CN105102938A - 用于确定风速的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示用于确定有效风速的系统。一种系统包含第一检测器、第二检测器及处理单元。所述第一检测器包含：经加热温度感测元件，其具有加热器及第一温度传感器；及第一壳体，其至少部分装纳所述经加热温度感测元件。所述第二检测器包含：未加热温度感测元件，其具有第二温度传感器；第二壳体，其至少部分装纳所述未加热温度感测元件。所述处理单元可适于根据以下各项且根据算法或值表确定所述有效风速：所述经加热温度感测元件处的温度、所述未加热温度感测元件处的温度及/或这些温度之间的差。所述经加热温度感测元件及所述未加热温度感测元件以及其相应第一壳体及第二壳体是共线的，在导体近端且平行于所述导体，且受屏蔽件保护免受降水的影响。

Description

用于确定风速的系统及方法

相关申请案的交叉参考

在以下各项中揭示并主张相关标的物：2011年9月22日提出申请的国际申请案PCT/US2011/001632、美国专利申请公开案第2010/0151735A1号、美国专利公开案第2007/0141922A1号及美国专利第7,430,932B2号，上述各项的整个揭示内容还以引用方式并入本文中。

技术领域

本申请案涉及数据收集，且更特定来说涉及用于电导体或其它输电线(例如，电力输电线、通信线、输气管道、输水管道、输油管道、铁路、公路以及部署于地理距离内的其它输电线)的收集数据且将导体或输电线的所测量状况报告给监测装置或系统的连接器(例如，数据采集悬垂线夹)。然而，本发明的说明性实施例无需限制于用作线夹的一部分。举例来说，本发明的实施例可在邻近于线夹的位置处实施，或不依赖于任何线夹或其它装置实施。本发明进一步涉及指示风在冷却导体中的有效性的有效风速的确定。

背景技术

电力网

图1到4图解说明美国专利第8,002,592号中所揭示的相关技术。图1展示用于在地面上悬垂电力输电线202的输电塔200。塔200具有悬置臂204。绝缘体206从臂204向下延伸。一或多个悬垂线夹208位于绝缘体206的底部端处。线202连接到悬垂线夹。线夹208将电力输电线202紧固到绝缘体206上。

图2到4图解说明悬垂线夹208的实例，所述悬垂线夹大体上包括上部区段210及下部支撑区段212。这两个区段210、212各自含有形成悬垂架的主体214、216。主体214、216各自包括纵向凹部(或导体接纳区域)215、217，所述纵向凹部允许在通过带螺纹的紧固件201(未展示)将两个区段螺栓连接(或紧固)在一起时使输电导体202牢固地搁置于两个区段内。此将输电导体202包装在两个主体之间以在线夹208上牢固地含有输电导体202。并不需要带螺纹的紧固件且可提供任何其它适合的紧固配置。

连接在一起的两个主体214、216经由金属托架218悬垂，所述金属托架经由螺栓硬件220在点处附接到下部主体216。

下部主体或下部主体区段216包括第一端219及第二端221。导体接纳区域(或导体接触表面)217沿着下部主体216的顶侧从第一端219延伸到第二端221。导体接纳区域217形成用于接触导体202的下半部分的下部凹槽部分。并不需要一般的凹槽形状，且可提供任何适合配置。

在一个实施方案中，上部区段210及下部区段212各自在其相应主体214、216内嵌入电流互感器222、224的一半，在行业中所述电流互感器共同称为开合式电流互感器。当接合这些组件222、224时，其形成在一些应用中允许感测通过导体202的电流的电磁电路。在一个实施方案中，电流互感器用于电力感测、数据收集、数据分析及数据格式化装置。在一些实施方案中，电流互感器可位于线夹或类似装置的外侧，或在一些实施方案中，可通过另一构件提供电力。

上部区段210的主体214含有形成覆盖板的第一部件232及第二部件234。第一部件232包括第一端233、第二端235及第一端233与第二端235之间的中间区段237。导体接纳区域(或导体接触表面)215沿着第一部件232的底侧从第一端233延伸到第二端235。导体接纳区域215形成用于接触导体202的上半部分的上部凹槽部分。不需要一般的凹槽形状，且可提供任何适合配置。在一个实施方案中，第一部件232进一步包括中间区段237处的有效地含有电子电路228的凹腔226。在此实施方案中，电子电路228经设计以接受来自数个感测组件的输入。此腔226可由法拉第笼230环绕以使导体202对电路228产生的高电压EMF影响的效应失效。法拉第笼还可环绕电流互感器222。覆盖板或覆盖板部件234可覆盖腔226的顶部开口以将电子电路保持在主体或上部主体区段214内部。电子器件可装纳于由所述法拉第笼环绕的金属或塑料容器中，且举例来说，可用(例如)环氧树脂装入整个组合件。

电子电路228可以有意义的方式接受并量化用于监测导体202的各种参数及周围环境的各种输入。也可从外部安装的电子参考装置/组件导出所述输入。举例来说，所述输入可包含：线电流参考(如从电流互感器222、224或其它构件导出)；大气压及温度参考—内部及周围(如从内部及外部热电偶器236、238或其它构件导出)；导体的振动参考(如从加速度计240导出，例如0.1Hz到128Hz的振动传感器，举例来说或其它构件)；及光学参考(如从光纤光学管中的光晶体管242或其它构件导出)。举例来说，光学参考部分可允许线夹查找并参见来自电晕的光的闪光(如果绝缘体开始出故障)或减轻指示暴风活动及/或拉力参考(如从可包含在特定实施方案中的张力应变装置244所导出)。举例来说，来自拉力指示器244的拉力参考可提供指示随着导体因冰堆积而重量增加而形成冰的信息。

监督控制与数据采集(SCADA)通常是指例如计算机系统监测及控制过程的工业控制系统。由电路/电子电路导出的信息可经由非导电光纤光学电缆246离开电路228且向上提供给输电塔200且最终到达塔的底座且馈送到用户的SCADA系统，以允许最终用户访问并观看所述视线处的电状况及环境状况，或可将所述信息发射到远程位点或中央位点。然而，此实施方案已证明是有问题的。举例来说，在极高电压下操作的将光纤布线到线夹形成可导致电弧的电压蠕变路径，即使玻璃光纤及塑料护套提供为绝缘体。电弧沿着空气与固态绝缘体之间的边界形成。如果绝缘体仅为简单杆，那么其将具有3倍长。悬垂线夹或其它感测装置可替代地经配置以将信息从电子电路228以无线方式发射到接收器系统。然而，此实施方案同样是有问题的，此归因于适应使用线夹的距离及所监测的线夹的数目所需要的软件的复杂性。

特定问题可发生在电流网中

输电线面临众多问题。风导致振动，振动可逐渐使导线破裂或将其彻底摧毁。过量热可导致线下垂于树或交通中。侵蚀的导线在电流通过时将产生更多热，但不存在知晓任何侵蚀程度的方式，这是因为侵蚀通常发生在导线内部。电晕是将在导线、绝缘体及附近的任何其它物体处腐蚀的放电类型。冰堆积可由于重量而使导线断裂。树可自然地掉落于导线上且如果不修整会造成危害。例如地震及森林火灾等自然及人为灾难可损坏输电线。另外，当野生动物且尤其是松鼠爬到电力网的特定组件中时，其可被碳化，借此致使经由电力输电线破坏电力输电。此外，例如风等环境元素可影响导体的低容量。风速及导体的相关联温度影响电流吞吐量及因此影响电网规划。用以提高容量的线优化是温度相依的且当前由于缺少用于检测风对导体的冷却效应的有效系统及方法而仅可经由对本地状况的保守估计而完成。因此需要可用于以动态实时方式较为可靠且准确地评价导体的状况及其容量的较准确有效风速传感器。

电网监测

在常规电力网中，在变电站处测量电流及电压。线的电流容量是基于导线直径、导线的年龄、周围温度及风速而估计的。然而，由于许多变量，其为有根据的推测。另外，不存在关于冰堆积的早期警告，且在结冰期间导线断裂时才检测到冰。振动阻尼器例行地附接到电力线以减小振动；然而，尽管存在阻尼器，但仅通过由于振动应力断裂了多少条线来估计其有效性。电力线可产生电晕，电晕可听起来像咝咝声且也可通过使用可在紫外线光谱中看见的特别相机来看见。然而，此类相机较大且是昂贵的。所述相机通常被发送到其中某人听到过咝咝声或其中绝缘体好像被腐蚀的地方，但可能并不有效(这是因为电晕可为间歇性的且受例如湿度或气压的许多环境状况的影响)。此外，大多数所提议遥控装置需要电池电力。电池电力不适合于抬高于地面上且分布于大地理区域内使其检修难以维持的这些应用中。除了供电挑战以外，现有监测装置为相对昂贵及大的，此将其使用限制于临时应用或将安装限于有限位点。因此，不存在机会来搜集广泛分布的数据且做出例如以下各项等确定：通过三角测量确定闪电位置或基于全输电线天气状况确定实时电力载运容量。

修复或维修输电线

最初，必须定位电力输电线断裂的位置。然而，电力输电线可在变电站之间延伸数百英里，且通常唯一可用的信息是一个变电站正在供应电力且下一变电站并不在接收所供应电力。对电力输电线的接达性可变化。在一些情形中，电力输电线可由电动地面车辆接达。在其它情形中，线可仅由直升飞机接达，其中维修技术人员必须悬挂于直升飞机下方以维修或修复线。此类修复或检修可极为昂贵。因此需要用于以预测及实时方式监测导体的系统及方法。

通信问题

为检索关于系统的信息，快速及安全的通信是必要的。经由以太网的无线电通信是一个选项。然而，组织以太网需要使用称为路由器或交换机的装置。每一路由器或交换机将观看以太网信息包且在所述包到达端口时记录源地址及目的地地址。如果目的地是已知的，那么仅将包转发到已知连结到所述目的地装置的一个端口。如果其并非已知地址，那么将其重传到除其所到达的所述端口以外的所有端口。当目的地装置做出响应时，源地址将出现在单个端口上的包中，此准许路由器或交换机借助所述特定目的地地址得知发送下一包的位置。

存在优化用于递送包的路由且消除使包变得在网络中的环路中重传的机会的特定协议。较常见协议中的一些协议是生成树协议及快速生成树协议。

用于基于包的发射的普遍无线电协议是标准IEEE802.15.4中所描述的紫蜂协议(Zigbee)。其既定用于小地理区域中的相对小无线电网络。其非常适合于单个建筑物或数英亩的房产。然而，当无线电变得为数众多且扩展于大区域时，所述系统变得不可实行。最遥远的无线电消息必须通过协调元件(例如，较高技能的无线电)来重传，直到到达目的地为止。由于存在对回复的时间限制，因此网络的物理尺寸受限制。

尽管存在用于监测输电线的装置，但所述装置面临着上述的供电、诊断及通信挑战。需要允许快速分析任何实际或潜在修复问题及沿着输电线的电力优化能力(例如，举例来说，准许基于真实操作状况的增加的峰值负载对基于最坏情形天气的保守估计)，具有较低修复成本、较好预防性检修及较快恢复时间的系统。此外，需要传递及收集可通过在大地理区域内广泛安装感测装置来积累的实质量的数据的简单方式。

风确定

电力输电线及其它导体可因通过线的电流而变热。对线的电流限制可受线的温度影响。此外，线温度可可取决于穿过线的电流、线的电阻(通常由导体的直径界定)、周围温度、风速及风的方向。举例来说，直接跨越导线吹动的小风(例如，2-mph风)可提供显著的冷却效应，且可增加线的电流容量。沿着导线吹动的风在冷却方面将不太有效。虽然存在用以确定风在冷却导体中的有效性的一些公式，但这些公式并非如所期望那般准确。

常规风速计、热线式风速计测量周围温度且加热通常由镍铬制成的小导线(通常具有5密耳直径)。导线的电阻随着温度而变化。因此，电阻测量通常用于获得导线的温度。温度可随着风速变化。热线式风速计使用表或公式将温度差(热导线温度–周围温度)转换到风速。热线式风速计中的导线太过脆弱而不能用于例如测量有时暴露于严酷的环境状况的电力线上的有效风速等应用中。因此，此常规风速计是极其脆弱的且在大多数状况下不可对电力输电线及其它导体实行。

发明内容

本发明的说明性实施例至少解决上述问题及/或缺点，且至少提供下文所描述的优点。

根据本发明的说明性实施例，提供一种数据收集的方法及用于电导体或其它输电线(例如，电力输电线、通信线、输气管道、输水管道、输油管道、铁路、公路以及部署于地理距离内的其它输电线)的数据采集装置来收集数据且将导体或输电线的所测量状况报告给监测装置或系统。结合线夹图解说明数据采集装置；然而，本发明的说明性实施例无需限制于用作线夹的一部分。举例来说，本发明的实施例可在邻近于线夹的位置处使用数据采集装置来实施或在不依赖于任何线夹或其它连接装置的情况下实施。

根据本发明的说明性实施例，数据采集装置实施为将输电线导体固持到高电压绝缘体的智能线夹。线夹的中心中或线夹附近的开合式电流互感器收获大约5瓦(W)到电力测量及传感器电路。开合式电流互感器的两半是在线夹安装期间或在单独安装过程期间接合的。通信及传感器电子器件(例如，GPS装置及无线电)装纳于智能线夹的侧上的非金属外壳中。非金属材料促进适当的无线电及GPS操作。外壳底部处的“T状”延伸部装纳周围空气温度及风速检测器。风测量在不移动部件的情况下完成以帮助确保长期可靠性，且以独特的双级技术为特征以改进低速及高速风速测量的准确性。可使用多跳短程无线电系统来实施智能电网以将沿着线提供的数据采集装置之间的信息中继到一或两个基于地面的适配器，所述适配器将所述信息转换到标准电或光学以太网接口。每一线夹的无线电具有约1英里的大致视线范围，且根据用于参与多跳短程无线电通信的协议操作。每一线夹经配置以在发生例如电流浪涌、过大导体温度、过大振动、电晕等等的事件的情况下向可编程电子邮件地址发送消息(例如，较短电子邮件消息)以确保对严重状况作出快速及智慧的响应。

一种用于确定有效风速的系统可包含第一检测器、第二检测器及处理单元。所述第一检测器可包含：经加热温度感测元件，其具有加热器及第一温度传感器；及第一壳体，其至少部分装纳所述经加热温度感测元件。所述第二检测器可包含：未加热或周围温度感测元件，其具有第二温度传感器；第二壳体，其至少部分装纳所述未加热或周围温度感测元件。所述处理单元可以电方式或以通信方式耦合到所述经加热温度感测元件及/或所述未加热或周围温度感测元件，且可适于根据以下各项确定所述有效风速：所述经加热温度感测元件处的温度、所述未加热或周围温度感测元件处的温度及/或所述经加热温度感测元件处的温度与所述未加热或周围温度感测元件处的温度之间的差。

一种确定有效风速的方法可包含：测量经加热温度感测元件处的温度；测量未加热或周围温度感测元件处的温度；及根据以下各项确定所述有效速度：所述经加热温度感测元件处的温度、所述未加热或周围温度感测元件处的温度及算法或值表。

附图说明

在结合附图时依据本发明的特定示范性实施例的以下详细说明，本发明的上述及其它示范性特征、方面及优点将变得显而易见，在附图中：

图1是支撑经由悬垂线夹连接的输电线的输电塔的透视图；

图2是悬垂线夹的透视图；

图3是图2中所展示的悬垂线夹的横截面图；

图4是图2中所展示的悬垂线夹的第一部件的透视图；

图5是根据本发明的说明性实施例构造的智能线夹的透视图；

图6是图5的智能线夹的分解透视图；

图7是图5的智能线夹的线夹主体的俯视图；

图8是图5的智能线夹的仰视图；

图9是图5的智能线夹的透视图，所述透视图展示根据本发明的说明性实施例的电子器件壳体及各种传感器的内容；

图10展示根据本发明的说明性实施例构造的智能线夹的各种组件；

图11a及11b分别是用于根据本发明的说明性实施例的智能线夹的电子器件壳体的俯视图及侧视图；

图12是根据本发明的说明性实施例的智能线夹的主板的透视图；

图13展示根据本发明的用于确定有效风速的系统的说明性实施例的分解示意图；

图14展示根据本发明的用于确定有效风速的系统的另一说明性实施例；

图15展示根据本发明的用于确定有效风速的系统的壳体的说明性实施例；

图16展示根据本发明的用于确定有效风速的系统的壳体的另一说明性实施例；

图17a及17b图解说明根据本发明的说明性实施例的包括无线电通信中的数据采集装置(例如，图5中的数个智能线夹)的通信网络；

图18图解说明比图17a或17b中所展示的通信网络的实例更复杂的通信网络的实例；

图19图解说明根据本发明的说明性实施例的具有一个以上适配器的通信网络；

图20及21是根据本发明的说明性实施例的由管理系统产生的屏幕截图；且

图22展示确定有效风速的说明性方法。

在所有图式中，相似元件符号将理解为指代相似元件、特征及结构。

具体实施方式

本说明经提供以辅助对参考所附图式所描述的本发明的说明性实施例的全面理解。相应地，所属领域的技术人员将认识到本文中所描述的说明性实施例的各种改变及修改可在不背离本发明的范围及精神的情况下做出。此外，为清晰及简明起见省略对众所周知的功能及构造的说明。同样，如将由所属领域的技术人员理解，如本发明的上下文中所使用的特定命名惯例、标签及术语并非限制性且仅出于说明性目的而提供以促进对本发明的实施例的特定说明性实施方案的理解。

数据采集装置概述

图5到21图解说明提供用于包括监测输电线或导体的联网数据采集装置的智能电网的方法、系统及设备的本发明的说明性实施例。使用电力输电线来图解说明智能电网；然而，将理解，根据本发明的说明性实施例，数据采集装置可经配置以监测部署于广阔的地理距离上的其它类型的输电线或导体(例如，通信线、输气管道、输水管道、输油管道、铁路、公路以及其它输电线)，且无需限制于仅借助连接器或线夹来使用。使用下文中称为“智能线夹”的悬垂线夹(例如，在电力输电线上)来图解说明数据采集装置。然而，数据采集装置理解为用于数据采集及联网监测的任何相关的智能连接器或智能附件或装置。

参考图5到9，在图5中图解说明智能线夹1。智能线夹组合件包含线夹主体110、搁置于线夹主体110上的保持器主体310、电子器件壳体50及保护电子器件壳体50中的电子组件的热屏蔽件70。举例来说，还描绘了用于将线夹1固定到电力线或其它导体30的说明性线夹吊架硬件20及用以将电源(例如，包括电流互感器330的电力供应器)连接到电子器件壳体50中的电子器件的高温电缆80，如下文所描述。

如图5、6及7中所图解说明，线夹主体110包含沿着其长度的其上放置有电力线/导线30的中心凹部或通道112。保持器主体310同样包含沿着其纵向长度的中心凹部或通道312以容纳电力线30，使得当附接保持器主体310及线夹主体110时，电力线30紧固在两个主体110、310之间。用于将保持器主体310及线夹主体110彼此紧固的说明性硬件可包含但不限于插入到螺栓孔214中的U形螺栓210且经由螺帽216紧固。用于U形螺栓210的两个螺栓孔214及螺帽216的类似配置可提供在线夹1的相对端上。

保持器主体310包含如图5及6中所展示的冷却烟囱111以允许空气流通且冷却智能线夹1。保持器主体组合件包括保持器主体310、弹簧320及互感器330的上部部分331。类似地，如图7中所展示，线夹主体110还包含也促进空气流通以冷却智能线夹1的冷却烟囱111。相应地，线夹主体组合件包括线夹主体110及互感器330的下部部分332。电力供应器中的互感器330的上部部分331及下部部分332可具备类似于线夹主体中的通道112的凹部或通道(例如，如图7中所描绘的互感器的下部部分332中所图解说明)，且定位并紧固在其相应保持器主体310及线夹主体110中，以便彼此对准。当线夹主体110及保持器主体310紧固在一起时，弹簧320受互感器330的上部部分及下部部分加载或压缩。将电流互感器330弹簧装配到保持器主体310允许导体30在范围内浮动以避免过度按压导体，还提供良好密封且使振动最小化。虽然所图解说明实施例描绘了拥有具有分别提供于保持器主体310及线夹主体110内的部分331及332的电流互感器330的电力供应器组合件，但将理解，电流互感器330可部署于相对于线夹1的另一位置中。举例来说，互感器330的部分331及332可经由线夹在邻近于线夹1的位置处附接到导体。图8中展示线夹主体110的底侧且提供从包括电流互感器330的电力供应器朝向电子器件壳体50延伸的高温导体80的另一视图。电力供应器包括电子电路板(未展示)，所述电子电路板经配置以调节来自电流互感器330的AC电压且将其转换成DC电压以经由电缆80供应到电子主板500。

用于数据采集装置的电力及热问题的解析

虽然其看似并不合理，但常规系统难以从载运一百万瓦电力的电力线获得几瓦的电力(例如，用于给处理器或传感器供电)。本发明克服了这些困难，即，智能线夹1能够从根据本发明的说明性实施例所紧固的电力线或导线30提取小量的电力。

用于从电力线提取电力的实用构件是电流互感器；然而，为适应100安(A)到3000A范围(30:1电流范围)，此互感器变成具有铜绕组(例如，约643圈)的实质上一片铁(例如，约7磅)，其从环绕主导体30的由其中的电子流形成的磁场提取电力。举例来说，可使用常规钳式方形电流互感器(例如，可从科罗拉多州博尔德市(Boulder,Colorado)的大洲控制系统LLC获得的模型CTS-1250-300A电流互感器)。可移除一侧以准许将互感器330夹在导体30上方。所提取电力用于给可消耗多达5瓦的智能线夹1及其各种传感器、数据分析组件及通信设备供电。替代所提取电力(例如，经由具有电流互感器330的电力供应器组合件)，在用于电子器件的其它电源当中，电池及太阳能电池也可用于给线夹1电子器件供电。

如上文所陈述，智能线夹1使用具有电流互感器330的电力供应器组合件来从由通过电流互感器330所环绕的主导体30的电流产生的电磁场提取电力。互感器330可为具有上部部分331及下部部分332的钳式互感器，使得可夹在电力线或导线30周围，如下文结合图6、7及8所描述。如上文所陈述，高温导线80从电力供应器组合件的输出延伸到电子器件壳体50的输入以向其中的电子电路提供电力。能量存储装置(例如，如图9及12中所展示的主板500上的电容器)可任选地提供于智能线夹1中以允许智能线夹1足够长久地操作以在电力流失之前发送最后的消息(例如，到基站或其它网络监测装置)。

由线夹主体110及保持器主体310封围的导体30可由于导体载运的极大电流而变得相当暖。通常，老式导线允许在其变软且开始下垂之前上升到约75℃。开始部署可在其变软且开始下垂之前达到约250℃的新型导线。电子器件通常将不会容忍此温度，且因此将电子器件壳体50定位于所述侧且通过热屏蔽件70与智能线夹的主体分隔。热屏蔽件70可连接到线夹1的侧(例如，利用用于隔热的分隔件72)且电子器件壳体50可连接到热屏蔽件70(举例来说)。热屏蔽件由铝构造。电子器件壳体50可由非金属材料制成以促进无线电540及GPS单元510的操作。

电流互感器330环绕主导体以便收获能量且在一些实施方案中，电流互感器330将不能容忍超过85℃的温度。智能线夹1的保持器主体310及线夹主体110中的孔或冷却烟囱111允许气流冷却互感器330。或者，如上文所陈述，具有互感器330的部分331及332的电力供应器组合件可经由线夹在邻近于线夹1的位置处附接到导体30。此外，智能线夹1自身充当散热器以降低温度。互感器330可包装于隔热材料中以提供额外保护。

数据采集装置传感器及电子组件

智能线夹1包含电子器件壳体50中或附近的各种传感器，所述电子器件壳体通过热屏蔽件70与热隔绝，如上文所描述。

参考图9，电子器件壳体50展示为具有经移除以暴露根据本发明的说明性实施例安装于内部的主板500的盖板。如图5中所展示，电子器件壳体50具有从主区段51延伸的区段52。平行壳体区段54连接到区段52的相对侧且彼此相对地延伸且平行于导体30及线夹1的纵向轴线。主板500紧固于区段51中。用于测量风速及周围温度的额外传感器电路(例如，在图9中大体上以610及620指示且在图11a及12中展示)以电方式连接到主板500(例如，经由带状电缆)且从其延伸以部署在平行区段54中，如下文进一步详细描述。

继续参考图9，主板500支持并处理来自若干个传感器及包含但不限于以下各项的测量装置的输入：全球定位装置(GPS)510、用于测量导体30温度的传感器520、导体30、电流传感器530、风速检测器或第一检测器610、振动检测器630、音频电晕检测器640、周围温度传感器或第二检测器620及至少一个相机550及其接口504。可包含例如额外相机等额外传感器。下文较详细地描述所述传感器。另外，主板500支持经加密无线电540及经加密web访问560。在下文较详细地描述这些通信装置。主板500包括中央处理单元(CPU)505及相关联存储器装置502(例如，非易失性存储器，例如闪存盘)及用于处理来自传感器及通信的数据的程序代码。在另一实施方案中，电子电路可位于线夹或输电线的外部在可能或可能不具有法拉第笼的外部盒中。举例来说，此布置将适合于输气管线以及特定电输电线。

如图11a中所展示，电子器件壳体50还可具备分别用于电力光学器件及光纤光学器件的连接器501及508。如图12中所展示，连接器501以电子方式连接到主板500上的电力子系统，使得当载运DC电力的高温电缆80连接到连接器508时，主板500可向传感器及其所支持的其它电子装置提供电力。

图11a及12图解说明根据本发明的说明性实施例的主板500及其它组件。图11a是电子器件壳体50中的主板500的前视图。主板可连接到相机550，所述相机具有安装于提供于电子器件壳体50中的如展示于图11b中所描绘的壳体50的一侧上的光圈中的透镜。壳体50及主板500的另一侧(未展示)也可安装有另一相机(即，具有安装于壳体50的光圈中的透镜)以使得能够沿着从线夹1的两侧延伸的导体30的区段拍摄图像。

举例来说，说明性小相机550在-40℃到+85℃的范围中操作，且其中固定焦距向下两英尺。头部为8mm×5.6mm。相机550还可捕获线30状况的图像，例如冰、下垂、碳化碎片等等。在通信带宽准许时，也可提供视频图像。如下文所描述，通过用每一智能线夹1的自身web页来表示所述每一智能线夹，智能线夹的相应web页可向用户呈现关于各种线状况的方便信息(例如冰的图像等等)及例如温度、风以及其它参数等所测量参数及所述参数是在选定范围内还是满足选定阈值的列表。

当前不存在在不依赖于基于地面的系统的情况下对直接感测来自电力线30的电压有成本效益的实用构件。虽然可由第二电流互感器感测电流，但可在智能线夹1中利用较小且较廉价的霍尔效应(HallEffect)传感器集成电路(IC)530(例如，在主板500上)。电流传感器530可基于霍尔效应而非较为传统的罗柯夫斯基线圈(Rogowskicoil)，其中电流正弦波的谐波失真是由可因异常加载、饱和互感器或失灵的发电机导致的失真而测量的。

还可借助IC来测量导体温度。举例来说，智能线夹1可具备导体或输电线到主板500上的电子组件之间的热跨接线520，所述热跨接线可以经验确定输电线的温度。

智能线夹1可包含分别用于测量风速传感器、周围温度及导体振动的检测器610、620及630，如图9中所图解说明。风速检测器或第一检测器610是有利的，这是因为其在不具有移动部件的情况下实施。根据本发明的实施例，由从线夹1的主体延伸的经加热元件来感测风速。举例来说，两个风检测装置安置到电子器件壳体50近端且安置在与耦合到智能线夹1的导体或输电线30相同的轴线上。静止空气中所预测的元件的温度与另一元件中的由风导致的温度下降之间的差可用以计算风速。

更具体来说，如上文所陈述，电子器件壳体50具有平行壳体区段54，所述平行壳体区段平行于导体30及线夹1的纵向轴线而延伸且其中部署有用于测量风速及周围温度的检测器610及620。如图11a及12中所展示，主板500可具有从其延伸的主区段506及至少一个区段507(例如，经由带状电缆或其它导体)。区段507至少支撑风传感器或风速检测器或第一检测器610以及周围温度传感器或第二检测器620。风速检测器或第一检测器610通常使用与热线式风速计相同的原理操作，所述相同原理在于其包括平行区段54中的由元件(未展示)加热的一者(例如，参见图11a及12中的“503a”)。随着风在包含平行区段54的线夹1上方吹动，经加热区段503a冷却。另一区段54(例如，参见图11a及12中的“503b”)具备周围温度传感器或周围温度传感器或第二检测器620。CPU505经编程以基于所测量周围温度与经加热区段503a的所测量温度之间的差而确定风速。周围温度传感器或周围温度传感器或第二检测器620放置在与经加热区段503a相对的区段503b中，使得其对周围温度的测量不会因用于经加热区段503a的加热元件而偏离。CPU505可经编程以使用各种基于几何的计算来确定垂直于导体30的纵向轴线的方向上的风速(即，参数通常由公共事业公司寻求)。

将理解，可根据本发明的其它说明性实施例使用除了图9、11及12中所展示的配置以外的配置来实施风速检测器或第一检测器610。举例来说，如图10中所展示，线夹1可具备来自其壳体50的凸出部以容纳热线式风速计612及任选地用于下文所描述的无线电接口540的无线电天线542。

大体上参考图13到16及22，设备、系统及方法可确定或辅助有效风速的确定。有效风速可指示风在冷却导体中的有效性。可使用传感器在位点上收集(例如，在导体处或在导体近端)温度数据且使用算法或值表进行本地(例如在线夹处)及/或远程(例如经由监测中心)处理。本发明的一些说明性实施例可提供有效风速值而无需确定风的方向。

在本发明的一些说明性实施例中，在传感器上方使用壳体512、552可呈现优于常规热线式风速计的大量优点。举例来说，壳体的使用可形成较稳健且耐用的传感器。举例来说，壳体的大小可允许其中的经加热元件比常规热线式风速计类型的风速传感器大(即更大直径)，从而使得加热元件更稳健。此外，举例来说，由铝制成的壳体可为良好的热导体，同时也具有优良的侵蚀抵抗性。

在本发明的一些说明性实施例中，使用实质上平行于电力输电线或另一导体的管状壳体可帮助产生比不平行于导体或并不部署在导体的近端的风速传感器更能指示风在冷却导体中的有效性的有效风速值。随着风的方向变得更平行于电力输电线或其它导体的方向，对线的冷却可不太有效。类似地，随着风的方向变得更平行于实质上平行于电力输电线或其它导体的管状壳体的方向，对经加热管状壳体的冷却可不太有效。测量经加热壳体的冷却因此可产生指示风在冷却导体中的有效性的有效风速测量。

在本发明的一些说明性实施例中，使用具有与电力输电线或其它导体实质上相等的直径的管状壳体可增强测量的准确性。

在本发明的一些说明性实施例中，放置用于确定电力线上而非地面上的有效风速的设备或系统(例如，安装于电力线线夹上或以其它方式在线近端)也可增强测量的准确性。在地面上，风速可较慢，且地面物体可以不可预测的方式使风的方向偏转。

在本发明的一些说明性实施例中，保护用于确定有效风速的系统免受元件的影响可增强测量的准确性。如果系统位于户外，那么可预料存在雨、雪及冰。允许经加热温度感测元件暴露于降水可在一些实例中导致错误数据。所述系统可由简单塑料顶板遮蔽或部分遮蔽。另外，具有较少或不具有移动部件的说明性实施例可更好地承受元件。

在一些说明性实施例中，从顶部遮蔽用于确定有效风速的系统可为足够的。举例来说，如果水被意外地吹到系统上，那么所述系统可因来自水的冷却效应而指示极高风。对于一些应用，此指示可足够准确。

根据本发明的用于确定有效风速的系统的一些说明性实施例可耦合到实质上类似于智能线夹1的智能线夹或包含在所述智能线夹中。本发明的其它说明性实施例可为独立系统或辅助系统，耦合到电力输电线或任何其它导体或在其附近。

图13展示根据本发明的用于确定有效风速的系统的说明性实施例1300，所述系统可包含风速检测器或第一检测器610及周围温度传感器或第二检测器620。风速检测器或第一检测器610及周围温度传感器或第二检测器620可以电方式或通信方式耦合到处理单元505、存储器502、通信装置596或主板500，所述主板包含或者以电方式或通信方式耦合到处理单元505、存储器502及通信装置596。

风速检测器或第一检测器610可包含第一壳体512、经加热温度感测元件503a、第一紧固件521及至少一个第一分隔件522中的任一者。第一壳体512可至少部分装纳经加热温度感测元件503a。第一壳体512可具有实质上管状形状或任何其它形状，具有第一实质上纵向轴线53。第一实质上纵向轴线53可实质上平行于附近导体。第一壳体512可以类似于电力输电线或另一导体可反应的方式对风做出反应。第一壳体512的直径可实质上等于附近的电力输电线或其它导体的直径。举例来说，第一壳体512的直径可介于1”与2.75”之间。第一壳体512可包含任何实质上刚性或半刚性材料(举例来说，包含铝)。

经加热温度感测元件503a可包含耦合到第一温度传感器516及加热器518的经加热温度感测元件支撑件515。经加热温度感测元件支撑件515可包含第一电路板及/或第一电路板支撑件，且可包含任何刚性或半刚性材料(举例来说，包含铝)。经加热温度感测元件支撑件515可以电方式或通信方式耦合到第一温度传感器516及加热器518中的任一者。第一温度传感器516可包含此项技术中已知的任何温度传感器。加热器518可包含电阻器或此项技术中已知的任何其它加热器。在本发明的说明性实施例中，加热器可能够提供热而不过度地消耗电力。举例来说，加热器可消耗约1W。

第一紧固件521可将经加热温度感测元件503a耦合到第一壳体512。第一分隔件522可安置在第一壳体512、经加热温度感测元件503a与第一紧固件521之间的任何界面处，且可为促进导热性且将导电性最小化的材料，例如，电子绝缘的导热界面材料(例如，一条胶带或垫)，例如可从明尼苏达州哈森市(Chanhassen,MN)的贝格斯公司(BergquistCompany)购得的胶带或垫。

周围温度传感器或第二检测器620可包含第二壳体552、未加热或周围温度感测元件503b、第二紧固件561及至少一个第二分隔件562中的任一者。第二壳体552可至少部分装纳未加热或周围温度感测元件503b。第二壳体552可具有实质上管状形状或任何其它形状，具有第二实质上纵向轴线57。第二实质上纵向轴线57可实质上平行于附近导体。第二壳体552可以类似于电力输电线或另一导体可反应的方式对风做出反应。第二壳体552的纵向轴线可与第一壳体512的纵向轴线实质上共线。第二壳体552的直径可实质上等于附近的电力输电线或其它导体的直径。举例来说，第二壳体552的直径可介于1”与2.75”之间。未经加热或周围温度感测元件5.3b的直径可对性能并不关键。第二壳体552可包含任何实质上刚性或半刚性材料(举例来说，包含铝)。

未加热或周围温度感测元件503b可包含耦合到第二温度传感器556的未加热或周围温度感测元件支撑件555。未加热或周围温度感测元件支撑件555可包含第二电路板及/或第二电路板支撑件，且可包含任何刚性或半刚性材料(举例来说，包含铝)。未加热或周围温度感测元件支撑件555可以电方式或通信方式耦合到第二温度传感器556。第二温度传感器556可包含此项技术中已知的任何温度传感器。根据本发明的说明性实施例，经加热温度感测元件503a及未加热温度感测元件503b以及其相应第一壳体512及第二壳体552经布置以相对于彼此共线，且在针对其确定有效风速的导体30近端或平行于所述导体，以改进有效风速确定的准确性，这是因为此配置可最接近地模仿风速对导体自身的效应。

第二紧固件561可将经加热温度感测元件503b耦合到第二壳体552。第二分隔件562可安置在第二壳体552、未加热或周围温度感测元件503b与第二紧固件561之间的任何界面处，且可为促进导热性且将导电性最小化的材料。

主板500可包含处理单元505、存储器502及/或通信装置596中的任一者。主板500可以电方式或通信方式耦合到经加热温度感测元件503a及未加热或周围温度感测元件503b中的任一者。主板500可包含算法或值表，所述算法或值表使有效风速、经加热温度感测元件处的温度及未加热或周围温度感测元件处的温度相关，或使有效风速与经加热温度感测元件处的温度与未加热或周围温度感测元件处的温度之间的差相关。举例来说，通信装置596可包含无线电540及/或web访问560。

主板500可适于根据以下各项来确定有效风速：经加热温度感测元件处的温度、未加热或周围温度感测元件处的温度及算法或值表；或根据经加热温度感测元件处的温度与未加热或周围温度感测元件处的温度之间的差及算法或值表来确定有效风速。

主板500可适于将所确定有效风速传递到远程位置。或者，主板500可适于向远程位置将经加热温度感测元件处的温度、未加热或周围温度感测元件处的温度及/或经加热温度感测元件处的温度与未加热或周围温度感测元件处的温度之间的差传递到远程位置。主板500可使用此项技术中已知的任何有线或无线通信，举例来说，包含LAN、WLAN、单元通信、IR、RF、激光、以太网及光学通信。

经加热温度感测元件处的温度可为经加热温度感测元件处的多个温度的平均温度。未加热或周围温度感测元件处的温度可为未加热或周围温度感测元件处的多个温度的平均温度。经加热温度感测元件处的温度或多个温度可由经加热温度感测元件来测量。未加热或周围温度感测元件处的温度或多个温度可由未加热或周围温度感测元件来测量。经加热温度感测元件处的平均温度可在经加热温度感测元件处或在处理单元或主板处确定。未加热或周围温度感测元件处的平均温度可在未加热或周围温度感测元件处或在处理单元或主板处确定。然而，应理解，可使用其它计算及温度输入来确定加热器温度感测元件或周围温度感测元件的温度。此外，温度输入及收集所述输入以计算选定测量的周期的数目可取决于不同因素而变化，例如针对其正测量有效风速的导体30的地理位置及与所述位置相关联的典型天气状况。

图14展示根据本发明的用于确定有效风速的系统的说明性实施例1400，所述系统可包含耦合到电子器件壳体50的风速检测器或第一检测器610及周围温度传感器或第二检测器620。电子器件壳体50可耦合到线夹110。风速检测器或第一检测器610及周围温度传感器或第二检测器620可由屏蔽部分650保护免受天气的影响。在本发明的说明性实施例中，屏蔽部分650可包含实质上安置在风速检测器或第一检测器610及周围温度传感器或第二检测器620上的任何部分，以便至少部分保护其免受天气的影响(例如，降水(例如雨或雪))。在本发明的说明性实施例中，屏蔽件650可包含实质上水平部分，连续具有实质上垂直部分。实质上垂直部分可耦合到电子器件壳体50。

在本发明的说明性实施例中，导体可实质上平行于风速检测器或第一检测器610及周围温度传感器或第二检测器620。电子器件壳体50可装纳包含主板的电子器件且保护其免受天气的影响。

图15展示根据本发明的用于确定有效风速的系统的壳体512、552的说明性实施例1500。在根据本发明的一些实施例中，壳体可实质上由一片材料制成。壳体还可包含孔1510，所述孔可容纳抵靠腔1520的表面1522耦合电路板或其它元件的紧固件。辅助孔1530可容纳紧固件以将壳体耦合到外部装置。

图16展示根据本发明的用于确定有效风速的系统的壳体的说明性实施例1600。在根据本发明的一些实施例中，壳体可由彼此耦合的多个部分制成。举例来说，壳体可包含第一壳体部分1610、第二壳体部分1620及板1630。使用此项技术中已知的包含搭扣配合、粘合、压入配合、螺栓连接及焊接的任何耦合机制，第一壳体部分1610与板1630可为可耦合的且第一壳体部分1610与第二壳体部分1620可为可耦合的，借此形成可接纳电路板或其它元件的腔1640。电路板或其它元件可抵靠板1630安置在腔1640内部且使用通过第一壳体部分孔1650及板孔1655的紧固件来耦合。辅助孔1660可容纳紧固件以将壳体耦合到外部装置。

再次大体上参考图9、11及12，可以若干种不同方式实施振动传感器630。举例来说，具有充足带宽(128Hz)的张力计可用于测量振动。如果不存在相对大的张力计，那么可在远离线夹1或2尺的地方安装3轴加速度计，或可将类似装置集成到智能线夹1自身中。如果使用外部传感器，那么可测量移动且经由四个导线(即，两个用于供电且两个用于通信)将其提供到主线夹1，(举例来说)以介接到板500及其CPU505。

更具体来说，通常可使用使导线30稍微偏转且测量试图变直时导线所施加的力的装置(例如，可从明尼苏达州费尔蒙特市(Fairmont,MN)的美国迪伦、英国爱伟创(AveryWeigh-Tronix)公司购得的快速平衡张力计，所述快速平衡张力计安装于线夹1中或附近且夹在导体30上)来执行测量导线导体30中的张力。CPU505可使用基于几何的计算以提供装置上的力与导线30中的张力之间的比例因子。也可使用如图10中所展示的外部传感器(例如，具有使10,000lbs的最大张力达到100lbs到200lbs的机械缺点的加载单元)来执行测量张力，所述外部传感器可感测到所述张力。也可通过感测张力的变化来感测振动，或用在距线夹1较短距离处附接到线的加速度计IC来测量振动。

线夹1可任选地具备位于线夹中或耦合到线夹的重量传感器590(例如，位于线夹主体110中或耦合到所述线夹主体，或者连接到壳体或以其它方式位于导体30近端，例如位于连接到导体或其它导体支撑结构的专用安装装置)。举例来说，重量传感器590可检测导体(例如，电力线)上的冰堆积，此为有用的，这是因为来自冰堆积的过大重量可导致电力线断裂或甚至使其钢塔倒塌。然而，来自任何源的过大重量可导致导体30(例如，电力线)断裂，例如掉落在线上的树或被吹到线上(例如，由暴风)的其它碎片。重量传感器590的输出可提供到板500上的主处理器，举例来说，所述处理器可经编程以(例如，使用下文所描述的通信系统)向监测系统报告超过一或多个指定阈值的重量状况(例如，其可鉴于其它所检测状况进行选择)。

如上文所陈述，线夹1还具有电晕检测器640。绝缘体上的电晕不在可见光谱中。其在深紫外线光谱(例如，约280nm)中。可拍摄紫外线闪光图像的相机过于昂贵，尤其在考虑到电晕是偶发性的、间歇性的且受气压、湿度及其它动态状况显著影响的情况下。硅传感器对此范围并不极为敏感，即，其与对可见光的敏感性相比是约10％有效的。需要极好的滤波器来移除可见光，甚至在晚上移除。在白天，即使借助滤波器，传感器也会淹没在可见光中。即使关断可见光相机，所述相机一般来说也不会幸免于所监测线30的环境的温度极值。根据本发明的说明性实施例，提供采用音频电晕检测的电晕检测方法(例如，存储电晕的音频签名且采用用于检测音频噪声的传感器以及执行与签名的比较以检测电晕)。音频检测的电晕可被标记时间且记录其持续时间以及其它参数。

继续参考图9，音频电晕检测器640可包括麦克风及数字信号处理器(DSP)(未展示)以获得并处理电晕的音频签名(“咝咝声”)。频率取样的电晕声音的样本可存储为签名。麦克风的输出可连续或周期性地由DSP取样。DSP然后将样本与签名进行比较或相对于选定阈值特性以其它方式处理样本以确定是否应产生已发生电晕事件的警示。举例来说，每当检测到电晕事件，或在已发生选定数目个所检测电晕事件之后可发送警告，以辅助校准DSP以更准确地将声音表征为电晕事件。

一或多个智能线夹1可检测闪电事件。智能线夹系统利用GPS单元510精确地定位智能线夹1的位置。使用GPS还允许测量精确时间信息(例如，相位角)以测量由智能线夹1感测到或检测到的一或多个事件。在主板500上提供天线。还提供300kHz带宽的滤波器来检测来自雷击的浪涌。没有必要使闪电冲击线来检测闪电。举例来说，可检测到距智能线夹几英里内的雷击且标记时间。三个排列智能线夹1当中共享的几何形状允许对冲击位置进行三角测量。

根据本发明的说明性实施例，近程(例如，1英里)无线电网络可用于智能电网系统中，借此智能线夹1或其它数据采集装置可沿着输电线30使数据“跳跃”，直到聚合数据可被带到远程终端为止，所述远程终端可介接到基于公共用地或私人用地的输电，如结合图17到19所描述。

参考图9，线夹1具备无线电(例如，经加密无线电)540。举例来说，无线电540可为标准的支持FCC的数字无线电，具有250kbps的数据速率及AES128加密，其为低成本、环境稳健的且还节省开发成本且将部署成本最小化。一种此无线电是可从亚拉巴马州亨茨维尔市(Huntsville,AL)的美中吉无线有限公司(SynapseWirelessInc.)购得的美中吉RF引擎紫蜂无线电板(RFET)。每侧具有大约1.33”的尺寸，其可提供于电子器件壳体50中的主板500上，如图9及12中所展示。借助如图10中所展示的5”天线542，无线电540具有大约1英里的范围。或者，可相对于壳体50将天线部署在内部。

根据本发明的说明性实施例，为介接到基于公共用地或私人用地的输电，可向数据采集装置主板500提供任选说明性光学接口600，所述任选说明性光学接口操作为到板500上的主处理器的标准100BaseFX以太网的100Mbps媒体独立接口(MII)。

图10及11a描绘根据本发明的另一说明性实施例的安装在主板500上的任选光学接口600。光学电缆602可具备应变消除件。大体上以604指示光学分光器/组合器。光学接口600可包括用以支持线性光纤引入且使拓扑持续的双通道小型可插拔(SFP)。

除了用于电力电缆80的连接器608以外，光学连接器606(例如，防风雨的光纤光学连接器)也可提供于电子器件壳体50中。当光学电缆将不消除高压绝缘体的效应时，光学接口600用在地平面处或应用中或较低电压应用中。交互地，主板500可重新用作特定位点处的无线电到以太网适配器710且为了方便起见包含标准RJ45电10/100BaseT接口以及或替代100BaseFX光学接口。

智能线夹系统中的智能线夹1中的每一者的低电力无线电540包含强大的加密且用于传递回中央位置700，如将结合图17到19所描述。对于长电力输电线30，可存在数百个智能线夹1，且因此将需要数百个无线电跳跃来到达切换节点700。本发明的说明性实施例实施长距离上的数据采集装置之间的加密及大数目个跳跃且因此适应仍为现有无线电技术的问题的发射延迟。

为了便于使用且根据本发明的有利说明性实施例，智能线夹系统可需要极少或不需要知晓通信协议、无线电技术或将使用所述智能线夹系统的电力公司目前不熟悉的其它技术。只要线夹1安装在其无线电范围内，其将在安装后与主计算机系统(例如，中央监测位置700)通信。一旦安装，线夹1便开始自动操作。电力被自动提供给电子器件500，传感器自动地开始检测实时状况，GPS510确定线夹位置，无线电540检测相邻线夹及变电站适配器710，且通信开始。因此，此实施例优于需要对中央数据库编程来组织远程感测装置或需要用手机号码或IP地址在个别节点中编程来管理传感器网络的现有技术。

根据本发明的说明性实施例，每一智能线夹1经配置以操作为因特网web服务器。可经由专用网络设置通信，因此不存在到公用因特网的连接以改进安全。智能线夹1可包含经加密web访问单元560以实现对因特网的安全访问，如图9中所展示，以用于电子邮件警示及电网上冲浪(即，浏览针对每一线夹1所创建的web页以获得所测量参数及其它信息)。

当检测到故障时，智能线夹1经配置(例如，经由提供到CPU505的固件)以发送消息(例如，以电子邮件的形式)到可编程地址，其中短消息用以指示问题及位置。一个布置可包含用以限制或协调此类消息的数目以最小化使中央监测点700“过载”的措施。然后经由无线电通信链路将所述消息传递到适配器710(举例来说)以进行聚合，且如果不与适配器710位于同一地点，那么将所述消息任选地传递到其它基于地面的监测站700(例如，经由基于地面的通信)。

智能线夹1所使用的无线电540可相当容易地适于标准以太网且连结到普通局域网。用户能够通过键入相应web页地址且借此搜索或查询电网而访问智能线夹装置1。应注意，常规监测系统需要高度专门化且极为昂贵的中央计算机系统及软件来搜集所述测量结果。扩展系统的简单性及从许多位点接入的能力可良好地建立，且所述系统可通过使用易于获得的廉价以太网设备容易地实施。

无线电问题

当前，紫蜂无线电是既定用于在建筑物内或在仅几英亩内提供通信的标准的基于包的低功率无线电。然而，其并不包含当前视为有效的AES128加密。然而，在5年内，此加密可视为不充足的。应注意，网络中的所有紫蜂无线电必须使用相同密钥。如果密钥改变，那么必须同时更新所有无线电。对于一处房产约20个无线电来说，可视为是可接受的；然而，对于跨越如根据本发明的实施例所提议的电网或其它数据采集装置网络而扩展的成千上万的无线电来说，在网络中使用常规紫蜂无线电将不是良好系统。举例来说，仅破解一个密钥将使得整个系统易受攻击。另外，紫蜂标准设定对响应延迟的限制(10或20次无线电跳跃为合理的)，但其无法适应如本发明的说明性实施例所预期的电力输电线应用或其它地理广泛应用所需要的(举例来说)500次跳跃。

紫蜂标准描述两种类型的无线电：协调器及外围装置。如果需要重传，那么协调器负责重传消息以使其到达所要目的地。将无线电提供为协调器或外围装置是需要基于成千上万个智能线夹1的可能部署而避免的手动设置操作。根据本发明的说明性实施例，为了简单且便于使用，技术人员可利用棘轮扳手来安装线夹1且在不知晓关于通信协议或网络架构的任何知识的情况下完成安装。

用于极大网络的无线电协议

虽然常规紫蜂无线电对简单无线电设计来说是充足起点，但其对例如本发明的说明性实施例所适应的应用等地理广泛应用来说是不充足的。本发明的说明性实施例提供构成有利改变以供与智能线夹系统中的智能线夹1一起使用的定制的紫蜂无线电设计。替代针对系统中的所有无线电540具有一个密钥，为了改进的安全性，动态地提供密钥(例如，以类似于如何处置网上银行交易的方式在每次交易时进行协商)。举例来说，可在为所有web浏览器的一部分的安全套接层(SSL)中实施其。另外，延迟公差实施上延伸。极长线上的回复可花费一分钟而非几毫秒。如果由具有无线电540及光学或电以太网接口600两者的智能线夹电子器件500组成的以太网端口可安装在长线中间的塔的底座处，那么所述数据可经由电力公司所拥有的租用电信线或专用线回程。此减少跳跃的最大数目且减小响应延迟。然而，智能线夹通信消息路由经独特设计以容忍所描述极长延迟以支持大网络，即使租用的电信线或专用线不可用。

每一智能线夹1经配置(例如，经由主板500上的经编程CPU505、无线电540及其它装置)以类似于共用以太网交换机而实施消息路由。使用相同概念中的一些概念，但根据本发明的说明性实施例提供实质上修改以适应无线电环境，如下文所描述。

打算安装具有大约20年或更长的预期寿命的根据本发明的说明性实施例的智能线夹1。应注意，当前在外部环境中持续类似周期的电信设备是可用的。作为对使用无线电540的替代方案，智能线夹1可具备用于光学通信的激光器，但其预期寿命可限制于5到7年，其预期寿命远远短于无线电设备540。在地平面处，在具有无线电540及光学或电以太网接口600两者的智能线夹1可用以经由常规设施或电话公司电路通信时，光学接口600易于维修(如果其变得有必要)。

虽然智能线夹1硬件可持续长达20年，但智能线夹1的软件、加密通信协议及其它特征可能在所述时段期间变得过时。然而，智能线夹1包含类似磁盘驱动器(例如，闪盘驱动器502)操作的数据存储装置。因此可远程更新软件以适应大多数这些改变或更新。

当未来要求简单地超出现有硬件的能力时，可在不移除整个线夹的情况下安装新电子器件。可单独替换含有电子器件的侧箱或电子器件壳体50。对于替换出故障或失灵的智能线夹1来说此也是重要因素。

如上文所陈述，实施用于地理输电线网(例如，电力输电网)的无线电网络呈现较小地理区域中不存在的挑战。输电线30是固有线性的，从而覆盖极长距离-长达500英里或更长。在通常逐英里监测尽可能多的公路时，监测至少每英里处的输电线是合意的以帮助查明问题且表征性能。虽然存在具有标称1英里范围的有成本效益的未经许可的无线电，但经由此类无线电将消息从500英里输电线的一端发送到另一端可需要每一方向上的500次无线电重传，此需要可适应极长延迟的通信协议。即，最大响应时间(在消息被视为丢失之前)将必定为分钟而非毫秒。

长输电线30并非仅有问题。当数个无线电540接近时，用于监测智能线夹1的网络也出现分支(例如，当智能线夹1经安装以监视一个塔上的所有3个相位或当数个输电线30在变电站处聚集时)。根据本发明的说明性实施例，所有智能线夹1需要能够组装到相干通信网络中而不需要手动干预。

根据本发明的说明性实施例，通过使智能电网适于更常见媒体及协议堆叠(例如以太网及TCP/IP)来达成较实用网络。因此，举例来说，无线电到铜或光学以太网适配器710战略性地放置在电力网周围。当然，变电站是此适配器的可能地方，但也可存在适配器的沿着输电线30的方便点。适配器710包括无线电540、标准以太网端口712及适合协议转换。因此所得以太网接口适合于与公共通信线(电话公司)、专用网络、电缆TV调制解调器、DSL及/或其它因特网类型的接入技术介接。

如上文所陈述，主板500可用作特定位点处的无线电到以太网适配器710。在图10及11a中提供可配置为适配器710的数据采集装置主板的实例。适配器710可在物理上不同于线数据采集装置(例如，智能线夹1)且具有不同功能。适配器710可将自身识别为其中消息始发且终止的端口。其为归位位置。数据采集装置(例如，智能线夹1)的说明性操作及网络组织是以最小延迟到达这些适配器710中的一者，所述最小延迟定义为所需要的重传或跳跃的最小数目。

当包由数据采集装置(例如，智能线夹1)接收时，存在(通过实例方式)三个选项来处置消息。如果消息既定用于相同的数据采集装置，那么数据采集装置的CPU505处理消息。如果消息并非既定用于此本地数据采集装置，那么重传任一消息，或并不重传其，这是因为其将由另一装置路由。消息可为图像(例如，由相机550捕获的静止或视频图像)、来自数据采集装置的以各种格式报告的所测量或所感测参数、标准化消息或警示(例如，文本、音频或图形)、电子邮件、HTML文件以及其它消息。举例来说，所述消息由CPU505包化。如下文所阐释，消息经聚合(例如，经由适配器710)以供用户访问(例如，使用指派给每一适配器710的web浏览器及web地址)。

每一消息可包含8字节长的源地址及8字节的目的地地址。这些地址是在制造期间编程进来且对每一无线电唯一的媒体接入控制(MAC)地址。MAC地址用于路由包。虽然层3协议(例如，因特网协议(IP))可能看起来更适当，但可需要一些手动设置(其可为耗时的，需要准确的记录且对将智能线夹或类似附件螺栓连接到适当位置中的设施技术人员来说是不熟悉的)来设定IP地址。另外，数据采集装置1中的每一者被用作根据本发明的说明性实施例的web服务器。此需要固定的IP地址而非动态指派的IP地址，正如使用动态主机控制协议(DHCP)的情况下的情形。为避免问题，在层2(媒体层)处执行由数据采集装置(例如智能线夹1)进行的路由。

在每一智能线夹1操作为层2路由器的情况下，每一数据采集装置或智能线夹1将需要跟踪数千个MAC地址以知晓是重传还是不重传消息。此对中等大小的CPU505并不实用。相反，每一数据采集装置可具备附接到主板500中的定制硬件(未展示)的高速存储器502，所述定制硬件将已知MAC地址的列表与包中的目的地地址的列表进行比较。在找到匹配之后，数据采集装置将知晓包是否需要重传或仅仅忽略。

在说明性实施方案中，MAC地址的数目限制于选定数目(例如，大约26,400)(此为对处理速度、包持续时间及电力消耗的折衷)，同时维持单个子网络中的数千个装置的要求。如果需要，可支持大数目个MAC地址。

为在高速存储器502中创建MAC地址的表，每一数据采集装置需要通知其存在。在最简单的情形中，此以来自适配器710的广播消息开始。每一数据采集装置(例如，智能线夹1)转发消息但在消息内递增跳跃计数。每一装置还对具有所接收的最小跳跃计数的消息做出回复。自然地，每一装置1将看到许多消息副本。在大多数情形中，最早消息将具有最小跳跃计数，且装置将用所述跳跃计数进行回复。然而，存在其中可在过程中稍后接收的较小跳跃计数的一些不太可能的情形。所述装置将对稍后发生的此较小跳跃计数做出回复。然而，其将不会用较大跳跃计数对适配器710做出回复。

在此过程期间，每一数据采集装置(例如，智能线夹1)将变得熟悉紧靠附近的装置。每一装置将针对其邻居知晓到适配器710的跳跃计数。大体上来说，具有最低跳跃计数的装置将负责针对具有较高跳跃计数的装置执行重传操作。然而，即使在看似存在可用的较低计数路径的情况下，每一装置经配置以执行重传或跳跃。

考虑简单线性情形，如图17a及17b中所展示。依据适配器710数据采集装置#1将为1跳跃计数。数据采集装置#2将为2跳跃计数，这是因为装置#2不在直接连接到适配器710的范围中。依据适配器装置#3为3跳跃计数。

适配器710发布配置广播。装置#1以一跳跃计数重传其。其也用1跳跃计数对适配器710做出回复。装置#2将用1跳跃计数接收所重传配置消息且用1跳跃计数从装置#1回复。装置#1将收取来自置#2的回复且用递增的跳跃计数将其重传到适配器710。装置#2用2跳跃计数重传配置消息且也用2跳跃计数向适配器710回复。装置#3从适配器710接收所重传广播且用递增的跳跃计数对其做出回复。装置#2用递增的跳跃计数向适配器710重传来自装置#3的回复。

装置#1确定，其可直接传递到适配器710。其也可确定装置#2回复不具有零跳跃计数，且因此装置#2必须依赖于装置#1以传递到适配器1。装置#1还依据消息确定，另一装置(即，装置#3)在网络中且具有甚至较大跳跃计数。相应地，装置#1也从所述装置将消息重传到适配器710。

在更复杂的情形中，存在返回到适配器的多个有效路径，如图18中所展示。此实例假设电力输电线30的所有3个相位在相同点处测量。

在此情形中，所有A装置(例如，装置A1、A2、A3)可从彼此以及所有B装置(例如，装置B1、B2、B3)及适配器710接收消息。所有B装置可听到所有A、B及C装置(例如，装置A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2及C3)，但听不到适配器。所有C装置(装置C1、C2及C3)可听到B装置及C装置。关于路径的决策不长，而仅仅是唯一可用的路径的问题。在此情形中的决策因素将为MAC地址。举例来说，具有最低MAC地址的装置将为重传器。虽然MAC地址为8字节长，但在此实例中使用可管理的较短数字。装置B1将具有地址10，B2为11，且B3为12。装置B2及B3将能够接收装置B1的响应且实现提供回适配器510的跳跃的数目与其正在提供的跳跃的数目相同。装置B1的MAC地址是最低的，因此装置B2及装置B3将自动推迟以允许装置B1执行针对装置C1、C2及C3的重传。最低MAC地址的使用是任意的。可通过使用MAC地址之间的某一其它固定关系(例如挑选最高地址或其它因素)而做出决策。

在上述实例中，装置中的任一者可出故障且将仍存在返回到710的在左侧的路径。可需要某一重新配置。出于所述原因，从适配器710周期性地(例如，每15分钟)广播重新配置消息。如果装置实现其不再与适配器710通信，那么其可发出重新配置的请求，其中所有装置将向适配器710重传。

如图19中所展示，网络可具有一个以上适配器710。举例来说，另一适配器可表示两个变电站之间的输电线30，其中在每一变电站处存在一适配器。

假设装置A1在装置A1、A2及A3当中具有最低MAC地址。装置B1在装置B1、B2及B3当中具有最低MAC地址。装置C1在装置C1、C2及C3当中具有最低MAC地址。针对A装置的到适配器的最小数目个跳跃是在左边。针对C装置的到适配器的最短路径是到右适配器。B装置可以2跳跃到达任一适配器。连结断路器将为装置A1及装置C1的MAC地址。B装置将用装置A1或装置C1的最低MAC地址来使用路径。

具有三个或三个以上适配器的系统可借助相同算法而相适应。首先，就跳跃的数目来说，找到最接近的适配器。在存在连结的地方，使用最近的重传器的MAC地址来中断连结。

继续参考图17a及17b，适配器710可安装在壁或柱的外侧或优选地安装在线夹1的视线内。适配器710可具备用于基于地面的网络连接的标准RJ4510/100BT电以太网连接，且使用90VAC到264VAC、50Hz或60Hz功率及大约2W。可使用例如-48Vdc等其它电力连接。如果电话公司仅提供T1(通常称为DS1)或E1连接，那么标准以太网到T1或E1适配器可用于将适配器710以太网信号转换到电话公司T1或E1接口以将T1或E1专用线从适配器位点建立到远程监控位置700。如果T1及E1专用线以及完全专用网络均不用于适配器710与远程监控位置或中央站700之间的电路，那么可使用VPN网络来确保受限制接入。适配器710包含复杂的加密以进一步解决安全问题。在图17b中，从中间设施到电话公司VPN的切换可为T1、E1、DSL、电缆调制解调器、到另一位点的微波跳跃以及其它方法。如果适配器通过网络将电网或网络连接到远程监控点或中央站700，那么网关、防火墙及VPN连接可用于安全原因。

每一线夹1适配器710具有整体web页服务器560。针对每一适配器710，将一个IP地址指派于移除监控点或中央站700处。举例来说，每一适配器710仅需要指派一个IP地址，而不需要针对每一线夹1指派IP地址。此IP地址被编程到网络中的一或两个适配器710中。适配器710然后自动发现远程监控点或中央站连接及网络中的所有线夹1两者，如上文所描述。

然后监控人员可具备浏览器地址以访问远程适配器710。一旦键入浏览器地址，便会出现提供以下各项的专用web页：对来自每一线夹1的数据的访问、每一线夹的可链接到地图的经度及维度、重新命名线夹(举例来说，路线43及公路22)的手段、用以设置阈值(振动、温度等)的手段及用以键入应用以在阈值交叉的情况下通知特定人员的电子邮件地址。在输电线横跨数个检修区的情形中，所述地址可为线夹专用的。可限制所发送的电子邮件警示的数目。

因此，根据本发明的说明性实施例，管理系统经提供以促进监测并处理从各种数据采集装置(例如，线夹1)接收的所收集数据。管理系统可在用以聚合及分析所收集数据的处理装置中实施，例如适配器710、中央监测点700或具有提供于基站或其它位置处的因特网连接性的计算装置。管理系统可使用可内建的屏幕或web页及web服务器。固件被提供到数据采集装置。因此，不需要外部软件。

图20及21是经由管理系统产生的说明性web页。用户(例如，监测网络管理者)具备所指派因特网协议(IP)地址，将所述地址打进web浏览器(例如，因特网浏览器、火狐等等)中以导航到图20中所展示的主页。主页提供用于管理个别数据采集装置及数据采集装置的网络的若干个选项，即通过选择选项中的一者，用户可观看系统状况以及提供其装置及/或网络。在所图解说明实施例中，数据采集装置是线夹1且称作数据采集悬垂线夹(DASC)。举例来说，IP地址可指派给基站。可针对每一隔离网络提供基站。通过实例方式，选择DASC列表选项致使将通过装置识别符列举DASC的屏幕或web页(未展示)提供给用户。用户然后可选择所列举DASC中的一者以针对所述DASC导航到数据页，如图21中所展示。

参考图21，数据页指示已经由上文结合图17到19所描述的多跳无线电通信系统传递到聚合装置(例如，适配器710)的选定DASC(例如，线夹1)的参数及其对应日期/时间或测量。所述参数可为但不限于最大及最小周围温度、最大及最小风速、最大及最小电流、最大及最小振动及最大及最小导线温度以及其它。数据页21还可指示例如电晕事件及倾斜事件等事件(例如，如在安装时或在向特定智能线夹发出复位命令时通过状况的偏差所确定的此类事件的数目及持续时间)以及浪涌及脉冲事件的数目以及其它。可基于此数据创建事件历史日志，从而允许用户在图20中所描绘的页上选择日志选项以观看事件历史。

参考图20，用户可选择DASC样本选项以导航到列举若干个可用数据集的页(未展示)。举例来说，在通过选择所列举项目中的一者之后，用户便可获得CSV文件(即，逗号分隔值)。

继续参考图20，通过选择主页上的DASC地图选项，用户可具备展示指定地理区域内的数据采集装置的位置的地图。可由管理系统及对应数据库动态地使用提供于数据采集装置中的每一者中的GPS装置510(例如，经由发消息)或在安装或以其它方式部署所述装置时进行预先配置而收集位置坐标。

举例来说，每一线夹1内的整体GPS系统510报告回其精确经度及维度。举例来说，这些数据可链接到基于设施的映射或谷歌地图(如果适合防火墙及网关安全卫士在适当位置中)。典型谷歌地图将展示每一线夹1位置的图钉，包含放大的能力且通常提供检索每一线夹附近的地带的所存储卫星图像的能力。如果不存在智能电网网络与谷歌地图之间的直接连接，可将经度及维度信息手动键入到单独网络上的谷歌地图中，且所述信息用于建立每一线夹1的有意义名称。或者，可将所述位置键入到已经在使用的专属地图系统。

GPS定位及DASC自学功能可提供于每一数据采集装置1中以准许DASC网络自动地进化。举例来说，除了发送参数测量以外，DASC1可经配置以获得其位置信息且在启动时及/或周期性地向基站700及/或适配器710产生位置警示。因此，每一新DASC1可借助其自动确定的位置由基站700及/或适配器710自动地辨识，使得对应数据积累及报告立刻开始及在初始部署或重新开始之后自动地开始。结合图20及21所图解说明的管理系统是有利的，这是因为其提供输电线状况的综合视图以实现可信的动态线评定(例如，以帮助解决峰值及紧急需求)、线故障的立即及精确识别、主动检修、复发问题的诊断。线夹1自身彼此通信，此准许长期的自学及认知趋势帮助预测性检修。

通过在图20中所绘示的主页上选择警示选项，用户可访问由数据采集装置1自动产生且发射到基站700及/或适配器710或实施管理系统的其它装置的电子邮件警示。如上文所陈述，数据采集装置1可经配置以在所测量参数在选定范围外或与选定阈值不同达选定量时发送警示(例如，电子邮件消息或其它类型的所发射信号警示)。主页上的配置选项(图20)提供使得用户能够提供装置及/或装置的网络的一或多个页(未展示)。举例来说，配置页可经提供使得实现自动警示所需要的参数阈值偏差的设定(例如，参数超过阈值达选定量或事件已在选定时段内发生选定数目次)。可在数据采集装置(例如，根据固件，经由主板500上的CPU505)处执行此类偏差的确定。或者，数据采集装置可仅将参数的测量报告给替代地做出确定的基站或其它监测位置710、700。

将理解，其它选项及web页是可用的。举例来说，数据页(图21)及/或主页(图20)可提供到另一页的链接或导航选项或相同页上的提供选定DASC的现场相机视图的弹出。举例来说，线夹1中的相机的一或两个视图(例如，所监测线30的相对延伸区段的相应视图)可经提供以允许用户做出是否发生下垂或舞动的视觉评价或以其它方式评价对线的损坏(例如，线或塔的结冰、机械故障等等)。还可提供图像处理(例如，在基站或其它监测站处)以自动评价由相机提供的图像(例如，比较不同图像)以确定是否存在特定状况(例如，下垂)且视需要自动产生警报。

如上文所描述且根据本发明的说明性实施例，线夹1或其它数据采集装置配置可具备用于监测选定输电线30状况的一或多个传感器，所述选定输电线状况包含但不限于周围温度、导体温度、垂直于线的风速(例如，在不移动部件的情况下完成测量以确保长期质量及可靠性)、振动、电流振幅、电流质量(例如，谐波失真)、电流浪涌、经由GPS所得的精确位置、经由GPS所得的精确时序、经由精确时间标记及自动线夹到线夹通信所得的瞬态或浪涌位置、电晕、倾斜改变(例如，如由线夹的3轴加速度计所测量)、垂度改变(例如，如由俯视线30的两个方向的一对整体线夹1相机所显示)、舞动(例如，如由振动传感器所检测且由相机所见)、本地状况(例如，经由线30的两个方向上的静止视觉图像以帮助检测线或塔的结冰或机械故障)、经由连续自我诊断的内部操作(例如，如编程到CPU505中)、相邻线夹在其它相位上的操作情况等等。

因此，数据采集装置(例如，线夹1)提供将输电线操作状况进行实时积分的空前的能力。逐英里递送精确的数据(其可被积分且用于有信心地使线30加载动态地变化)的线夹使新动态线评定能力及可见性成为可能，而非单个位置处的片面可见性或依赖于所推断数据(例如垂度)来估计线温度。与依赖于几个数据点相关联的风险可由基于以下各项的动态线评定急剧减小及替换：(a)精确的实时风速确定，其动态地测量垂直于线的风的冷却效应；(b)沿着线30进行以揭露变化的寄生损失及限制容量的其它问题的精确总电流测量；及(c)实时的宽带宽电流测量。宽带宽电流测量揭示浪费能量且增加加热的谐波。然后，这些实时数据可用于优化网络操作且揭露对例如互感器等组件的相关联应力。

如上文所陈述，根据本发明的说明性实施例构造的数据采集装置(例如，线夹1)的另一优点是自我供电。线夹1包含提供所有必需电力的整体或相关联电流互感器330。不需要电池或到外部电力的连接。如果线30出故障，那么还提供不具有电池的能量存储装置(例如，电容器)以支持最终消息。因此，线夹1可继续操作(例如，达数秒)以提供最终报告。

如上文所描述，无线通信建立于线夹1之间及线夹阵列(例如，如在图17到19中所图解说明)与变电站或其它方便地面位置710之间。然后经由专用或公用网络将数据传递到监控位置700。本文中所描述的根据本发明的说明性实施例的多跳无线电通信提供弹性通信。任何原因导致的线夹1的故障被检测到且由相邻线夹在不打断端到端通信的情况下报告。此外，通信是安全的。根据本发明的说明性实施例，利用类似于用于网上银行交易的安全的安全及其它措施来帮助确保如上文所描述的网络完整性。

整体GPS510提供精确时序且自动定位每一线夹1。整体web浏览器560经由web页的阈值选择急剧地简化数据采集，从而警示电子邮件地址及综合显示(例如，高达7天的所积累数据的)。

存在利用由网络收集的数据的数种方式。出于说明性目的，现在将论述几种方式。

灵活的报告是由呈现为web页(即HTML文件)的报告及图像达成的。基本文件将所收集数据显示于多个页上的一系列表中。如果数据的不同呈现或显现为优选的，那么所述系统准许新HTML文件上传到每一线夹。每一线夹1是独立操作的且可具有其自身独特的HTML文件。最初，此可显现为过度复杂的，但横跨多个输电设施的较大阵列可受益于此能力以优化数据的呈现以适应变化的环境。

立刻经由电子邮件报告故障或警报状况。然后可经由报告及图像页进一步调查每一事故。

基于web的形式经提供以针对例如最大电流、电流浪涌、最大导体温度或最大振动等各种参数设定警报或警告限制。例如电晕等本地状况可经设定以触发电子邮件或被忽略。所述形式还准许键入电子邮件地址以进行通知且准许限制每一线夹1在一小时内可发送的电子邮件的数目的手段。

当发生故障时，网络可根据本发明的说明性实施例识别问题是什么及其中发生问题的区域。电子邮件可发送到第一响应器，使得可基于实时位点数据调度(或不调度)一团队。时间节省了，所调度人员可能够带来适当的修复设备，修复过程可能被目睹且修复可被监测。

本发明的说明性实施例也改进找到受应力或危害的设施。过度温度、倾斜及其它因素可导致故障。知晓线被危害实现主动式检修以防止中断。关于找到及监测振动问题，阻尼器经部署以限制振动。尽管现实生活的阻尼器有效性已得到证实且其在许多应用中良好地工作，但基于风及塔状况的实时有效性现在可经监测以优化有效性且揭露未知或可疑问题。

本发明的说明性实施例允许将容量最大化。输电设施已按惯例经设计用于最坏情形的状况。在一些实例中，25％的安全裕度已用于确保弹性。根据本发明的说明性实施例知晓实时的风及温度状况可准许在峰值周期期间或在另一分段停止运行时安全地增加加载。

本发明的说明性实施例提供级联故障分析。当一个元件破坏且导致数个其它网络元件意外地出故障时级联故障发生。对于输电线30，大多数所记录观察限制于变电站处或起源点处的测量。可从智能线夹网络获得的分散智慧帮助理解此故障、促成此故障的内容及如何工程处理对现有及未来线的改进。

本发明的说明性实施例改进网络规划。详细地知晓操作状况准许更好地预报输电线要求且辅助新构造的正当性。

本发明的说明性实施例提供测量导体温度以提供输电线30(例如电力输电线)的在许多点处的关于实际容量的反馈以及其它信息的智能电网系统、方法及设备。电力输电线可受过度应力，但其可具有比实际正使用的容量更大的容量。本发明的说明性系统可测量风速及周围温度以确定沿着可为数百英里长的电力输电线的状况。电力输电线的导线的一些部分可比其它部分暖，这是因为电力输电线可延伸穿过其中无风的山谷(举例来说)或由于其它原因。举例来说，不具有移动部件的风速计可用于确定风的冷却效应。

智能电网系统能够使用电晕的音频检测来检测电晕，即使在电晕为间歇性的时候。智能电网系统能够测量线中的电流。如果确定所测量电流不同于变电站处发射的电流，那么某处存在漏电或故障。智能电网系统能够拍摄电力输电线及其周围的图片，以便显现任何冰、倒下的树、植物及生长于电力输电线上以及使电力输电线下垂的类似物或甚至可损坏电力输电线及智能电网的野生动物。

智能电网系统可快速地确定电力输电线中是否存在中期或长期问题且传递给用户/技术人员。智能电网系统易于安装、极为稳健、对管理者来说简单且不需要定期检修，例如给电池补充或再充电。另外，系统是有成本效益且安全的。智能电网数据采集装置中的集成式web服务器简化且减小后端软件的成本。提供改进的无线电协议及路由算法，其因适度的分支而尤其良好地适合于长期；然而其可用于其中紫蜂及紫蜂类型的技术缺乏范围或容量的较一般应用。

图22展示确定有效风速的说明性方法2200，所述方法可包含：在步骤2210处测量经加热温度感测元件处的温度；在步骤2220处测量未加热或周围温度感测元件处的温度；及在步骤2230处根据经加热温度感测元件处的温度、未加热或周围温度感测元件处的温度及算法或值表而确定有效速度。实质上类似于说明性实施例1300的系统可用于执行说明性方法2200。

在步骤2210处，可在经加热温度感测元件处测量温度。经加热温度感测元件可位于电力输电线或其它导体处或附近。可用预定电力将经加热温度感测元件加热。举例来说，可用1瓦的电力将其加热。经加热温度感测元件可安置在第一壳体中，其可为实质上管状或具有实质上纵向轴线的任何其它形状。第一壳体可平行于电力输电线或其它导体而安置。第一壳体的直径可实质上等于附近的电力输电线或其它导体的直径。

在步骤2220处，可在未加热或周围温度感测元件处测量温度。未加热或周围温度感测元件可在电力输电线或其它导体处或附近。未加热或周围温度感测元件处的温度可为周围空气温度。未加热或周围温度感测元件可安置在第二壳体中，其可为实质上管状或具有实质上纵向轴线的任何其它形状。第二壳体可平行于电力输电线或其它导体而安置。第二壳体的直径可实质上等于附近的电力输电线或其它导体的直径。

在步骤2230处，可根据经加热温度感测元件处的温度、未加热或周围温度感测元件处的温度及算法或值表而确定有效速度。带有具有实质上纵向轴线的形状的壳体可以类似于电力输电线或另一导体可反应的方式对风做出反应。在本发明的说明性实施例中，在具有极小空气流动而非对流的情况下，经加热温度感测元件处的温度可比周围温度暖约(举例来说)20℃。随着风速增加，经加热温度感测元件处的温度可降低。随着风速靠近临界风速(例如，举例来说，约20mph)，经加热及未加热或周围温度感测元件处的温度可在值上更接近。算法或值表可使有效风速、经加热温度感测元件处的温度及未加热或周围温度感测元件处的温度相关，或可使有效风速与经加热温度感测元件处的温度与未加热或周围温度感测元件处的温度之间的差相关。使用此算法或值表，可根据以下各项来确定有效速度：经加热温度感测元件处的温度、未加热或周围温度感测元件处的温度及算法或值表，或经加热温度感测元件处的温度与未加热或周围温度感测元件处的温度之间的差及算法或值表。举例来说，确定有效风速可用管控电力线的冷却的IEEE738-1993方程式完成。

所确定有效风速可传递到远程位置。或者，可将以下各项传递到远程位置：到远程位置的经加热温度感测元件处的温度、未加热或周围温度感测元件处的温度及/或经加热温度感测元件处的温度与未加热或周围温度感测元件处的温度之间的差。

不同于常规风速检测器，本文中所揭示的有效风速传感器及通信系统的说明性实施例可提供长距离上的导体的动态实时监测，从而使电力网中的负载平衡更准确。

根据本发明的所图解说明实施例采用的说明性装置、系统及方法的组件可至少部分实施在数字电子电路、模拟电子电路中或计算机硬件、固件、软件或其组合中。举例来说，这些组件可实施为有形地体现在信息载体或机器可读存储装置中以供数据处理设备(例如可编程处理器、计算机或多个计算机)执行或控制数据处理设备的操作的计算机程序产品，例如计算机程序、程序代码或计算机指令。计算机可读记录媒体的实例包含但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置。设想到，本发明的方面可体现为载波(例如，通过因特网经由有线或无线发射路径的数据发射)。可以任一形式的编程语言(包含编译语言或解释语言)写入计算机程序中，且可以任一形式部署所述计算机程序，包含部署为独立程序或部署为模块、组件、子例程或适合在计算环境中使用的其它单元。计算机程序可经部署以在一个计算机上或者在位于一个位点处或跨越多个位点分布且由通信网络互连的多个计算机上执行。所述计算机可读记录媒体还可分布在网络耦合的计算机系统上，使得以分布方式来存储及执行计算机可读代码。此外，用于完成本发明的功能程序、代码及代码分段可易于由与本发明有关的所属领域的编程者视为在本发明的范围内。与本发明的说明性实施例相关联的方法步骤可由一或多个可编程处理器执行，所述可编程处理器执行计算机程序、代码或指令以执行功能(例如，通过操作输入数据及/或产生输出)。方法步骤还可由本发明的设备执行，且所述设备可实施为专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。

通过举例方式，适合于执行计算机程序的处理器包含通用微处理器及专用微处理器两者，以及任何种类的数字计算机的任一或多个处理器。一般来说，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令及数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器及用于存储指令及数据的一或多个存储器装置。一般来说，计算机还将包含用于存储数据的一个或多个大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)或以操作方式耦合以从所述大容量存储装置接收数据或向其传送数据或既接收又传送数据。适合于体现计算机程序指令及数据的信息载体包含所有形式的非易失性存储器，包含(通过举例方式)：半导体存储器装置，例如EPROM、EEPROM及快闪存储器装置；磁盘，例如内部硬磁盘或可装卸磁盘；磁光盘；及CD-ROM及DVD-ROM光盘。处理器及存储器可由专用逻辑电路补充或并入于专用逻辑电路中。

上文所呈现的说明及图式仅打算通过实例方式且并不打算以任何方式限制本发明，除了以下权利要求书中所陈述。尤其注意，所属领域的技术人员可易于组合上文已以众多其它方式描述的其全部视为在本发明的范围内的各种示范性实施例的各种元件的各种技术方面。

电脑可读媒体中的设备、系统及方法的上文所描述示范性实施例包含用以实施计算机所体现的各种操作的程序指令。媒体也可单独或结合程序指令包含数据文件、数据结构等等。所述媒体及程序指令可为出于本发明的目的专门设计及构造的媒体及程序指令，或其可为所属计算机软件领域的技术人员所周知及可用的种类。计算机可读媒体的实例包含：磁性媒体，例如硬盘、软盘及磁带；光学媒体，例如CDROM盘及DVD；磁光媒体，例如光盘；及经具体配置以存储及执行程序指令的硬件装置，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、快闪存储器等等。所述媒体还可为例如光学线或金属线、波导等等的发射媒体，且经设想包含发射规定程序指令、数据结构等等的信号的载波。所述计算机可读记录媒体还可分布在网络耦合的计算机系统上，使得以分布方式来存储及执行计算机可读代码。程序指令的实例包含机器代码(例如由编译器产生)及含有可由计算机使用解释器来执行的较高级代码的文件两者。所描述硬件装置可经配置以充当一或多个软件模块，以便执行本发明的上文所描述实施例的操作。

尽管已出于说明性目的而揭示本发明的示范性实施例，但所属领域的技术人员将了解，各种修改、添加及替换是可能的，而不背离本发明的范围。因此，本发明并不限于上文所描述的实施例，而是由以下权利要求书连同其等效物的全部范围来界定。

Claims (46)

1.一种用于确定有效风速的系统，其包括：

第一检测器，其包括：

经加热温度感测元件，其具有加热器及第一温度传感器；及

第一壳体，其至少部分装纳所述经加热温度感测元件；

第二检测器，其包括：

未加热温度感测元件，其具有第二温度传感器；及

第二壳体，其至少部分装纳所述未加热温度感测元件；及

处理单元，其以电方式及通信方式中的至少一者耦合到所述经加热温度感测元件及所述未加热温度感测元件中的至少一者，所述处理单元适于根据以下各项中的至少一者确定所述有效风速：

所述经加热温度感测元件处的温度；

所述未加热温度感测元件处的温度；及

所述经加热温度感测元件处的温度与所述未加热温度感测元件处的温度之间的差；

其中所述经加热温度感测元件及所述未加热温度感测元件以及其相应第一壳体及第二壳体经布置以相对于彼此共线，且在针对其确定所述有效风速的导体近端且平行于所述导体。

2.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，其进一步包括屏蔽件，所述屏蔽件经配置以防止或减少降水聚集在所述经加热温度感测元件及所述未加热温度感测元件以及其相应第一壳体及第二壳体上。

3.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述经加热温度感测元件进一步包括经加热温度感测元件支撑件。

4.根据权利要求3所述的用于确定有效风速的系统，所述经加热温度感测元件支撑件包括电路板。

5.根据权利要求3所述的用于确定有效风速的系统，所述经加热温度感测元件支撑件以电方式及通信方式中的至少一者耦合到所述加热器及所述第一温度传感器中的至少一者。

6.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述未加热温度感测元件进一步包括未加热温度感测元件支撑件。

7.根据权利要求6所述的用于确定有效风速的系统，所述未加热温度感测元件支撑件包括电路板。

8.根据权利要求6所述的用于确定有效风速的系统，所述未加热温度感测元件支撑件以电方式及通信方式中的至少一者耦合到所述第二温度传感器。

9.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述第一检测器进一步包括用以将所述经加热温度感测元件耦合到所述第一壳体的第一紧固件。

10.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述第一检测器进一步包括安置在以下各项中的至少一者处的至少一个第一分隔件：

所述第一壳体与所述经加热温度感测元件之间的界面；

所述第一壳体与第一紧固件之间的界面；及

第一紧固件与所述经加热温度感测元件之间的界面。

11.根据权利要求10所述的用于确定有效风速的系统，所述至少第一分隔件的材料促进导热性且将导电性最小化。

12.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述第一壳体具有实质上管状形状及第一实质上纵向轴线中的至少一者。

13.根据权利要求12所述的用于确定有效风速的系统，所述第一实质上纵向轴线实质上平行于附近导体。

14.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述第一壳体具有实质上等于附近导体的直径的直径。

15.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述第一壳体包括实质上刚性或实质上半刚性材料。

16.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述第一壳体包括铝。

17.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述第一壳体是实质上由一片材料制成的。

18.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述第二检测器进一步包括用以将所述未加热温度感测元件耦合到所述第二壳体的第二紧固件。

19.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述第二检测器进一步包括安置在以下各项中的至少一者处的至少一个第二分隔件：

所述第二壳体与所述未加热温度感测元件之间的界面；

所述第二壳体与第二紧固件之间的界面；及

第二紧固件与所述未加热温度感测元件之间的界面。

20.根据权利要求19所述的用于确定有效风速的系统，所述至少第一分隔件的材料促进导热性且将导电性最小化。

21.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述第二壳体具有实质上管状形状及第二实质上纵向轴线中的至少一者。

22.根据权利要求21所述的用于确定有效风速的系统，所述第二实质上纵向轴线实质上平行于附近导体。

23.根据权利要求21所述的用于确定有效风速的系统，所述第二实质上纵向轴线实质上平行于所述第一壳体的第一实质上纵向轴线。

24.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述第二壳体具有实质上等于附近导体的直径的直径。

25.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述第二壳体包括实质上刚性或实质上半刚性材料。

26.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述第二壳体包括铝。

27.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述第二壳体是实质上由一片材料制成的。

28.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，其进一步包括处理单元，所述处理单元以电方式及通信方式中的至少一者耦合到所述经加热温度感测元件及所述未加热温度感测元件中的至少一者。

29.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述处理单元以电方式及通信方式中的至少一者耦合到存储器及通信装置。

30.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，其进一步包括存储器，所述存储器以电方式及通信方式中的至少一者耦合到所述处理单元，所述存储器包括使有效风速与以下各项中的至少一者相关的算法或值表：

经加热温度感测元件处的温度及未加热温度感测元件处的温度；及

经加热温度感测元件处的温度与未加热温度感测元件处的温度之间的差。

31.根据权利要求30所述的用于确定有效风速的系统，所述处理单元适于根据所述算法或所述值表进一步确定所述有效风速。

32.根据权利要求30所述的用于确定有效风速的系统，其中所述处理单元适于确定在垂直于所述导体的所述纵向轴线的方向上的风速。

33.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，其中所述经加热温度感测元件处的所述温度由所述经加热温度感测元件测量，且所述未加热温度感测元件处的所述温度由所述未加热温度感测元件测量。

34.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述经加热温度感测元件处的所述温度包括由所述经加热温度感测元件测量的多个温度的平均温度。

35.根据权利要求34所述的用于确定有效风速的系统，所述平均温度是在所述经加热温度感测元件及所述处理单元中的至少一者处确定的。

36.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述未加热温度感测元件处的所述温度包括由所述未加热温度感测元件测量的多个温度的平均温度。

37.根据权利要求36所述的用于确定有效风速的系统，所述平均温度是在所述未加热温度感测元件及所述处理单元中的至少一者处确定的。

38.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，所述处理单元适于将以下各项中的至少一者传递到远程位置：

所述有效风速；

经加热温度感测元件处的温度；

未加热温度感测元件处的温度；及

经加热温度感测元件处的温度与未加热温度感测元件处的温度之间的差。

39.根据权利要求1所述的用于确定有效风速的系统，其进一步包括装纳所述处理单元的电子器件壳体。

40.根据权利要求39所述的用于确定有效风速的系统，所述第一检测器及所述第二检测器耦合到所述电子器件壳体。

41.根据权利要求39所述的用于确定有效风速的系统，所述电子器件壳体耦合到悬垂线夹。

42.根据权利要求39所述的用于确定有效风速的系统，所述电子器件壳体耦合到输电线。

43.一种确定有效风速的方法，其包括：

将经加热温度感测元件及未加热温度感测元件以及其相应第一壳体及第二壳体配置为相对于彼此共线且相对于针对其确定有效风速的导体在近端且平行于所述导体；

测量所述经加热温度感测元件处的温度；

测量所述未加热温度感测元件处的温度；及

根据以下各项确定所述有效速度：所述经加热温度感测元件处的所述温度、所述未加热温度感测元件处的所述温度及算法或值表。

44.根据权利要求43所述的用于确定有效风速的方法，所述算法或所述值表使有效风速与以下各项中的至少一者相关：

经加热温度感测元件处的温度及所述未加热温度感测元件处的温度；及

经加热温度感测元件处的温度与未加热温度感测元件处的温度之间的差。

45.根据权利要求43所述的用于确定有效风速的方法，其进一步包括将以下各项中的至少一者传递到远程位置：

所述有效风速；

经加热温度感测元件处的所述温度；

未加热温度感测元件处的所述温度；及

经加热温度感测元件处的温度与未加热温度感测元件处的温度之间的差。

46.根据权利要求43所述的用于确定有效风速的方法，其进一步包括确定在垂直于所述导体的纵向轴线的方向上的风速。