для домов, использованные при сборе данных для эксперимента и их доступные тестировавшиеся устройства. Каждый дом содержал различный уровень фонового шума, в зависимости от местности (близости к автостраде, интенсивности движения пешеходов и т.п.). В каждом доме были протестированы все газовые устройства, включая котел парового отопления, нагреватель воды, плиту, камин (как с ручными, так и с электрическими пускателями) и нагреватель бассейна. Хотя акцент делался на устройствах, использующих природный газ, устройство 100 обнаружения газа также было опробовано в одном доме, который использовал пропан (т.е. Н5 в табл. 1 на фиг. 17). Для каждого набора данных обучающая процедура выполнялась, когда отмечалась метка времени включения и выключения устройства. Эти данные служили отметками контрольных данных для оценки этого подхода.

Все данные были собраны и первоначально обработаны с помощью звуковой карты эксплуатационных ноутбуков. Звуковой сигнал был дискретизирован при 22050 образцах в секунду, обеспечивая частотный анализ на всем частотном диапазоне акустического датчика. Необработанные данные были записаны в несжатый АЛУ файл с использованием 16-битного целого для представления каждого образца.

Для того, чтобы гарантировать, что данные были согласующимися во всех местах эксплуатации, выполнялась предопределенная экспериментальная процедура. Для каждого дома датчик крепился к отводному каналу на газовом регуляторе, как показано на фиг. 3 и 4. Каждое газовое устройство отдельно включалось минимум на 15 секунд, а затем выключалось. Этот процесс для каждого устройства повторялся по меньшей мере трижды. Эта процедура обеспечила получение достоверного набора данных, где каждое устройство было единственным газовым устройством во всем доме.

Многие газовые устройства не предоставляют механизма для управления величиной газового потока: устройство просто включено или выключено (котлы парового отопления, нагреватели воды, сушилки и некоторые камины). Для всех устройств, для которых потоком можно управлять, устройство медленно регулировалось через каждый уровень потока, чтобы зафиксировать эффект устройств с изменяющейся скоростью. Например, для газовых плит, изобретатели регулировали одну горелку от максимального до минимального потока и снова обратно (фиг. 14).

В придачу к тестированию каждого устройства по отдельности, данные собирались с привлечением более реалистичных сценариев, в которых одновременно в эксплуатации находилось более одного газового устройства (например, изобретатели включали котел парового отопления, нагреватель воды и плиту). Эти составные события вполне вероятно могут обычно происходить в любом доме и, таким образом, требуют особого внимания. Чтобы моделировать составные события, несколько газовых устройств включались на 15 с, до четырех устройств одновременно. Фиг. 15 показывает данные, собранные во время тестирования составного события.

Информация о скорости потока также была собрана для газовых устройств как с автоматическим управлением (котел парового отопления и нагреватель воды), так и с ручным управлением (плита и камин). Для сбора контрольных данных газового потока использовались два способа - счетчик природного газа и ярлыки/инструкции газовых устройств, ни один из которых, к сожалению, не предоставил совершенно точных контрольных данных. Хотя счетчики природного газа на самом деле предоставляют измерения потока газа, они не предназначены отображать точные данные о сиюминутном потоке. Даже когда газ проходит с постоянной скоростью, шкала счетчика газа обычно останавливается, а затем позже быстро совершает практически полный поворот. Чтобы смягчить эти эффекты, данные измерений потока собирались в течение более продолжительных периодов - обычно четырех минут или более, что соответствует по меньшей мере двум кубическим футам газа - и результаты усреднялись для получения скорости потока. Этот способ использовался во всех домах кроме Н5, в котором использовался неизмеряемый пропан.

В качестве альтернативы газовому счетчику для контрольных данных использовалась информация о потреблении, указанная на газовом устройстве (или в его инструкции). Самые крупные устройства непосредственно снабжены информацией о потребляемой мощности (обычно в БТЕ/ч). Использование этого способа предоставляет оценки потребления газа для отдельных устройств. Однако потребление мощности, полученное из документации устройства, не может просто переводиться в скорость потока газа, поскольку этот перевод изменяется с температурой, давлением и влажностью. Следовательно, этот способ калибровки может дать лишь грубые оценки потребления. Для домов, в которых нет счетчика (например, дома с газом-пропаном), этот способ может быть единственным способом оценивать поток. Для этого анализа этот способ был использован в Н5, единственном жилом помещении, использующем неизмеряемый пропан.

Чтобы оценить точность алгоритма обнаружения событий (т.е. действия 760, представленного на фиг. 7), каждое событие газового устройства в наборе данных (включая как простые, так и составные события) повторялось. Выход алгоритма обнаружения событий был сравнен с обозначениями, созданными для каждого события человеком. Устройство 100 обнаружения газа смогло верно обнаружить

- 12 028374

98,22% (второй столбец в таблице 2 на фиг. 18) всех газовых событий, даже при наличии существенного внешнего шума. Табл. 2 на фиг. 18 содержит общие характеристики обнаружения событий и классификации в разрезе домов. Например, машины для удаления листьев, проезжающие автомобили и речь присутствовали во многих наборах данных, но не были причиной каких-либо сбоев. По сути все дома, за исключением Н5, имели 100% точность. Н5, однако, представляет собой особый случай: это единственный дом в наборе данных, который использовал пропан, а не природный газ, поставляемый коммунальным предприятием. В отличие от счетчиков природного газа, которые полагаются на один регулятор давления, чтобы стабилизировать входящий газ, дома с пропаном используют два регулятора (по причинам безопасности и эффективности). Поскольку эти два регулятора не регулируют давление пропорционально, величину потока газа путем отслеживания только одного регулятора точно определить нельзя. Например, события газовой плиты были полностью пропущены в четырех отдельных испытаниях.

Когда газовое событие обнаружено и выделено, модуль 124 обнаружения событий (фиг. 1) идентифицирует источник события. Чтобы проверить точность алгоритма классификации устройств, 10проходной эксперимент с перекрестной проверкой был проведен по каждому обнаруженному газовому событию для каждого дома. Третий столбец в табл.2 на фиг. 18 показывает результаты этого эксперимента. Совокупная точность по всем домам составила 95,1%, и дом с самым плохим показателем, Н5, был по точности все же выше 85%. И снова проблема с Н5 заключалась в интенсивности звукового сигнала при отслеживании только одного из двух газовых регуляторов пропана.

После дальнейшего анализа было найдено, что в 75% случаев нагреватель воды был неверно классифицирован как котел парового отопления. Как обсуждалось ранее, имеется характерный низкочастотный сигнал или удар, который может использоваться для проведения различия между событиями котла парового отопления и нагревателя воды и улучшения точности классификации этих двух устройств.

Следует обратить внимание, что данные обозначались в соответствии с отдельными устройствами, а не с типом устройства. Это позволило проверить, может ли устройство 100 обнаружения газа автоматически различать устройства одного и того же типа, имеющие однако различное положение в доме. Например, набор данных Н2 содержал два разных камина, которые были верно классифицированы как таковые со 100% точностью.

10-проходная перекрестная проверка показывает, что конкретный классификатор, основанный на ΚΝΝ, работал хорошо над верной классификацией газовых событий вплоть до устройства-источника. Однако, в настоящих сценариях установки в реальной обстановке обучающие данные, вероятно, будут меньше. То есть, владелец дома вероятно захочет предоставить только один пример использования каждого устройства. Чтобы проверить этот вид сценария, одно или два отдельных газовых события для каждого устройства были использованы для обучении, а остальной набор данных был использован в качестве экспериментальных данных. Эти результаты представлены в дальнем правом столбце таблицы 2 на фиг. 18 и в последних двух столбцах в таблице 3 на фиг. 19. Табл. 3 на фиг. 19 содержит общие характеристики обнаружения событий и классификации в разрезе приборов.

Низкая точность восприятия в Н9 в этом эксперименте является результатом введения нелинейности в определяемый сигнал, которая повлияла как на Н8, так и на Н9. Смоделированная в наборе данных нелинейность сделала невозможным нахождение подмножества калибровки, которое эффективно представляло бы все собранные данные. В результате увеличения шага во время составных событий не отображали увеличения обученных шагов. После полного анализа было найдено, что это произошло по причине низкого динамического диапазона операционного усилителя.

Также было обнаружено, что чем больше газовых устройств работают одновременно (т.е. общий поток больше), тем сильнее шум, что объясняет некоторую неверную классификацию для составных событий (особенно малых нагрузок). В отличие от результатов минимальных обучающих наборов, Н9 работает хорошо в перекрестной проверке. Такие характеристики могут быть объяснены более крупным объемом обучающих данных. Перекрестная проверка случайным образом выбирает 90% от общих примеров для обучения, а остальные - для проверки в каждом проходе. Эта перекрестная проверка дает классификатор, который обучается также и по нелинейным примерам, что дает более надежную модель.

Фиг. 20 представляет собой изображение компьютера 2000, который подходит для реализации варианта осуществления по меньшей мере части вычислительного элемента 120 (фиг. 1). Компьютер 2000 содержит системный блок 2002, содержащий одну или несколько печатных плат (не показаны), привод 2012 гибких дисков, привод 2016 СО-ΚΌΜ и/или ΌνΌ дисков и жесткий диск 2014. Характерная блоксхема элементов, включенных в печатные платы внутри системного блока 2002, показана на фиг. 21. Центральный процессор (СТи) 2110, представленный на фиг. 21, соединяется с системной шиной 2114, представленной на фиг. 21. В различных вариантах осуществления архитектура СΡυ 1710 может быть совместимой с любой из множества доступных на рынке семейств архитектур, включая ΑΚΜ (усовершенствованная вычислительная машина (с сокращенным набором команд) Ы8С), ΜΙΡ8 (микропроцессор без взаимоблокированных конвейерных ступеней), семейства К8/6000, семейства ΜοΙοΓοΙα 68000 или семейства 1п1е1 х86.

Системная шина 2114 также соединяется с памятью 2108, которая содержит как постоянное запоминающее устройство (ΚΌΜ), так и оперативное запоминающее устройство (ΚΛΜ). Долговременные

- 13 028374 части памяти 2108 или ΚΟΜ могут быть кодированы последовательностью кода загрузки, подходящей для восстановления компьютера 2000 (фиг. 20) в рабочее состояние после сброса системы. Кроме того, память 2108 может содержать микрокод, такой как базовая система ввода-вывода (ΒΙΟδ). В некоторых примерах память 2108 может содержать модуль 126 памяти (фиг. 1). В некоторых примерах модуль 126 памяти (фиг. 1) может содержать память 2108, привод 2012 гибких дисков, жесткий диск 2014 и/или СЭΚΟΜ или ΌνΟ привод 2016.

В варианте осуществления, который изображен на фиг. 21, к системной шине 2114 могут быть присоединены различные устройства ввода-вывода, такие как контроллер 2104 диска, графический адаптер 2124, видео контроллер 2102, адаптер 2126 клавиатуры, адаптер 2106 мыши, сетевой адаптер 2120 и другие устройства 2122 ввода-вывода. Адаптер 2126 клавиатуры и адаптер 2106 мыши соединяются, соответственно, с клавиатурой 2004 (фиг. 20 и 21) и мышью 2010 (фиг. 20 и 21) компьютера 2000 (фиг. 20). Хотя графический адаптер 2124 и видео контроллер 2102 на фиг. 21 указаны как отдельные элементы, в других вариантах осуществления видео контроллер 2102 может быть встроен в графический адаптер 2124, или У1се уегка. Видео контроллер 2102 применяется для обновления монитора 2006 (фиг. 20 и 21), чтобы отображать изображения на экране 2008 (фиг. 20) компьютера 2000 (фиг. 20). Контроллер 2104 диска может управлять жестким диском 2014 (фиг. 20 и 21), приводом 2012 гибких дисков (фиг. 20 и 21) и приводом 2016 СИ-ΚΌΜ или ΌνΌ (фиг. 20 и 21). В других вариантах осуществления могут использоваться отдельные элементы, чтобы управлять каждым из этих устройств по отдельности.

Хотя многие другие компоненты компьютера 2000 (фиг. 20) не показываются, такие компоненты и их взаимосвязи хорошо известны среднему специалисту в данной области техники. Соответственно, дальнейшие подробности, касающиеся конструкции и состава компьютера 2000 и печатных плат внутри системного блока 2002 (фиг. 20) обсуждать в данном документе не нужно.

Когда компьютер 2000, представленный на фиг. 20, работает, программные команды, хранящиеся на гибком диске в приводе 2012 гибких дисков, на СИ-ΚΟΜ или ΌνΌ диске в приводе 2016 СИ-ΚΟΜ и/или ΌνΌ, на жестком диске 2014 или в памяти 2108 (фиг. 21), выполняются центральным процессором 2110 (фиг. 21). Часть программных команд, хранящихся на этих устройствах, может применяться для осуществления способа 700 (фиг. 7), как описано ранее относительно фиг. 1-5 и 7-18.

Хотя изобретение было описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что различные изменения могут вноситься без отхода от сути или объема изобретения. Соответственно, подразумевается, что описание вариантов осуществления изобретения является примером объема изобретения, и является ограничивающим. Подразумевается, что объем изобретения должен ограничиваться только прилагающейся формулой изобретения. Например, среднему специалисту в данной области техники будет совершенно ясно, что действия 610, 615, 620, 625, 630, 635 и 640, представленные на фиг. 6, действия 710, 715, 720, 725, 730, 735, 740, 745, 750, 755, 760 и 765, представленные на фиг. 7, и процедуры 811-813 могут состоять из множества различных действий, процедур и выполняться множеством различных модулей, в множестве различных порядков, что любой элемент, представленный на фиг. 1, может быть изменен, и что предшествующее обсуждение некоторых из этих вариантов осуществления не обязательно представляет полное описание всех возможных вариантов осуществления.

Все элементы, заявленные в любом конкретном пункте формулы изобретения, являются существенными для варианта осуществления, заявленного в этом конкретном пункте. Следовательно, замещение одного или нескольких заявленных элементов составляет изменение, а не поправку. Кроме того, выгоды, другие преимущества и решения для задач были описаны относительно конкретных вариантов осуществления. Однако выгоды, преимущества, решения задач и любой элемент или элементы, которые могут дать или сделать более явными выгоду, преимущество или решение, не должны рассматриваться как критически важные, требуемые или существенные признаки или элементы любого или всех пунктов формулы.

Кроме того, варианты осуществления и ограничения, раскрытые в данном документе, не предназначены для общественного пользования по доктрине передачи, если варианты осуществления и/или ограничения: (1) не заявлены четко в формуле изобретения; и (2) являются или потенциально являются эквивалентами выражения элементов и/или ограничений в формуле изобретения по доктрине эквивалентов.

Claims (11)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство обнаружения потребления газа, содержащее вычислительный блок, содержащий модуль обработки; и сенсорный блок для механического соединения с газовым регулятором, причем сенсорный блок содержит по меньшей мере один акустический датчик, выполненный с возможностью обнаружения двух или более звуковых сигналов, производимых газовым регулятором, и преобразования двух или более звуковых сигналов в один или более сигналов данных; и

   - 14 028374 передатчик, электрически соединенный по меньшей мере с одним акустическим датчиком и выполненный с возможностью передачи одного или более сигналов данных на вычислительный блок, при этом модуль обработки выполнен с возможностью использования одного или более сигналов данных для определения потребления газа.
2. 2. Устройство по п.1, в котором модуль обработки выполнен с возможностью определения потребления газа по меньшей мере одним из газовой плиты, нагревателя воды или газового котла парового отопления.
3. 3. Устройство по любому из пп.1 или 2, в котором модуль обработки дополнительно выполнен с возможностью удаления сигналов данных, вызванных внешним шумом, из одного или более сигналов данных.
4. 4. Устройство по любому из пп.1, 2 или 3, в котором модуль обработки содержит обучающий модуль и модуль обнаружения событий;

   обучающий модуль выполнен с возможностью установления взаимосвязи первого газового события, по меньшей мере, с первым из одного или более сигналов данных и установления взаимосвязи второго газового события, по меньшей мере, со вторым из одного или более сигналов данных; и модуль обнаружения событий выполнен с возможностью использования одного или более сигналов данных для идентификации одного или более газовых устройств, ответственных за потребление газа.
5. 5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором газовый регулятор содержит канал сброса давления;

   по меньшей мере один акустический датчик выполнен с возможностью обнаружения двух или более звуковых сигналов в канале сброса давления газового регулятора и сенсорный блок выполнен с возможностью соединения с каналом сброса давления газового регулятора.
6. 6. Устройство по любому из пп.1-5, в котором по меньшей мере один акустический датчик механически соединен с кожухом газового регулятора.
7. 7. Устройство по любому из пп.1-6, в котором модуль обработки дополнительно содержит модуль связи, выполненный с возможностью обеспечения связи с пользователем.
8. 8. Устройство по любому из пп.1-7, в котором модуль обработки дополнительно выполнен с возможностью применения по меньшей мере одного из преобразования Фурье или полосового фильтра к одному или нескольким первым сигналам данных.
9. 9. Устройство по любому из пп.1-8, в котором по меньшей мере один акустический датчик содержит всенаправленный микрофон.
10. 10. Устройство по любому из пп.1-9, в котором по меньшей мере один акустический датчик является компонентом интегральной схемы.
11. 11. Устройство по любому из пп.1-10, в котором по меньшей мере один микрофон или акустический датчик содержит по меньшей мере одно из следующего: электрический микрофон, пьезоэлектрический датчик, звукоэлектрический преобразователь, микроэлектромеханический датчик или ультразвуковой микрофон.