TWI644112B - 用以感測電氣設備使用狀態之感測器及其感測方法 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於感測器及其感測方法，用以感測電氣設備使用狀態，設置上述電氣設備所屬的電源線之近端。其中上述感測器包括：一磁場強度偵測器，靠近上述電源線，用以偵測上述電源線周遭之磁場變化，產生相對應之一類比信號；一類比至數位轉換器，接收上述類比信號後轉換為一數位信號；以及一控制器，接收上述數位信號後，產生一指示信號，藉以得知上述電氣設備之開啟和關斷中至少一者的狀態。

Description

用以感測電氣設備使用狀態之感測器及其感測方法

本發明係有關於感測技術，特別是有關於一種用以感測電氣設備使用狀態之感測器及其感測方法。

假若要判斷某一電氣設備的使用狀態，通常皆需要在使用電源的電器或機械裝置上設置額外的元件，才得以判知電氣設備是否為開啟或關斷等狀態。習知有使用電流表或電源量測設備者，即便需要截斷原有電源線路，再以串聯方式連接電流表或電源量測設備；惟此方式不僅施工較為麻煩外，尚需破壞原有線路，對於使用者形成限制。再者，若是採用電流勾表(Clamp Meter)方式，又因無法在雙線的情況下同時使用，即便需要將雙線電源線剝離分開，而需破壞電源線線材本身，降低使用者的意願。至於尚有其他方式，有些僅適用於平行電源線、抑或是會導致使用成本過高的問題。

鑑於上述的缺點，本發明提出一種電氣設備使用狀態之感測器及其感測方法，毋需破壞原有線路，也毋需將多線電源線剝離分開而破壞線材本身，針對單線、雙線甚或三相電源線路均可適用。

本發明提出一種感測器，用以感測電氣設備使用狀態，設置上述電氣設備所屬的電源線之近端。其中上述感測器包括：一磁場強度偵 測器，靠近上述電源線，用以偵測上述電源線周遭之磁場變化，產生相對應之一類比信號；一類比至數位轉換器，接收上述類比信號後轉換為一數位信號；以及一控制器，接收上述數位信號後，產生一指示信號，藉以得知上述電氣設備之開啟和關斷中至少一者的狀態。

另外，本發明尚提供一種感測方法，適用於一感測器得以感測電氣設備使用狀態，上述感測器設置上述電氣設備所屬的電源線之近端，包括磁場強度偵測器、類比至數位轉換器和一控制器；上述感測方法包括：設置上述磁場強度偵測器靠近上述電源線，用以偵測上述電源線周遭之磁場變化，產生相對應之一類比信號；以上述類比至數位轉換器接收上述類比信號後，轉換為一數位信號；以及以上述控制器接收上述數位信號後，產生一指示信號，藉以得知上述電氣設備之開啟和關斷中至少一者的狀態。

根據本發明之電氣設備使用狀態感測器及其感測方法，不需要更動原始電器或機械裝置的線路，即可以判斷出電氣設備的開啟/關斷等使用狀態，且使用者能輕易安裝，無破壞電源線路或線材本身的風險，針對單線、雙線甚或三相電源線路均可適用。

1‧‧‧偵測器

2‧‧‧電源線

10‧‧‧磁場強度偵測器

11‧‧‧類比信號

12‧‧‧類比至數位轉換器

13‧‧‧數位信號

14‧‧‧控制器

15‧‧‧指示信號

16‧‧‧通訊模組

20‧‧‧磁環

22‧‧‧外罩

24‧‧‧信號收集板

第1圖係顯示根據本發明之電氣設備使用狀態之感測器一較佳實施例的方塊示意圖；以及第2圖係顯示本發明之電氣設備使用狀態之感測器實際設置於電源線的截面示意圖。

本發明之電氣設備使用狀態之感測器係安裝於欲判別的電氣設備的電源線上、抑或是安裝於有電流流通的線路上。由於電氣設備使用時會負載一定程度的電流，此負載電流會產生相對應的磁場，因此可以利用一個或多個感應磁場元件所組成的裝置，即可以判斷出電氣設備是否為開啟或關斷的使用狀態。再者，對於負載電流的大小變化，由於每樣電氣設備在使用時皆有其特殊的電流型樣(pattern)，亦會產生相對應特殊的磁場變化，利用判斷特殊型樣的磁場變化，即可正確判斷出開啟或使用相對應的狀態。例如：一個使用交流電的電器，其電流負載型樣(pattern)即應該是個弦波，此弦波型樣的電流亦會產生相對應的磁場變化；因此，即使外界環境產生磁性干擾，經由判斷是否產生弦波即可確認此交流電器是否在使用中。

請參照第1圖，所示為根據本發明之電氣設備使用狀態感測器一較佳實施例的方塊示意圖。根據本發明之電氣設備使用狀態感測器1，係設置於待測電氣設備所配屬的電源線2近處；較佳而言，可以套接的方式(即如第2圖所示，將於下文詳述)設置於電器電源線2上。至於本發明電氣設備使用狀態感測器1設置的位置，係究是位於電源線2靠近電源插頭端、抑或是靠近電氣設備本體端、抑或是位於電源插頭端與電氣設備本體間接近中央處，實無太多的限制。其實，本發明之電氣設備使用狀態感測器1，主要是用以感測電源線2內電流傳導所感應的磁場強度或/和變化，所以感測器1僅需靠近待側電源線2，足以感測電源線1處的磁場強度或/和變化即可，設置的位置和方式並無礙本發明之電氣設備使用狀態偵測器1的應用範疇。

再請參照第1圖，本發明之電氣設備使用狀態偵測器1包括： 磁場強度偵測器10、類比至數位轉換器(ADC)12、控制器14等組成要件。磁場強度偵測器10主要是偵測待側電源線2所感應的磁場強度或變化，此磁場強度偵測器10感測磁場強度後，可以類比形式的電壓或電流信號11輸出；較佳而言，磁場強度偵測器可以是由磁抗式(magneto-impedance)感測器、磁阻式(magneto-resistance)感測器、巨磁阻式(giant magneto-resistance)感測器、抑或是霍爾(Hall)感測器等所構成。而類比至數位轉換器12係用以接收磁場強度偵測器10輸出的類比信號11後，經過類比至數位轉換過程，輸出相對應的數位信號13至控制器14；而類比至數位轉換器所需的解析度位元數，端視應用的場合與所需的精度而定，可以是具有8、10、12、16位元等的類比至數位轉換器。至於控制器14係接收類比至數位轉換器12輸出的數位信號13，經過控制器14內的控制流程分析，產生判斷電氣設備使用狀態的指示信號15輸出；通常而言，控制器是以微處理器(microprocessor)來實現，不論8、16、32、64位元、甚或更高位元數之微處理器均可適用。

請參照第2圖，所示為根據本發明之電氣設備使用狀態感測器1具體實際設置於電源線的截面示意圖。如第2圖所示，本發明之電氣設備使用狀態感測器1係設置於磁珠(Ferrite Bead)結構實現，磁珠是一種被動元件，用來抑制電路中的高頻訊號。磁珠是一種特別的扼流圈(Choke)，其成份多半為鐵氧體(Ferrite)，利用其高頻電流產生的熱耗散來抑制高頻雜訊。磁珠有時也稱為磁環、EMI濾波器、鐵芯等。最簡單的磁珠結構是鐵氧體的環狀電感，這類夾扣形的磁環，可以直接扣在電源線2上，此磁珠結構本身係屬習知者，故不再贅述。

如第2圖所示，標號20即代表磁環，標號22即為防磁干擾的外罩，可以是由鐵氧體所構成，第1圖所示電氣設備使用狀態感測器1各組成要件(包括磁場強度偵測器10、類比至數位轉換器12和控制器14等)整合後均設置於一信號收集板24上，兩者均需靠近電氣設備的電源線2；當然也是可以將感測器1嵌入信號收集板24內，即如第2圖所示。通常信號收集板24係由高導磁率(High-Permeability)材料所構成，鐵氧體即是其中一例。而已如上述，電氣設備使用狀態感測器1中之磁場強度偵測器10必須盡量靠近待測電器的電源線2，而本案所稱靠近包括貼近(attached)、固定接觸(mounted)或嵌入(embedded)等類似的方式，並非用以限定本發明，於此合先敘明。

再者，本發明之電氣設備使用狀態感測器1與電源線2均包覆於磁環20內，磁環20外包覆體是具防電磁干擾的外罩22，係將電氣設備使用狀態感測器1包圍於其內，藉由遮蔽效應(shielding)來阻隔外來的磁場干擾現象。當然本發明所述之電氣設備使用狀態感測器1內類比至數位轉換器12或控制器14，因為是處理數位信號，故較不受電場或磁場等之干擾，故也可以置於防磁干擾外罩22之外。第2圖中，尚設置有通訊模組16接收感測器1內控制器14輸出的指示信號15，經過通訊模組16處理後，再傳送至後端資料處理裝置做進一步資料處理、分析、控制，使得本發明所揭示的電氣設備使用狀態感測器藉此獲致更為廣泛的應用。為確保通訊模組16能有較佳的傳輸品質，較佳而言，會將通訊模組16設置防磁干擾的外罩22之外。

例如雖然不同相位電流的感應磁場會互相抵消，但是本發明僅為感測電氣設備的開啟/關斷狀態而已，毋需偵測電氣設備的精確電流值，故不同相位電流的感應磁場相互抵銷後殘餘磁場及其變化，仍足以據 以判斷出電氣設備的開啟或關斷狀態。

然而，第2圖所示之硬體應用僅為示意之用，僅為諸多應用範例中之一者，然並非用以限定本發明，於此合先敘明。

Claims (10)

1. 一種感測器，設置一電氣設備所屬的一電源線之近端，該感測器包括：一磁場強度偵測器，以非套接的方式靠近該電源線，用以偵測該電源線周遭之磁場變化，產生相對應之一類比信號；其中該磁場強度偵測器係選自由磁抗式感測器、磁阻式感測器、巨磁阻式感測器及霍爾感測器所構成之群組；一類比至數位轉換器，接收該類比信號後轉換為一數位信號；以及一控制器，接收該數位信號後，產生一指示信號，藉以得知該電氣設備之開啟和關斷中至少一者的狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之感測器，係設置於一磁環結構內，該磁環結構包括一具防磁干擾的外罩，係將該磁場強度偵測器與該電源線之部分包覆於其內。
3. 如申請專利範圍第2項所述之感測器，其中該信號收集板，設置靠近於該磁場強度偵測器之近端。
4. 如申請專利範圍第3項所述之感測器，其中該類比至數位轉換器與該控制器設置靠近該信號收集板之近端。
5. 如申請專利範圍第2項所述之感測器，尚包括一通訊模組，設置於該外罩之外部，用以接收該指示信號。
6. 一種感測方法，適用於一感測器，該感測器設置一電氣設備所屬的一電源線之近端，包括磁場強度偵測器、類比至數位轉換器和一控制器；該感測方法包括：設置該磁場強度偵測器以非套接的方式靠近該電源線，用以偵測該電源線周遭之磁場變化，產生相對應之一類比信號；其中該磁場強度偵測器係選自由磁抗式感測器、磁阻式感測器、巨磁阻式感測器及霍爾感測器所構成之群組；以該類比至數位轉換器接收該類比信號後，轉換為一數位信號；以及以該控制器接收該數位信號後，產生一指示信號，藉以得知該電氣設備之開啟和關斷中至少一者的狀態。
7. 如申請專利範圍第6項所述之感測方法，尚包括以一磁環結構實現，該磁環結構包括一具防磁干擾的外罩，係將該磁場強度偵測器與該電源線之部分包覆於其內。
8. 如申請專利範圍第7項所述之感測方法，尚包括設置一信號收集板，使得該磁場強度偵測器設置於靠近該信號收集板之近端。
9. 如申請專利範圍第8項所述之感測方法，尚包括設置該類比至數位轉換器與該控制器靠近該信號收集板之近端。
10. 如申請專利範圍第7項所述之感測方法，尚包括設置一通訊模組於該外罩之外部，用以接收該指示信號。