MX2008016010A - Tecnicas de filtrado para remover ruido de una señal periodica y calculos irms. - Google Patents

Abstract

Esta diseñada una técnica de filtrado de señal para remover el ruido. Se toma una muestra de una forma de onda de señal en diferentes puntos de un número de ciclos de señal de ruido periódicos y las muestras recolectadas son promediadas para producir una señal corregida. El número de ciclos consecutivos en los cuáles las muestras son tomadas y promediadas está relacionado inversamente a la amplitud de señal de manera que al disminuir el nivel de señal, aumenta el número de ciclos examinados. La técnica es particularmente aplicable a las señales periódicas asociadas con la salida de sensores de efecto Hall en un ambiente de metrología eléctrica. Los cálculos RMS mejorados son obtenidos para filtrar el ruido al azar de baja frecuencia de los sensores Hall mediante el promediar las muestras en diferentes puntos del ciclo de señal para crear un ciclo de señal deseado compuesto para facilitar otros cálculos de señal.

Description

TÉCNICAS DE FILTRADO PARA REMOVER RUIDO DE UNA SEÑAL PERIÓDICA Y CÁLCULOS Iritis RECLAMACION DE PRIORIDAD Esta solicitud reclama el beneficio de la solicitud de patente provisional de los Estados Unidos de América presentada anteriormente e intitulada "TÉCNICAS DE FILTRADO PARA REMOVER RUIDO DE UNA SEÑAL PERIÓDICA Y CÁLCULOS Irms" a la que se le asignó como número de solicitud 60/813,139, presentada el 13 de Junio de 2006, y la cual se incorpora completamente aquí por referencia para todos los propósitos.

CAMPO DE LA INVENCION La presente tecnología se refiere a medidores de utilidad. Más particularmente, la presente tecnología se refiere a metodologías y aparatos correspondientes para el filtrado (por. ejemplo remoción) de ruido de señales eléctricas periódicas, tal como las que pueden estar asociadas con medidores de servicio de electricidad.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN EL objeto general de la metrología es el de vigilar uno ó. más fenómenos físicos seleccionados para permitir un registro de eventos vigilados. Tal propósito básico de la metrología puede ser aplicado a una variedad de dispositivos de medición usados en un número de contextos. Un área amplia de medición se refiere, por ejemplo, a los medidores de servicios. Tal papel puede incluir específicamente, en tal contexto, la vigilancia del consumo ó producción de una variedad de formas de energía u otros servicios, por ejemplo, incluyendo, pero no limitándose a electricidad, agua, gas ó aceite.

Más particularmente en relación a los medidores de electricidad, las formas mecánicas de registros se han usado históricamente para sacar datos de consumo de electricidad acumulados. Tal acercamiento proporciona un dispositivo de campo relativamente confiable, especialmente para una tarea de nivel relativamente inferior ó básica de vigilar simplemente el consumo de kilowatt-hora acumulado.

.La forma mecánica basa anterior de registro fue típicamente limitada en su modo de salida, de manera que solo puede ser lograda una función de metrología de nivel muy bajo ó básico. Subsecuentemente, las formas electrónicas de los dispositivos de metrología comenzaron a ser introducidas, para permitir niveles relativamente superiores de vigilancia, involucrando diferentes formas y modos de datos.

En el contexto de los medidores de electricidad específicamente, para una variedad de propósitos de administración y de facturación, ha sido deseable el obtener datos de uso más allá de las lecturas de consumo de kilowatt-hora disponibles con muchos medidores de electricidad. Por ejemplo, los datos deseados adicionales incluyen tasa de consumo de electricidad, ó pueden incluir la fecha y el tiempo de consumo (los llamados datos de "tiempo de uso"). Los dispositivos de estado sólido proporcionados sobre tableros de circuito impreso, por · ejemplo, utilizando componentes de circuito integrado programables , han proporcionado herramientas efectivas para implementar muchas de las funciones de vigilancia de nivel superior deseadas en el contexto de medidor de electricidad .

'Además de la introducción benéfica de las formas electrónicas de metrología, se han introducido una variedad de registros electrónicos con ciertas ventajas. Aún además, se han introducido otras formas de salida de datos y son benéficas para ciertas aplicaciones, incluyendo las transmisiones alámbricas, los datos sacados a través de transmisión de frecuencia de radio, la salida de pulsación de datos y la conexión de línea de teléfono a través de tales como enlaces inalámbricos (tal como celular) y/o modem.

El advenimiento de tal variedad y alternativas frecuentemente ha requerido que las compañías de prestación de servicios proporcionen mecanismos de recolección de datos en donde los datos apropiados pueden ser recolectados en ambientes que son frecuentemente hostiles a tal recolección de datos. Por ejemplo, el ruido eléctrico que emana de fuentes cerca de las funciones de percepción de medidor de electricidad puede constituir una fuente de error en los datos recolectados. Cualquiera de tales errores puede ser muy problemático al aumentar la complejidad del análisis de señal requerido ó deseado .

'Los medidores de electricidad típicamente incluyen el circuito de entrada para recibir voltaje y señales de corriente ó niveles en el servicio eléctrico. El circuito de entrada de cualquier tipo de diseño específico para recibir las señales de corriente de servicio eléctrico se menciona aquí generalmente como circuito de adquisición de corriente, mientras que el circuito de entrada de cualquier tipo ó diseño para recibir las señales de voltaje de servicio eléctrico se menciona aquí generalmente como circuito de adquisición de voltaje. Hay asuntos relacionados a la medición del voltaje y la corriente que presentan sus propios problemas. Uno de tales problemas se refiere al rango dinámico de las cantidades medidas durante la operación. Bajo condiciones de operación más ó menos normales, el voltaje variará solo sobre un rango dinámico relativamente pequeño al ser controlado el rango de voltaje por el servicio que suministra la energía. Típicamente este rango es de +/- 20% del voltaje nominal. Para un sistema de 120 voltios, se requiere por tanto un dispositivo de medición para mantener una exactitud sobre un rango de desde 96 a 144 voltios ó sobre un rango dinámico de 1.5:1.

Las mediciones de corriente, por otro lado, presentan un problema significativamente diferente en que una amplia variedad de corriente depende de las cargas que están siendo operadas por el consumidor, así como que depende, por ejemplo, del tiempo del día y/o de la estación del año. Los estándares típicos requieren que un dispositivo de medición mantenga la exactitud sobre un rango de entre 1.5-200 amperes. Tal rango dinámico relativamente incrementado (calculado en tal ejemplo a 133:1) para las mediciones de corriente hace a una medición típica de corriente RMS mucho más difícil que la medición del voltaje RMS.

El circuito de entrada de medidor de electricidad puede ser proporcionado con capacidades de vigilar una ó más fases, dependiendo de si la vigilancia va a ser proporcionada en cualquiera un ambiente de fase única ó de fases múltiples. Sin embargo, es deseable que el circuito que puede ser configurado selectivamente pueda ser proporcionado como para ser capaz de proporcionar servicios nuevos ó alternos ó capacidades de procesamiento dentro de un dispositivo de medición existente. Tales variaciones en las capacidades ó ambientes de vigilancia deseados, sin embargo, llevan al requerimiento de que un número de configuraciones de metrología diferentes se diseñen para acomodar el número de fases requeridas ó deseadas para ser vigiladas ó para proporcionar una capacidad de procesamiento alterna ó adicional dentro de un medidor de servicio.

Como tal, se desea el proporcionar una tecnología de metrología que permite a la recolección de datos exactos sin importar el ambiente en el cual está instalado el dispositivo de metrología y la carga bajo la cual opera la fuente de suministro, por ejemplo, para proporcionar un dispositivo de metrología el cual es aplicable universalmente con respecto al ambiente .

-Aún cuando varios aspectos e incorporaciones alternas pueden ser conocidos en el campo de la medición de servicio, ningún diseño ha surgido que abarque generalmente las características antes mencionadas y otras características deseables asociadas con la tecnología de medición de servicio de utilidad como se presentó aquí.

Varias descripciones se refieren a diseños relativos a la reducción de ruido de señal, incluyendo las siguientes patentes y artículos: patente de los Estados Unidos de América número 6,498,820 Bl intitulada Estimador de Frecuencia de Complejidad Baja y Método de Cancelación de Interferencia y Dispositivo de Thompson y otros; 6,330,275 Bl intitulada Método y Aparato para Superar Perturbaciones Periódicas en Circuitos de Suscriptor Digital de Bremer; 6,018,364 intitulada Método de Muestreo Doble Correlacionado y Aparato de Mangelsdorf ; 5,966,684 intitulada Método y Aparato para Cancelar Interferencia Eléctrica Periódica de Richardson y otros; 4,885,722 intitulada Método para Remover Ruido de Baja Frecuencia de Registros con Impulso de Datos de Leland; "Conversión A/D Inclinación Dual de Velocidad de Técnicas de Integración Numérica", Grandbois y otros, Michochip AN788, ® 2002 Microchip Technology, Inc.; y "Mejora de Resolución Espectral y la Presencia de Ruido Periódico y Microfónicos para Espectrometría de Rayo Gama de Detector de Hiper Germanio Usando un Filtro Nuevo Digital", de Schultz y otros, ORTEC, Advanced Measurement Technology, Inc., Septiembre 29, 2004.

Las descripciones de las publicaciones y patentes de los Estados Unidos de América anteriores son para todos los propósitos incorporadas aquí en esta solicitud con referencia a las mismas.

Aún cuando las varias implementaciones de dispositivos de metrología se han desarrollado y se han también desarrollado varias técnicas de filtrado de ruido, no ha surgido ningún diseño que abarque generalmente todas las características deseadas como están presentadas aquí de acuerdo con la tecnología específica.

SÍNTESIS DE LA INVENCIÓN En vista de las características reconocidas encontradas en el arte previo y mencionadas por la presente materia específica, se ha proporcionado un aparato mejorado y una metodología correspondiente para filtrar el ruido de las señales de datos recolectadas.

En un objeto presente más amplio, la metodología de filtrado ' de señal y el aparato correspondiente son proporcionados para reducir ó remover el efecto del ruido al azar de las señales periódicas de interés.

En una de sus formas más simples, la presente tecnología proporciona ventajosamente el filtrado de un espectro amplio de un contenido de ruido de señal de una señal de interés .

Otro aspecto ventajoso de la presente materia objeto de filtrado de señales que ésta puede ser proporcionada mediante el muestreo de una forma de onda de señal periódica en diferentes puntos de un número de Ciclos de señal periódica consecutiva y promediando las muestras recolectadas para producir una señal corregida.

Aún otro objeto más específico del filtrado de señal presente es que el número de Ciclos consecutivos en el cual las muestras son tomadas y promediadas puede en ciertas incorporaciones presentes ser seleccionado como para estar relacionado inversamente a la amplitud de señal de ruido, de manera que al disminuir el nivel de señal de ruido, el número de Ciclos examinados aumenta, para por tanto proporcionar una señal más exacta.

Otro objeto presente del filtrado de señal específica es que mientras éste generalmente se aplica solo a una banda de frecuencia amplia de señales de ruido con uso generalmente en asociación con tipos de sensores específicos, la técnica puede no obstante, ser aplicada a cualquier señal en donde una señal de ruido al azar está de otra manera presente en una señal periódica de interés.

Los objetos adicionales y las ventajas de la presente materia específica se establecen en, ó serán evidentes para aquéllos con una habilidad ordinaria en el arte de la descripción detallada que sigue aquí. También, deberá ser apreciado qúe las modificaciones y variaciones a las características específicamente ilustradas, referidas y discutidas, los elementos y pasos presentados aquí pueden practicarse en varias incorporaciones y usos de la presente materia específica sin departir del espíritu y alcance de la materia específica. Las variaciones pueden incluir, pero no se limitan, a la sustitución de medios equivalentes, características ó pasos para aquéllos ilustrados, mencionados ó discutidos y la inversión funcional, operacional ó de posición de varias partes, características, pasos, ó similares.

Aún más, deberá entenderse que las diferentes incorporaciones así como las incorporaciones actualmente preferidas y diferentes, de la presente materia específica pueden incluir varias combinaciones ó configuraciones de las características actualmente descritas, pasos, ó elementos ó sus equivalentes incluyendo combinaciones de las características, partes ó pasos ó configuraciones de las mismas no mostradas expresamente en las figuras ó declaradas en la descripción detallada de tales figuras.

Una incorporación de ejemplo presente se refiere a un aparato de medición incluyendo el filtrado de señal para remover ó reducir el ruido al azar de una señal ó señales de interés. Tal incorporación de ejemplo preferiblemente incluye por lo menos un sensor para proporcionar por lo menos una salida de señal de inicial; y circuitos de estado sólido para recibir tal por lo menos una salida de señal inicial de tal por lo menos un sensor, el muestreo tal como por lo menos una salida de señal inicial en diferentes puntos respectivos de un número predeterminado de Ciclos de señal periódica consecutivos de los mismos, y promediando tales muestras de punto respectivo para producir una señal de suma para evaluar las características de forma de onda de tal señal de suma. Ventajosamente para tal incorporación de ejemplo, tal señal de suma ha reducido el ruido al azar en relación a tal por lo menos una salida de señal inicial.

En las incorporaciones alternas de lo anterior, tal circuito de estado sólido puede en ciertos casos ser operado de manera que tal número predeterminado de Ciclos consecutivos muestreados incrementa con una disminución en la amplitud de señal de tal por lo menos una salida de señal inicial. También, en tales alternativas, los sensores pueden ser proporcionados en forma variada en plural y configurados para usarse en sistemas de fases múltiples. Aún además en varias alternativas presentes, los sensores pueden en forma variada ser configurados para vigilar el consumo ó la producción de una variedad de formas de energía u otros servicios tal como por lo menos la electricidad, agua, gas y aceite.

En otra incorporación de ejemplo presente, un medidor de electricidad puede ser proporcionado con el filtrado mejorado de ruido al azar, y preferiblemente incluye los sensores de efecto Hall para percibir por lo menos una de las señales de corriente y voltaje, y proporcionar por lo menos una salida de señal inicial; y un tablero de metrología para recibir tal por lo menos una salida de señal inicial de tales sensores de efecto Hall, el muestreo de tal por lo menos una salida de señal inicial en diferentes puntos respectivos de un número predeterminado de Ciclos de señal periódica consecutivos de los mismos, y promediar tales muestras de punto respectivo para producir una señal de suma para procesar cálculos RMS basados sobre tal señal de suma, por lo que tal señal de suma ha reducido el ruido al azar de baja frecuencia en relación a tal por lo menos una salida de señal inicial. En ciertas incorporaciones alternas de las mismas, tal tablero de metrología puede preferiblemente incluir un amortiguador para almacenar tales muestras de punto respectivo de tal número predeterminado de Ciclos consecutivos muestreados de tal por lo menos una salida de señal inicial. En otras alternativas presentes, tales sensores de efecto Hall pueden ser configuradas para usarse en sistemas de fases múltiples y/o ser operadas para percibir señales de corriente, con tal tablero de metrología operado para tomar muestras sincrónicamente de tales señales de corriente percibidas en diferentes puntos respectivos de los Ciclos de señal periódicos consecutivos de los mismos.

En aún otra incorporación de ejemplo presente, un medidor de electricidad electrónico puede ser proporcionado, preferiblemente comprendiendo un circuito de entrada para recibir desde una fuente de suministro señales de servicio eléctrico que van a ser medidas, incluyendo la adquisición de circuitos para la salida de señales de corriente de servicio eléctrico desde las mismas, y circuitos de adquisición de voltaje para sacar señales de voltaje de servicio eléctrico de las mismas. Tal medidor además preferiblemente incluye un tablero de metrología para recibir tales señales de voltaje de servicio eléctrico y tales señales de corriente de servicio eléctrico, tomar muestras sincrónicamente de tales señales en diferentes puntos respectivos de un número predeterminado de Ciclos de señal periódicos consecutivos de los mismos y promediar tales muestras' de punto respectivas para producir las señales corregidas sobre las cuales están basados los cálculos RMS . Aún además tal número predeterminado de Ciclos de señal periódica consecutivos pueden ser inversos a la amplitud de tales señales, por lo que tales señales corregidas tienen un ruido al azar de baja frecuencia reducido en relación a tales señales de servicio eléctricas, para una medición mejorada exacta sin importar el ambiente en el cual el medidor de electricidad está instalado y sin importar la carga bajo la cual opera la fuente de suministro para el circuito de entrada.

En las alternativas del medidor de electricidad electrónico anteriores, tal circuito de adquisición de corriente y los circuitos de adquisición de voltaje pueden ser configurados para usarse en sistemas de fases múltiples. Aún más, tal tablero de metrología puede ventajosamente incluir un amortiguador para almacenar tales muestras de punto respectivo de tal número predeterminado de Ciclos consecutivos tomados de muestra de t.ales señales. En alternativas adicionales, tal tablero de metrología puede ser operado para muestrear sincrónicamente las señales de corriente de servicio eléctrico en diferentes puntos respectivos de los Ciclos de señal periódica consecutivos de los mismos, la frecuencia cuyos puntos respectivos por Ciclo de señal es un múltiplo entero de la frecuencia de línea de la fuente de suministro en la cual está instalado dicho medidor de electricidad.

.Deberá entenderse que la presente materia específica se refiere igualmente a una metodología correspondiente. Un ejemplo de tal metodología presente se refiere al filtrado de señal para remover los efectos de una señal de ruido de baja frecuencia periódica de una señal de interés. Tal metodología de ejemplo puede comprender el muestreo de una forma de onda de señal de una señal inicial de interés en diferentes puntos respectivos de un número de Ciclos de señal de ruido periódico consecutivas; y después promediar las muestras recolectadas de los diferentes puntos respectivos para producir una señal de interés corregida.

En . aún otras alternativas de la metodología de ejemplo anterior (la formación de metodologías presentes de ejemplo adicionales) , el número de Ciclos consecutivos en los cuales son tomadas las muestras respectivas y promediadas pueden ser predeterminados. También, en otras alternativas, tal número predeterminado de Ciclos consecutivos en los cuales son tomadas las muestras respectivas y promediadas pueden ser relacionados inversamente a la amplitud de la señal inicial de interés de tal manera que al disminuir el nivel de amplitud de señal, aumenta el número de Ciclos examinados.

En otras metodologías presentes, la señal inicial de interés puede ser la salida de los sensores de efecto Hall en un ambiente de metrología eléctrico, y/o con tales sensores de efecto Hall operados en un medidor de electricidad, de manera que la metodología puede además incluir el usar tal señal corregida de interés para los cálculos RMS. Otras alternativas pueden incluir la práctica de la presente metodología básica con una señal inicial de interés es una señal interna en un ambiente de metrología, con la señal corregida resultante de interés evaluada para las características de forma de onda de las mismas con el ruido al azar reducido de las mismas por tal filtrado de señal. Cuando se usó en un ambiente de metrología, éste puede incluir la vigilancia del consumo ó producción de una variedad de formas de energía u otros servicios, tal como por lo menos uno de electricidad, agua, gas y aceite.

Las incorporaciones adicionales de la presente materia específica, no necesariamente expresadas en la sección de síntesis, pueden incluir e incorporar varias combinaciones y aspectos de características, componentes ó pasos mencionados en los objetos resumidos arriba, y/u otros componentes, características ó pasos como se discute de otra manera en esta solicitud. Aquéllos con una habilidad ordinaria en el arte entenderán mejor las características y aspectos de tales incorporaciones y otros, de la revisión del resto de la descripción .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Una descripción completa y habilitante de la presente materia específica, incluyendo el mejor modo de la misma como dirigido a uno con una habilidad ordinaria en el arte se establece la descripción la cual hace referencia a las figuras anexas en las cuales: La figura 1 ilustra un muestreo sincrónico de Ciclos consecutivos de una forma de onda periódica; La figura 2 ilustra una metodología de muestreo de Ciclo consecutivo segmentado de acuerdo con la presente tecnología; La figura 3 ilustra un compuesto. de Ciclos tomados de muestra consecutivamente plurales, cuyos valores pueden ser usados de acuerdo con la presente tecnología para remover el ruido periódico del cálculo RMS; y La figura 4 es una vista isométrica de fondo y generalmente lateral de un medidor de servicio de ejemplo empleando tableros de circuito respectivos plurales los cuales pueden estar integrados en una implementación de acuerdo con la presente materia específica.

El uso repetido de caracteres de referencia a través de la presente descripción y de los dibujos anexos se intenta que represente las mismas ó análogas características, elementos ó pasos de la presente materia específica.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS INCORPORACIONES PREFERIDAS Como se discutió en la síntesis de la invención, la presente materia específica está particularmente referida a la metodología y aparatos correspondientes para reducir ó eliminar el ruido al azar de una señal ó señales de interés, y en particular, una señal tal como puede ser usada para calcular los valores RMS para una cantidad medida, y, también en particular, a una señal periódica de interés.

La combinación seleccionada de los aspectos de la tecnología discutida corresponde a una pluralidad de incorporaciones diferentes de la presente materia específica. Deberá notarse que cada una de las incorporaciones de ejemplo presentadas y discutidas aquí no debe insinuar limitaciones de la presente materia específica. Las características ó pasos ilustrados ó descritos como parte de una incorporación pueden ser usados en combinación con aspectos de otra incorporación para dar aún incorporaciones adicionales. Adicionalmente, 1 ciertas características pueden ser intercambiadas con dispositivos ó características similares no mencionados expresamente los cuales llevan a cabo una función idéntica ó similar .

Además, deberá apreciarse que, mientras la discusión generalmente aquí se refiere a específicamente medidores de electricidad y específicamente sensores incluyendo los sensores de efecto Hall, esto no es una limitación de la presente tecnología. En general, la presente tecnología puede ser aplicada a cualquier forma de procesamiento de señal en donde la eliminación ó reducción del ruido al azar de una señal periódica ó de señales periódicas de interés puede ser deseable.

•Refiriéndonos ahora a en detalle a las incorporaciones actualmente preferidas del aparato y metodología correspondientes específicos para mejorar los cálculos RMS i mediante el filtrado del ruido al azar. Refiriéndonos ahora a los dibujos, la figura 1 ilustra una secuencia de tres Ciclos consecutivos denotados para los propósitos de ejemplo presentes como Ciclo 1, Ciclo 2 y Ciclo 3 de una forma de onda de muestra generalmente 100. En la presente incorporación de ejemplo, la forma de onda puede corresponder a una señal de corriente vigilada en un circuito eléctrico. Deberá apreciarse que aún cuando la ilustración a la figura 1 puede ser más representativa de un sistema de fase única, esto es solamente de ejemplo, ya que la presente tecnología puede ser aplicada a sistemas de fases plurales ó múltiples.

Con referencia adicional a la figura 1, se verá que se han ilustrado tres Ciclos como habiendo sido objeto de muestra sincrónicamente. En tal incorporación de ejemplo, los Ciclos ilustrados se han probado dieciséis veces cada uno de tal manera que el Ciclo 1 es asignado a las muestras 0-15 (por ejemplo muestra 1 a 15, etc.), el Ciclo 2 es asignado a las muestras 16-31, y el Ciclo 3 es asignado a las muestras 32-47. De acuerdo con la tecnología presente, las muestras de una forma de onda de corriente se toman a una frecuencia a la cual es un múltiple entero de la frecuencia de línea del sistema en el cual es utilizado el aparato de medición. Por tanto, se contempla que aún cuando la presente incorporación de ejemplo empleo dieciséis muestras por Ciclo, pueden ser tomados números variables de muestras por Ciclo en una implementacion particular cualquiera de la presente tecnología (de acuerdo con la presente descripción) ' aún cuando el número de muestras por Ciclo permanecerá constante en una cualquiera de las implementaciones.

Aún cuando .un aspecto de la presente tecnología es el de mejorar la exactitud de la medición sobre un rango dinámico amplio de valores de corriente medidos, los puntos de muestra son configurados ventajosamente como para depender de la frecuencia de línea como se representó por el voltaje de sistema. Una de las ventajas presentes de tal selección de la frecuencia de' línea de voltaje del sistema está enraizado en el hecho actualmente notado arriba-por ejemplo que el rango dinámico de valores de voltaje en un sistema es significativamente menor, que aquél de los valores de corriente ya que tal rango dinámico de valores de voltaje depende primariamente de el suministro de servicio de utilidad. Los puntos de muestreo exactos pueden, por tanto, ser obtenidos de acuerdo con un aspecto de la presente materia específica mediante el emplear un circuito de frecuencia cerrada (FLL) cerrado a la' forma de onda de voltaje, para proporcionar una medición exacta del número entero seleccionado de muestras de la forma de onda actual que se va a tomar.

Como se apunto previamente, uno de los asuntos involucrados con las metodologías de cálculo RMS involucra la inclusión no deseable de ruido de señal como resultando en cálculos no exactos. La presente tecnología se refiere a este asunto mediante el realizar que el ruido al azar del tipo que produce partes significantes del error de cálculo resulta del ruido que tiene un valor promedio de cero. Tomando en consideración tal entendimiento actualmente descrito de la fuente de ruido, la tecnología actual toma ventaja de tal caracterización de ruido mediante el promediar las muestras de varios Ciclos juntas para obtener un valor compuesto que puede ser usado en cálculos previamente empleados para producir un resultado libre de ruido.

'Uno de los problemas con la metodología de cálculo RMS clásica es que el ruido es cuadrado junto con la señal ó señales de interés, y por tanto produce errores en el cálculo RMS. El cálculo RMS tradicional estipula que: en donde i (n) = Individual Muestra Tomada_en_Tiempo_n La presente tecnología (abarcando ambos el aparato y la metodología correspondiente) proporciona un valor filtrado para las muestras individuales que remueven efectivamente el componente de ruido antes de que sean usados los valores de muestra filtrados para calcular el valor RMS para la forma de onda vigilada'.

Con referencia ahora a la figura 2, ahí se ilustra una secuencia de ejemplo de tres Ciclos tomados de muestra 200, 210 y 220 que corresponden a tres formas de onda de Ciclo generalmente 100 ilustrados en la figura 1. Como se representó en la figura 2, los valores de muestra individuales de los tres Ciclos 200, 210 y 220 van a ser agregados juntos para producir, como se ilustró en la figura 3, una forma de onda compuesta ó resumida generalmente 300.

Con referencia a la figura 3, se observará que los dieciséis puntos de muestra individuales sobre el Ciclo resumido 300 corresponden en valor a los valores resumidos de los puntos de muestra igualados de los Ciclos 200, 210 y 220 ilustrados en la figura 2 de ejemplo presente. Por tanto, de acuerdo con la presente materia específica, un primer punto de muestra 310 sobre la forma de onda resumida 300 corresponde a la suma de los valores de la muestra "0" del Ciclo 1 más el valor de la muestra "16" del Ciclo 2 y el valor de la muestra "32" del Ciclo 3. En forma similar, un segundo punto de muestra 312 sobre la forma de onda resumida 300 corresponde a la suma de los valores de la muestra "6" del Ciclo 1 mas el valor de la muestra "22" del Ciclo 2 y el valor de la muestra "38" del Ciclo 3. Las catorce muestras restantes sobre el ciclo resumido 300 pueden similarmente ser obtenidas de acuerdo con la presente materia específica.

En general, las ecuaciones por la materia específica presente, para el ejemplo presente representado por el ciclo resumido generalmente 300 son: i (n) =i (n) +1 (n+Número_de_Muestras_jpor_ciclo+i (n+2*Número_de_Muest ras_por_ciclo) ,de manera que, por ejemplo, con 16 , por ej emplo 16 muestras por ciclo: i(0)=i(0) + i (16) + i (32) + etc. i(l)=i(l) + i (17) + i(33) +etc.

Después del resumen del número seleccionado de muestras de las muestras resumidas, un cálculo RMS tradicional usando las muestras promedio puede ser llevado a cabo como : en donde X = Número_de_Muestras_por_Ciclo Y = Número_de_Ciclos_Resu idos .

En la configuración de ejemplo anterior de la tecnología presente, el número de muestras por ciclo X en la ecuación anterior, se puso a 16 mientras que el número de ciclo resumido Y fúe puesto a 3. Ambos de estos valores pueden ser cambiados de acuerdo con la presente tecnología. En particular, el valor Y designando el número de ciclos resumidos puede ser variado dinámicamente dependiendo de la amplitud de la señal medida. Mediante el variar el número de ciclos resumidos de acuerdo con la presente materia específica, el algoritmo es más rápidamente adaptado a los cambios de amplitud. Mediante el usar las muestras promediadas de tiempo para filtrar el ruido al azar de la señal ó señales de interés, la metodología de la presente tecnología reduce los requerimientos generales para el filtrado complejo y , solo confía encías amortiguar y promediar las muestras sincronizadas para un número dado de ciclos de línea. Mediante el aumentar el tamaño de amortiguador, los números más grandes de ciclos de línea pueden ser acumulados y por tanto reducir la frecuencia de corte de filtro. En tal manera, la mayoría del contenido de frecuencia baja del ruido puede ser reducida.

Con referencia a la figura 4, ahí se ilustran generalmente las vistas isométricas lateral y de fondo generalmente de un medidor de servicio de utilidad de ejemplo 400 incorporando los circuitos de estados sólidos los cuales a su vez pueden incorporar en forma variada la presente materia específica con referencia a los cálculos RMS de metrología. Los dispositivos de estado sólido proporcionados sobre los tableros de circuito impreso, tal como utilizando los componentes de circuito integrado programables ó similares, pueden ser usados por ejemplo, para implementar los presentes cálculos RMS de metrología de otra manera discutidos en la presente descripción. Aún cuando el ejemplo presente específico de tal está ilustrado, el cual sucede que usa tres tableros de circuito diferentes, deberá entenderse por aquéllos con una habilidad ordinaria en el arte que la presente materia específica puede ser practicada en una amplia variedad de configuraciones alternas tal como involucrando otros números de tableros de circuito y/o interconexiones de las mismas. Tales variaciones se intenta que caigan dentro del alcance de la presente materia específica, como entenderán aquéllos con una habilidad ordinaria en el arte de otros aspectos generales de medidores de electricidad .en los cuales pueda ser incorporada la presente materia específica, cuyos aspectos generales no forman una parte particular de lá presente materia específica.

En el ejemplo presente representado en la figura 4, el medidor de servicio de utilidad de ejemplo 400 incluye un miembro de base 410 al cual puede ser sujetado un tablero de circuito impreso (PCB) 420 que puede corresponder, por ejemplo, a un tablero de alambrado impreso de metrología (PWB) . En general, la . presente materia específica generalmente será implementada en cálculos que van a ser llevados a cabo en tal sección/funcionalidad de metrología de la materia, con base en entradas a la misma de otra manera derivadas de la asociación del medidor con una instalación (detalles de los cuales se conocen por aquéllos con una habilidad ordinaria en el arte y no de otra manera mostraos aquí como que forman un aspecto particular de la presente materia específica) . Un conector generalmente 430 está representado como tal que puede ser unido a indicios de conector sobre una parte de orilla de un tablero de circuito impreso 420. En una manera similar, otros tableros asociados de medidor de electricidad 400 pueden ser implementados como se mostró, ó estos pueden ser implementados en alguna otra forma, detalles de los cuales no forman un aspecto presente particular. Por ejemplo, tal como un tablero de alambrado impreso de opciones que corresponde a un tablero de circuito impreso 440 puede enchufarse en una ranura correspondiente del conector representativo 430. Aún además por vía de ejemplo solamente, un tablero de alambrado impreso de registro representativo que corresponde a un tablero de circuito impreso 450 puede ser enchufado en otra ranura representativa del conector de ejemplo 430.

Como se represento, cada una de las varias posiciones de ranura del conector de ejemplo 430 pueden proporcionar conexiones eléctricas y/o soporte para el tablero de circuito impreso enchufado en las ranuras, y a través de tales conexiones eléctricas a través de las cuales los datos y/o la energía del tablero de circuito puede ser conducida entre los tres tableros de ejemplo como se desee en una incorporación dada. El medidor de utilidad de ejemplo generalmente 400, una vez ensamblado puede ser protegido mediante la colocación de una cubierta (tal como una hecha de vidrio ó Plexiglás - no mostrada pero que se conoce muy bien por aquéllos expertos en el arte) sobre los varios tableros de circuito (sin importar el número usado) y en un contacto de sellamiento con la base de medidor de utilidad 410 •(como se entiende mejor en el arte) .

Aún cuando' la presente materia específica se ha descrito en . detalle con respecto a las incorporaciones específicas de la misma, se apreciará por aquéllos expertos en el arte al lograr un entendimiento de lo anterior que pueden producirse fácilmente alteraciones, variaciones y equivalentes de tales incorporaciones. Por tanto, el alcance de la presente descripción por vía de ejemplo más bien que por vía de limitación, y la descripción específica no precluye la inclusión de tales modificaciones, variaciones y/o adiciones a la presente materia específica como será fácilmente evidente para uno con una habilidad, ordinaria en el arte.

Claims (33)

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Un aparato de medición que incluye un filtrado de señal para remover ó reducir el ruido al azar desde una señal ó señales de interés, que comprende: por lo menos un sensor para proporcionar por lo menos una salida de señal inicial; un circuito de estado sólido para recibir dicha por lo menos una salida de señal inicial desde dicho por lo menos un sensor, tomar muestra de dicha por lo menos una salida de señal inicial en diferentes puntos respectivos de un número predeterminado de ciclos de señal periódica consecutivos de la misma, y promediar tales muestras de punto respectivas para producir una señal de suma para evaluar las características de forma de onda de dicha señal de suma por lo que dicha señal de suma tiene un ruido al azar reducido en relación a dicha por lo menos una salida de señal inicial.

2. El aparato de medición tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque el circuito de estado sólido es operado de manera que un número predeterminado de ciclos consecutivos tomados de muestra aumenta con una disminución en una amplitud de señal de dicha por lo menos una salida de señal inicial.

.3. El aparato de medición tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque: dicho por lo menos un sensor incluye por lo menos un sensor de corriente para percibir la corriente y proporcionar por lo menos una salida de señal actual, y por lo menos un sensor de voltaje para percibir el voltaje y proporcionar por lo menos una salida de señal de voltaje; y ,un circuito de estado sólido es operado para recibir una selección de por lo menos una señal de salida de dicha señal de corriente y de las salidas de señal de voltaje, tomar muestras de tal una por lo menos señal de salida seleccionada en diferentes puntos respectivos de un número predeterminado de ciclos de señal periódica consecutivas de las mismas, y promediar tales muestras de punto respectivo para producir dicha señal de suma para procesar los cálculos RMS con base en la señal de suma, por lo que dicha señal de suma tiene un ruido al azar de baja frecuencia reducido en relación a dicha por lo menos una señal de salida seleccionada.

4. El aparato de medición tal y como se reivindica en la cláusula 3, caracterizado porque dicho por lo menos un sensor de corriente y dicho por lo menos un sensor de voltaje son plurales respectivamente, y configurados para usarse en sistemas de fase múltiple, para sacar salidas de señal de corriente múltiples y salidas de señal de voltaje múltiples de las mismas respectivamente.

5. El aparato de medición tal y como se reivindica en la cláusula 3, caracterizado porque dicho circuito de estado sólido es operado para tomar muestras sincrónicamente de dicha por lo menos una salida de señal de corriente en diferentes puntos respectivos de ciclos de señal periódico consecutivos de los mismos.

6. El aparato de medición tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque: dicho por lo menos un sensor comprende sensores de efecto Hall en un medidor de electricidad para percibir por lo menos una de las señales de voltaje y de corriente, y proporcionar por lo menos una salida de señal inicial; y 'dicho circuito de estado sólido incluye un tablero de metrología para recibir dicha por lo menos una salida de señal inicial de dichos sensores de efecto Hall, tomar muestras de dicha por lo menos una salida de señal inicial en diferentes puntos respectivos de un número predeterminado de ciclos de señal periódicos consecutivos de los mismos, y promediar tales muestras de punto respectivo para producir dicha señal de suma para procesar los cálculos RMS con base en dicha señal de suma, por lo que dicha señal de suma tiene un ruido al azar de frecuencia baja reducido en relación a dicha por lo menos una salida de señal inicial.

7. El aparato de medición tal y como se reivindica en la cláusula 6, caracterizado porque dicho tablero de metrología es operado de manera que dicho número predeterminado de ciclos consecutivos de muestra aumenta con una disminución en amplitud de señal de dicha por lo menos una salida de señal inicial.

,8. El aparato de medición tal y como se reivindica en la cláusula 6, caracterizado porque dichos sensores de efecto Hall están configurados para usarse en sistemas de fase múltiples, para sacar salidas de señal iniciales múltiples de los mismos respectivamente.

9. El aparato de medición tal y como se reivindica en la cláusula 6, caracterizado porque dichos sensores de efecto Hall son operados para percibir señales de corriente, y , dicho circuito de estado sólido es operado para tomar muestras sincrónicamente de dichas señales de corriente percibidas en diferentes puntos respectivos de los ciclos de señal periódicos consecutivos de las mismas.

10. El aparato de medición tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dicho por lo menos un sensor está configurado para vigilar el consumo ó producción dé una variedad de formas de energía u otros servicios.

11. El aparato de medición tal y como se reivindica en la cláusula 10, caracterizado porque dichos otros servicios incluyen por lo menos uno de electricidad, agua, gas y aceite.

12. Un medidor de electricidad con un filtrado mejorado de ruido al azar, comprende: sensores de efecto Hall para percibir por lo menos una de las señales de corriente y voltaje, y proporcionar por lo menos una salida de señal inicial; un tablero de metrología para recibir dicha por lo menos una salida de señal inicial de dichos sensores de efecto Hall, tomar muestras de dicha por lo menos una salida de señal inicial en ' diferentes puntos respectivos y un número predeterminado de ciclos de señal periódicos consecutivos de los mismos, y promediar tales muestras de punto respectivas para ' producir una señal suma para procesar los cálculos RMS con base en tal señal de suma, por lo que tal señal de suma tiene un ruido al azar de frecuencia baja reducido en relación a dicha por lo menos una salida de señal inicial.

13. Un medidor de electricidad tal y como se reivindica en la cláusula 12, caracterizado porque dicho tablero de metrología es operado de manera que el número predeterminado de ciclos consecutivos tomados de muestra aumenta con una disminución en la amplitud de señal de dicha por lo menos una salida de señal inicial.

14. Un medidor de electricidad tal y como se reivindica en la cláusula 12, caracterizado porque dicho tablero de metrología incluye un amortiguador para almacenar dichas muestras de punto respectivas de dicho número predeterminado de ciclos consecutivos de muestra de dicha por lo menos una salida de señal inicial .

•15. Un medidor de electricidad tal y como se reivindica en la cláusula 12, caracterizado porque dichos sensores de efecto Hall están configurados para usarse en sistemas de fase múltiples, para sacar salidas de señal inicial múltiples de los mismos, respectivamente.

16. Un medidor de electricidad tal y como se reivindica en la cláusula 12, caracterizado porque dichos sensores de efecto Hall son operados para percibir las señales de corriente, y dicho tablero de metrología es operado para tomar muestras sincrónicamente de dichas señales de corriente percibidas en diferentes puntos respectivos de dichos ciclos periódicos consecutivos de los mismos.

17. Un medidor de electricidad tal y como se reivindica en la cláusula 16, caracterizado porque dicha frecuencia de puntos respectivos por ciclo de señal es un múltiplo entero de la frecuencia de línea de la fuente de suministro en la cual está instalado el medidor de electricidad.

18. Un medidor de electricidad electrónico que comprende : un circuito de entrada para recibir de dicha fuente de suministro señales de servicio eléctrico que van a ser medidas, incluyendo circuito de adquisición de corriente para sacar señales de corriente de servicio eléctrico del mismo, y un circuito de adquisición de voltaje para sacar señales de voltaje de servicio eléctrico del mismo; y 'un tablero de metrología para recibir dichas señales de voltaje de servicio eléctrico y dichas señales de corriente de servicio eléctrico, tomar muestras sincrónicamente de dichas señales en diferentes puntos respectivos de un número predeterminado de ciclos de señal periódica consecutivos de los mismos, y promediar tales muestras de punto respectivo para producir las señales corregidas sobre las cuales están basadas los cálculos RMS, con dicho número predeterminado de ciclos de señal periódica consecutivos siendo inverso a la amplitud de dichas señales, por lo que las señales corregidas tienen un ruido al azar de baja frecuencia reducido en relación a dichas señales de servicio eléctrico, para una medición de exactitud mejorada sin 'importar el ambiente en el cual está instalado el medidor de electricidad y sin importar la carga bajo la cual opera la fuente de suministro del circuito de entrada.

19. Un medidor de electricidad electrónico tal y como se reivindica en la cláusula 18, caracterizado porque dicho circuito de adquisición de corriente y el circuito de adquisición de voltaje están configurados para usarse en sistemas de fases múltiples, para sacar señales de corriente de servicio eléctrico múltiples y señales de voltaje de servicio eléctrico múltiples de los mismos respectivamente.

20. Un medidor de electricidad electrónico tal y como se reivindica en la cláusula 18, caracterizado porque dicho tablero de metrología incluye un amortiguador para almacenar dichas muestras de punto respectivas de dicho número predeterminado de ciclos consecutivos de muestra de dichas señales.

21. Un medidor de electricidad electrónico tal y como se reivindica en la cláusula 18, caracterizado porque dicho número predeterminado de ciclos de señal periódica consecutivos es por lo menos de tres, y el número de puntos respectivos diferentes sincrónicamente muestreados por ciclo es por lo menos de dieciséis.

22. Un medidor de electricidad electrónico tal y como se reivindica en la cláusula 18, caracterizado porque dicho tablero de metrología es operado para tomar muestras sincrónicamente de dichas señales de corriente de servicio eléctrico en diferentes puntos respectivos y un número predeterminado de ciclos de señal periódica consecutivos de las mismas, y promediar tales muestras de punto respectivas para producir las señales de corriente corregidas sobre las cuales están basados los cálculos RMS .

23. Un medidor de electricidad electrónico tal y como se reivindica en la cláusula 22, caracterizado porque dicho tablero de metrología es operado para tomar muestras sincrónicamente de dichas señales de corriente de servicio eléctrico en diferentes puntos respectivos de los ciclos de señal periódicos consecutivos de los mismos, la frecuencia de cuyos puntos respectivos por ciclo de señal es un múltiple entero de la frecuencia de línea de la fuente de suministro en la cual está instalado el medidor de electricidad.

24. Un medidor de electricidad electrónico tal y como se reivindica en la cláusula 18, caracterizado porque dicho tablero de metrología es operado para tomar muestras sincrónicamente de dichas señales de corriente de servicio eléctrico en diferentes puntos respectivos de un número predeterminado de ciclos de señal periódica consecutivos de los mismos, la frecuencia de cuyos puntos respectivos por ciclo de señal es un múltiplo entero de la frecuencia de línea del voltaje de la fuente de suministro en la cual el medidor de electricidad está instalado, y promediar tales muestras de punto respectivas para producir las señales de corriente corregidas sobre las cuales están basados los cálculos RMS .

'25. Un medidor de electricidad electrónico tal y como se reivindica en la cláusula 24, caracterizado porque además comprende un circuito cerrado de frecuencia (FLL) cerrado a la forma de onda de voltaje de la fuente de suministro en la cual está instalado el medidor de electricidad, para determinar dicha frecuencia de línea de la misma para ' determinar la frecuencia de suministro de dichos puntos respectivos por ciclo de señal .

'26. Una metodología para el filtrado de señal para remover los efectos de una señal de ruido de baja frecuencia periódica de una señal de interés, dicha metodología comprende : tomar muestras de una forma de onda de señal de una señal inicial de interés en diferentes puntos respectivos de un número de ciclos de señal de ruido periódica consecutiva; y promediar las muestras recolectadas de diferentes puntos respectivos para producir una señal de interés corregida.

'27. Una metodología tal y como se reivindica en la cláusula 26, caracterizada porque el número de ciclos consecutivos en los cuales las muestras respectivas son tomadas y promediadas es predeterminado.

28. Una metodología tal y como se reivindica en la cláusula 27, caracterizada porque el número predeterminado de ciclos consecutivos en los cuales son tomadas las muestras respectivas y promediadas está inversamente relacionado a la amplitud de 'la señal inicial de interés de manera que al disminuir tal nivel de amplitud de señal, aumenta el número examinado de ciclos.

29. Una metodología tal y como se reivindica en la cláusula 26, caracterizada porque la señal inicial de interés es l'a salida de los sensores de efecto Hall en un ambiente de metrología eléctrica.

30. Una metodología tal y como se reivindica en la cláusula 29, caracterizada porque: dichos sensores de efecto Hall son operados en un medidor de electricidad; y 'dicha metodología además incluye el usar tal señal corregida de interés de los cálculos RMS.

31. Una metodología tal y como se reivindica en la cláusula 26, caracterizada porque: la señal inicial de interés es una señal interna en un ambiente de metrología; y 'dicha metodología además comprende el procesar la señal de interés corregida como para evaluar las características de forma de onda de la misma con un ruido al azar reducido del mismo por tal filtrado de señal.

32. Una metodología tal y como se reivindica en la cláusula 31, caracterizada porque el ambiente de metrología incluye el vigilar el consumo ó la producción de una variedad de formas de energía u otros servicios.

33. Una metodología tal y como se reivindica en la cláusula , 32, caracterizada porque los otros servicios incluyen por lo menos uno de electricidad, agua, gas y aceite. R E S U M E N Esta diseñada una técnica de filtrado de señal para remover el ruido. Se toma una muestra de una forma de onda de señal en diferentes puntos de un número de ciclos de señal de ruido periódicos y las muestras recolectadas son promediadas para producir una señal corregida. El número de ciclos consecutivos en los cuales las muestras son tomadas y promediadas está relacionado inversamente a la amplitud de señal de manera que al disminuir el nivel de señal, aumenta el número de ciclos examinados. La técnica es particularmente aplicable a las señales periódicas asociadas con la salida de sensores de efecto Hall en un ambiente de metrología eléctrica. Los cálculos RMS mejorados son obtenidos para filtrar el ruido al azar de baja frecuencia de los sensores Hall mediante el promediar las muestras en diferentes puntos del ciclo de señal para crear un ciclo de señal deseado compuesto para facilitar otros cálculos de señal .