KR20190096373A - 에너지 검출 경고 디바이스 - Google Patents

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KR20190096373A
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존 웨인 톰슨
티모시 레드포드
브랜든 존 블레드소
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세이프가드 이큅먼트, 인크.
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Abstract

에너지 검출 경고 디바이스는 하우징을 포함한다. 전자 표시 구성 요소는 하우징 내에 배치된다. 하나 이상의 센서가 하우징 내에 배치되고, 에너지 검출 경고 디바이스의 위치의 특정 근접부 내에 존재하는 통전 도체를 검출하고, 에너지 검출 경고 디바이스의 위치에 대해 통전 도체가 위치되는 방향을 검출하도록 구성된다. 방향은 근사 방향이다. 디바이스는 또한, 하나 이상의 센서로부터 입력을 수신하고, 입력의 수신에 응답하여, 에너지 검출 경고 디바이스의 위치에 대하여 통전 도체가 위치되는 방향을 나타내게끔 전자 표시 구성 요소를 작동시키도록 구성된 마이크로컨트롤러를 포함한다.

Description

에너지 검출 경고 디바이스
관련 특허 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 미국 가특허 출원 제62/432,817호(출원일: 2016년 12월 12일, 발명의 명칭: Energy Detection Device), 미국 가특허 출원 제62/534,922호(출원일: 2017년 7월 20일, 발명의 명칭: Energy Detection Warning Device), 및 미국 정규 특허 출원 제15/809,958호(출원일: 2017년 11월 10일)에 대한 우선권을 주장하며, 이들 기초 출원은 참고로 이들의 전문이 본 명세서에 원용된다.
기술분야
본 발명은 사용자가 통전 도체(energized conductor)에 접근할 때 안전 경고 통지(경보, 알람, 경고 등)를 디바이스의 사용자에게 제공하는 디바이스에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에 설명되는 디바이스는 사용자와의 디바이스의 배향에 대해 통전 도체에 근사적인 방향을 나타내는 통지를 제공할 수 있다.
전기 에너지를 활용하고 조작하는 능력이 발견된 이래, 전력은 전세계적으로 수요가 높다. 일부 경우에, 에너지 산업 노동자들이 아직도 접속되지 않은 장소에 전력을 공급하기 위하여 새로운 전력 시스템을 구축하고 있다. 다른 경우에, 노동자는 확립된 시스템을 갱신 또는 향상시키거나, 자연적 원인 및/또는 우연한 사건으로 인해 손상된 전력 시스템을 수리 및/또는 재구축하고 있다. 그러나, 또 다른 경우, 노동자는 전력이 더 이상 필요하지 않거나 요구되지 않는 영역으로부터 전력 시스템을 제거하는 임무를 맡을 수 있다. 작업에 관계없이, 에너지 노동자는 노동자가 해를 받을 수 있는 내재적인 위험을 갖는 전력 시스템을 둘러싼 활동에 지속적으로 참여하고 있다.
에너지 산업에서 사고를 방지하도록 설계된 안전 규정 및 관행에도 불구하고, 개인은 여전히 부상당하고 생명을 잃고 있다. 최근 몇 년간, 전기 관련 사망자에 대한 연간 사망자 수는 미국에서만 130명을 훨씬 상회했다. 따라서, 추가적인 안전 조치가 필요하다.
고전압 위험에 대한 개인적 경고를 제공하는 종래의 디바이스는 종종 부피가 큰 아날로그 디바이스이다. 일부 종래의 디바이스는 노동자의 목 주위에 착용되거나 사용자의 앞주머니, 모자 또는 벨트에 클리핑될 수 있지만, 크기로 인해 불편할 수 있다. 일례로, 종래의 디바이스는 노동자의 모자에 직접 내장된다. 종래의 디바이스는 일반적으로 근처의 전기장 또는 자기장 중 하나의 존재의 검출에 단지 기초하여 단순한 경고를 발생시키며, 종종 한 번만 특정 필드 세기 임계치가 검출된다. 일부 경우에, 종래의 디바이스는 지나치게 민감하여 불필요한 경고로 이어진다.
따라서, 종래의 디바이스는 몇몇 문제점 및 한계를 갖는다.
상세한 설명이 첨부 도면을 참조하여 개진된다. 도면에서, 참조 번호의 가장 왼쪽 숫자(들)는 참조 번호가 처음 나타나는 도면을 식별한다. 상이한 도면에서 동일한 참조 번호의 사용은 유사하거나 동일한 항목을 나타낸다. 또한, 도면은 개별 도면 내의 개별 구성 요소의 상대적 크기에 대한 근사적인 도시를 제공하는 것으로 고려될 수 있다. 그러나, 도면은 스케일대로가 아니며, 개별 도면 내의 및 상이한 도면들 사이 모두의 개별 구성 요소의 상대적인 크기는 도시된 것과 다를 수 있다. 특히, 도면의 일부는 특정 크기 또는 형상으로 구성 요소를 도시할 수 있지만, 다른 도면은 명료성을 위해 동일한 구성 요소를 더 큰 스케일 또는 다른 형상으로 도시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 필드 신호와 에너지 검출 경고 디바이스 사이의 상호 작용의 개략도를 나타낸다.
도 2는 에너지 검출 경고 디바이스의 실시형태의 전기 개략도를 나타낸다.
도 3은 에너지 검출 경고 디바이스에서의 신호 프로세스 흐름의 실시형태의 전기 개략도를 나타낸다.
도 4는 에너지 검출 경고 디바이스의 마이크로컨트롤러 내에서 발생할 수 있는 신호 프로세스 흐름의 실시형태의 전기 개략도를 나타낸다.
도 5는 에너지 검출 경고 디바이스의 마이크로컨트롤러 내에서 발생할 수 있는 신호 프로세스 흐름의 실시형태의 전기 개략도를 나타낸다.
도 6은 전자기장의 방향 감지를 위한 안테나 배열의 실시형태의 개략도를 나타낸다.
도 7은 에너지 검출 경고 디바이스의 웨어러블(wearable) 실시형태를 착용한 사용자의 측면도 및 디바이스가 부착된 모자의 밑면도를 나타낸다.
도 8은 도 7의 본 발명의 실시형태에 따른 에너지 검출 경고 디바이스의 사시도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른, 도 7의 에너지 검출 경고 디바이스의 하부, 상부 및 측면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 따른, 도 7의 에너지 검출 경고 디바이스의 개략 구성 요소도를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 따른, 도 7의 에너지 검출 경고 디바이스의 또 다른 개략 구성도를 나타낸다.
도 12는 본 발명에 따른 전기장 센서의 실시형태의 변형을 나타낸다.
도 13은 본 발명에 따른 센서의 실시형태의 개략적인 구성 요소도를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시형태에 따른 자력계 및 플럭스 집속기를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 실시형태에 따른, 웨어러블 에너지 검출 경고 디바이스가 틸팅(tilting)되고 회전될 때 측정된 필드와 관련된 숨겨진 통전 도체 및 그래프를 갖는 환경에서의 사용자를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 실시형태에서 사용된 바와 같이 전압 방향 검출을 위해 사용되는 밀리(mealy) 유한 상태 머신의 개략도를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 실시형태에 따른, 전류-운반 와이어의 방향 검출에 사용되는 자기장의 검출과 연관된 측정 및 데이터와 관련된 자기장 및 그래프의 존재에서의 사용자의 예시적인 시나리오를 나타낸다.
도 18은 본 발명에 따른 제어 흐름 프로세스 개략도의 실시형태를 나타낸다.
도 19는 본 발명에 따른 지향성 감지 프로세스의 실시형태와 연관된 개략도 및 그래프를 나타낸다.
개요
이하의 발명은 에너지 검출 경고 디바이스에서의 구현을 위한 다양한 특징 및 개념을 설명한다. 즉, 본 발명이 "소정의" 또는 "상기" 에너지 검출 경고 디바이스를 설명하고 있지만, "에너지 검출 경고 디바이스" 앞에서 사용된 표현(예를 들어, "소정의", "어느" 또는 "상기" 등)은 달리 명시하지 않는 한 디바이스 자체의 특징의 제한을 나타내는 것으로 의도되지 않는다. 실제로, 에너지 검출 경고 디바이스의 복수의 실시형태는 다양한 구현예 및/또는 조합에서 하나 이상의 다양한 특징 및 개념을 사용함으로써 가능할 수 있다. 예를 들어, 도면은 웨어러블 에너지 검출 경고 디바이스의 실시형태를 도시할 수 있지만, 웨어러블 디바이스와 관련하여 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 특징 및 개념은 예를 들어, 예를 들어, 차량의 탑승자에게 잠재적인 위험을 경고하도록 구성된 차량에 내장된 특징의 실시형태와 같이 웨어러블 실시형태가 아닌 다른 실시형태에서 구현될 수 있는 것으로 고려된다.
또한, 본 발명 전체에 걸쳐, "디바이스", "경고 디바이스", "에너지 검출 디바이스", "웨어러블 디바이스" 및 "에너지 검출 경고 디바이스"라는 용어는 전술한 "에너지 검출 경고 디바이스"의 하나 이상의 다양한 실시형태를 상호 교환적으로 나타내도록 사용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 에너지 검출 경고 디바이스는 부근의 통전 도체를 검출하고 하나 이상의 감지 통지를 통해 사용자에게 그 존재를 경보하는 주요 기능을 가질 수 있다. 이러한 통지는 감전 사고로 인한 부상의 발생을 감소시키려는 의도로 발행된다. 이 목표는, 통전 도체의 위치를 알 수 없는 환경에서 경고 디바이스가 사용될 때 실현될 수 있다. 따라서, 디바이스의 웨어러블 실시형태는 유틸리티 라인 맨, 전기 기술자, 재해 구호 요원 등을 크게 유익하게 할 수 있다. 또한, 디바이스는 사용자에게 불편함을 주거나 불편함을 초래하지 않으면서 다양한 장소에서 착용하기에 충분히 컴팩트할 수 있다.
실시형태에서, 웨어러블 에너지 검출 경고 디바이스는 모자의 가장자리에 클리핑될 수 있으며, 이는 배향의 상대적인 안정성으로 인한 검출 및 위치 표시에 이점을 제공할 수 있다. 모자에 클리핑하는 이 실시형태는 동일하거나 유사한 클리핑 액션을 통해 사용자의 옷 또는 신체의 다른 곳에서 착용될 수 있고, 에너지 검출 경고 디바이스는 다른 접속 수단(미도시)으로 (나타낸 것과 상이한) 다른 구성으로 구성될 수 있으며, 이는 모자의 가장자리 이외의 사용자의 옷 또는 신체(미도시)에 고정하는 것과 더욱 호환될 수 있다. 이러한 대안적인 실시형태에서, 에너지 검출 경고 디바이스에 의해 실행되는 특징 및 프로세스는 본 명세서에 설명되는 것과 동일하거나 유사할 수 있는 것으로 고려된다. 또한, 이러한 대안적인 구조적 구성에서, 본 명세서에 설명되는 프로세스가 구조 및/또는 상대 위치 결정에서의 차이 등의 변화를 보상하기 위해 후술되는 것과 비교하여 수정될 수 있음이 이해된다. 따라서, 에너지 검출 경고 디바이스는 사용자의 손목(미도시)에 착용되도록 구성된 구조를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 구조적 실시형태로 형성될 수 있다. 또한 다음으로, 손목 착용 시 실시형태에서의 내부 구성 요소의 배열 및 배향은 경고 디바이스를 갖는 모자가 자리잡은 사용자의 머리의 움직임과 비교하여 사용자의 손목의 통상적인 움직임에 따른 검출의 방식으로 존재할 수 있는 차이를 조정하기 위해 본원의 설명으로부터 변경될 수 있다.
구조적 구성에 관계없이, 실시형태에서, 통전 도체의 위치는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환함으로써 검출될 수 있으며, 안전 통지는 사용자에게 위험한 통전 도체의 존재 및 위치를 경보하도록 개시될 수 있다. 통전 도체와 디바이스 사이의 정확한 거리가 쉽게 결정되지 않더라도, 검출 디바이스는 사용자 주위의 특정 근접부 내의 잠재적으로 위험한 통전 도체의 존재의 "육감"을 사용자에게 제공한다. 따라서, 에너지 검출 경고 디바이스는 작업 환경에서 안전을 향상시키고 고전압 장비 주변에서 작업할 때 노동자를 지원할 수 있다.
에너지 검출 경고 디바이스는 통전 도체의 특정 근접부에 접근 및/또는 진입할 때 사용자에게 경보하기 위해 시각적, 청각적 또는 촉각적 통지의 임의의 조합을 사용할 수 있다. 경고 통지는 마이크로컨트롤러(또한, 본 명세서에서 추가로 후술되는 몇몇 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성 요소를 포함하는 중앙 처리 장치"CPU"로 본 명세서에서 나타냄)에 의해 발행된 신호를 통해 개시될 수 있다. 높은 레벨에서, 경고 디바이스는 주어진 근접성을 갖는 통전 도체를 검출/감지하도록 구성된 센서(예를 들어, 하나 이상의 안테나 구성 요소)를 구현할 수 있다. 실시형태에서, 경고 통지가 개시될 수 있는 특정 근접성은 예를 들어, 사용자와 통전 도체 사이의 작업 안전 위생 관리국(Occupational Safety & Health Administration: "OSHA")의 표준 최소 접근 거리(Minimum Approach Distance: "MAD")의 약 6배의 거리로 정의될 수 있다. MAD는 검출된 필드의 전압에 대해 다르다. 통전 도체 주위의 특정 근접 거리는 MAD의 10배로부터 MAD의 6배 미만까지의 범위에서 다양할 수 있다. 경고 디바이스는 OSHA에 의해 설정된 MAD 표준보다 적은 거리에서 트리거링되도록 프로그래밍될 수 있지만, 이러한 실시형태는 안전하지 않고, 그에 따라 실용적이지 않은 것으로 고려될 수 있다.
전부는 아니더라도 많은 통전 도체는 환경에 따라 위험할 수 있음에 유의해야 한다. 그러나 방출될 포텐셜 에너지가 증가함에 따라 해로운 위험이 증가하고 (즉, 보다 높은 전압은 심각한 신체 상해에 대한 보다 큰 잠재성과 관련됨); 근접에서의 전기 에너지의 양이 증가함에 따라, 검출될 필드 신호의 크기가 마찬가지로 증가하고, 이에 의해 디바이스가 보다 큰 거리에서 높은 전압을 전달하는 도체를 검출할 수 있게 한다. 그럼에도 불구하고, 에너지 검출 경고 디바이스는 적어도 최소의 미리 정해진 크기를 갖는 전기장 또는 자기장을 검출하고 이에 의해 더 큰 해로운 위험이 가능함을 나타내도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 에너지 검출 경고 디바이스를 착용한 사용자가, 노동자에 대해 해로운 위험이 적은 표준의 적절하게 기능하는 전기 벽 출구에 접근하면, 디바이스가 출구의 높이 레벨 및 수 인치 내에 배치되지 않는 한 디바이스는 경고를 개시하지 않을 것이다. 반대로, MAD의 6배 내에서 경고 통지를 발행하도록 구성된 에너지 검출 경고 디바이스의 실시형태에서, 에너지 검출 경고 디바이스를 착용한 사용자가 1.1KV 이상을 전달하는 활선에 접근하면, 예를 들어, (MAD가 약 24 내지 25 인치라고 가정하면) 사용자가 활선의 대략 12 피트 내에 다가올 때 에너지 검출 경고 디바이스는 경고를 개시할 수 있다.
사용자가 통전 도체에 접근하는 경우에, 도체가 부근에 존재한다는 지식이 도움이 된다. 그러나 도체가 어디에 있는지 알지 못하면, 도체가 가까운 어딘가에 있음에 대한 단순한 지식은, 통전 도체가 숨겨져 있거나 너무 늦을 때까지 눈에 띄지 않을 수 있으므로 사용자를 적절히 보호하기에 충분하지 않을 수 있으며, 사용자는 부상을 당할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 단지 통전 도체의 존재를 검출하는 것을 넘어서, 본 발명의 에너지 검출 경고 디바이스는 또한 통전 도체가 감전의 위험 레벨과 함께 통전 도체가 디바이스의 배향에 대해 통전 도체가 위치되는 방향을 사용자에게 경보할 수 있다. 사용자가 특정 지역에서 이동함에 따라, 디바이스는 사용자에 대해 지향되므로, 사용자의 좌측 또는 우측에, 또는 디바이스의 바로 전방 또는 후방에서, 디바이스로부터 통전 도체의 근사적인 방향을 추가로 나타내기 위하여 하나 이상의 경고 통지 구성 요소를 사용할 수 있다.
통전 도체는 도체 상의 전하로 인한 전기장, 및 도체를 통해 흐르는 전류로 인한 자기장을 방출할 수 있으므로, 본 명세서에 설명되는 에너지 검출 경고 디바이스는 전기장 및/또는 자기장을 검출하도록 구성될 수 있다. 검출된 필드 중 하나 또는 모두의 이력 데이터를 사용하여, 경고 디바이스는 디바이스의 위치에 대한 통전 도체의 방향성을 근사화할 수 있다.
예를 들어, 디바이스가 사용자의 모자의 전방에 클리핑되는 웨어러블 실시형태에서, 디바이스는 나침반이 자북(magnetic north)을 결정하기 위해 어떻게 기능하는지와 유사하게, 중력 벡터 및 지구 자기장 벡터에 적어도 일부 기초하여 디바이스에 대한 절대적인 배향을 결정할 수 있다. 일단 절대적인 배향이 결정되면, 사용자의 전체 신체의 이동(예를 들어, 걷기, 달리기, 운송됨, 등), 또는 단순히 사용자의 머리를 회전하거나 틸팅하는 것에 의한 사용자의 움직임이 절대 배향에 대해 결정될 수 있고, 움직임 동안, 전기장 및/또는 자기장이 검출되면, 하나 이상의 경고 통지 구성 요소(예를 들어, 청각, 시각, 감각)가, 전기장 및/또는 자기장의 피크가 검출되는 방향을 나타내기 위해 활성화될 수 있다.
실시형태에서, 통전 도체의 검출 시에, 에너지 검출 경고 디바이스는 사용자를 통전 도체의 상대적인 방향으로 배향시키기 위해 하나 이상의 LED를 작동시킬 수 있다. 이것은, 예를 들어, 가장 밝은 LED가 통전 도체의 방향에 대응하는 디바이스의 측 상에 위치되도록, 통전 도체의 방향으로 디바이스를 가로질러 순차적으로 배치된 밝기의 증가하는 레벨에서 일련의 LED를 조명하거나; 디바이스가 통전 도체의 방향을 향해 배향될 때 점차 증가하는 밝기 레벨을 갖는 하나 이상의 LED를 그룹으로서 조명하거나; 통전 도체의 방향으로 디바이스에 걸쳐 시퀀스에서, 완전히 온(on)으로 또는 간헐적으로 완전히 온/오프(off)로 일련의 LED를 조명하거나; 통전 도체의 상대적인 방향에 대응하는 디바이스의 측 상에 배치되는 하나 이상의 LED를 완전히 온으로 또는 간헐적으로 완전히 온/오프로 조명하거나; 전술한 예 중 하나 초과의 조합 등에 의해 달성될 수 있다. 또한, 디바이스가 지시된 방향으로 사용자와 함께 이동함에 따라, 전기장 및/또는 자기장의 피크가 검출되는 방향과 디바이스가 실질적으로 정렬되게 배향될 때, 디바이스는 하나 이상의 LED의 작동을 변경할 수 있다. 작동의 변경은, 예를 들어, 디바이스가: 일련의 LED를 순차적으로 조명하는 것을 중지하고; 하나 이상의 LED를 동시에 완전히 조명하고; 조명 시퀀스를 느리게 하고; 하나 이상의 LED를 완전히 조명하는 것을 중지할 수 있는 것 등과 같은 액션을 포함할 수 있다.
부가적으로 그리고/또는 대안적으로, 통전 도체의 검출 시, 에너지 검출 경고 디바이스는 사용자를 통전 도체의 상대적인 방향으로 배향시키기 위해 하나 이상의 진동 모터를 작동시킬 수 있다. 이는 예를 들어, 가장 강하게 진동하는 모터가 통전 도체의 방향에 대응하는 디바이스의 측 상에 위치되도록, 통전 도체의 방향으로 디바이스에 걸쳐 순차적으로 배치되는 진동 세기의 증가하는 레벨에서 일련의 진동 모터를 작동시키거나; 디바이스가 통전 도체의 방향을 향해 배향될 때 점차 증가하는 세기 레벨을 갖는 하나 이상의 진동 모터를 그룹으로서 작동시키거나; 통전 도체의 방향으로 디바이스에 걸쳐 순차적으로, 시퀀스에서 온 또는 간헐적으로 온/오프로 유사한 세기에서 일련의 진동 모터를 작동시키거나; 통전 도체의 상대적인 방향에 대응하는 디바이스의 측 상에 배치되는 하나 이상의 진동 모터를 작동시키거나; 전술한 예의 하나 초과의 조합 등에 의해 달성될 수 있다. 또한, 디바이스가 지시된 방향으로 사용자와 함께 이동함에 따라, 전기장 및/또는 자기장의 피크가 검출되는 방향과 디바이스가 실질적으로 정렬되게 배향될 때, 디바이스는 하나 이상의 진동 모터의 작동을 변경할 수 있다. 작동의 변경은, 예를 들어, 디바이스가: 진동 모터를 작동하는 것을 순차적으로 중지하고; 모든 진동 모터를 동시에 완전히 작동시키고; 진동 시퀀스를 느리게 하고; 진동 모터의 진동을 완전히 중지할 수 있는 것 등과 같은 액션을 포함할 수 있다.
부가적으로 그리고/또는 대안적으로, 통전 도체의 검출 시에, 에너지 검출 경고 디바이스는 예를 들어, 사용자를 통전 도체의 상대적인 방향으로 배향시키기 위해 스피커를 통해 하나 이상의 청각 신호를 개시할 수 있다. 이는 예를 들어, 가장 소리가 큰 스피커가 통전 도체의 방향에 대응하는 디바이스의 측 상에 위치되도록, 통전 도체의 방향으로 디바이스에 걸쳐 순차적으로 배치되는 볼륨의 증가하는 레벨에서 일련의 스피커를 작동시키거나; 디바이스가 통전 도체의 방향을 향해 배향될 때, 그리고 음조 및/또는 세기가 (가장 높게 측정된 에너지 필드 값과 연관된) 통전 도체의 방향을 사용자가 직접 바라볼 때 가장 높을 수 있을 때, 점차 증가하는 음조 및/또는 세기를 갖는 하나 이상의 스피커를 그룹으로서 작동시키거나; 통전 도체의 방향으로 디바이스에 걸쳐 순차적으로, 시퀀스에서 온 또는 간헐적으로 온/오프로 유사한 세기에서 일련의 스피커를 작동시키거나; 통전 도체의 상대적인 방향에 대응하는 디바이스의 측 상에 배치되는 하나 이상의 스피커를 작동시키거나; 방향을 구두로 말하도록(예를 들어, 우측, 좌측, 앞으로, 뒤로 등) 스피커를 작동시키거나; 한쪽 또는 양쪽에 있는 사용자의 헤드폰(미도시)에 음향 또는 구두 지시를 전송하거나; 전술한 예의 하나 초과의 조합 등에 의해 음향 또는 언어를 방출함으로써 달성될 수 있다. 또한, 디바이스가 지시된 방향으로 사용자와 함께 이동함에 따라, 전기장 및/또는 자기장의 피크가 검출되는 방향과 디바이스가 실질적으로 정렬되게 배향될 때, 디바이스는 하나 이상의 스피커의 작동을 변경할 수 있다. 작동의 변경은, 예를 들어, 디바이스가: 스피커를 작동하는 것을 순차적으로 중지하고; 모든 스피커를 동시에 완전히 작동시키고; 청각 시퀀스를 느리게 하고; 스피커의 작동을 완전히 중지할 수 있는 것 등과 같은 액션을 포함할 수 있다.
부가적으로 그리고/또는 대안적으로, 통전 도체의 검출 시에, 에너지 검출 경고 디바이스는 사용자를 통전 도체의 상대적인 방향으로 배향시키기 위해 하나 이상의 디지털 디스플레이를 작동시킬 수 있다. 이것은 예를 들어, 단어 "좌측", "우측", "전방", "후방" 등을 묘사하도록 LED-조명 디스플레이를 작동시키거나, 단지 통전 도체의 방향에 대응하는 디바이스의 측을 향해 가리키는 화살표를 작동시키거나; 기타 시각적으로 위치를 설명하는 디스플레이를 작동시키거나; 또는 전술한 예 중 하나 초과의 조합 등에 의해 달성될 수 있다. 또한, 디바이스가 지시된 방향으로 사용자와 함께 이동함에 따라, 전기장 및/또는 자기장의 피크가 검출되는 방향과 디바이스가 실질적으로 정렬되게 배향될 때, 디바이스는 하나 이상의 디지털 디스플레이의 작동을 변경할 수 있다. 작동의 변경은, 예를 들어, 디바이스가: 디지털 디스플레이를 작동시키는 것을 중지하고, 상이한 표시 기호(예를 들어, 구불구불한 선, 중지 부호, 느낌표 등)를 표시하고, 전체 디스플레이를 연속적으로 또는 깜박이게 조명할 수 있는 것 등과 같은 액션을 포함할 수 있다.
실시형태에서, 에너지 검출 경고 디바이스는 적응형 감도 검출("adaptive sensitivity detection: ASD") 프로세스를 구현할 수 있다. 폭넓게 말하면, 디바이스 검출 감도는 과도하지 않고 유용하도록 환경에 적응하므로, 사용자는 불필요한 통지로 불편을 느끼지 않고 디바이스를 제거하게 된다. 이와 같이, 경고 디바이스는 전자기장("electromagnetic field: EMF") 자유 영역뿐만 아니라 EMF 집중 영역(예를 들어, 수변전 설비)에서도 민감하게 기능할 수 있다. ASD 프로세스를 사용하는 실시형태에서, 디바이스는 통전 도체로부터의 검출된 필드(들)의 이력 변화에 기초하여 경보 통지를 발행할 수 있다. 즉, 사용자가, 전기장 및/또는 자기장이 검출 가능한 특정 근접부에 진입함에 따라, 경고 디바이스는 검출된 필드의 양의(positive) 변화를 측정한다. 양의 변화의 검출 시, 경고 디바이스는 미리 정해진 시간량(예를 들어, 약 10 초, 약 20 초, 약 30 초 등) 동안 지속되는 경고 통지를 개시할 수 있다. 미리 정해진 기간의 끝에서, 동작 임계값이 현재 환경에서 EMF의 검출된 레벨로 조정될 수 있다. 그 후, 사용자가 통전 도체에 더 가까워질 때마다, 검출된 필드에서의 추가적인 양의 변화가 측정되고, 경고 통지가 다시 발행된다. 실시형태에서, 경고 통지 세기에 대한 활성화 임계값은 조정된 동작 임계값으로 조정될 수 있어, 경고 통지가 측정된 EMF의 자연-발생 지수-곡선 형상에 더 가깝게 따른다.
ASD를 사용하여, 경고 디바이스는 통전 도체의 특정 근접부 내의 통전 도체를 검출할 수 있다. 디바이스는 미리 정해진 기간 동안 특정 근접부에서 통전 도체의 검출에 대한 경고 통지를 방출한 후, 디바이스가 동일한 근접부 내에 있는 동안 경고 통지가 사용자에게 다시 발행되지 않도록 디바이스가 현재 검출된 전압의 레벨로 경고 프로세스를 적응시키도록 더 구성될 수 있다. 실시형태에서, ASD를 사용하는 디바이스는 다음의 경우를 제외하고 후속 경고 통지가 개시되지 않도록 더 구성될 수 있다: 1) 디바이스 경고 통지 임계값이 사용자에 의해 자동 또는 수동으로 리셋되는 경우(예를 들어, 이전 경고 통지가 개시되었을 때와 동일한 통전 도체의 근접부 내에 사용자가 머무르는 경우); 2) 통전 도체에 대한 디바이스의 근접이 감소되는 경우(예를 들어, 사용자가 디바이스와 함께 도체에 더 가깝게 이동함); 또는 3) 이전에 검출된 전압의 레벨을 다시 검출하기 전에 디바이스가 더 낮은 검출된 전압의 레벨로 다시 적응되는 경우(예를 들어, 사용자가 디바이스와 함께 도체로부터 멀어지게 이동한 후 특정 근접부에 다시 진입함).
따라서, ASD를 구현하는 실시형태에서, 경고 통지의 미리 정해진 기간보다 긴 길이의 시간 동안 실질적으로 정적인 위치에서 작업하는 사용자(예를 들어, 연장된 기간 동안 활선에 대해 본질적으로 정적인 위치에서 전신주의 꼭대기에서 작업하고 있는 라인맨)은, 경고 통지가 개시된 특정 근접부를 떠날 수도 없고 도체에 더 가까이 다가갈 수도 없으므로, 연장된 또는 무한의 경고 통지를 받을 필요가 없다. 부가적으로, 에너지 검출 경고 디바이스는 미리 정해진 기간의 종료 전에 경고 통지를 종료시키도록 사용자가 수동으로 작동시킬 수 있는 작동 가능한 부재(예를 들어, 버튼, 스위치 등)를 포함할 수 있다. 버튼은 부가적으로 그리고/또는 대안적으로 디바이스로 하여금 새로 검출된 전압 레벨에 즉시 적응하도록 작동될 수 있다.
에너지 검출 경고 디바이스가 작업에 사용되기 전에 적절하게 기능하는 것을 보장하는 것이 바람직할 수 있으므로, 자체-테스트 특징이 디바이스의 실시형태에 통합될 수 있다. 보다 구체적으로, 마이크로컨트롤러는 센서(들)가 올바르게 동작하는 것을 보장하기 위해 센서(들)(예를 들어, 전기장 및/또는 자기장 센서)에 주기적으로 소규모 테스트 신호를 인가할 수 있다. 사용 후 센서(들)는 과다-노출되기 쉬울 수 있으므로, 디바이스가 사용되어야 하는지 여부를 결정하기 위해 자체-테스트가 적용될 수 있다.
부가적으로, 실시형태에서, 경고 디바이스는 경고 디바이스에 내장된 메모리 상에 경고 디바이스의 사용에 관한 데이터를 기록할 수 있다. 이러한 데이터는: 사용자의 식별, 사용 지속 기간, 사용 방식(예를 들어, 사용 중 디바이스의 배향, 발행된 경고의 양, 경고 통지에 대한 사용자의 준수 등), 직면된 에러, 디바이스의 지리적 위치, 및 경고 통지가 발행된 위치 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이 데이터는 경고 디바이스 및/또는 데이터를 수신하도록 의도된 수신 디바이스에 의해 수집되고 조직될 수 있다. 데이터는 유선 또는 무선 전송을 통해 수신 디바이스로 전송될 수 있다. 데이터는 수신 디바이스에 의해 추가로 분석될 수 있고/있거나 데이터가 추가의 및/또는 추가적인 분석을 위해 서버에 추가로 전송될 수 있다. 데이터는 노동자의 안전 관행을 평가하기 위한 작업장 안전 척도를 분석하기 위한 정보를 포함할 수 있다. 가능한 수신 디바이스의 예는 휴대폰, 태블릿, 휴대용 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터 또는 데이터를 수신할 수 있는 다른 전자 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 경고 디바이스에는 그 지점에서 메모리가 추가 데이터를 저장하도록 와이핑(wiping)되고 리셋될 수 있는 경고 디바이스로부터 데이터를 전송하기 위해 하드와이어 연결 및/또는 무선 데이터 전송 하드웨어 및/또는 소프트웨어가 장착될 수 있다. 실시형태에서, 경고 디바이스는 경고 디바이스로부터 수신 디바이스로 데이터를 일정하게 또는 간헐적으로 전송하기 위해 Bluetooth®기술을 사용할 수 있다.
에너지 검출 경고 디바이스의 예시적인 실시형태
에너지 검출 경고 디바이스(100)의 실시형태의 개략도가 도 1에 도시된다. 디바이스(100)는 전기장 신호 또는 자기장 신호 중 적어도 하나인 필드 신호(FS)를 검출하도록 구성된 하나 이상의 필드 검출 센서(102)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 필드 검출 센서(102)에 의한 필드 신호(FS)의 검출 시에, 검출된 신호는 검출된 신호를 증폭하도록 구성된 증폭기(104)로 전달될 수 있다. 그 후, 증폭된 신호는 CPU(106)(예를 들어, 마이크로컨트롤러)로 전달될 수 있다. CPU(106)는 아날로그-대-디지털 변환기(108)("analog-to-digital converter: ADC")를 통해 증폭된 신호를 프로세싱할 수 있다. 그 후, 변환된 디지털 신호는 디지털 필터(110)를 통해 추가로 프로세싱될 수 있다. 일단 필터링되면, 신호를 미리 정해진 임계 신호와 비교할 수 있을 뿐만 아니라 (본 명세서에 추가로 설명되는 바와 같이) 신호를 신호의 이력 측정으로 프로세싱할 수 있는 CPU(106)는 통지 시스템(112)을 통해 경고 통지를 발행할지 여부를 결정한다. 메모리와 같은 추가적인 하드웨어 및/또는 프로세스 모듈(130)이 CPU(106)의 기능을 지원하기 위해 구현될 수 있다.
경고 통지가 개시되어야 한다고 결정되면, CPU(106)는 상세히 전술한 바와 같이, 하나 이상의 통지 구성 요소(114)로 하여금 경고 통지를 시작하게 하는 동작을 실행할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 통지 구성 요소(114)는 하나 이상의 LED(116), 하나 이상의 스피커(118), 하나 이상의 진동 모터(120), 또는 하나 이상의 디지털 디스플레이(122)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
실시형태에서, 하나 이상의 필드 검출 센서(102)는 필드 신호(FS)를 검출하고 필드 신호(FS)가 발생되는 방향성을 결정하기 위해 용량성-결합 안테나를 포함할 수 있다. 전도(conduction)는 고전압 절연체를 통해 통전 도체의 존재를 감지하는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 어떠한 재료도 완전한 절연체는 아니므로, 적어도 작은 전류량이 절연체를 통해 전도된다. 이 "작은" 양은 본 명세서에 설명된 실시형태에 따라 에너지 검출 경고 디바이스(100)에 의해 측정 및 검출될 수 있다.
도 2에서, 에너지 검출 경고 디바이스(200)의 실시형태의 보다 상세한 내용이 전기 개략도에서 도시된다. 필드 검출 센서(202)는 통전 도체 EC로부터 필드 신호(FS)를 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 필드 검출 센서(202)는 전기장을 측정하기 위한 하나 이상의 용량성 결합 안테나, 자기장을 측정하기 위한 하나 이상의 유도 결합 안테나, 또는 자력계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 안테나 및/또는 자력계는 디바이스에 대한 필드 신호(FS)의 방향을 결정하는 것을 지원하기 위해 제공된다. 따라서, 필드 신호(FS)의 존재에서, 통전 도체 EC 상의 전하의 변동은 용량성 안테나와 같은 필드 검출 센서(202) 상에서 (반대 전하로) "결합된" 변동을 유도한다.
그 후, 측정된 필드 신호(FS)는 전력 시스템의 주파수에 직접 상관되는 60 Hz 항을 추출하기 위해 저역 통과 필터(204)에 통과될 수 있다. 또한, 더 작은 신호를 검출하기 위해, 신호는 증폭기(206)에 의해 증폭될 수 있으며, 이는 신호 품질을 향상시키고 신호 크기를 증가시킨다. 신호 조절(conditioning)은 신호가 마이크로컨트롤러(210)와 호환되도록 DC 오프셋 모듈(208)에 의해 수행될 수 있다.
마이크로컨트롤러(210)는 아날로그값인 측정된 신호를 총괄적으로 박스(214)로서 도시되는 소프트웨어 알고리즘 및/또는 추가적인 하드웨어를 사용하여 추가로 프로세싱되는 디지털 값으로 변환시키는 아날로그-대-디지털-변환기(212)를 구현할 수 있다.
변환된 디지털 신호를 수신하면, 마이크로컨트롤러(210)는 추가로 신호를 처리하여 통지 시스템을 활성화시킨다. 도 3은 신호를 추가로 정제하고, 예를 들어, 도 2의 박스(214)로서 도시된 소프트웨어 알고리즘 및/또는 추가적인 하드웨어의 하나 이상의 기능을 수행하는 마이크로컨트롤러의 요소를 나타내는 개략도(300)의 실시형태를 도시한다.
변환된 디지털 신호에 관해서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 필터(302)는 전력 시스템으로부터 결합된 60 Hz 신호만을 산출하도록 적용될 수 있다. 실시형태에서, 필터(302)는 DC 노치(notch) 필터 및 저역-통과 필터를 포함할 수 있다. 필터(300)에 후속하여, 신호의 평균제곱근(root-mean-squared: RMS)값(또한 DC 등가로 알려짐)이 RMS 모듈(304)에서 계산될 수 있다. 그 후, 필터링된 RMS 값은 감지 적응 및 변화 검출 논리 모듈(306)로 전달될 수 있다. 모듈(306)에서, 검출된 값의 이력은 쇼트-윈도우 AVG(SWA) 및 롱-윈도우 AVG(LWA)에 대해 분석될 수 있으며, 여기서 "AVG"는 이전 기간 내의 평균 검출된 필드 신호를 나타낸다. 도 3의 삽입 그래프(시간(t) 대 RMSV _ 안테나 )에 나타난 바와 같이, SWA의 검출된 평균 신호는 디바이스의 사용 시간 동안 순간적인 시간으로부터 후방을 바라보는 제1 미리 정해진 기간 동안 평균 검출된 필드 신호를 사용하여 결정된다. 또한, LWA의 검출된 평균 신호는 순간 시간으로부터 후방을 바라보는 제2 미리 정해진 기간 동안 검출된 평균 필드 신호를 사용하여 결정된다. 제2 미리 정해진 기간은 제1 미리 정해진 기간보다 길고, 제1 미리 정해진 기간과 중첩된다. SWA 및 LWA가 계산된 후, 그 사이의 차이가 통지에 대한 추후 평가를 위해 출력된다. 즉, SWA와 LWA 사이의 차이(즉, ΔRMS이력)는 디바이스가 사용되고 있는 환경에서 정상 측정 신호의 변화를 검출하도록 계산될 수 있으며, 검출된 변화에 적어도 일부 기초하여, 에너지 검출 경고 디바이스는 경고 통지를 개시할 수 있다.
전술한 바와 같이, 에너지 검출 경고 디바이스의 실시형태는 적응형 감지 검출("ASD") 프로세스 특징을 포함할 수 있다. 디바이스와 통전 도체 사이의 거리가 주어진 시간량 동안 실질적으로 동일하게 유지되는 경우, 및/또는 측정된 신호가 일정하게 유지되는 경우에, 모듈(306)의 출력은 정규화된다(즉, SWA와 LWA 사이의 변화가 제로에 근접한다). 모듈(306)의 출력이 정규화되면, 에너지 검출 경고 디바이스는 새로운 환경에 적응하고, 모듈(306)의 출력이 실질적으로 일정하게 유지되는 한 새로운 경고 통지가 개시되지 않을 것이다. 그러나, 신호에 급격한 변화가 있는 경우, 모듈(306)의 출력은 제로가 아닐 것이며, 새로운 통지 경고가 개시될 수 있다.
도 4는 경고 통지를 개시할지 여부를 결정하기 위해 디바이스의 마이크로컨트롤러 내에서 발생할 수 있는 신호 프로세스 흐름의 개략도(400)를 도시한다. 실시형태에서, 경고 통지는, ΔRMS이력값이 미리 정해진 양의 시간 tTH1 동안 미리 정해진 임계값 ΔVTH1을 초과할 때 개시될 수 있다. 몇몇 예에서, 도 4의 신호 프로세스 흐름은 디바이스의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 또한 불필요한 경고 통지를 감소시킬 수 있다. 도 4에서 입력으로서 사용되는 ΔRMS이력은 도 3과 관련하여 설명한 바와 같이 이전에 결정되고 출력되었음에 유의한다. 부가적으로, ΔRMS이력값이 임계값 ΔVTH1 미만이거나 미리 정해진 양의 시간 tTH1 동안 임계값 ΔVTH1 미만이면, 타이머는 리셋된다.
도 4와 유사하게, 도 5는 사전 경고 통지가 N-1로 표시되는 후속 경고 통지(N)를 개시할지 여부를 결정하기 위해 디바이스의 마이크로컨트롤러 내에서 발생할 수 있는 신호 프로세스 흐름의 개략도(500)를 도시한다. 실시형태에서, 에너지 검출 경고 디바이스는 전술한 ASD 프로세스 특징에 따라 검출된 레벨의 변화에 응답하여 단계적으로 그리고/또는 대안적으로 후속 경고 통지를 개시할 수 있다. 예를 들어, 후속 경고 통지는, ΔRMS이력값이 미리 정해진 양의 시간 tTHn 동안 미리 정해진 임계값 ΔVTHn을 초과할 때 개시될 수 있다. 부가적으로, ΔRMS이력값이 임계값 ΔVTHn 미만이거나 미리 정해진 양의 시간 tTHn 동안 임계값 ΔVTHn 미만이면, 타이머는 리셋된다.
경고 디바이스에 대한 방향 감지의 예시적인 실시형태
도 6에 도시된 바와 같이 에너지 검출 경고 디바이스(600)의 실시형태를 참조하면, 1) 결합된 신호의 진폭이 용량성 플레이트에 대한 도체의 용량성 결합에 의존하고, 2) 용량성 결합은 통전 도체에 대한 거리에 의존하므로, 에너지 검출 경고 디바이스(600)에 대해 결합된 신호의 원점 방향이 용량성 안테나(602) 상에 수신된 신호의 진폭을 사용함으로써 만들어질 수 있다.
각각의 용량성 안테나(602) 상에서 검출된 신호에 대한 RMS 값을 사용하여, 검출된 신호의 방향 벡터는 도 6에 도시된 바와 같이, +i(pi), -i(ni), +j(pj) 및 -j(nj) 방향으로의 성분으로서, 그리고 아래의 식 1에서 입력으로서 각각의 안테나(602)의 RMS 값을 사용하여 계산될 수 있다.
식 1:
결합 벡터: D c = V RMS _ pi i + V RMSni (-i) + V RMSpj (j) + V RMSnj (-j)
식 1을 사용하여 방향 벡터를 계산한 후, 벡터(|크기| = 1)는 아래의 식 2에 따라 검출된 신호의 진정한 방향을 찾기 위해 정규화될 수 있다.
식 2: 단위 벡터:
Figure pct00001
(식-2)
실시형태에서, 진정한 방향을 알면, 방향-지향적인 경고 통지가 다음과 같이 발행될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 바와 같이 배열된 실시형태에서, 하나 이상의 LED가 각각의 안테나(602)와 정렬하여 배치될 수 있다. 진정한 방향 벡터를 각각의 정규화된 방향 성분으로 분해함으로써, 통전된 표면의 방향은 밝기, 전력 상태, 및/또는 각각의 안테나(602)에 할당된 하나 이상의 LED의 세기를 변화시킴으로써 사용자에게 표시될 수 있다. LED 상태의 조정은 아래의 식 3 내지 식 6에 나타낸 바와 같이 결정될 수 있는 계산 결과에 기초한다. 식 3 내지 식 6에서, Re는 벡터의 i 성분에 대응하고, Im은 j 성분에 대응한다는 것에 유의한다.
식 3:
(Re(
Figure pct00002
) > 0)이면 LED pi 세기 = Re(
Figure pct00003
)[%]; 그렇지 않으면 LED pi 세기 = 0
식 4:
만일 (Re(
Figure pct00004
) < 0)이면 LED ni 세기 = Re(
Figure pct00005
)[%]; 그렇지 않으면 LED ni 세기 = 0
식 5:
만일 ( Im (
Figure pct00006
) > 0)이면 LED pj 세기 = Im (
Figure pct00007
)[%]; 그렇지 않으면 LED pj 세기 = 0
식 6:
만일 ( Im (
Figure pct00008
) < 0)이면 LED nj 세기 = Im (
Figure pct00009
)[%]; 그렇지 않으면 LED nj 세기 = 0
에너지 검출 경고 디바이스의 추가의 예시적인 실시형태
부가적으로 그리고/또는 대안적으로, 전술한 바와 같이, 에너지 검출 경고 디바이스는 사용(예를 들어, 수동 휴대, 차량 운송, 웨어러블 실시형태에 대한 신체 상의 위치 등)에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다. 도 7에서, 에너지 검출 경고 디바이스(700)의 웨어러블 실시형태가 모자(702)의 가장자리에 고정되어 사용자에 의해 착용되는 것으로 도시된다. 모자(702)의 바닥측으로부터의 모자(702)에 부착된 디바이스(700)의 도면이 또한 도시된다. 나타낸 바와 같이, 디바이스(700)는 모자(702)의 가장자리의 굴곡부를 보완하는 전방측을 따라 굴곡된 구조를 가질 수 있다. 또한, 모자(702)의 가장자리에 배치될 때, 디바이스(700)는 사용자의 바로 시선에 위치되며, 이는 사용자가 디바이스(700)가 나타낼 수 있는 방향이 경고 통지를 발행할 때 통전 도체의 방향임을 확인하는 것을 도울 수 있다.
도 8은 에너지 검출 경고 디바이스(700)의 사시도를 도시한다. 디바이스(700)는 용이하게 휴대할 수 있을 뿐만 아니라 사용자의 주된 시선에 방해가 되지 않는 크기의 컴팩트 하우징(800)을 포함할 수 있다. 하우징(800)의 외부에서, 하나 이상의 하향 LED(802)가 도시된 바와 같이, 디바이스(700)의 밑면으로부터 완전히 또는 부분적으로(즉, 한쪽 또는 다른 쪽) 돌출될 수 있거나 하우징(800)과 수평면일 수 있다(미도시). LED(802)는 시각적 경고 통지 구성 요소로서 포함될 수 있으며, 백색 및/또는 하나 이상의 색일 수 있다. 하나 이상의 LED(800)는 모자의 가장자리와 또한 정렬되도록 디바이스(700)의 곡률과 정렬될 수 있다. 전술한 바와 같이, LED(802)는 경고 통지의 개시 시에, 위협 레벨, 위협 유형(고전압 또는 고전류) 및 소스의 위치에 관한 정보를 사용자에게 전달하는 데 사용될 수 있다.
하우징(800)은 또한 푸시(push) 버튼(도시됨) 또는 다른 유형의 토글 스위치와 같은 토글(804)을 포함할 수 있다. 토글(804)은 디바이스(700)의 전원을 온 또는 오프시키기 위해 사용될 수 있고/있거나 경보 음소거, 배터리 수명 상태 확인, 경보 감도 조정 등과 같은 하나 이상의 기능을 가진 상호 작용 부재로서 작용할 수 있다. 복수의 기능이 예를 들어, 상이한 버튼 홀드-시간, 상이한 횟수의 연속 토글링, 토글(804)의 상이한 측/영역 등에 의해 달성될 수 있다. 하우징(700)은 또한 나타낸 바이어싱된 리빙 힌지 클립과 같은 하나 이상의 고정 기구(806)를 포함하며, 이는 모자의 가장자리 또는 다른 유사하게 사이징된 부착용 프레임에 디바이스(700)를 부착하기 위해 하우징(800)의 최상부측에 대해 컬링(curling)된다. 즉, 하우징(800)의 최상부와 클립 사이에 모자의 가장자리가 삽입되는 것을 허용하기에 굴곡량이 충분하도록 리빙 힌지 클립의 바이어스가 있을 수 있으며, 해제 시에, 클립이 클램핑 위치에서 굴곡된다. 대안적인 적절한 고정 기구가 나타낸 리빙 힌지 클립 대신 사용될 수 있는 것으로 고려된다.
도 9에서, 디바이스(700)의 평면도, 밑면도 및 측면도가 나타내어져 있다. 측면도는, 디바이스(700)가 충전될 수 있고 데이터가 디바이스(700)의 메모리로 또는 메모리로부터 전송될 수 있고 액세스될 수 있는 접속 포트(900)를 도시한다. 접속 포트(900)는 배터리를 충전하고/하거나 데이터에 액세스하기에 적절한 임의의 유형의 포트일 수 있다. 예를 들어, 접속 포트(900)는 마이크로-B USB 3.0 커넥터 일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 10의 개략도에 나타낸 바와 같이, 에너지 검출 경고 디바이스(700)의 실시형태는 가속도계(1000) 및 필드 신호에서 자기장을 측정하기 위해 사용되는 고투자율 3-축 플럭스 집속기(1004)와 쌍을 이루는 고감도 3-축 자력계(1002)를 포함하는 추가적인 센서 하드웨어를 가질 수 있다. 도 11에서, 추가적인 센서 하드웨어는 필드 신호에서 전기장을 측정하는 센서(1100)를 포함할 수 있다. 또한, 재충전 가능한 리튬 이온 폴리머 배터리 팩과 같은 배터리 팩(1102)이 개략적으로 도시되어 있다. 다른 유형의 배터리 팩이 적절할 수 있다. 도 11은 디바이스(700)를 제어하기 위한 마이크로컨트롤러(1104); 배터리 팩(1102)이 충전될 수 있는 배터리 충전 회로(1106); 및 청각적 경고 통지가 발행될 수 있는 하나 이상의 스피커(1108)를 추가적으로 예시한다. 하나 이상의 스피커(1108)는 예를 들어 압전 스피커와 같은 다양한 스피커를 포함할 수 있다.
경고 디바이스에 대한 방향 감지의 추가적인 예시적인 실시형태
도 12는 전기장 센서로서 사용될 수 있는 전기장 안테나 구성(1200A, 1200B 및 1200C)의 3가지 변형을 나타낸다. 구성 1200A는 PCB 평행-플레이트 안테나에 용량성 결합된, 도 11에 나타낸 센서(1100)와 같은 센서(1202)를 도시한다. 구성 1200B는 3중-평행-플레이트 용량성 전기장 안테나의 센서(1204)의 실시형태를 도시한다. 구성 1200C는 용량성 결합된 PCB 패드 어레이 안테나의 센서(1206)의 실시형태를 도시한다.
구성 1200A에 나타낸 센서(1202)는 단일 방향으로 튜닝된 PCB 용량성 안테나이다. 실시형태에서, 센서(1202)는 임피던스(1208)를 통해 단락된 2개의 PCB 도전성 평행-플레이트(1202(1), 1202(2))를 포함할 수 있다. AC 전기장은 단락된 임피던스(1208)를 통해 진행하는 전하가 평행-플레이트(1202(1), 1202(2)) 상에서 전후로 재분산되도록 여기된다. 임피던스(1208)를 통해 흐르는 전하는 측정된 전기장에 대응하는 측정 가능한 AC 전압(1210)을 생성할 수 있다. 센서(1202)는, 평행-플레이트(1202(1), 1202(2))가 전기장 라인에 수직으로 배향될 때 최대 측정 AC 전압(1210)을 산출한다. 따라서, 최대 피크 전압이 측정되는 센서(1202)를 사용하는 에너지 검출 경고 디바이스의 배향은 디바이스에 대한 통전 도체의 방향을 나타낼 수 있다.
전술한 바와 같이, 평행-플레이트 안테나에 있어서, 통전 도체로부터의 전기장이 평행 플레이트의 연장부의 길이 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 방사될 때 최대 유도 전압이 검출될 수 있다. 또한, 평행-플레이트의 연장부의 길이 방향과 실질적으로 평행하거나 정렬되는 방향으로 방사되고 있는 전기장이 전압을 유도하지 않을 수 있다. 따라서, 센서(1202)를 사용할 때의 몇몇 예에서, 예를 들어, 전기장의 방향이 안테나의 연장부의 방향과 병렬로 배향될 때, 디바이스가 전기장의 존재 또는 위치를 정확하게 검출할 수 없는 상황이 발생할 수 있는 것으로 고려된다.
따라서, 대안적인 실시형태에서, 에너지 검출 경고 디바이스는 3중-평행-플레이트 용량성 전기장 안테나의 구성(1200B)의 센서(1204)를 포함할 수 있다. 센서(1202)와 대조적으로, 센서(1204)는 3개의 용량성 결합된 PCB 평행-플레이트 안테나를 구현하며, 이들 각각은 전술한 센서(1202)와 관련하여 설명된 것과 유사하게 기능한다. 또한, 도 13에 나타낸 바와 같이, 3개의 평행-플레이트 안테나의 세트의 각각을 방사 방향에 관계없이 서로에 대해 수직으로 배향시킴으로써, 전기장이 동시에 3개의 모든 안테나와 평행할 수 없으므로, 평행-플레이트 안테나 중 적어도 하나가 부근의 전기장을 검출할 수 있다. 따라서, 센서(1204)를 사용하여, 전기장이 3개의 평행-플레이트 안테나 중 적어도 2개(그래프(1300) 참조)에 의해 검출된다고 가정하면, 검출된 전기장이 방사되는 지향 각은 2개의 안테나 사이의 평면에 대하여 3개의 평행-플레이트 안테나 중 2개 사이의 검출된 RMS 크기의 몫의 아크탄젠트(arctangent)를 계산함으로써 결정될 수 있다(그래프(1302) 참조 및 아래의 식 7 참조).
식 7:
Figure pct00010
다른 대안적인 실시형태에서, 에너지 검출 경고 디바이스는 센서(1206)를 갖는 구성(1200C)을 구현할 수 있다. 전술한 바와 같이, 센서(1206)는 평행-플레이트 대신에 복수의 배열된 패드(1212)를 사용하는 용량성 결합된 PCB 패드 어레이 안테나를 포함할 수 있다. 센서(1206)에서, 패드 어레이(1212) 사이의 전기장에 의해 생성된 전위차가 측정될 수 있다. 전기장의 검출 시에, 다양한 패드(1212)에 의해 검출된 측정된 RMS 전압값이 분석될 수 있고, 통전 도체에 더 가까운 패드는 더 멀리 위치된 패드보다 약간 더 큰 유도 전압을 겪을 수 있기 때문에, 통전 도체의 위치의 방향의 일반적인 표시가 어레이의 패드의 위치에 따라 결정될 수 있다.
어떠한 전기장 센서의 실시형태가 선택되는지 여부에 관계없이, 통전 도체를 찾는 것을 지원할 수 있는 구성 요소는 전술한 가속도계(1000)이다. 실시형태에서, 가속도계(1000)는 사용자의 모자에 착용되었을 때 경고 디바이스의 롤(roll) 및 피치(pitch)를 측정하는 데 사용된다. 롤 및 피치 측정은 틸트-보상된 헤딩 계산에 사용되어 임의의 롤 또는 피치가 변경으로 신뢰성 있는 나침반 각도-헤딩 측정을 달성할 수 있다. 또한, 틸트-보상 헤딩 계산은 전압 방향-감지 기술에 사용될 수 있으며, 이는 사용자가 모자 상에 경고 디바이스를 착용한 채 그 또는 그녀의 머리를 전후로 자연스럽게 흔들 때 전기장 피크를 디그리-헤딩(degree-heading)에 매칭시킨다.
자기장의 검출에 관해서, 전술한 바와 같이, 에너지 검출 경고 디바이스는, 예를 들어, 고-투자율 3-축 플럭스 집속기와 쌍을 이루는 고-감도 3-축 자력계를 포함할 수 있다. 도 14는 본 발명의 실시형태에 따른 디지털 자력계(1404) 및 플럭스 집속기(1406)에 의해 영향을 받는 바와 같은 자기장(1402)의 시뮬레이션(1400)을 도시한다. 디지털 자력계(1404) 및 플럭스 집속기(1406)를 사용하여 자속을 디지털 자력계(1404)의 센서 영역에 집중시키면, 자기장의 벡터 정보가 계산될 수 있다.
따라서, 에너지 검출 경고 디바이스는 전기장 센서 및 자기장 센서를 모두 포함할 수 있으며, 디바이스의 위치 및 배향에 대해 통전 도체의 위치의 근사적인 방향을 사용자에게 제공하기 위해 하나 또는 양쪽 센서로부터의 측정을 사용할 수 있다.
경고 디바이스에 대한 방향 감지의 추가적인 예시적인 실시형태
도 15와 관련하여, 사용자(1500)는 작업하는 동안 나타낸 바와 같이, 모자 가장자리 상에 에너지 검출 경고 디바이스의 웨어러블한 실시형태를 착용할 수 있다. 사용자(1500)가 숨겨질 수 있는 통전 도체(1502)를 알지 못하는 경우에, 디바이스는 사용자(1500)가 통전 도체(1502)를 검출 및 위치 결정하는 것을 지원할 수 있으며, 사용자(1500)는 휴식하거나 걷고 있는 사용자의 머리의 자연스러운 회전 및 틸팅으로 영역을 스캐닝한다. 예를 들어, 실시형태에서, 경고 디바이스는, 디바이스 및 사용자가 통전 도체(1502)의 방향으로 바로 보고 있을 때 가장 큰 RMS 전압값을 측정할 수 있다. 따라서, 사용자의 머리가 좌우로 또는 위아래로 향함에 따라, 통전 도체(1502) 상에 가장 가까운 접촉점에서 바로 보았을 때, 측정되는 전기장의 크기가 피크에 있을 수 있다. 전기장 크기에서의 이러한 피크는 틸트-보상된 디그리-헤딩(예를 들어, 그래프(1504) 참조) 또는 디그리-피치(예를 들어, 그래프(1506) 참조) 값과 연관되며, 이는, 사용자의 헤드가 좌우로 또는 위아래로 향했는지 여부에 따른다.
도 16을 참조하면, 실시형태에서, 마이크로컨트롤러는 피크 패턴을 인식하기 위해 밀리 유한 상태 머신(1600)을 사용하여 통전 도체의 방향을 결정할 수 있다. 상태 머신(1600)으로의 입력은: 측정된 전기장 크기의 기울기("dE/dt"), 시간("t"), 기울기-보상된 디그리 헤딩("H")(이하 "디그리 헤딩") 및 피치("P")를 포함할 수 있다. 측정된 전기장의 기울기는 개선된 계산 안정성을 위해 막대-어레이(1602)를 사용하여 계산될 수 있으며, 여기서 기울기는 아래의 식 8과 같이 계산되며, 여기서 "첫 번째" 및 "최종"은 메모리 어레이의 첫 번째 및 최종 요소이다.
식 8: dE/dt = E[첫 번째] - E[최종]/(t[첫 번째] - t[최종])
상태 1(S1)에서 시작하여, 상태 머신(1600)은 기울기 dE/dt가 활성화 임계값 TH(1604)에 교차할 때까지 상태 1(S1)에서 유지된다. 기울기 dE/dt가 활성화 임계값 TH와 교차할 때, 상태 머신(1600)은 상태 1(S1)로부터 상태 2(S2)로 진행한다.
상태 2(S2)의 시작에서, 시작 타임스탬프(t_시작), 시작 디그리 헤딩(헤딩_시작), 및 시작 피치(피치_시작)가 메모리에 저장된다. 이 점에서, 기울기(dE/dt)의 양의(positive) 피크(1606) 및 제로-교차(1608)가 메모리에 저장된다. 기울기(dE/dt)의 제로-교차는 전기장 크기의 피크에 대응한다(즉, 기울기는 피크에서 제로이다). 기울기(dE/dt)가 제로-교차에 도달하는 점에서, 그 순간의 디그리 헤딩(1610) 및 피치(1612) 각각의 값은, 디그리 헤딩(1610) 및 피치(1612)가 통전 도체의 방향과 관련되므로 그 점에서 연관된다. 기울기(dE/dt)가 활성화 임계값 TH의 음의 값(즉, -(TH)) 미만인 점에서, 상태 머신(1600)은 상태 2(S2)로부터 상태 3(S3)으로 진행한다. 그러나, 상태 머신(1600)이 t_시작으로부터 기간 T시간종료보다 오래 상태 2(S2)에 휴지 상태로 유지되는 경우에(t_현재 - t_시작 > T시간종료), 상태 머신(1600)은 시간 종료되고 리셋되어, 상태 2(S2)로부터 상태 1(S1)로 복귀한다.
상태 3(S3)에서, 기울기(dE/dt)의 음의 피크(1614)가 평가된다. 평가 중에, 기울기(dE/dt)에 대한 음의 피크(1614)가 -0.75*dE/dt*양의 피크의 계산된 값 미만인 것으로 평가되는 경우, 상태 머신(1600)은 상태 3(S3)으로부터 상태 4(S4)로 진행한다. 그러나, 상태 머신(1600)이 t_시작으로부터 기간 T시간종료보다 오래 상태 3(S3)에서 휴지 상태로 유지되는 경우에(t_현재 - t_시작 > T시간종료), 상태 머신(1600)은 시간 종료되고 리셋되어, 상태 3(S3)으로부터 상태 1(S1)로 복귀한다.
상태 4(S4)에서, 상태 머신(1600)은, 전기장 크기 피크가 헤드 움직임에 의한 것이고 다른 액션에 의한 것이 아닌지 여부를 검증하도록 구성된다. 단계 4(S4) 동안, 디그리 헤딩의 변화("ΔH")(1616) 및 피치의 변화("ΔP")(1618)가 측정된다. 디그리 헤딩에서의 변화(1616) 또는 피치에서의 변화(1618) 중 어느 하나가 각각 활성화 디그리 헤딩 및 피치 임계값(즉, H_TH 및 P_TH)보다 커지면, 상태 머신(1600)은 상태 4(S4)로부터 상태 5(S5)로 진행한다. 그러나, 기울기(dE/dt)가 활성화 임계값 -(TH)의 음의 값 위로 상승하는 경우에, 상태 머신(1600)은 리셋되어, 상태 4(S4)로부터 상태 1(S1)로 복귀한다.
상태 5(S5)에서, 통전 도체에 대한 디그리 헤딩(1610) 또는 피치(1612)는 상태 2(S2)에서 기울기(dE/dt)가 제로-교차(1608)에 도달했을 때 기록된 값으로서 펌웨어에서 확인되고 갱신된다. 디그리 헤딩(1610) 또는 피치(1612)의 기록이 완료된 후에, 상태 머신(1600)는 리셋되어 상태 5(S5)로부터 상태 1(S1)로 복귀한다.
부가적으로 그리고/또는 대안적으로, 에너지 검출 경고 디바이스의 실시형태에서, 통전 도체의 근사적인 방향이 또한 자기장 측정을 사용하여 결정될 수 있다. 도 17과 관련하여, 전류를 운반하는 통전 도체(1702)(예를 들어, 나타낸 라이브 전력선)에 대한 자기장(1700)은 오른손 법칙을 사용하여 발견되고, 통전 도체(1702) 주위의 원으로서 그려질 수 있으며, 여기서 자기장(1700)은 언제나 통전 도체(1702)에 수직이다.
(전술한 바와 같이) 고해상도 3-축 자기장 센서를 포함하는 경고 디바이스의 실시형태에서, 통전 도체(1702)로부터 생성된 시변(time-varying) AC 자기장 신호(1704)가 측정된다. 3-축 자력계의 측정된 출력은 X-축, Y-축 및 Z-축 시변 사인파 자기장 데이터(1704)를 포함할 수 있다. 자기장 Y-축 AC RMS 값(1706)은 자기장 벡터 B(1708)의 Y-축 벡터 성분에 대응하고, 음의 부호가 기준 축과 180-도 위상차의 축 성분(1710)에 가산되고, x-축이 기준 축으로서 선택된다. 유사하게, 자기장 X-축 및 Z-축 AC RMS 성분은 자기장 벡터(1708) 성분 X 및 Z에 각각 대응한다.
자기장 Z-축 RMS 성분이 Y-축 또는 X-축 성분보다 큰 경우에, 통전 도체(1702)는 수평 배향으로서 감지될 수 있다. 대조적으로, 자기장 X-축 또는 Y-축 RMS 성분 중 어느 하나가 Z-축 성분보다 큰 경우에, 통전 도체(1702)는 수직 배향으로서 감지될 수 있다.
통전 도체에 대한 방향을 나타내는 방향 벡터 D(1712)는 자기장을 취하여 이를 x-y 축 상에 투영함으로써 결정될 수 있다. 이는 양방향 벡터를 산출하며, 여기서 벡터 D(1712)는 180도 위상차가 있는 2개의 방향 벡터(B1, B2) 중 하나일 수 있다. 벡터 D(1712)를 결정하기 위해, 헤딩 범위의 필드 데이터가 저장된다. 저장된 데이터의 활성 범위 중, 범위는 절반으로 분할되고 그래프(1712a)에 나타낸 바와 같이, 자기장 데이터 곡선 아래의 영역(A1, A2)이 계산될 수 있다. 어느 반쪽이 더 큰 영역을 가지면 어떠한 방향 벡터가 진정한 방향인지 결정할 수 있다. 부가적으로, 통전 도체(1702)에 대한 디그리 헤딩(1714) 및 피치(1716)는 각각 방향 벡터(1712)의 Z-축 성분을 Y-축 성분으로 나눈 몫의 아크탄젠트뿐만 아니라 X-축 성분을 Y-축 성분으로 나눈 몫의 아크탄젠트로서 계산될 수 있다.
경고 디바이스의 방법의 예시적인 실시형태
도 18에서, 실시형태에 따른 제어 흐름도(1800)의 실시형태가 도시된다. 제어 흐름도(1800)는 에너지 검출 경고 디바이스가 센서로부터 정보를 어떻게 프로세싱할 수 있는지를 설명하고, 사용자에게 위험 정보를 어떻게 전달할지를 결정하고, 통지 시스템 하드웨어를 사용하여 사용자에게 경고 정보를 발행하고, 배터리 수명을 최적화하고, 관련 안전 정보를 획득하여 이를 클라우드-기반 서버로 전달한다. 일반적으로 마이크로컨트롤러는, 센서로부터의 아날로그 출력을 디지털화하고, AC 전기 및 자기장 값을 DC 등가 RMS 값으로 변환하고, 이 값을 사용자-제어 가능 감도 설정에 기초하여 경보 임계값과 비교하고, 위협 레벨 및 소스에 대한 방향 등을 기초로 하여 청각적, 시각적 및 촉각적 경보를 발행하기 위하여 통지 하드웨어를 사용할 수 있다. 본 방법은 경고 디바이스가 사용되지 않을 때(예를 들어, 이동되지 않거나 가속도계를 사용하지 않음)뿐만 아니라 임의의 환경 전기장 및 자기장의 세기가 안전 임계값 미만일 때 경고 디바이스를 낮은-전력 슬립(sleep) 상태로 놓음으로써 배터리 수명을 추가로 최적화할 수 있다.
실시형태에서, 에너지 검출 경고 디바이스는 배터리 수명을 연장시키면서 동시에 디바이스가 실질적으로 연속적으로 전력 공급을 받을 수 있게 하는 "웨이크-앤드-센스(Wake-and-Sense)" 프로세스를 구현할 수 있다. 예를 들어, 적어도 경고 디바이스가 안전한 환경에 있거나 경고 디바이스가 의도대로 서비스되고 있지 않을 때의 시간의 부분 동안 프로세서 및 하드웨어가 저전력 슬립(sleep) 상태로 실행될 수 있으며, 이는 웨어러블, 운반 가능 등의 특정 실시형태에 따를 수 있으며, 연장된 시간량 동안 정적이다. 또한, 측정된 필드(전기 및 자기) 값이 정상 주변 필드와 같은 슬립-임계값 아래에 있을 때, 경고 디바이스는 시간 T슬립 동안 슬리핑하고, 미리 정해진 주기적 사이클에 따라 웨이크 업(wake up)하고, 시간 T어웨이크(awake) 동안 위험한 전기장 또는 자기장에 대해 환경을 감지/관측하도록 구성될 수 있다. 어웨이크 시간 동안, 측정된 필드가 안전한 임계값 아래로 유지되면, 경고 디바이스는 기간 T슬립 동안 다시 슬립 상태로 복귀할 수 있다. 그러나, 어웨이크 시간 동안, 측정된 필드 값이 상승하여 안전 임계값과 교차하면, 경고 디바이스가 완전히 전력을 공급 받고, 웨이크 업하게 되어, 이력적인 필드 신호 크기를 추적하기 시작하며, 예를 들어, 신호 크기가 경고 임계값과 교차할 때 경고 신호를 발행할지 여부를 결정한다.
따라서, 본 발명에 따른 방법(1800)의 실시형태는 웨이크 업하는 단계 1802를 포함할 수 있다. 단계 1804에서, 주위 전기장 및/또는 자기장의 RMS 값이 계산될 수 있다. 단계 1804에서 계산된 RMS 값에 있어서, 그 값은 단계 1806에서 미리 정해진 경보/경고 임계값과 비교될 수 있다. 전술한 바와 같이, 단계 1806에서, 계산된 RMS 값이 경보 임계값보다 큰 것으로 결정되면, 단계 1808에서 방향 경보를 발행하기에 충분한 정보가 존재하는지 여부에 대해 결정이 이루어진다. 충분한 정보가 없으면, 방법(1800)은 단계 1810으로 진행하며, 여기서 경보가 근접 모드에서 발행될 수 있다. 근접 모드에서, 경고 디바이스는 통전 도체의 중요한 위협 레벨을 갖는 필드를 검출하지만, 정보는 또한 통전 도체의 방향을 표시하기에는 불충분하다. 그러나, 단계 1808에서, 방향 경보에 대한 충분한 정보가 있는 경우에, 방법(1800)은 단계 1812로 진행하며, 여기서 경고 경보는, 경고 디바이스가 통전 도체의 근사적인 방향 위치를 사용자에게 표시할 수 있는 방향 모드에서 발행될 수 있다. 단계 1810 및/또는 단계 1812 후에, 방법(1800)은 단계 1804로 복귀하도록 구성될 수 있고(즉, 경고 디바이스는 음 소거되거나 디바이스가 검출된 필드 레벨에 적응함에 따라 경보 지속 기간이 만료됨), 경고 디바이스는 전술한 바와 같이, 다른 경보를 발행할지 여부를 결정하는 것을 시작할 수 있도록 리셋된다.
방법 단계 1806으로 되돌아가서, 계산된 RMS 필드 값이 경보 임계값 미만인 경우에, 방법(1800)은 단계 1808, 1810 및 1812를 우회하여 단계 1814로 직접 진행할 수 있다. 단계 1814에서, 경고 디바이스는 그 시점에서 경고 디바이스가 웨이크 업하는 단계 1802로 다시 순환하기 전에 미리 정해진 기간 T슬립 동안 슬립할 수 있다.
경고 디바이스에 대한 자체-테스트의 예시적인 실시형태
실시형태에서, 에너지 검출 경고 디바이스는 작업 환경에서 적절한 기능을 보장하기 위해 자체-테스트를 실행하도록 더 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 예에서, 경고 디바이스는 1차 안테나에 근접하게 배치된 2차 PCB 안테나를 포함할 수 있다. 2차 안테나는 올바른 하드웨어/펌웨어 거동의 검증을 위해 1차 안테나에 결합되는 60 Hz 구형파(PWM) 신호를 인가할 수 있다. 또한, 자력계의 내부 자체-테스트에서 자력계 주위의 PCB 코일은 센서가 판독하는 작은 자기장을 생성할 수 있다. 또한, 실시형태에서, 자체-테스트는 주기적으로 발행될 수 있다. 센서 장애가 탐색되는 경우에, 경고 디바이스는 장애/모드 상태에 진입할 수 있으며, 그 시간 동안 통지 하드웨어는 하나 이상의 경고를 발행할 수 있다. 예를 들어, 경고 디바이스는 자체-테스트를 통과하지 못한 경우에 LED 표시자가 적색으로 조명되도록 프로그래밍될 수 있다.
방향 감지 프로세스의 예시적인 구현
도 19에 도시된 개략도 그래프(1900a 내지 1900e)와 관련하여, 이하의 설명은 본 출원의 실시형태에 따른 방향 감지 프로세스의 예를 설명한다. 예를 들어, 사용자가 에너지 검출 경고 디바이스를 착용한 채 통전 도체에 접근할 때, 이하의 프로세스 단계 또는 국면이 발생될 수 있으며, 그 시간 동안 경고 디바이스는 주위 전기장 및/또는 자기장을 측정한다.
초기 액션 트리거: 활성화 임계값에 교차하는 측정된 필드 |E|에 응답하여, 예를 들어, 방향 감지 프로세스는 10s 동안 온(ON)으로 시간-래칭된다. 활성화시에, 시작 헤딩 hst가 디바이스의 메모리에 저장된다. 프로세스가 활성화되어 있는 동안, 필드 |E|는 360개의 요소를 갖는 어레이에 값을 저장함으로써 현재 디그리 헤딩과 연관되며, 여기서 n번째 요소는 해당 디그리 헤딩(0도 내지 360도)에서의 필드 크기를 나타낸다. 실시형태에서, 전체 헤딩 범위(0도 내지 360도)는 프로세싱 효율을 최적화하기 위해, 예를 들어 n번째 요소 당 2도 내지 5도의 범위로 분할될 수 있음에 유의한다. 부가적으로, 전기장 크기는 중첩 기재되지 않고 IIR 필터를 사용하여 (현재 방향에 대응하는) 어레이 요소에 저장될 수 있다. 또한, 어레이 요소는, 각 값이 제로가 될 때까지 동일하게 천천히 감소될 수 있다.
후속 액션 트리거: 프로세스는, 정보의 디그리의 범위가 캡처될 때까지(예를 들어, 20도, 30도, 40도 등) 어레이에 데이터를 계속해서 추가한다. 시작 헤딩과 현재 헤딩 사이의 차이 Δh가 h_TH, 활성화 범위 임계값(예를 들어, 20도, 30도, 40도 등)보다 커지는 것에 응답하여, 디바이스는 필드 소스(즉, 통전 도체)에 대한 방향을 나타낼 수 있는 전기장 피크 조건에 대한 데이터 세트를 확인하도록 구성된다.
계산된 피크 및 AVG: Δh > 30도이면, 예를 들어, 프로세스는 그 위치에서의 데이터가 기록되었다는 것을 나타내는 특정 임계값 초과의 값인 활성 범위에서 바라보는 데이터 세트를 스캐닝함으로써 계속할 수 있다. 데이터를 스캐닝하는 동안, 피크 및 AVG가 결정된다. 데이터-세트의 AVG는 예를 들어, 프로세스 신뢰성을 위해 벨-곡선(bell-curve)이 얼마나 급격한지를 측정하기 위해 계산된다. 일반적으로, 데이터-세트 내의 비교적 작은 교란에 대해, 경고 통지를 트리거링할 필요는 없다. 이와 같이, (피크 > X*AVG)는 활성화 제어 조건이다.
피크 조건: 피크의 위치 결정에 응답하여, 프로세스는 피크의 좌측에 대한 양의 기울기 및 피크의 우측에 대한 음의 기울기를 검증함으로써 피크 조건을 검증할 수 있다. 실시형태에서, 기울기는 이하를 사용하여 결정될 수 있다: E_per_deg[n_모드] - E_per_deg[n_모드 - 5] > 0 (제로보다 커야 함)(또는 > 기울기_TH) 및 E_per_deg[n_모드] - E_per_deg[n_모드 + 5] < 0 (제로보다 작아야 함)(또는 < 기울기_TH).
경고 디바이스로 스마트 데이터를 추적하는 예시적인 사용
전술한 바와 같이, 에너지 검출 경고 디바이스는 임의의 시간에 디바이스와의 통신을 가능하게 하는 메모리 및 데이터 송신 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 이러한 송신은 Bluetooth®, 디지털 셀룰러 데이터 전송, 유선, 무선, 무선파, li-fi, wi-fi 등에 한정되지 않지만 이를 포함하여, 다른 전자 디바이스들(예를 들어, 폰, 스마트 차량 접속, 태블릿, 랩톱 등) 사이의 상호 통신을 위해 알려진 임의의 적절한 수단에 의해 달성될 수 있다.
실시형태에서, 예를 들어, 사용자가 통전 도체의 존재에 대해 경보를 받을 수 있는 동안, 디바이스는 또한 즉시 또는 나중에, 분석을 위해 부모 회사에 검출의 통지를 송신할 수 있다. 즉각적이고 자동적인 통지는 예를 들어, 사용자가 상해를 입었거나 물리적으로 누군가에게 통지할 수 없는 경우에, 통지에 후속하여 발생하는 사고의 경우에 회사가 긴급 케어를 제공하는 것을 지원할 수 있다. 이러한 데이터는 총계로도 볼 수 있으며, 직원 및/또는 팀 및/또는 좋든 또는 나쁘든 관리 거동 특성/경향; 위험한 상황에 처한 사용자의 빈도; 위험 감소; 비용 절감; 안전 및 효율성 노력을 위한 기회 개선; 거의 사고로 끝난 상황의 빈도; 위험 및 직원 거동에 관한 지리적-기반 경향은 물론 사용자 위치 추적 및 손상된 장비 태깅; 개선을 위한 통신 접속의 도전된 영역; 비활동 또는 과도 활동을 결정하는 작업 시간 추적; 즉각적인 노동자의 보충 필요(예를 들어, 필요에 따라 도움/고위 직원을 보냄); 사용자가 디바이스를 적절히 사용하는지 여부(예를 들어, 안전모가 착용되었는가?); 위험이 가득한 환경(예를 들어, EMF, 열악한 날씨, 비좁은 장소 등)에 대한 노출의 길이; 효율성 향상; 등을 결정하는 데 사용될 수 있다.
예시적인 절
A: 에너지 검출 경고 디바이스는 하우징; 하우징 내에 배치된 전자 표시 구성 요소; 하우징 내에 배치된 하나 이상의 센서로서, 센서는, 에너지 검출 경고 디바이스의 위치의 특정 근접부 내에 존재하는 통전 도체를 검출하고, 근사 방향인, 에너지 검출 경고 디바이스의 위치에 대해 통전 도체가 위치되는 방향을 검출하도록 구성되는, 하나 이상의 센서; 및 마이크로컨트롤러를 포함하고, 마이크로컨트롤러는, 하나 이상의 센서로부터 입력을 수신하고, 입력의 수신에 응답하여, 에너지 검출 경고 디바이스의 위치에 대하여 통전 도체가 위치되는 방향을 나타내게끔 전자 표시 구성 요소를 작동시키도록 구성된다.
B: 단락 A에 따른 에너지 검출 경고 디바이스에 있어서, 하나 이상의 센서는 통전 도체와 에너지 검출 경고 디바이스 사이의 근사적인 거리를 검출하도록 더 구성된다.
C: 단락 A 내지 B 중 어느 하나에 따른 에너지 검출 경고 디바이스에 있어서, 전자 표시 구성 요소는, 하우징의 일부를 따라 배치되고 방향성을 나타내도록 배열된 복수의 광원, 방향성을 나타내도록 하우징 내에 배열되는 하나 이상의 스피커, 또는 방향성을 나타내도록 하우징 내에 배열되는 하나 이상의 진동 모터 중 적어도 하나를 포함한다.
D: 단락 A 내지 C 중 어느 하나에 따른 에너지 검출 경고 디바이스에 있어서, 전자 표시 구성 요소는 상기 복수의 광원을 포함하고, 전자 표시 구성 요소의 작동 시, 마이크로컨트롤러는 검출된 방향 및/또는 디바이스와 통전 도체 사이의 근접의 감소에 대응하는 복수의 광원 중 하나 이상의 조명을 발생시킨다.
E: 단락 A 내지 D 중 어느 하나에 따른 에너지 검출 경고 디바이스에 있어서, 전자 표시 구성 요소는 하나 이상의 스피커를 포함하고, 전자 표시 구성 요소의 작동 시, 마이크로컨트롤러는 하나 이상의 스피커 중 적어도 하나로부터 청각적 통지 신호가 방출되게 하고, 청각적 통지 신호는 검출된 방향 및/또는 디바이스와 통전 도체 사이의 근접의 감소로 인한 감전의 위험을 나타낸다.
F: 단락 A 내지 E 중 어느 하나에 따른 에너지 검출 경고 디바이스에 있어서, 전자 표시 구성 요소는 하나 이상의 진동 모터를 포함하고, 전자 표시 구성 요소의 작동 시, 마이크로컨트롤러는 하나 이상의 진동 모터 중 적어도 하나의 진동을 발생시키며, 진동은 검출된 방향을 나타낸다.
G: 단락 A 내지 F 중 어느 하나에 따른 에너지 검출 경고 디바이스에 있어서, 하나 이상의 센서는, 각각, 중력 벡터 및 지구 자기장 벡터를 사용하여 절대 배향을 검출함으로써 방향을 검출하고, 디바이스가 각각 틸팅(tilting) 또는 회전될 때, 배향을 전기장 값 또는 자기장 값의 피크와 연관시킨다.
H: 단락 A 내지 G 중 어느 하나에 따른 에너지 검출 경고 디바이스에 있어서, 하나 이상의 센서는 감지된 에너지 레벨의 변화의 검출을 통하여 통전 도체를 검출한다.
I: 안전모로 구현하기 위한 웨어러블 에너지 검출 경고 디바이스("웨어러블 디바이스")로서, 전자 표시 구성 요소; 전자 표시 구성 요소와 통신 가능하게 결합된 하나 이상의 센서로서, 하나 이상의 센서는, 웨어러블 디바이스의 위치의 특정 근접부 내에 존재하는 통전 도체를 검출하고, 근사 방향인, 웨어러블 디바이스의 위치에 대해 통전 도체가 위치되는 방향을 검출하도록 구성되는, 하나 이상의 센서; 및 마이크로컨트롤러를 포함하고, 마이크로컨트롤러는, 하나 이상의 센서로부터 입력을 수신하고, 입력의 수신에 응답하여, 웨어러블 디바이스의 위치에 대하여 통전 도체가 위치되는 방향을 나타내게끔 전자 표시 구성 요소를 작동시키도록 구성된다.
J: 단락 I에 따른 웨어러블 디바이스에 있어서, 전자 표시 구성 요소는, 방향성을 나타내도록 배열된 복수의 광원, 방향성을 나타내도록 배열된 하나 이상의 스피커, 또는 방향성을 나타내도록 배열된 하나 이상의 진동 모터 중 적어도 하나를 포함한다.
K: 단락 I 내지 J 중 어느 하나에 따른 웨어러블 디바이스에 있어서, 전자 표시 구성 요소는 복수의 광원을 포함하고, 전자 표시 구성 요소의 작동 시, 마이크로컨트롤러는 검출된 방향에 대응하는 안전모의 측면 상에 배향된 복수의 광원 중 하나 이상의 조명을 발생시킨다.
L: 단락 I 내지 K 중 어느 하나에 따른 웨어러블 디바이스에 있어서, 전자 표시 구성 요소는 하나 이상의 스피커를 포함하고, 전자 표시 구성 요소의 작동 시, 마이크로컨트롤러는 하나 이상의 스피커 중 적어도 하나로부터 청각적 통지 신호가 방출되게 하고, 청각적 통지 신호는 구술(verbal statement), 미리 정해진 잡음(noise) 또는 가변 음조(tone) 중 하나 이상을 포함하는 음향을 통해 검출된 방향을 나타내고, 음향은 검출된 방향에 대응하는 안전모의 측면에 배향된 단일 스피커로부터 또는 안전모의 중앙 영역에 배열된 하나 이상의 스피커로부터 방출된다.
M: 단락 I 내지 L 중 어느 하나에 따른 웨어러블 디바이스에 있어서, 전자 표시 구성 요소는 하나 이상의 진동 모터를 포함하고, 전자 표시 구성 요소의 작동 시, 마이크로컨트롤러는 검출된 방향에 대응하는 안전모의 측면 상에 배향된 하나 이상의 진동 모터 중 적어도 하나의 진동을 발생시킨다.
N: 단락 I-M 중 어느 하나에 따른 웨어러블 디바이스에 있어서, 하나 이상의 센서는 중력 벡터 및 지구 자기장 벡터를 사용하여 절대 배향을 검출함으로써 방향을 검출하고, 웨어러블 디바이스가 각각 틸팅되거나 회전될 때, 배향을 전기장 값 또는 자기장 값의 피크와 연관시킨다.
O: 디지털 전압 검출 디바이스는, 하나 이상의 회로 하드웨어 구성 요소로서, 디지털 전압 검출 디바이스의 위치의 특정 근접부 내에 존재하는 전압의 소스를 검출하고, 근사 방향인, 디지털 전압 검출 디바이스의 위치에 대해 전압의 소스가 위치되는 방향을 검출하도록 구성되는, 하나 이상의 회로 하드웨어 구성 요소; 및 하나 이상의 회로 하드웨어 구성 요소와 결합되고, 디지털 전압 검출 디바이스의 위치에 대해 전압의 소스가 위치되는 방향을 나타내도록 구성되는, 전자 표시 구성 요소를 포함한다.
P: 단락 O에 따른 디지털 전압 검출 디바이스에 있어서, 디지털 전압 검출 디바이스는 모자, 셔츠, 벨트 또는 포켓 중 적어도 하나에 착용 가능하다.
Q: 단락 O 내지 P 중 어느 하나에 따른 디지털 전압 검출 디바이스에 있어서, 하나 이상의 회로 하드웨어 구성 요소는 디지털 전압 검출 디바이스의 위치의 특정 근접부 내에 존재하는 전류의 소스의 방향을 검출하도록 더 구성된다.
R: 단락 O 내지 Q 중 어느 하나에 따른 디지털 전압 검출 디바이스에 있어서, 하나 이상의 회로 하드웨어 구성 요소는 배터리 수명을 보존하기 위해 슬립/웨이크(sleep/wake) 설정을 실행하도록 더 구성된다.
S: 단락 O 내지 R 중 어느 하나에 따른 디지털 전압 검출 디바이스에 있어서, 디지털 전압 검출 디바이스는 전압 레벨의 이력적으로 평가된 양의(positive) 변화를 검출하도록 구성되어, 양의 변화가 전압에 대해 임계 레벨을 충족시키거나 초과할 때, 전압의 소스의 통지가 개시되고, 디지털 전압 검출 디바이스는 임계 레벨에 적응하도록 더 구성되고, 임계 레벨에 적응하는 것에 응답하여, 디지털 전압 검출 디바이스는 통지를 비활성화시키고, 전압 레벨의 이력적으로 평가된 양의 변화의 후속 검출에 응답하여, 디지털 전압 검출 디바이스는 전압의 소스의 통지를 재개하도록 더 구성된다.
T: 단락 O 내지 T 중 어느 하나에 따른 디지털 전압 검출 디바이스에 있어서, 하나 이상의 회로 하드웨어 구성 요소는 디바이스가 기능하는 것을 보장하기 위해 자체-테스트를 실행하도록 더 구성된다.
결론
몇몇 실시형태가 구조적 특징 및/또는 방법론적 동작에 특정한 언어로 설명되었지만, 청구 범위는 설명된 특정의 특징 또는 동작에 반드시 제한되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 오히려, 특정의 특징 및 동작은 청구된 주제를 구현하는 예시적인 형태로서 개시된다.

Claims (20)

  1. 에너지 검출 경고 디바이스로서,
    하우징;
    상기 하우징 내에 배치된 전자 표시 구성 요소;
    상기 하우징 내에 배치된 하나 이상의 센서로서,
    상기 에너지 검출 경고 디바이스의 위치의 특정 근접부 내에 존재하는 통전 도체를 검출하고, 그리고
    상기 에너지 검출 경고 디바이스의 상기 위치에 대해 상기 통전 도체가 위치되는 방향을 검출하도록 구성되되, 상기 방향은 근사 방향인, 상기 하나 이상의 센서; 및
    마이크로컨트롤러로서,
    상기 하나 이상의 센서로부터 입력을 수신하고, 그리고
    상기 입력의 수신에 응답하여, 상기 에너지 검출 경고 디바이스의 상기 위치에 대하여 상기 통전 도체가 위치되는 상기 방향을 나타내게끔 상기 전자 표시 구성 요소를 작동시키도록 구성된, 상기 마이크로컨트롤러를 포함하는, 에너지 검출 경고 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 상기 통전 도체와 상기 에너지 검출 경고 디바이스 사이의 근사적인 거리를 검출하도록 더 구성되는, 에너지 검출 경고 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전자 표시 구성 요소는,
    상기 하우징의 일부를 따라 배치되고 방향성을 나타내도록 배열된 복수의 광원,
    상기 방향성을 나타내도록 상기 하우징 내에 배열되는 하나 이상의 스피커, 또는
    상기 방향성을 나타내도록 상기 하우징 내에 배열되는 하나 이상의 진동 모터
    중 적어도 하나를 포함하는, 에너지 검출 경고 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전자 표시 구성 요소는 상기 복수의 광원을 포함하되,
    상기 전자 표시 구성 요소의 작동 시, 상기 마이크로컨트롤러는 검출된 상기 방향 및/또는 상기 디바이스와 상기 통전 도체 사이의 근접의 감소에 대응하는 상기 복수의 광원 중 하나 이상의 조명을 발생시키는, 에너지 검출 경고 디바이스.
  5. 제3항에 있어서, 상기 전자 표시 구성 요소는 상기 하나 이상의 스피커를 포함하되,
    상기 전자 표시 구성 요소의 작동 시, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 하나 이상의 스피커 중 적어도 하나로부터 청각적 통지 신호가 방출되게 하고, 상기 청각적 통지 신호는 검출된 상기 방향 및/또는 상기 디바이스와 상기 통전 도체 사이의 근접의 감소로 인한 감전의 위험을 나타내는, 에너지 검출 경고 디바이스.
  6. 제3항에 있어서, 상기 전자 표시 구성 요소는 상기 하나 이상의 진동 모터를 포함하되,
    상기 전자 표시 구성 요소의 작동 시, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 하나 이상의 진동 모터 중 적어도 하나의 진동을 발생시키며, 상기 진동은 검출된 상기 방향을 나타내는, 에너지 검출 경고 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는, 각각, 중력 벡터 및 지구 자기장 벡터를 사용하여 절대 배향을 검출함으로써 상기 방향을 검출하고, 상기 디바이스가 틸팅(tilting) 또는 회전될 때, 배향을 전기장 값 또는 자기장 값의 피크와 연관시키는, 에너지 검출 경고 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 감지된 에너지 레벨의 변화의 검출을 통하여 통전 도체를 검출하는, 에너지 검출 경고 디바이스.
  9. 안전모로 구현하기 위한 웨어러블 에너지 검출 경고 디바이스("웨어러블 디바이스")로서,
    전자 표시 구성 요소;
    상기 전자 표시 구성 요소와 통신 가능하게 결합된 하나 이상의 센서로서,
    상기 웨어러블 디바이스의 위치의 특정 근접부 내에 존재하는 통전 도체를 검출하고, 그리고
    근사 방향인, 상기 웨어러블 디바이스의 상기 위치에 대해 상기 통전 도체가 위치되는 방향을 검출하도록 구성된, 상기 하나 이상의 센서; 및
    마이크로컨트롤러로서,
    상기 하나 이상의 센서로부터 입력을 수신하고, 그리고
    상기 입력의 수신에 응답하여, 상기 웨어러블 디바이스의 상기 위치에 대하여 상기 통전 도체가 위치되는 상기 방향을 나타내게끔 상기 전자 표시 구성 요소를 작동시키도록 구성된, 상기 마이크로컨트롤러를 포함하는, 웨어러블 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전자 표시 구성 요소는,
    방향성을 나타내도록 배열된 복수의 광원,
    상기 방향성을 나타내도록 배열된 하나 이상의 스피커, 또는
    상기 방향성을 나타내도록 배열된 하나 이상의 진동 모터
    중 적어도 하나를 포함하는, 웨어러블 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 전자 표시 구성 요소는 상기 복수의 광원을 포함하되,
    상기 전자 표시 구성 요소의 작동 시, 상기 마이크로컨트롤러는 검출된 상기 방향에 대응하는 상기 안전모의 측면 상에 배향된 상기 복수의 광원 중 하나 이상의 조명을 발생시키는, 웨어러블 디바이스.
  12. 제10항에 있어서, 상기 전자 표시 구성 요소는 상기 하나 이상의 스피커를 포함하고,
    상기 전자 표시 구성 요소의 작동 시, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 하나 이상의 스피커 중 적어도 하나로부터 청각적 통지 신호가 방출되게 하고, 상기 청각적 통지 신호는 구술(verbal statement), 미리 정해진 잡음 또는 가변 음조(tone) 중 하나 이상을 포함하는 음향을 통해 검출된 상기 방향을 나타내고,
    상기 음향은 검출된 상기 방향에 대응하는 상기 안전모의 측면에 배향된 단일 스피커로부터 또는 상기 안전모의 중앙 영역에 배열된 하나 이상의 스피커로부터 방출되는, 웨어러블 디바이스.
  13. 제10항에 있어서, 상기 전자 표시 구성 요소는 상기 하나 이상의 진동 모터를 포함하되,
    상기 전자 표시 구성 요소의 작동 시, 상기 마이크로컨트롤러는 검출된 상기 방향에 대응하는 상기 안전모의 측면 상에 배향된 상기 하나 이상의 진동 모터 중 적어도 하나의 진동을 발생시키는, 웨어러블 디바이스.
  14. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 중력 벡터 및 지구 자기장 벡터를 사용하여 절대 배향을 검출함으로써 상기 방향을 검출하고, 상기 웨어러블 디바이스가 각각 틸팅 또는 회전될 때, 배향을 전기장 값 또는 자기장 값의 피크와 연관시키는, 웨어러블 디바이스.
  15. 디지털 전압 검출 디바이스로서,
    하나 이상의 회로 하드웨어 구성 요소로서,
    상기 디지털 전압 검출 디바이스의 위치의 특정 근접부 내에 존재하는 전압의 소스를 검출하고, 그리고
    근사 방향인, 상기 디지털 전압 검출 디바이스의 위치에 대해 상기 전압의 소스가 위치되는 방향을 검출하도록 구성된, 상기 하나 이상의 회로 하드웨어 구성 요소; 및
    상기 하나 이상의 회로 하드웨어 구성 요소와 결합된 전자 표시 구성 요소로서, 상기 디지털 전압 검출 디바이스의 상기 위치에 대해 상기 전압의 소스가 위치되는 방향을 나타내도록 구성된, 상기 전자 표시 구성 요소를 포함하는, 디지털 전압 검출 디바이스.
  16. 제15항에 있어서, 상기 디지털 전압 검출 디바이스는 모자, 셔츠, 벨트 또는 포켓 중 적어도 하나에 착용 가능한, 디지털 전압 검출 디바이스.
  17. 제15항에 있어서, 상기 하나 이상의 회로 하드웨어 구성 요소는 상기 디지털 전압 검출 디바이스의 상기 위치의 특정 근접부 내에 존재하는 전류의 소스의 방향을 검출하도록 더 구성되는, 디지털 전압 검출 디바이스.
  18. 제15항에 있어서, 상기 하나 이상의 회로 하드웨어 구성 요소는 배터리 수명을 보존하기 위해 슬립/웨이크(sleep/wake) 설정을 실행하도록 더 구성되는, 디지털 전압 검출 디바이스.
  19. 제15항에 있어서, 상기 디지털 전압 검출 디바이스는 전압 레벨의 이력적으로 평가된 양의(positive) 변화를 검출하도록 구성되어, 상기 양의 변화가 상기 전압에 대해 임계 레벨을 충족시키거나 초과할 때, 상기 전압의 상기 소스의 통지가 개시되고,
    상기 디지털 전압 검출 디바이스는 상기 임계 레벨에 적응하도록 더 구성되고, 상기 임계 레벨에 적응하는 것에 응답하여, 상기 디지털 전압 검출 디바이스는 상기 통지를 비활성화시키며, 그리고
    전압 레벨의 이력적으로 평가된 양의 변화의 후속 검출에 응답하여, 상기 디지털 전압 검출 디바이스는 상기 전압의 상기 소스의 상기 통지를 재개하도록 더 구성되는, 디지털 전압 검출 디바이스.
  20. 제15항에 있어서, 상기 하나 이상의 회로 하드웨어 구성 요소는 상기 디바이스가 기능하는 것을 보장하기 위해 자체-테스트를 실행하도록 더 구성되는, 디지털 전압 검출 디바이스.
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