JP2020501288A - エネルギー検出警告装置 - Google Patents

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Abstract

エネルギー検出警告装置は、ハウジングを含む。電子表示部品が、ハウジング内に配置されている。1つ以上のセンサが、ハウジング内に配置され、エネルギー検出警告装置の位置の特定の近傍内に存在する通電導体を検出し、かつエネルギー検出警告装置の位置に対して通電導体が位置付けられた方向を検出するように構成されている。方向は、おおよその方向である。装置はまた、1つ以上のセンサから入力を受信し、かつ入力の受信に応答して、電子表示部品を作動させて、エネルギー検出警告装置の位置に対して通電導体が位置付けられた方向を示すように構成された、マイクロ制御装置を含む。

Description

背景
関連要望の相互参照
本出願は、2016年12月12日に出願された「Energy Detection Device」と題された米国仮特許出願第62/432,817号、2017年7月20日に出願された「Energy Detection Warning Device」と題された米国仮特許出願第62/534,922号、および2017年11月10日に出願された米国非仮特許出願第15/809,958号の優先権を主張し、これらの出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本開示は、ユーザが通電導体に接近するときに安全警告通知(警報、アラーム、警告など)を装置のユーザに提供する装置に関する。さらに、本明細書に記載の装置は、装置の方位に対する、通電導体へのおおよその方向を示す通知をユーザに提供することができる。
電気エネルギーを活用し巧みに扱う能力が発見されて以来、世界中で電力の需要が高まっている。ある場合には、エネルギー業界の作業者が、まだ接続されていない場所に電力を供給するために新しい電力システムを構築している。他の場合には、作業者は、すでに確立されたシステムを更新または強化し、あるいは自然要因および/または偶発的事象によって損傷を受けた電力システムを修復および/または再構築している。それでもなお他の場合には、作業者は、電力がもはや必要とされていないか、または望まれていない領域から、電力システムを撤去する職務が課される場合がある。その職務とは無関係に、エネルギー作業者は、それを介して作業者が危害を受ける可能性がある固有の危険性を有する電力システムを取り巻く活動に絶えず取り組んでいる。
エネルギー産業における事故を防止するために設計された安全規制および慣行にもかかわらず、個人は依然として負傷および死亡している。近年、電気関連の死亡による年間死亡者数は、米国だけでも130名を超えている。したがって、さらなる安全対策が必要とされている。
高電圧リスクの個人的警告を提供する従来の装置は、しばしば大型のアナログ装置である。いくつかの従来の装置は、作業者の首の周囲に装着されるか、または使用者の前部ポケット、帽子、またはベルトにクリップ留めすることができるが、サイズにより煩雑となる場合がある。一例では、従来の装置は、作業者の帽子内に直接構築されている。従来の装置は一般的に、しばしば特定のフィールド強度閾値が検出された後に1度のみ、近くの電界または磁場のうちの1つの存在の検出に基づいて単純な警告を生成する。ある場合には、従来の装置は、過度に敏感であり不必要な警告をもたらしている。
したがって、従来の装置はいくつかの問題と制限を有している。
詳細な説明は、添付の図面を参照しながら説明される。図において、参照番号の左端の数字は、その参照番号が最初に現れる図を特定する。異なる図における同じ参照番号の使用は、類似または同一の項目を示す。さらに、図面は、個々の図面内の個々の部品の相対的サイズのおおよその描写を提供するものとみなすことができる。しかしながら、図面は縮尺通りではなく、個々の図の中および異なる図の間の両方における個々の部品の相対的なサイズは、示されているものとは異なる場合がある。特に、いくつかの図面は、部品を特定のサイズまたは形状として示すことができ、一方で、他の図面は、同じ部品をより大きなスケールか、または明確にするために異なる形状に示すことができる。
本開示の一実施形態によるフィールド信号とエネルギー検出警告装置との間の相互作用の概略図を示す。 エネルギー検出警告装置の一実施形態の電気的概略図を示す。 エネルギー検出警告装置における信号処理フローの一実施形態の電気回路図を示す。 エネルギー検出警告装置のマイクロ制御装置内で発生し得る信号処理フローの一実施形態の電気回路図を示す。 エネルギー検出警告装置のマイクロ制御装置内で発生し得る信号処理フローの一実施形態の電気回路図を示す。 電磁場を指向性検知するためのアンテナ配列の一実施形態の概略図を示す。 エネルギー検出警告装置の装着型実施形態を装着しているユーザの側面図、およびそこへ装置が取り付けられている帽子の下面図を示す。 図7における本開示の一実施形態によるエネルギー検出警告装置の斜視図を示す。 本開示の一実施形態による図7のエネルギー検出警告装置の下面図、上面図および側面図を示す。 本開示の一実施形態による図7のエネルギー検出警告装置の概略部品図を示す。 本開示の一実施形態による図7のエネルギー検出警告装置の別の概略部品図を示す。 本開示による電界センサの実施形態の変形例を示す。 本開示によるセンサの一実施形態の概略部品図である。 本開示の一実施形態による磁力計および磁束コンセントレータの効果を示す。 本開示の一実施形態による、装着型エネルギー検出警告装置が傾けられ、かつ回転されたときの、隠れた通電導体を有する環境におけるユーザと測定されたフィールドに関するグラフを示す。 本開示の一実施形態で使用されるような電圧指向性検出に使用されるミーリー型有限状態機械の概略図を示す。 本開示の一実施形態による、磁場が存在する場合のユーザの例示的なシナリオ、および導線の指向性検出に使用される磁場の検出に関連する測定およびデータに関連するグラフを示す。 本開示による制御フロー処理概略図の一実施形態を示す図である。 本開示による指向性検知プロセスの一実施形態に関連する概略図およびグラフを示す。
以下の開示は、エネルギー検出警告装置における実施のための様々な特徴および概念を説明する。すなわち、本開示は「1つの」または「その」エネルギー検出警告装置を記載しているが、「エネルギー検出警告装置」の前に使用された冠詞(例えば、「1つ」、「1つの」または「その」)は、特に明記しない限り、装置自体の機能の制限を示すことを意図しない。実際、エネルギー検出警告装置の複数の実施形態は、様々な実施態様および/または組み合わせにおいて1つ以上の様々な特徴および概念を使用することによって可能とすることができる。例えば、図面は装着型エネルギー検出警告装置の実施形態を示すことができるが、装着型装置に関連して本明細書で説明されている1つ以上の特徴および概念は、例えば、潜在的なリスクについて車両の乗員に警報するように構成された車両に構築された機能の実施形態などのような、他の非装着型実施形態において実施してもよいことが企図されている。
さらに、本開示を通して、用語「装置」、「警告装置」、「エネルギー検出装置」、「装着型装置」、および「エネルギー検出警告装置」は、前述の「エネルギー検出警告装置」の1つ以上の様々な実施形態を指すために互換的に使用することができる。
本明細書に開示されるようなエネルギー検出警告装置は、近くの通電導体を検出し、1つ以上の感覚通知を介してその存在をユーザに警報するという主要な機能を有することができる。そのような通知は、感電による負傷の発生を減少させることを目的として発せられている。この目的は、通電導体の位置が未知であり得る環境において警告装置が使用されるときに実現することができる。したがって、装置の装着型実施形態は、ユーティリティラインマン、電気技師、災害救助隊員などに非常に有益とすることができる。さらに、装置は、ユーザを不快にさせたり不快感を与えたりすることなく、様々な場所で装着されるのに十分に小型であってもよい。
一実施形態では、装着型エネルギー検出警告装置は、帽子の縁にクリップ留めすることができ、これは方位の相対的安定性に起因して検出および位置表示に利点をもたらすことができる。帽子にクリップ留めするこの実施形態は、同一または類似のクリップ留め行動を介してユーザの衣服または身体の他の場所に装着することができるが、エネルギー検出警告装置は、異なる接続手段(図示せず)を有する他の構成(図示と異なる)において構造化することができ、帽子の縁以外の場所にユーザの衣服または身体(図示せず)に固定することとより互換性を有してもよいことが企図されている。そのような代替の実施形態では、エネルギー検出警告装置によって実行される特徴およびプロセスは、本明細書に記載されているものと同一または類似としてよいことが企図されている。さらに、そのような代替の構造的構成では、構造の変化および/または相対的な位置決めの差異などを補償するために、本明細書に記載のプロセスを本明細書に以下記載のプロセスと比較して修正できることも理解される。したがって、エネルギー検出警告装置は、これに限定されないが、ユーザの手首に装着されるように構成された構造(図示せず)を含む他の構造的実施形態で形成することができる。さらに、手首装着型の実施形態における内部部品の配列および方位は、本明細書の説明から変更されてもよく、警告装置の付いた帽子が載っているユーザの頭部の動作と比較して、ユーザの手首の一般的な動作に応じて検出方法に存在し得る差異を調整することとなる。
構造的構成にかかわらず、一実施形態では、通電導体の位置は、アナログ信号をデジタル信号に変換することによって検出することができ、安全通知は、有害な通電導体の存在および位置をユーザに警報するために開始することができる。通電導体と装置との間の正確な距離が容易に決定されない場合でも、検出装置は、ユーザの周囲の特定の近傍内にある潜在的に有害な通電導体の存在の「第6の感覚」をユーザに提供する。したがって、エネルギー検出警告装置は、作業環境における安全性を高め、高電圧機器の周囲で作業するときに作業者を支援することができる。
エネルギー検出警告装置は、視覚的、聴覚的、または触覚的な通知の任意の組み合わせを使用して、通電導体の特定の近傍に接近するおよび/または入るときにユーザに警報することができる。警告通知は、マイクロ制御装置(本明細書では中央処理装置「CPU」とも呼ばれ、以下でさらに説明されるいくつかのハードウェアおよび/またはソフトウェア部品を含む)によって発せられた信号を介して開始することができる。高レベルでは、警告装置は、通電導体をその所与の近接度で検出/検知するように構成されているセンサ(例えば、1つ以上のアンテナ部品)を実装することができる。一実施形態では、警告通知を開始し得る特定の近接度は、例えば、労働安全衛生管理局(「OSHA」)標準のユーザと通電導体との間の最小接近距離(「MAD」)の約6倍の距離として定義することができる。MADは、検出されたフィールドの電圧に関して変動する。通電導体の周囲の特定の近接度は、MADの10倍からMADの6倍未満の範囲で変動してもよい。警告装置は、OSHAによって設定されたMAD規格よりも短い距離でトリガされるようにプログラムすることができるが、そのような実施形態は安全ではないと考えられる場合があり、したがって実用的ではない。
多くの通電導体は、すべてではなくとも、状況によっては危険な場合があることに注意を要する。しかしながら、解放されるエネルギーが増加するにつれて危害のリスクは増加し(すなわち、より高電圧は、深刻な物理的危害のためのより大きな可能性に関連する)、かつ、近傍における電気エネルギーの量が増加するにつれて、検出されるフィールド信号の大きさも同様に増加し、それによって装置がより長距離で高電圧搬送導体を検出することを可能にする。それにもかかわらず、エネルギー検出警告装置は、少なくとも最小の所定の大きさを有する電界または磁場を検出するように構成することができ、それによってより大きな危害のリスクがあり得ることを示す。一例では、装着型エネルギー検出警告装置を装着しているユーザが、作業者にとって危害のリスクが低い標準的で適切に機能している電気コンセントに接近すると、装置が電気コンセントから数インチ以内の高さレベルに置かれていない限り、装置が警告を発する可能性は低い。対照的に、MADで6倍以内に警告通知を発するように構成されたエネルギー検出警告装置の実施形態では、例えば、エネルギー検出警告装置を装着しているユーザが1.1KV以上を搬送する送電線に接近すると、(MADが約24〜25インチであると仮定して)ユーザが送電線から約12フィート以内に入ったときに、エネルギー検出警告装置は警告を開始することができる。
ユーザが通電導体に接近する場合、その導体が近くに存在するという知識が役立つ。しかしながら、通電導体は、手遅れになるまで隠されたり気付かれなかったりする場合があり、ユーザが負傷する可能性があるので、導体がどこにあるかという考えを持たずに、単に導体がどこかに近くにあるという知識だけでは、ユーザを適切に保護するのに十分ではない場合がある。したがって、本明細書に記載されるように、単に通電導体の存在を検出するだけでなく、本開示のエネルギー検出警告装置はまた、感電のリスクレベルとともに、装置の方位に対して通電導体が位置付けられている方向についてユーザに警報することができる。ユーザが領域内を移動しているとき、装置は、ユーザの左方向または右方向へ、あるいはその直前または直後へ、にかかわらず、ユーザに方位付けられている装置からの通電導体のおおよその方向をさらに示すために1つ以上の警告通知部品を使用することができる。
通電導体は、導体上の電荷に起因する電界と、導体を流れる電流に起因する磁場とを発信することができるので、本明細書に記載のエネルギー検出警告装置は、電界および/または磁場を検出するように構成することができる。検出されたフィールドの一方または両方の履歴データを使用して、警告装置は、装置の位置に関して通電導体の指向性を概算することができる。
例えば、装置がユーザの帽子の前面にクリップ留めされている装着型実施形態では、装置は、磁北を決定するためにコンパスがどのように機能するかと同様に、少なくとも部分的に重力ベクトルと地球の磁場ベクトルとに基づいて装置の絶対方位を決定することができる。絶対方位が決定されると、ユーザの全身を動かすこと(例えば、歩く、走る、運ばれるなど)または単にユーザの頭部を回転させるまたは傾けることによるユーザの動作は、絶対方位に対して決定することができ、かつ、動作中に電界および/または磁場信号が検出された場合、1つ以上の(例えば、聴覚的、視覚的、感覚的)警告通知部品を起動させて、電界および/または磁場のピークが検出される方向を示すことができる。
一実施形態では、通電導体を検出すると、エネルギー検出警告装置は、ユーザを通電導体の相対方向に方位付けるために1つ以上のLEDを作動させてもよい。これは、例えば、最も明るいLEDが通電導体の方向に対応する装置の側面に位置付けられるように、通電導体の方向に装置を横切って連続的に配置された一連のLEDを増加する輝度レベルで照明すること、装置が通電導体の方向に方位付けられるように、一群として徐々に増加する輝度レベルで1つ以上のLEDを照明すること、通電導体の方向に装置を横切る順序で、一連のLEDを完全にオンまたは断続的に完全にオン/オフのいずれかで照明すること通電導体の相対方向に対応する装置の側面に配置された1つ以上のLEDを、完全にオンまたは断続的に完全にオン/オフのいずれかで照明すること、あるいは、前述の例のうちの2つ以上の組み合わせなどによって実現することができる。さらに、装置は、示された方向にユーザと一緒に動くので、装置が電界および/または磁場のピークが検出される方向と実質的に整列して方位付けされるとき、装置は1つ以上のLEDの作動を変更してもよい。作動の変更は、例えば、装置が、一連のLEDの連続点灯を停止すること、同時に1つ以上のLEDを完全に照明すること、照明シーケンスを遅くすること、1つ以上のLEDの照明を停止すること、などの行動を含むことができる。
追加的におよび/または代替的に、通電導体を検出すると、エネルギー検出警告装置は、ユーザを通電導体の相対方向に方位付けるために1つ以上の振動モータを作動させてもよい。これは、例えば、最も強く振動するモータが通電導体の方向に対応する装置の側面に位置付けられるように、通電導体の方向に装置を横切って連続的に配置された一連の振動モータを増加する振動強度レベルで作動させること、装置が通電導体の方向に方位付けられるように、一群として徐々に増加する強度レベルで1つ以上の振動モータを作動させること、一連の振動モータを同様の強度で、オンまたは断続的にオン/オフのいずれかで、順番に、通電導体の方向に装置を横切って作動させること、通電導体の相対方向に対応する装置の側面に配置された1つ以上の振動モータを作動させること、あるいは、前述の例のうちの2つ以上の組み合わせなどによって実現することができる。さらに、装置は、示された方向にユーザと一緒に動くので、装置が電界および/または磁場のピークが検出される方向と実質的に整列して方位付けされるとき、装置は1つ以上の振動モータの作動を変更してもよい。作動の変更は、例えば、装置が、振動モータの連続作動を停止すること、同時に振動モータを完全に起動させること、振動シーケンスを遅くすること、振動モータの振動を停止すること、などの行動を含むことができる。
追加的におよび/または代替的に、通電導体を検出すると、エネルギー検出警告装置は、ユーザを通電導体の相対方向に方位付けるために、例えばスピーカを介して、1つ以上の聴覚信号を開始してもよい。これは、例えば、最大のスピーカが通電導体の方向に対応する装置の側面に位置付けられるように、通電導体の方向に装置を横切って連続的に配置された一連のスピーカを増加する音量で作動させること、装置が通電導体の方向に方位付けられ、かつトーンおよび/または強度が、(最も高い測定されたエネルギーフィールド値に関連して)ユーザが通電導体の方向を直接見ているときに最も高くなり得るように、1つ以上のスピーカを一群として徐々に増加する音調および/または強度レベルで作動させること、一連のスピーカを同様の強度で、オンまたは断続的にオン/オフのいずれかで、順番に、通電導体の方向に装置を横切って作動させること、通電導体の相対方向に対応する装置の側面に配置された1つ以上のスピーカを作動させること、スピーカを作動させて方向(例えば、右、左、前方、後方など)を口頭で述べること、片側または両側のユーザ(図示せず)上のヘッドホンに音声または口頭の方向を送ること、あるいは、前述の例のうちの2つ以上の組み合わせなどによって音声または言語を発信することによって実現することができる。さらに、装置は、示された方向にユーザと一緒に動くので、装置が電界および/または磁場のピークが検出される方向と実質的に整列して方位付けされるとき、装置は1つ以上のスピーカの作動を変更してもよい。作動の変更は、例えば、装置が、スピーカの連続作動を停止すること、同時にスピーカを完全に起動させること、聴覚シーケンスを遅くすること、スピーカの作動を停止すること、などの行動を含むことができる。
追加的におよび/または代替的に、通電導体を検出すると、エネルギー検出警告装置は、ユーザを通電導体の相対方向に方位付けるために1つ以上のデジタルディスプレイを作動させてもよい。これは、例えば、「左」、「右」、「前」、「後」などの単語、もしくは単に通電導体の方向に対応する装置の側面を指し示す矢印を示すためにLED照明ディスプレイを作動させること、または他の視覚的に説明的な位置の表示、あるいは、前述の例のうちの2つ以上の組み合わせなどによって実現することができる。さらに、装置は、示された方向にユーザと一緒に動くので、装置が電界および/または磁場のピークが検出される方向と実質的に整列して方位付けされるとき、装置は1つ以上のデジタルディスプレイの作動を変更してもよい。作動の変更は、例えば、装置が、デジタルディスプレイの連続作動を停止すること、異なる表示記号(例えば、波線、停止標識、感嘆符など)を表示すること、ディスプレイ全体を常時点灯または点滅して照明させること、などの行動を含むことができる。
一実施形態では、エネルギー検出警告装置は、適合感度検出(「ASD」)プロセスを実施することができる。大まかに言うと、装置検出感度は過度になりすぎず有用となるように環境に適合するので、その結果、ユーザは不必要な通知に煩わされずに装置を除去することとなる。このように、警告装置は、電磁場(「EMF」)のない領域、ならびにEMFの強い領域(例えば、変電所)において敏感に機能する場合がある。ASDプロセスを使用する実施形態では、装置は、通電導体からの検出されたフィールドにおける履歴の変化に基づいて警報通知を発することができる。すなわち、電界および/または磁場が検出可能である特定の近傍にユーザが入ると、警告装置は検出されたフィールドの正の変化を測定する。正の変化を検出すると、警告装置は、所定の期間(例えば、約10秒、約20秒、約30秒など)続く警告通知を開始することができる。所定の時間の終わりに、操作閾値は、現在の環境における検出されたEMFのレベルに調整されてもよい。その後、ユーザが通電導体に近づくたびに、検出されたフィールドにおけるさらなる正の変化が測定され、かつ警告通知が再び発せられる。一実施形態では、警告通知強度の起動閾値は、調整された操作閾値に比例してもよく、その結果、警告通知は、測定されたEMFの自然発生指数曲線形状により密接に従う。
ASDを使用して、警告装置は、通電導体の特定の近傍内にある通電導体を検出してもよい。装置は、所定の期間その特定の近傍における通電導体の検出のための警告通知を発信した後、装置が同じ近傍内にある間に警告通知がユーザに再度発せられないように現在の検出された電圧レベルに警告プロセスを適合させるように、さらに構成することができる。一実施形態では、ASDを使用する装置は、1)装置警告通知閾値が、ユーザによって自動的または手動でリセットされる(例えば、ユーザは、前の警告通知が開始されたときと同じ通電導体の近傍に留まる)、2)通電導体への装置の近接度が低下する(例えば、ユーザが装置とともに導体に近づく)、あるいは3)装置が、以前に検出された電圧レベルを再び検出する前に、より低い検出された電圧レベルに再適合する(例えば、ユーザが装置とともに導体から離れて移動し、次いで特定の近傍に再び入る)場合を除いて、後続の警告通知が開始されないようにさらに構成することができる。
したがって、ASDを実施する一実施形態では、警告通知の所定の期間よりも長い時間にわたって実質的に静的な位置で作業しているユーザ(例えば、送電線に対して本質的に静的な位置で長期間にわたって電柱の上部で作業しているラインマン)は、ラインマンが警告通知が開始された特定の近傍を離れることも、ラインマンが導体に近づくこともできないため、延長されたまたは無限の警告通知を受ける必要はない。さらに、エネルギー検出警告装置は、所定の期間の終了前に警告通知を終了させるためにユーザが手動で作動させることができる作動可能部材(例えばボタン、スイッチなど)を含むことができる。追加的におよび/または代替的に、ボタンを作動させて装置を即座に新しい検出された電圧レベルに適合させることができる。
エネルギー検出警告装置が仕事に使用される前に適切に機能していることを保証することが望ましい場合があるので、装置の実施形態に自己検査機能を組み込んでもよい。より具体的には、マイクロ制御装置は、センサが正しく操作していることを保証するために、センサ(例えば、電界および/または磁場センサ)に小規模の試験信号を周期的に印加することができる。センサは使用後の過度の露出に影響されやすいので、装置を使用すべきかどうかを決定するために自己検査を適用することができる。
さらに、一実施形態では、警告装置は、警告装置の使用に関するデータを、警告装置に内蔵されたメモリに記録することができる。そのようなデータは、それだけには限定されないが、ユーザの特定、使用期間、使用方法(例えば、使用中の装置の方位、発せられた警告の量、警告通知に対するユーザのコンプライアンスなど)、発生したエラー、装置の地理的位置、および警告通知が発せられた位置などを含むことができる。このデータは、警告装置および/またはデータを受信することを意図した受信装置によって収集され編成されてもよい。データは、受信装置への有線または無線転送を介して転送されてもよい。データは受信装置によってさらに分析されてもよく、および/またはデータはさらなるおよび/または追加の分析のためにサーバにさらに転送されてもよい。データは、作業者の安全慣行を評価するために職場の安全基準を分析するための情報を含むことができる。可能な受信装置の例は、携帯電話、タブレット、ノートパソコン、デスクトップコンピュータ、またはデータを受信することができる他の任意の電子装置を含むことができる。さらに、警告装置は、警告装置からデータを転送するためにハードワイヤ接続および/または無線データ転送ハードウェアおよび/またはソフトウェアを備えていてもよく、その時点でメモリは消去され追加データを記憶するためにリセットすることができる。一実施形態では、警告装置は、ブルートゥース(登録商標)技術を使用して、警告装置から受信装置にデータを絶えずまたは断続的に転送することができる。
エネルギー検出警告装置の例示的な実施形態
エネルギー検出警告装置100の一実施形態の概略図を図1に示す。装置100は、電界信号または磁場信号のうちの少なくとも一方であるフィールド信号FSを検出するように構成された1つ以上のフィールド検出センサ102を含むことができる。1つ以上のフィールド検出センサ102によるフィールド信号FSの検出時に、検出された信号は、検出された信号を増幅するように構成されている増幅器104に渡されてもよい。増幅された信号は次にCPU106(例えばマイクロ制御装置)に渡されてもよい。CPU106は、アナログデジタル変換器108(「ADC」)を介して増幅信号を処理することができる。変換されたデジタル信号はその後、デジタルフィルタ110を介してさらに処理されてもよい。一旦フィルタリングされると、CPU106は、信号を所定の閾値信号と比較することができる通知システム112を介して警告通知を発するかどうか、ならびに信号を信号の履歴測定値(本明細書でさらに説明する)と処理するかどうかを決定する。CPU106の機能を支援するために、メモリなどの追加のハードウェアおよび/またはプロセスモジュール130を実装することができる。
警告通知を開始すべきであると決定すると、CPU106は、上記で詳細に論じたように、1つ以上の通知部品114に警告通知を開始させるための操作を実行することができる。例えば、1つ以上の通知部品114は、1つ以上のLED116、1つ以上のスピーカ118、1つ以上の振動モータ120、または1つ以上のデジタルディスプレイ122を含んでもよく、それらに限定されない。
一実施形態では、1つ以上のフィールド検出センサ102は、フィールド信号FSを検出し、フィールド信号FSが発生する場所の指向性を決定するために容量結合アンテナを含むことができる。伝導は、高電圧絶縁体を介して通電導体の存在を検知するために使用することができる。一般に、完全な絶縁体である材料はなく、したがって、少なくとも少量の電流が絶縁体を通って伝導する。本明細書に記載の実施形態によれば、この「少量」は、エネルギー検出警告装置100によって測定および検出することができる。
図2では、エネルギー検出警告装置200の実施形態のより詳細が電気回路図に示されている。フィールド検出センサ202は、通電導体ECからのフィールド信号FSを測定するように構成されている。例えば、磁場検出センサ202は、電界を測定するための1つ以上の容量結合アンテナ、磁場を測定するための1つ以上の誘導結合アンテナ、または磁力計のうちの少なくとも1つを含むことができる。装置に対するフィールド信号FSの方向を決定するのを支援するためにアンテナおよび/または磁力計が設けられている。したがって、フィールド信号FSの存在下では、通電導体EC上の電荷の変動は、容量性アンテナのような、フィールド検出センサ202上に(反対の電荷とともに)「結合された」変動を生じさせる。
その後、測定されたフィールド信号FSは、ローパスフィルタ204を通過して、電力システムの周波数に直接相関する60Hzの項を抽出することができる。さらに、より小さな信号を検出するために、信号は増幅器206によって増幅されてもよく、信号品質を改善し信号振幅を増加させる。信号調整は、信号をマイクロ制御装置210と互換性を有するように、DCオフセットモジュール208によって実行されてもよい。
マイクロ制御装置210は、アナログデジタル変換器212を実装して、アナログ値である測定信号を、ボックス214としてまとめて示されるソフトウェアアルゴリズムおよび/または追加のハードウェアを使用してさらに処理されるデジタル値に変換することができる。
変換されたデジタル信号を受信すると、マイクロ制御装置210はさらに信号を処理して通知システムを起動する。図3は、例えば信号をさらに洗練し、例えば、図2のボックス214として示されるソフトウェアアルゴリズムおよび/または追加のハードウェアの1つ以上の機能を果たすためのマイクロ制御装置の要素を示す概略図300の実施形態を示す。
図3に見られるように、変換されたデジタル信号に関して、電力システムから結合された60Hz信号のみをもたらすためにフィルタ302が適用されてもよい。一実施形態では、フィルタ302は、DCノッチフィルタおよびローパスフィルタを含むことができる。フィルタ300に続いて、信号の二乗平均平方根(RMS)値(DC等価としても知られる)は、RMSモジュール304において計算されてもよい。その後、フィルタリングされたRMS値は、感覚適合変化検出論理モジュール306に渡されてもよい。モジュール306において、検出値の履歴は、ショートウィンドウAVG(SWA)およびロングウィンドウAVG(LWA)に関して分析されてもよく、ここで、「AVG」は、以前の期間内の平均検出フィールド信号を表す。図3の挿入グラフ(Time(t)対RMSV_antenna)に表されるように、SWAの検出された平均信号は、装置の使用期間中の瞬間から逆方向に振り返る第1の所定の期間の平均検出フィールド信号を用いて決定される。さらに、LWAから検出された平均信号は、その瞬間から逆方向に振り返る第2の所定の期間の平均検出フィールド信号を使用して決定される。第2の所定時間は、第1の所定時間よりも長く、第1の所定時間と重複している。SWAとLWAが計算された後、それらの間の差異は、通知に関するさらなる評価のために出力される。すなわち、SWAとLWAとの間の差異(すなわち、ΔRMSHistory)を計算して、装置が使用されている環境における通常の測定信号の変化を検出することができ、検出された変化に少なくとも部分的に基づいて、エネルギー検出警告装置は警告通知を開始することができる。
上述のように、エネルギー検出警告装置の一実施形態は、適合感度検出(「ASD」)プロセス機能を含むことができる。装置と通電導体との間の距離が所与の時間にわたって実質的に同じままである場合、および/または測定信号が一定のままである場合、モジュール306の出力は正規化される(すなわち、SWAとLWAとの間の変化が0に接近する)。モジュール306の出力が正規化されると、エネルギー検出警告装置は新しい環境に適合し、モジュール306の出力が実質的に一定のままである限り、新しい警告通知は開始されない。しかしながら、信号に突然の変化があると、モジュール306の出力はゼロではなくなり、新しい通知警告が開始される場合がある。
図4は、警告通知を開始するかどうかを決定するために装置のマイクロ制御装置内で発生し得る信号処理フローの概略図400を示す。一実施形態では、警告通知は、ΔRMSHistory値が所定の時間量tTH1にわたって所定の閾値ΔVTH1を超えると、開始することができるある場合には、図4の信号処理フローは装置の信頼性を向上させることができ、また不必要な警告通知を減少させることもできる。なお、図4において入力として使用されたΔRMSHistoryは、図3に関して説明されたように以前に決定され出力されたものである。さらに、ΔRMSHistory値が、所定の閾値ΔVTH1より小さい、または所定の時間量tTH1にわたって閾値ΔVTH1より小さい場合、タイマーがリセットされる。
図4と同様に、図5は、後続の警告通知(N)を開始するかどうかを決定するために装置のマイクロ制御装置内で発生し得る信号処理フローの概略図500を示しており、事前警告通知をN−1とする。一実施形態では、エネルギー検出警告装置は、段階的に、および/または代わりに、上述のASDプロセスの特徴にしたがって検出されたレベルの変化に応答して、後続の警告通知を開始することができる。例えば、後続の警告通知は、ΔRMSHistory値が、所定の時間量tTHnにわたって所定の閾値ΔVTHnを超えると、開始することができる。さらに、ΔRMSHistory値が、所定の閾値ΔVTHnより小さい、または所定の時間量tTHnにわたって閾値ΔVTHnより小さい場合、タイマーがリセットされる。
警告装置のための指向性検知の例示的な実施形態
図6に示されるようなエネルギー検出警告装置600の実施形態を参照すると、1)結合信号の振幅は、導体の容量板への容量結合に依存し、2)容量結合は、通電導体への距離に依存するので、エネルギー検出警告装置600に対する結合信号の発生方向は、容量性アンテナ602で受信された信号の振幅を使用することによって作られてもよい。
各容量性アンテナ602で検出された信号のRMS値を使用して、検出された信号の指向性ベクトルは、図6に示すように、および下記の式1の入力として、それぞれのアンテナ602のRMS値を+i(pi)、−i(ni)、+j(pj)、および−j(nj)方向の成分として使用して計算することができる。
式1を使用して指向性ベクトルを計算した後、ベクトル(|Mag|=1)を正規化して、以下の式2にしたがって検出信号の真の方向を見出すことができる。
真の方向を知ることで、一実施形態では、指向性方位付け警告通知は、以下のように発することができる。例えば、図6に示すように配列された実施形態では、1つ以上のLEDは、各アンテナ602と整列して置くことができる。真の指向性ベクトルをそれぞれの正規化された指向性成分に分解することによって、通電表面の方向は、それぞれのアンテナ602に割り当てられた1つ以上のLEDの明るさ、電力状態、および/または強度を変えることによってユーザに表示することができる。LED状態の調整は計算結果に基づいており、それは以下の式3〜6に示されるように決定されてもよい。なお、式3〜6において、Reはベクトルのi成分に対応し、Imはj成分に対応する。
式3:(Re(Dirc)>0)でLEDpi強度=Re(Dirc)[%]、そうでなければLEDpi強度=0
式4:(Re(Dirc)<0)であれば、LEDni強度=Re(Dirc)[%]、そうでなければLEDni強度=0
式5:(Im(Dirc)>0)であれば、LEDpj強度=Im(Dirc)[%]、そうでなければLEDpj強度=0
式6:(Im(Dirc)<0)であれば、LEDnj強度=Im(Dirc)[%]、そうでなければLEDnj強度=0
エネルギー検出警告装置のさらなる例示的実施形態
追加的におよび/または代替的に、上述したように、エネルギー検出警告装置は用途に応じて様々な形態で構成することができる(例えば、手動による携帯、車両の移動、装着型実施形態に対する体の位置など)。図7では、エネルギー検出警告装置700の装着型実施形態が、ユーザによって装着され、帽子702の縁に固定されるように示されている。帽子702に取り付けられた装置700を帽子702の下側から見た図も示されている。示されるように、装置700は、帽子702の縁の曲率を補完する前面に沿った屈曲構造を有してもよい。さらに、帽子702の縁に置かれると、装置700はユーザの視線内に直接位置決めされ、ユーザが、装置700が示し得る方向が、警告通知が発せられたときに通電導体の方向であることを確認するのを支援することができる。
図8は、エネルギー検出警告装置700の斜視図を示す。装置700は、ユーザの主な視線を遮らないように寸法設定され、ならびに携帯が容易である、小型なハウジング800を含むことができる。ハウジング800の外部において、1つ以上の下向きLED802は、図示のように、装置700の下面から完全にまたは部分的に(すなわち、片側または他方)突出してもよく、あるいはハウジング800と面一にすることができる(図示せず)。LED802は視覚的警告通知部品として含まれてもよく、白色および/または1つ以上の色とすることができる。1つ以上のLED800は、帽子の縁とも整列するように、装置700の曲率と整列してもよい。上述のように、LED802は、警告通知の開始時に、脅威レベル、脅威の種類(高電圧、または大電流)、および発生源の位置に関する情報をユーザに通信するために使用することができる。
ハウジング800はまた、押しボタン(図示)または他の種類のトグルスイッチなどのトグル804を含むことができる。トグル804は、装置700の電源をオンまたはオフにするために、および/または警報のミュート、バッテリ寿命状態のチェック、警報感度の調整などの1つ以上の機能を備えた対話型メンバとして機能させるために使用することができる。例えば、ボタンのホールド時間を変えること、連続するトグルの数を変えること、トグル804の異なる側面/領域を押すことなどによって、複数の機能を達成することができる。ハウジング700はまた、示されている付勢されたリビングヒンジクリップなどの1つ以上の固定機構806を含んでもよく、これは、装置700を帽子の縁または他の同様に寸法設定された取り付け用フレームに取り付けるように、ハウジング800の上面に対して曲がる。すなわち、リビングヒンジクリップの付勢力は、撓みの量が、解放時にクリップがクランプ位置で撓曲される一方で、帽子の縁がハウジング800の上部とクリップとの間に挿入されることを可能にするのに十分であるようにすることができる。示されているリビングヒンジクリップの代わりに、代替の適切な固定機構を使用してもよいことが企図されている。
図9には、装置700の上面図、下面図、および側面図が示されている。側面図は、接続ポート900を示し、それを介して装置700を充電することができ、および/またはそれを介して、データは、装置700内のメモリへ転送されてもよく、または、アクセスされてもよい。接続ポート900は、バッテリを充電しおよび/またはデータにアクセスするのに適切な任意の種類のポートとすることができる。例えば、接続ポート900は、マイクロB型のUSB3.0コネクタであってもよく、それに限定されない。
図10の概略図に見られるように、エネルギー検出警告装置700の実施形態は、加速度計1000と、フィールド信号における磁場を測定するために使用される高透磁率三軸磁束コンセントレータ1004と対になった高感度三軸磁力計1002とを含むセンサハードウェアを有することができる。図11では、追加のセンサハードウェアは、フィールド信号における電界を測定するためのセンサ1100を含むことができる。充電式リチウムイオンポリマー電池パックなどの電池パック1102も概略的に示されている。他の種類の電池パックが適切であってもよい。図11はさらに、装置700を制御するためのマイクロ制御装置1104と、それを介して電池パック1102が充電することができる電池充電回路1106と、それを介して可聴警告通知を発することができる1つ以上のスピーカ1108と、を含む。1つ以上のスピーカ1108は、例えば圧電スピーカなどの様々なスピーカを含むことができる。
警告装置のための指向性検知のさらなる例示的な実施形態
図12は、電界センサとして使用することができる電界アンテナ構成1200A、1200B、および1200Cの3つの変形形態を示している。構成1200Aは、図11に示されるセンサ1100と同様に、容量結合PCB平行板アンテナであるセンサ1202を示す。構成1200Bは、三平行板容量性電界アンテナのセンサ1204の一実施形態を示す。構成1200Cは、容量結合PCBパッドアレイアンテナのセンサ1206の一実施形態を示す。
構成1200Aに示されるセンサ1202は、単一の指向性同調PCB容量性アンテナである。一実施形態では、センサ1202は、インピーダンス1208を介して短絡された2つのPCB導電性平行板1202(1)、1202(2)を含むことができる。AC電界は、平行板1202(1)、1202(2)上で前後に再分配されるように電荷を励起し、短絡インピーダンス1208を通って移動する。インピーダンス1208を通って流れる電荷は、測定された電界に対応する測定可能なAC電圧1210を生成することができる。平行板1202(1)、1202(2)が電界線に対して垂直に方位付けされているとき、センサ1202は最大測定AC電圧1210をもたらす。したがって、最大ピーク電圧が測定される、センサ1202を使用するエネルギー検出警告装置の方位は、装置に対する通電導体の方向を示すことができる。
上記に示されたように、平行板アンテナでは、最大誘導電圧は、通電導体からの電界が平行板の長手方向の延在方向に対して実質的に垂直な方向に拡散しているときに検出することができる。さらに、平行板の長手方向の延在方向に対して実質的に平行な方向または整列した方向に拡散している電界は、電圧を誘起しない場合がある。したがって、ある場合には、センサ1202を使用するとき、例えば電界の方向がアンテナの延在方向に対して平行に方位付けされているときに、装置は、電界の存在または位置を正確に検出できない状況が発生してもよいことが企図されている。
したがって、代替の実施形態では、エネルギー検出警告装置は、三平行板容量性電界アンテナの構成1200Bのセンサ1204を含むことができる。センサ1202とは対照的に、センサ1204は3つの容量結合PCB平行板アンテナを実装し、その各々は上記のセンサ1202に関して説明したのと同様に機能する。さらに、図13に示すように、3つのアンテナすべてと同時に電界を平行にすることはできないので、3つの平行板アンテナのセットの各々を拡散方向に関係なく互いに垂直に方位付けることによって、平行板アンテナのうちの少なくとも1つは、周囲の電界を検出することができる。したがって、センサ1204を使用し、3つの平行板アンテナのうちの少なくとも2つによって電界が検出されると仮定すると(グラフ1300を参照)、検出された電界が拡散する指向性角は、2つのアンテナ間の平面に対する3つの平行板アンテナのうち2つの間の検出されたRMS振幅の差(グラフ1302を参照、および下記の式7を参照)の商の逆正接を計算することによって決定することができる。
別の代替実施形態では、エネルギー検出警告装置は、センサ1206を用いて構成1200Cを実施することができる。上述のように、センサ1206は、平行板の代わりに複数の配列パッド1212を使用する容量結合PCBパッドアレイアンテナを含むことができる。センサ1206では、パッド1212のアレイ間の電界によって生じる電位差を測定することができる。電界を検出すると、様々なパッド1212によって検出された測定RMS電圧値を分析することができ、また、通電導体に近いパッドは、遠くに位置決めされたパッドよりもわずかに大きい誘導電圧の影響を受けることができるので、通電導体の位置の方向の一般的表示は、アレイ内のパッドの位置に従って決定することができる。
どの実施形態の電界センサが選択されるかにかかわらず、通電導体を位置付けするのを支援することができる部品は、上述のように、加速度計1000である。一実施形態では、加速度計1000は、ユーザの帽子に装着されたときに、警告装置のロールおよびピッチを測定するために使用される。ロールおよびピッチの測定値は、いかなるロールまたはピッチの変化によっても信頼性の高いコンパス度方角測定を実現するための傾斜補償方角計算に使用することができる。さらに、傾斜補償方角計算は、警告装置を帽子にかぶってユーザが頭部を前後に自然に掃引するときに、電界のピークをユーザの方角に一致させる電圧指向性検知技術に使用することができる。
上述のように磁場の検出に着目すると、エネルギー検出警告装置は、例えば、高透磁率の三軸磁束コンセントレータと対になった高感度三軸磁力計を含むことができる。図14は、本開示の実施形態による、デジタル磁力計1404および磁束コンセントレータ1406によって影響を受ける磁場1402のシミュレーション1400を示す。デジタル磁力計1404および磁束コンセントレータ1406を使用して磁束をデジタル磁力計1404のセンサ領域に集束させることによって、磁場のベクトル情報を計算することができる。
したがって、エネルギー検出警告装置は、電界センサと磁場センサの両方を組み込むことができ、一方または両方のセンサからの測定値を使用して、装置の位置および方位に対する通電導体の位置のおおよその方向をユーザに提供することができる。
警告装置のための指向性検知のさらなる例示的な実施形態
図15に関して、ユーザ1500は、作業中に、図示のように帽子の縁にエネルギー検出警告装置の装着型実施形態を装着することができる。ユーザ1500が隠れ得る通電導体1502を認識していない場合、装置は、ユーザ1500が安静時または歩行中にユーザの頭部の自然な回転および傾斜で領域を走査しながら、ユーザ1500が通電導体1502を検出および位置付けするのを支援することができる。例えば、一実施形態では、警告装置は、装置およびユーザが通電導体1502の方向を直接見ているときに、最大RMS電圧値を測定することができる。したがって、ユーザの頭部の向きが左右または上下に変わると、測定された電界の大きさは、通電導体1502上の最も近い接触点を直接見たときにピークになり得る。この電界の大きさのピークは、傾斜補償度方角(例えば、グラフ1504を参照)または度ピッチ(例えば、グラフ1506を参照)の値に関連付けられ、ユーザの頭部の向きが左右に向いているか上下に向いているかによって異なる。
図16を参照すると、一実施形態では、マイクロ制御装置は、ピークパターンを認識するために、ミーリー型有限状態機械1600を使用して通電導体の方向を決定することができる。状態機械1600への入力は、測定された電界の大きさの勾配(「dE/dt」)、時間(「t」)、傾斜補償度方角(「H」)(以下「度方角」)、およびピッチ(「P」)を含むことができる。測定された電界の勾配は、計算安定性を向上させるためにバーアレイ1602を使用して計算することができ、勾配は下記の式8のように計算され、「first」と「last」はメモリアレイの最初と最後の要素である。
式8:dE/dt=E[First]−E[Last]/(t[First]−t[Last])
状態1 S1から開始して、状態機械1600は勾配dE/dtが起動閾値TH1604を越えるまで状態1 S1に留まる。勾配dE/dtが起動閾値THを超えると、状態機械1600は状態1 S1から状態2 S2に進む。
状態2 S2の開始時に、開始タイムスタンプ(t_start)、開始度方角(heading_start)、および開始ピッチ(pitch_start)がメモリに保存される。この時点で、勾配dE/dtの正のピーク1606およびゼロ交差1608がメモリに保存される。勾配のゼロ交差dE/dtは電界強度のピークに対応する(すなわち、勾配はピークでゼロである)。度方角1610およびピッチ1612が通電導体の方向に関連するので、勾配dE/dtがゼロ交差に達する時点で、その瞬間での度方角1610およびピッチ1612のそれぞれの値は、その時点に関連付けられる。勾配dE/dtが起動閾値THの負の値未満である(すなわち、−(TH))時点で、状態機械1600は状態2 S2から状態3 S3に進む。しかしながら、この場合、状態機械1600は、t_start(t_now−t_start>Ttimeout)からの期間Ttimeoutより長い間、状態2 S2においてアイドル状態を維持し、状態機械1600はタイムアウトしてリセットされ、状態2 S2から状態1 S1に戻る。
状態3 S3において、勾配dE/dtの負のピーク1614が評価される。評価中に、勾配dE/dtに対する負のピーク1614が−0.75*dE/dt*正のピークの計算値よりも小さいと評価された場合、状態機械1600は状態3 S3から状態4 S4へ進む。しかしながら、この場合、状態機械1600は、t_start(t_now−t_start>Ttimeout)からの期間Ttimeoutより長い間、状態3 S3においてアイドル状態を維持し、状態機械1600はタイムアウトしてリセットされ、状態3 S3から状態1 S1に戻る。
状態4 S4において、状態機械1600は、電界の大きさのピークが頭部の動作によるものであり、異なる行動によるものではないかどうかを検証するように構成される。状態4 S4の間に、度方角の変化(「ΔH」)1616およびピッチの変化(「ΔP」)1618が測定される。度方角の変化1616またはピッチの変化1618のいずれかが、それぞれ、起動度方角およびピッチ閾値(すなわち、H_THおよびP_TH)よりも大きくなる場合、状態機械1600は状態4 S4から状態5 S5へ進む。しかしながら、この場合、勾配dE/dtは起動閾値−(TH)の負の値を超えて上昇し、状態機械1600はリセットされ、状態4 S4から状態1 S1に戻る。
状態5 S5において、通電導体に向かう度方角1610またはピッチ1612は、状態2 S2において勾配dE/dtがゼロ交差1608に達したときに記録された値としてファームウェアにおいて確認および更新される。度方角1610またはピッチ1612の記録が完了した後、状態機械1600はリセットされ、状態5 S5から状態1 S1に戻る。
追加的におよび/または代替的に、エネルギー検出警告装置の一実施形態では、通電導体のおおよその方向も磁場測定値を使用して決定することができる。図17に関して、電流を搬送している通電導体1702(例えば、示されているような送電線)の磁場1700は、右手の法則を使用して見出され、通電導体1702の周囲に円として描くことができ、磁場1700は常に通電導体1702に対して垂直である。
(上述のように)高分解能三軸磁場センサを含む警告装置の一実施形態では、通電導体1702から生成された時間変動AC磁場信号1704が測定される。三軸磁力計の測定出力は、X軸、Y軸、およびZ軸の時間変動正弦波磁場データ1704を含むことができる。磁場Y軸ACのRMS値1706は、磁場ベクトルB1708のY軸ベクトル成分に対応し、負の符号は、基準軸に対して位相1710から180度ずれた軸成分に加えられ、ここでは、x軸が基準軸として選択されている。同様に、磁場X軸およびZ軸ACRMS成分は、磁場ベクトル1708の成分XおよびZにそれぞれ対応する。
磁場のZ軸RMS成分がY軸またはX軸成分よりも大きい場合には、通電導体1702は水平に方位付けされていると検知することができる。対照的に、磁場のX軸またはY軸のRMS成分のいずれかがZ軸成分よりも大きい場合には、通電導体1702は垂直に方位付けされていると検知することができる。
通電導体への方向を表す方向ベクトルD1712は、磁場を選び、それをx−y軸上に投影することによって決定することができる。これにより二方向ベクトルがもたらされ、ベクトルD1712は180度位相がずれている2つの指向性ベクトル(B1、B2)のうちの1つとすることができる。ベクトルD1712を決定するために、ある範囲の方角に関するフィールドデータが保存される。保存されたデータの有効範囲のうち、範囲は半分に分割され、磁場データ曲線下の面積(A1、A2)は、グラフ1712aに示されるように計算することができる。いずれの半分がより大きい面積を有するかによって、どの指向性ベクトルが真の方向であるかが決定することができる。さらに、通電導体1702へ向かう度方角1714およびピッチ1716は、X軸成分をY軸成分で割った商の逆正接、ならびにZ軸成分の商を方向ベクトル1712のY軸成分で割った値の逆正接として計算されてもよい。
警告装置の方法の例示的な実施形態
図18には、一実施形態による制御フロー図1800の一実施形態が示されている。制御フロー図1800は、エネルギー検出警告装置がセンサからの情報をどのように処理することができるかを記載し、リスク情報をユーザに通信する方法を決定し、通知システムハードウェアを使用して警告情報をユーザに発し、バッテリ寿命を最適化し、関連する安全性情報を取得してクラウドベースのサーバに伝達する。一般に、マイクロ制御装置は、センサからのアナログ出力をデジタル化し、AC電界値および磁場値をDC等価RMS値に変換し、ユーザが制御可能な感度設定に基づいてこれらの値を警報閾値と比較し、通知ハードウェアを使用して、脅威レベルや発生源への方向などに基づいて、音声的、視覚的、および触覚的警報を発することができる。この方法は、使用されていないとき(例えば、動作していないときまたは加速度計を使用しているとき)、ならびに環境電界および磁場の強度が安全閾値を下回っているときに、警告装置を低電力スリープ状態にすることによってバッテリ寿命をさらに最適化することができる。
一実施形態では、エネルギー検出警告装置は、「始動検知」プロセスを実施してもよく、それは同時に装置に実質的に連続的に電源をオンにすることを可能にしながら電池寿命を延ばすことができる。例えば、プロセッサおよびハードウェアは、警告装置が安全な環境にあるとき、または警告装置が意図したように使用されていないときの時間の少なくとも一部の間、低電力スリープ状態で稼働することができ、これは、装着型であるか、可搬性であるかなどの特定の実施形態に依存してもよく、長期間静止している。さらに、測定されたフィールド(電界および磁場)値が通常の周囲フィールドなどのスリープ閾値を下回っているとき、警告装置は、時間Tsleepの間スリープし、所定の周期的周期に従って始動し、時間Tawakeの間、危険な電界または磁場について環境を検知/観察するように構成することができる。稼働時間中に、測定されたフィールドが安全閾値を下回ったままである場合、警告装置は、時間Tsleepの間スリープ状態に戻ることができる。しかしながら、稼働時間中に測定されたフィールド値が上昇して安全閾値を超えると、警告装置は、完全に起動して始動し、履歴フィールド信号の振幅の追跡を開始し、例えば信号の大きさが警報閾値を超えているときに、警告信号を発するかどうかを決定する。
したがって、本開示による方法1800の一実施形態は、始動ステップ1802を含むことができる。ステップ1804において、環境電界および/または磁場のRMS値を計算することができる。ステップ1804で計算されたRMS値を用いて、ステップ1806として、その値を所定の警報/警告閾値と比較することができる。上記に示されたように、ステップ1806において、計算されたRMS値が警報閾値より大きいと決定された場合、指向性警報を発するのに十分な情報があるかどうかの決定がステップ1808において行われる。十分な情報がない場合、方法1800はステップ1810に進み、そこで警報を近接モードで発することができる。近接モードでは、警告装置は、通電導体の重大な脅威レベルを有するフィールドを検出するが、通電導体の方向も示すには情報が不十分である。しかしながら、ステップ1808において、指向性警報についての十分な情報がある場合、方法1800はステップ1812に進み、そこで警告警報が指向性モードで発せられることができ、それを介して警告装置は通電導体のおおよその指向性位置をユーザに示すことができる。ステップ1810および/またはステップ1812のいずれかの後、方法1800はステップ1804に戻るように構成することができ(すなわち、装置が検出されたフィールドレベルに適合するにつれて警告装置が沈黙するかまたはアラーム期間が終了する)、警告装置は、前述のように、リセットされて別の警報を発するかどうかの判断を開始するよう使用可能になる。
方法ステップ1806に戻り、計算されたRMSフィールドの値が警報閾値を下回る場合、方法1800はステップ1808、1810、および1812を迂回して直接ステップ1814に進むことができる。ステップ1814において、警告装置は、所定の期間Tsleepの間スリープしてもよく、ステップ1802に戻る前に、その時点で、警告装置は始動する。
警告装置のための自己検査の例示的な実施形態
一実施形態では、エネルギー検出警告装置は、作業環境において適切な機能を保証するために自己検査を実行するようにさらに構成することができる。例えば、ある場合には、警告装置は、一次アンテナの近くに配置された二次PCBアンテナを含むことができる。二次アンテナは、正しいハードウェア/ファームウェアの振る舞いを検証するために一次アンテナに結合する60Hzの方形波(PWM)信号を印加することができる。さらに、磁力計の内部自己検査では、磁力計の周囲のPCBコイルは、センサが読み取る小さな磁場を発生させることができる。さらに、一実施形態では、自己検査は定期的に発せられてもよい。センサの故障が発見された場合、警告装置は故障/モード状態に入ってもよく、その間に通知ハードウェアは1つ以上の警告を発することができる。例えば、警告装置は、自己検査に合格しなかった場合にLED表示器を赤色に点灯させるようにプログラムすることができる。
指向性検知プロセスの実装例
図19に示されている概略図およびグラフ(1900a〜1900e)に関して、以下の説明は、本出願の実施形態による指向性検知プロセスの例を説明している。例えば、ユーザがエネルギー検出警告装置を装着している間に通電導体に接近し、その間に警告装置が周囲の電界および/または磁場の測定を行っている場合、次のプロセスステップまたはフェーズが発生する場合がある。
初期行動トリガ:起動閾値を超える測定されたフィールド|E|に応答して、指向性検知プロセスは、例えば10秒間タイムラッチがオンになる。起動すると、開始方角hstが装置のメモリに保存される。プロセスが起動している間、フィールド|E|は、360個の要素を持つアレイに値を保存することによって、現在の度方角に関連付けられ、ここで、n番目の要素は、その度方角(0〜360度)での電界強度を表している。なお、一実施形態では、すべての度方角(0〜360度)は、処理効率を最適化するために、例えばn番目の要素当たり2度から5度の範囲で分割されてもよい。さらに、電界の大きさは、上書きされるのではなく、IIRフィルタを使用して(現在の方向に対応する)アレイ要素に保存されてもよい。さらに、アレイ要素は、それぞれの値がゼロになるまで、均等に徐々に減少してもよい。
後続行動トリガプロセスは、ある程度の情報の範囲(例えば、20度、30度、40度など)が捕捉されるまで、データをアレイに追加し続ける。開始方角と現在方角との間の差分Δhが起動範囲閾値(例えば、20度、30度、40度など)h_THよりも大きくなることに応答して、装置は、フィールド源(すなわち、通電導体)への方向を表し得る電界ピーク条件についてデータセットをチェックするように構成される。
計算されたピークおよびAVG:例えば、Δh>30°である場合、プロセスは、その位置のデータを示す特定のしきい値を超える値が記録された起動範囲を見て、データセットを走査することによって継続することができる。データをスキャンしながら、ピークおよびAVGが決定される。データセットのAVGは、例えばプロセスの信頼性のために、ベル曲線がどれほど急激であるかを測定するために計算される。一般に、データセット内の比較的小さな障害に対しては、警告通知をトリガする必要はない。そのように、(ピーク>X*AVG)は起動制御項である。
ピーク条件:ピークを位置付けすることに応答して、プロセスは、ピークの左側への正の勾配およびピークの右側への負の勾配を検証することによってピーク条件を検証することができる。一実施形態では、勾配は以下を使用して決定することができる。E_per_deg[n_mode]−E_per_deg[n_mode−5]>0(0より大きくなければならない)(または>slope_TH)およびE_per_deg[n_mode]−E_per_deg[n_mode+5]<0(0より小さくなければならない)(または<slope_TH)。
警告装置によるスマートデータ追跡の使用例
上述のように、エネルギー検出警告装置は、随時、装置の通信を可能にするために、メモリおよびデータ伝達ハードウェアおよび/またはソフトウェアを含むことができる。この伝達、他の電子装置(例えば、電話、スマートビークル接続、タブレット、ノートパソコンなど)間の相互通信に関して知られている任意の適切な手段によって実現することができるが、これらに限定されず、ブルートゥース、デジタルセルラーデータ転送、有線、無線、電波、Li−Fi、Wi−Fiなどを含む。
一実施形態では、例えば、ユーザは、通電導体の存在を警報されることができるが、装置はまた、即座にまたはその後に、分析のために親企業に検出の通知を送信することができる。即時通知と自動通知は、通知後に事故が発生した場合、例えばユーザが怪我をして物理的に誰かに通知できない場合などに、緊急の対応を提供することにおいて企業を支援することができる。そのようなデータは同様に集合的に視認することができ、良かれ悪しかれ従業員および/またはチームおよび/または管理上の振る舞いの特徴/傾向、ユーザが危険な状況に置かれる頻度、リスク削減、コスト削減、安全と効率の取り組みのための機会の改善、事故が起こる可能性があった状況の頻度、リスクおよび従業員の振る舞いならびにユーザ位置追跡および譲歩した機器タグ付けに関する地理的傾向、改善に向けた通信接続性挑戦領域、休業または過剰作業を決定するかどうかの作業時間追跡、即座の作業者のニーズ補完(例:必要に応じて援助/上級従業員を派遣)、ユーザが装置を適切に使用しているかどうか(例:安全帽は装着されているか?)、高リスク環境(EMF、悪天候、狭い場所など)への露出期間、効率の向上、等を決定するために使用することができる。
条項の例
A:エネルギー検出警告装置であって、ハウジングと、前記ハウジング内に配置された電子表示部品と、前記ハウジング内に配置された1つ以上のセンサであって、前記エネルギー検出警告装置の位置の特定の近傍内に存在する通電導体を検出し、かつ前記エネルギー検出警告装置の前記位置に対して前記通電導体が位置付けられた方向であって、おおよその方向である、方向を検出するように構成された、1つ以上のセンサと、マイクロ制御装置であって、前記1つ以上のセンサから入力を受信し、かつ前記入力の受信に応答して、前記電子表示部品を作動させて、前記エネルギー検出警告装置の前記位置に対して前記通電導体が位置付けられた前記方向を示すように構成された、マイクロ制御装置と、を備える、エネルギー検出警告装置。
B:前記1つ以上のセンサが、前記通電導体と前記エネルギー検出警告装置との間のおおよその距離を検出するようにさらに構成されている、段落Aに記載のエネルギー検出警告装置。
C:前記電子表示部品が、前記ハウジングの一部に沿って配置され、指向性を示すように配列された複数の光源、前記指向性を示すように前記ハウジング内に配列された1つ以上のスピーカ、または前記指向性を示すように前記ハウジング内に配列された1つ以上の振動モータのうちの少なくとも1つを含む、段落A〜Bのいずれかに記載のエネルギー検出警告装置。
D:前記電子表示部品が、前記複数の光源を含んでおり、前記電子表示部品の作動時に、前記マイクロ制御装置が、前記検出された方向および/または前記装置と前記通電導体との間の近接度の低下に対応するように配列された前記複数の光源のうちの1つ以上の照明を生じさせる、段落A〜Cのいずれかに記載のエネルギー検出警告装置。
E:前記電子表示部品が、前記1つ以上のスピーカを含んでおり、前記電子表示部品の作動時に、前記マイクロ制御装置が、前記1つ以上のスピーカのうちの少なくとも1つから聴覚通知信号を発信させ、前記聴覚通知信号は、前記検出された方向および/または前記装置と前記通電導体との間の近接度の減少による感電の危険性を示している、段落A〜Dのいずれかに記載のエネルギー検出警告装置。
F:前記電子表示部品が、前記1つ以上の振動モータを含んでおり、前記電子表示部品の作動時に、前記マイクロ制御装置が、前記1つ以上の振動モータのうちの少なくとも1つの振動を生じさせ、前記振動が、前記検出された方向を示す、段落A〜Eのいずれかに記載のエネルギー検出警告装置。
G:前記1つ以上のセンサが、重力ベクトルおよび地球磁場ベクトルを用いて絶対方位を検出することによって前記方向を検出し、前記装置がそれぞれ傾けられるか回転されたときに、方位を電界値または磁場値のピークと対応付ける、段落A〜Fのいずれかに記載のエネルギー検出警告装置。
H:前記1つ以上のセンサが、検知されたエネルギーレベルの変化を検出することによって通電導体を検出する、段落A〜Gのいずれかに記載のエネルギー検出警告装置。
I:安全帽を用いて実施する装着型エネルギー検出警告装置(「装着型装置」)であって、電子表示部品と、前記電子表示部品と通信可能に結合された1つ以上のセンサであって、前記装着型装置の位置の特定の近傍内に存在する通電導体を検出し、かつ前記装着型装置の前記位置に対して前記通電導体が位置付けられた方向であって、おおよその方向である、方向を検出するように構成された、1つ以上のセンサと、マイクロ制御装置であって、前記1つ以上のセンサから入力を受信し、かつ前記入力の受信に応答して、前記電子表示部品を作動させて、前記装着型装置の前記位置に対して、前記通電導体が位置付けられた前記方向を示すように構成された、マイクロ制御装置と、を備える、装着型エネルギー検出警告装置。
J:前記電子表示部品が、指向性を示すように配列された複数の光源、前記指向性を示すように配列された1つ以上のスピーカ、または前記指向性を示すように配列された1つ以上の振動モータのうちの少なくとも1つを含む、段落Iに記載の装着型装置。
K:前記電子表示部品が前記複数の光源を含んでおり、前記電子表示部品の作動時に、前記マイクロ制御装置が、前記検出された方向に対応する前記安全帽の側面に方位付けされた前記複数の光源のうちの1つ以上の照明を生じさせる、段落I〜Jのいずれかに記載の装着型装置。
L:前記電子表示部品が、前記1つ以上のスピーカを含んでおり、前記電子表示部品の作動時に、前記マイクロ制御装置が、前記1つ以上のスピーカのうちの少なくとも1つから聴覚通知信号を発信させ、前記聴覚通知信号が、1つ以上の口頭による発言、所定のノイズ、または可変トーンのうちの1つ以上を含む音声を介して検出された方向を示しており、前記音声が、前記検出された方向に対応する前記安全帽の側面に方位付けされた単一のスピーカから、または前記安全帽の中央領域に配列された1つ以上のスピーカから発信される、段落I〜Kのいずれかに記載の装着型装置。
M:前記電子表示部品が、前記1つ以上の振動モータを含んでおり、前記電子表示部品の作動時に、前記マイクロ制御装置が、前記検出された方向に対応する前記安全帽の側面に方位付けされた前記1つ以上の振動モータのうちの少なくとも1つの振動を生じさせる、段落I〜Lのいずれかに記載の装着型装置。
N:前記1つ以上のセンサが、重力ベクトルおよび地球磁場ベクトルを用いて絶対方位を検出することによって前記方向を検出し、前記装着型装置がそれぞれ傾けられるか回転されたときに、方位を電界値または磁場値のピークと対応付ける、段落I〜Mのいずれかに記載の装着型装置。
O:デジタル電圧検出装置であって、前記デジタル電圧検出装置の位置の特定の近傍内に存在する電圧源を検出し、かつ前記デジタル電圧検出装置の前記位置に対して前記電圧源が位置付けられた方向であって、おおよその方向である、方向を検出するように構成された、1つ以上の回路ハードウェア部品と、前記1つ以上の回路ハードウェア部品と結合され、前記デジタル電源検出装置の前記位置に対して前記電圧源が位置付けられた前記方向を示すように構成された、電子表示部品と、を備える、デジタル電圧検出装置。
P:前記デジタル電圧検出装置が、帽子、シャツ、ベルト、またはポケットのうちの少なくとも1つに装着可能である、段落Oに記載のデジタル電圧検出装置。
Q:前記1つ以上の回路ハードウェア部品が、前記デジタル電圧検出装置の前記位置の前記特定の近傍内に存在する電流源の方向を検出するようにさらに構成されている、段落O〜Pのいずれかに記載のデジタル電圧検出装置。
R:前記1つ以上の回路ハードウェア部品が、バッテリ寿命を節約するためにスリープ/始動設定を実行するようにさらに構成されている、段落O〜Qのいずれかに記載のデジタル電圧検出装置。
S:前記デジタル電圧検出装置が、過去に評価された電圧レベルの正の変化を検出するように構成され、それにより、前記正の変化が前記電圧に関して閾値レベルを満たすかまたは超える場合に、前記電圧源の通知が開始され、前記デジタル電圧検出装置が、前記閾値レベルに適合するようにさらに構成され、前記閾値レベルに適合することに応答して、前記デジタル電圧検出装置が、前記通知を非アクティブにし、過去に評価された前記電圧レベルの正の変化の後続の検出に応答して、前記デジタル電圧検出装置が、前記電圧源の前記通知を再開するようにさらに構成されている、段落O〜Rのいずれかに記載のデジタル電圧検出装置。
T:前記1つ以上の回路ハードウェア部品が、自己検査を実行して前記装置が機能的であることを保証するようにさらに構成されている、段落O〜Tのいずれかに記載のデジタル電圧検出装置。
結論
いくつかの実施形態は構造的特徴および/または方法論的行為に特有の言語で説明されているが、特許請求の範囲は必ずしも記載された特定の特徴または行為に限定されないことが理解される。むしろ、特定の特徴および行為は、請求された主題を実施する例示的な形態として開示されている。

Claims (20)

  1. エネルギー検出警告装置であって、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内に配置された電子表示部品と、
    前記ハウジング内に配置された1つ以上のセンサであって、
    前記エネルギー検出警告装置の位置の特定の近傍内に存在する通電導体を検出し、かつ
    前記エネルギー検出警告装置の前記位置に対して前記通電導体が位置付けられた方向であって、おおよその方向である、方向を検出するように構成された、1つ以上のセンサと、
    マイクロ制御装置であって、
    前記1つ以上のセンサから入力を受信し、かつ
    前記入力の受信に応答して、前記電子表示部品を作動させて、前記エネルギー検出警告装置の前記位置に対して前記通電導体が位置付けられた前記方向を示すように構成された、マイクロ制御装置と、を備える、エネルギー検出警告装置。
  2. 前記1つ以上のセンサが、前記通電導体と前記エネルギー検出警告装置との間のおおよその距離を検出するようにさらに構成されている、請求項1に記載のエネルギー検出警告装置。
  3. 前記電子表示部品が、
    前記ハウジングの一部に沿って配置され、指向性を示すように配列された複数の光源、
    前記指向性を示すように前記ハウジング内に配列された1つ以上のスピーカ、または
    前記指向性を示すように前記ハウジング内に配列された1つ以上の振動モータのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載のエネルギー検出警告装置。
  4. 前記電子表示部品が、前記複数の光源を含んでおり、
    前記電子表示部品の作動時に、前記マイクロ制御装置が、前記検出された方向および/または前記装置と前記通電導体との間の近接度の低下に対応するように配列された前記複数の光源のうちの1つ以上の照明を生じさせる、請求項3に記載のエネルギー検出警告装置。
  5. 前記電子表示部品が、前記1つ以上のスピーカを含んでおり、
    前記電子表示部品の作動時に、前記マイクロ制御装置が、前記1つ以上のスピーカのうちの少なくとも1つから聴覚通知信号を発信させ、前記聴覚通知信号は、前記検出された方向および/または前記装置と前記通電導体との間の近接度の減少による感電の危険性を示している、請求項3に記載のエネルギー検出警告装置。
  6. 前記電子表示部品が、前記1つ以上の振動モータを含んでおり、
    前記電子表示部品の作動時に、前記マイクロ制御装置が、前記1つ以上の振動モータのうちの少なくとも1つの振動を生じさせ、前記振動が、前記検出された方向を示す、請求項3に記載のエネルギー検出警告装置。
  7. 前記1つ以上のセンサが、重力ベクトルおよび地球磁場ベクトルを用いて絶対方位を検出することによって前記方向を検出し、前記装置がそれぞれ傾けられるか回転されたときに、方位を電界値または磁場値のピークと対応付ける、請求項1に記載のエネルギー検出警告装置。
  8. 前記1つ以上のセンサが、検知されたエネルギーレベルの変化を検出することによって通電導体を検出する、請求項1に記載のエネルギー検出警告装置。
  9. 安全帽を用いて実施する装着型エネルギー検出警告装置(「装着型装置」)であって、
    電子表示部品と、
    前記電子表示部品と通信可能に結合された1つ以上のセンサであって、
    前記装着型装置の位置の特定の近傍内に存在する通電導体を検出し、かつ
    前記装着型装置の前記位置に対して前記通電導体が位置付けられた方向であって、おおよその方向である、方向を検出するように構成された、1つ以上のセンサと、
    マイクロ制御装置であって、
    前記1つ以上のセンサから入力を受信し、かつ
    前記入力の受信に応答して、前記電子表示部品を作動させて、前記装着型装置の前記位置に対して、前記通電導体が位置付けられた前記方向を示すように構成された、マイクロ制御装置と、を備える、装着型エネルギー検出警告装置。
  10. 前記電子表示部品が、
    指向性を示すように配列された複数の光源、
    前記指向性を示すように配列された1つ以上のスピーカ、または
    前記指向性を示すように配列された1つ以上の振動モータのうちの少なくとも1つを含む、請求項9に記載の装着型装置。
  11. 前記電子表示部品が前記複数の光源を含んでおり、
    前記電子表示部品の作動時に、前記マイクロ制御装置が、前記検出された方向に対応する前記安全帽の側面に方位付けされた前記複数の光源のうちの1つ以上の照明を生じさせる、請求項10に記載の装着型装置。
  12. 前記電子表示部品が、前記1つ以上のスピーカを含んでおり、
    前記電子表示部品の作動時に、前記マイクロ制御装置が、前記1つ以上のスピーカのうちの少なくとも1つから聴覚通知信号を発信させ、前記聴覚通知信号が、1つ以上の口頭による発言、所定のノイズ、または可変トーンのうちの1つ以上を含む音声を介して検出された方向を示しており、
    前記音声が、前記検出された方向に対応する前記安全帽の側面に方位付けされた単一のスピーカから、または前記安全帽の中央領域に配列された1つ以上のスピーカから発信される、請求項10に記載の装着型装置。
  13. 前記電子表示部品が、前記1つ以上の振動モータを含んでおり、
    前記電子表示部品の作動時に、前記マイクロ制御装置が、前記検出された方向に対応する前記安全帽の側面に方位付けされた前記1つ以上の振動モータのうちの少なくとも1つの振動を生じさせる、請求項10に記載の装着型装置。
  14. 前記1つ以上のセンサが、重力ベクトルおよび地球磁場ベクトルを用いて絶対方位を検出することによって前記方向を検出し、前記装着型装置がそれぞれ傾けられるか回転されたときに、方位を電界値または磁場値のピークと対応付ける、請求項9に記載の装着型装置。
  15. デジタル電圧検出装置であって、
    1つ以上の回路ハードウェア部品であって、
    前記デジタル電圧検出装置の位置の特定の近傍内に存在する電圧源を検出し、かつ
    前記デジタル電圧検出装置の前記位置に対して前記電圧源が位置付けられた方向であって、おおよその方向である、方向を検出するように構成された、1つ以上の回路ハードウェア部品と、
    前記1つ以上の回路ハードウェア部品と結合された電子表示部品であって、前記デジタル電源検出装置の前記位置に対して前記電圧源が位置付けられた前記方向を示すように構成された、電子表示部品と、を備える、デジタル電圧検出装置。
  16. 前記デジタル電圧検出装置が、帽子、シャツ、ベルト、またはポケットのうちの少なくとも1つに装着可能である、請求項15に記載のデジタル電圧検出装置。
  17. 前記1つ以上の回路ハードウェア部品が、前記デジタル電圧検出装置の前記位置の前記特定の近傍内に存在する電流源の方向を検出するようにさらに構成されている、請求項15に記載のデジタル電圧検出装置。
  18. 前記1つ以上の回路ハードウェア部品が、バッテリ寿命を節約するためにスリープ/始動設定を実行するようにさらに構成されている、請求項15に記載のデジタル電圧検出装置。
  19. 前記デジタル電圧検出装置が、過去に評価された電圧レベルの正の変化を検出するように構成され、それにより、前記正の変化が前記電圧に関して閾値レベルを満たすかまたは超える場合に、前記電圧源の通知が開始され、
    前記デジタル電圧検出装置が、前記閾値レベルに適合するようにさらに構成され、前記閾値レベルに適合することに応答して、前記デジタル電圧検出装置が、前記通知を非アクティブにし、
    過去に評価された前記電圧レベルの正の変化の後続の検出に応答して、前記デジタル電圧検出装置が、前記電圧源の前記通知を再開するようにさらに構成されている、請求項15に記載のデジタル電圧検出装置。
  20. 前記1つ以上の回路ハードウェア部品が、自己検査を実行して前記装置が機能的であることを保証するようにさらに構成されている、請求項15に記載のデジタル電圧検出装置。
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