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CN108603900A - 远程感测以导出校准功率测量 - Google Patents

远程感测以导出校准功率测量 Download PDF

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CN108603900A
CN108603900A CN201680068563.1A CN201680068563A CN108603900A CN 108603900 A CN108603900 A CN 108603900A CN 201680068563 A CN201680068563 A CN 201680068563A CN 108603900 A CN108603900 A CN 108603900A
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S·赫克曼
C·刘
C·D·斯卢普
D·比克斯勒
S·斯蒂克斯
E·斯蒂克斯
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Earth Networks Inc
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Abstract

本文描述的是用于远程感测以导出功率分配点的校准功率测量的方法和系统。磁场模块的磁场传感器感测由功率分配点发射的磁场。第一处理器为每个磁场传感器产生未校准的功率测量，从由所述磁场传感器感测的所述磁场以及由所述功率分配点携带的电压导出未校准功率测量。第二处理器确定每个磁场传感器对通过所述功率分配点汲取的已知功率负载的响应。所述第二处理器使用每个磁场传感器对所述已知功率负载的所述响应来导出传递函数。所述第二处理器将所述传递函数应用于每个磁场传感器的所述未校准功率测量以生成所述功率分配点的校准功率测量。

Description

远程感测以导出校准功率测量
相关申请
本申请要求2015年9月24日提交的美国临时专利申请号62/232,278的优先权权益，将所述临时专利申请的全文通过援引并入本文。
技术领域
本申请的主题通常涉及远程感测以导出校准的功率测量。
背景技术
目前，通过电流互感器(CT)钳夹技术来实现测量住宅和商业环境中的用电负载和波动。智能电表和其他功率监测产品的产品，诸如可从南卡罗来纳州查尔斯顿的能源公司获得的TED5000系列，可从加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华的神经技术公司获得的神经传感器和可从加拿大安大略省Kitchener的EyedroGreen Solutions公司获得的EHEM1家用电力监测器，使用CT技术，因为辨别功率使用是相对直接的，因为来自CT钳夹包围的单根导线的磁场与导线中存在的电流具有简单的物理关系。这种产品通常通过将由每个CT钳夹感测的瞬时电流乘以时变电压来确定功率。通过在诸如一秒的时间段内对这个瞬时功率积分，可以计算在该一秒时间段内使用的总功率。
然而，CT钳夹的安装是困难和危险的，因为该步骤需要移除电气断路器箱的外部保护面板，并且进一步要求安装人员与高功率电线紧密接触，其可以导致人身伤害或甚至死亡。这种安装对于房主来完成是不实际的；大多数房主不愿舒适地执行安装，而是选择雇用电气承包商以显著的费用执行工作。此外，由于拆卸保险丝盒盖、小心地连接CT钳夹和相关电线包含的劳动，CT钳夹安装需要大量时间。即使是专业电工的安装也需要三十分钟或更长的时间。
发明内容
因此，需要一种用于使用远程感测技术来测量流过功率分配点的功率的使用和波动的方法和系统，所述远程感测技术不需要将复杂且危险的部件(诸如CT钳夹)安装到电气断路器箱的内部。本文描述的技术通过将配备有磁场传感器的传感器模块定位在功率分配点附近来提供功率测量系统的大大简化的安装。作为示例，任何人都可以安装本文描述的功率测量系统，即使是没有电力工作经验的人员，并且可以在短时间内完成安装，通常少于十分钟。
在本发明的上下文中，功率分配点是配电系统中的任何点，其(i)接收从发电源流出的功率(例如，由公用设施提供商操作，如从耦合到功率分配点的太阳能电池板阵列提供)并且(ii)将接收到的电功率分配到一个或多个分配通道。在一个实施例中，功率分配点是安装在住宅或商业设施处的电气断路器箱。图1A中示出了作为家用电气断路器箱100的功率分配点的示例。在这个示例中，电气断路器面板从公用设施提供商通过服务入口电缆102(即，大型电缆，通常进入电气断路器箱顶部并且通常包括三根电线的—一相线104，二相线106和零线108)接收电功率并且将电功率分配给服务于建筑物的不同区域的分支电路110。一相线104和二相线106通常携带120伏的正弦变化电压。这是标准的两相接线方案，其特征在于来自每个导线104,106的电流以相反的方向流动，并且电压相位相差180度。注意，相线的名称“一相”和“二相”在本文用于参考目的以区分一相与另一相。应理解，在一些实施例中，可以有一个、两个或三个相。例如，欧洲的住宅环境可以有一个相，美国的住宅环境可以有两个相，美国的商业环境可以有三个相。
可以包括在本文描述的发明的功率分配点的其他示例包括但不限于位于电气断路器箱上游(即，更靠近公用设施提供商)和/或电气断路器箱下游(即离公用设施提供商更远)的设备。这种设备可以包括其他电气面板，耦合到建筑物中的电气断路器箱(例如，用于为电子车辆充电的插座，太阳能电池板电力传递系统)，智能电表，发电机，公用设施提供商的功率分配系统中的各个节点处的上游设备等等。还应理解，在一些实施例中，功率分配点可以是作为配电系统的一部分的电线或电缆上的点。例如，连接例如公用设施电表和电气断路器箱的服务入口电缆的部分可以被认为是功率分配点，因为功率正在流过服务入口电缆的电线。
图1B是描绘了关于各种功率分配点定位的本文描述的传感器模块的示例性位置的配电系统的图。如图1B所示，传感器模块SM1位于公用设施变压器和智能电表之间的线路上(例如位于住宅处)。传感器模块SM2位于智能电表的外部盒。传感器模块SM3位于容纳住宅的主电气面板(例如，在服务入口电缆进入主面板的位置处或附近)的电气断路器箱附近的墙壁上。传感器模块SM4位于电气断路器箱外部。传感器模块SM5位于电气断路器箱与子电气面板(例如，住宅中其他地方的专用电气面板)之间的线路上。传感器模块SM6位于子面板箱外部。传感器模块SM7位于将太阳能电池板耦接到电气断路器箱的线路上(或传递装置上)。
此外，与上文所述的CT钳夹技术相比，本文描述的系统和方法提供了感测由流过功率分配点的功率产生的更复杂的磁场的优点，诸如由服务入口电缆中的导线104、106产生的磁场，以及由流过各个分支电路110(例如，从功率分配点延伸到建筑内的各个位置)的功率产生的磁场。该系统和方法还有利地使用通过磁场传感器感测的数据来识别耦合到功率分配点的单独分支电路，并进一步识别和监测每个分支电路上的特定设备(例如，电器，电子器件等)。
通常，本文描述的系统和方法使用传感器模块中的一个或多个磁场传感器来感测当功率流过功率分配点(包括连接到功率分配点的分支电路)的功率分配点发射的磁场。在一些实施例中，传感器模块位于功率分配点附近的不同位置。在电气断路器箱的示例中，传感器模块可以固定到电气断路器箱的外部，服务线入口电缆上或附近，和/或电气断路器箱附近的壁上。应理解，上述位置仅仅是示例，并且传感器模块可以放置在靠功率分配点附近的任何地方，其中可以感测来自流过功率分配点的功率的磁场。此外，本文描述的技术通常不需要磁场传感器彼此和/或功率分配点的特定定向。
在一个方面，本发明的特征在于一种用于远程感测的方法，以导出用于功率分配点的校准功率测量。传感器模块的一个或多个磁场传感器感测由功率分配点发射的磁场，其中传感器模块定位在功率分配点附近。与传感器模块耦合的电压传感器感测功率分配点中携带的电压。耦合到传感器模块的第一处理器为每个磁场传感器产生未校准的功率测量，从由磁场传感器感测的磁场和由电压传感器感测的电压导出未校准的功率测量。耦合到传感器模块的第二处理器确定每个磁场传感器对通过功率分配点汲取的已知功率负载的响应。第二处理器使用每个磁场传感器对已知功率负载的响应来导出传递函数。第二处理器将传递函数应用于每个磁场传感器的未校准功率测量以生成功率分配点的校准功率测量。
在另一个方面，本发明的特征在于一种用于远程感测的系统，以导出用于功率分配点的校准功率测量。该系统包括具有位于功率分配点附近的一个或多个磁场传感器的传感器模块。磁场传感器被配置为感测由功率分配点发射的磁场。该系统还包括与传感器模块耦合的电压传感器。电压传感器被配置为感测功率分配点中携带的电压。该系统还包括与传感器模块耦合的第一处理器。第一处理器被配置为为每个磁场传感器生成未校准的功率测量。未校准的功率测量是从磁场传感器感测的磁场和电压传感器感测到的电压导出的。该系统还包括与传感器模块耦合的第二处理器。第二处理器被配置为确定每个磁场传感器对正通过功率分配点汲取的已知功率负载的响应，使用每个磁场传感器对已知功率负载的响应导出传递函数，并且将传递函数应用到每个磁场传感器的未校准功率测量值，以生成功率分配点的校准功率测量值。
另一方面，本发明的特征在于一种远程感测的方法，以导出用于功率分配点的校准功率测量。传感器模块的一个或多个磁场传感器感测由功率分配点发射的磁场，其中传感器模块定位在功率分配点附近。耦合到传感器模块的第一处理器为每个磁场传感器产生未校准的电流测量。未校准的电流测量从由磁场传感器感测到的磁场导出。与传感器模块耦合的第二处理器确定每个磁场传感器对通过功率分配点汲取的已知电流负载的响应。第二处理器使用每个磁场传感器对已知电流负载的响应来导出传递函数。第二处理器将传递函数应用于每个磁场传感器的未校准的电流测量和由功率分配点携带的电压以生成功率分配点的校准功率测量。
另一个方面，本发明的特征在于一种用于远程感测的系统，以导出用于功率分配点的校准功率测量。该系统包括具有传感器模块的传感器模块，传感器模块具有位于功率分配点附近的一个或多个磁场传感器。磁场传感器被配置为感测由功率分配点发射的磁场。该系统还包括与传感器模块耦合的第一处理器，第一处理器被配置为为每个磁场传感器生成未校准的电流测量。未校准的电流测量从由磁场传感器感测到的磁场导出。该系统还包括与传感器模块耦合的第二处理器。第二处理器被配置为确定每个磁场传感器对正通过功率分配点汲取的已知电流负载的响应；使用每个磁场传感器对已知电流负载的响应导出传递函数；并且将传递函数应用到每个磁场传感器的未校准电流测量和由功率分配点携带的电压以生成功率分配点的校准功率测量。
以上方面中的任一个可包括以下特征中的一个或多个。在一些实施例中，功率分配点是电气断路器箱。在一些实施例中，传感器模块被固定到电气断路器箱的外部。在一些实施例中，电压传感器被耦合到电连接到功率分配点的电源。在一些实施例中，与功率分配点耦合的校准器电路被激活以通过功率分配点汲取已知的功率负载。在一些实施例中，校准器电路是电阻器。
在一些实施例中，导出传递函数包括导出各自与磁场传感器的未校准功率测量相关联的一系列系数。在一些实施例中，导出一系列系数包括基于磁场传感器的未校准功率测量确定每个磁场传感器的拟功率(quasi-power)。在一些实施例中，确定拟功率包括针对每个磁场传感器对未校准的功率测量进行时间积分以确定由磁场传感器测量的电流(I)；将电流乘以来自电压传感器的电压(I·V)；并在一个周期内对I·V积分。
在一些实施例中，第二处理器位于与传感器模块耦合的服务器计算设备中。在一些实施例中，第一处理器将每个磁场传感器的未校准功率测量发送给服务器计算设备。在一些实施例中，功率分配点的校准功率测量被传输到服务器计算设备。
在一些实施例中，磁场传感器在传感器模块的壳体内以预定的几何配置布置。在一些实施例中，磁场传感器相对于彼此以不同的方向布置。
在一些实施例中，服务器计算设备被配置为跨越预定地理区域分布的多个功率分配点中的每一个收集一组校准功率测量值，并且确定在至少多组校准功率测量值的一个或多个功率特征。在一些实施例中，一个或多个功率特征对应于耦合到多个功率分配点的功率生成系统中的设备的故障。
另一方面，本发明的特征在于一种识别耦合到功率分配点的单独分支电路的方法。传感器模块的多个磁场传感器感测由耦合到功率分配点的多个分支电路中的每一个发射的磁场，其中传感器模块定位在功率分配点附近。与传感器模块耦合的处理器确定每个磁场传感器对与多个分支电路中的至少一个分支电路相关联的多个功率变化中的每一个的响应。处理器将磁场传感器对每个功率变化的响应定位在多维空间中的点上，其中多维空间的每个维度对应于磁场传感器。处理器识别多维空间中的点的集群，每个集群表示不同的分支电路并且具有不同的矢量方向。
另一方面，本发明的特征在于一种识别耦合到功率分配点的单独分支电路的系统。该系统包括定位在功率分配点附近的传感器模块，并且具有多个磁场传感器，该多个磁场传感器被配置为感测由与功率分配点耦合的多个分支电路中的每个分支电路发射的磁场。该系统还包括与传感器模块耦合的处理器，该处理器被配置为确定每个磁场传感器对与多个分支电路中的至少一个分支电路相关联的多个功率变化中的每一个的响应。处理器还被配置成将磁场传感器对每个功率变化的响应定位在多维空间中的点上，其中多维空间的每个维度对应于磁场传感器。处理器还被配置成识别多维空间中的点的集群，每个集群表示不同的分支电路并且具有不同的矢量方向。
本发明的其它方面和优点将在考虑结合仅以示例方式示出本发明原理的附图的情况下从以下详细描述中变得显而易见。
附图说明
上文所描述的本发明的优点，以及进一步的优点，可以通过参考下列结合各个附图的描述来更好地理解。附图不一定是按比例绘制的，相反一般重点在于解说本发明的原理。
图1A是电气断路器箱的图。
图1B是描绘了关于各种功率分配点定位的传感器模块的示例性位置的配电系统的图。
图2是用于远程感测以导出功率分配点的校准功率测量的系统的框图。
图3是用于远程感测以导出功率分配点的校准功率测量的方法的流程图。
图4是示出瞬时功率、电流(dI/dt积分)和电压的波形的曲线图。
图5是具有位于功率分配点的服务入口电缆附近的三个磁场传感器的传感器模块的图。
图6是由磁场传感器感测的功率变化与电压变化之间的线性关系的示例性图表。
图7A-7C是由每个磁场传感器A、B和C检测的磁场变化的示例性图表，如互相对照地标绘(例如，A对B，B对C，A对C)。
图8是与测量功率分配点上的dI/dt相关联的不同波形的图。
图9是示出在不同类型的电器运行的三个不同时间处的电压的波形图。
图10是识别耦合到功率分配点的各个分支电路的方法的流程图。
图11是由磁场传感器感测的功率变化与电压变化之间的线性关系，包括集群和向量方向的示例性图表。
图12是示出如何分析功率输出的波形以产生变化检测的曲线图。
图13和14是示例性报告仪表板用户界面的屏幕截图的图。
图15是用于将家中的位置映射到电路的示例性用户界面的屏幕截图的图。
图16是描绘某些分支电路上的设备的功率使用的示例性点图的图。
具体实施方式
图2是用于远程感测以导出功率分配点的校准功率测量的系统200的框图。系统200包括进入功率分配点204(例如，电气断路器箱)的服务入口电缆202，功率分配点204将从服务入口电缆接收的功率传输到例如将功率馈送到电器和插座的分支电路205，诸如人们会在居住环境或其他建筑物或设施中找到。
系统200还包括位于功率分配点204附近的传感器模块206。在图2中示出的示例中，传感器模块206被固定到功率分配点204的外部。然而，如上所述，应理解，一些实施例中的传感器模块被定位在功率分配点204附近的各种位置，诸如在服务入口电缆202上或附近，或者在功率分配点204附近的墙壁上。
传感器模块206包括一个或多个磁场传感器。示例性的磁场传感器包括但不限于：霍尔效应传感器、磁阻传感器或磁性线圈拾取器。如图2所示，传感器模块包括三个传感器(即，传感器模块206内的灰色圆圈)，其感测从服务入口电缆202的连接到功率分配点204的导线和包括分支电路205的电线发射的磁场。在一些实施例中，传感器定向在传感器模块内以检测来自功率分配点204周围的不同距离和/或角度的磁场。例如，一个传感器或一组传感器可以定位在传感器模块206内使得每个传感器的表面没有相对于服务入口电缆202/功率分配点204/分支电路205以90度的角度取向，而是以不同的角度取向。而且，在一些实施例中，传感器模块206包括处理器，该处理器可以为每个磁场传感器生成未校准的功率测量，如下文将描述的。如上所述，应理解，在一些实施例中，传感器模块206包括单个传感器，并且在其他实施例中，传感器模块206包括多个传感器。
如图2所示，传感器模块206耦合到将传感器模块206连接到数据测量和处理设备208的电缆(例如，网络电缆)。然而，应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，图2中所示的元件的其它配置可以被实现。例如，虽然图2示出了通信地耦合到单独的数据测量和处理设备208的单个传感器模块，但是应理解，传感器模块206和数据测量和处理设备208可以位于相同的物理壳体内—由此包括单个设备。在另一个示例中，传感器模块206和数据测量和处理设备208可以配备有使得各个设备206,208如本文所述进行通信的无线联网电路(例如，WiFi天线)。在一些实施例中，传感器模块206可以基于ST Micro的STM32F205ARM CortexMS处理器和用于通信的Broadcom BCM43362WiFi芯片，其在单个设备中提供12位A/D和无线通信。
如可以预期的，从功率分配点204接收功率并分配功率的分支电路205也发射可由传感器模块206检测到的磁场。在一些实例中，由分支电路205发射的磁场可以被认为是“噪声”，因为这些场可以改变由功率分配点204和/或服务入口电缆202发射的磁场的传感器所获得的读数。然而，每个分支电路205发射的磁场也可以被认为是要由传感器模块206的磁场传感器捕获并由数据测量和处理设备208分析的单独信号。应理解，虽然图2描绘了传感器模块206内的三个传感器，但该模块可以包括检测来自功率分配点204的磁场并且还检测来自分支电路205的磁场的各种其他数量的传感器(例如四个，六个，十个，十二个)。在一些实施例中，传感器模块206的磁场传感器可以相对于彼此以特定几何配置布置。
此外，在一些实施例中，传感器模块206还可以包括或被耦合到射频(RF)天线，该射频(RF)天线被配置为测量由功率分配点204的时变电压(dV/dt)产生的时变电场。因为RF天线感测电场的时变分量，并且因此感测功率分配点204上的电压的时变分量，所以系统能够检测可能由各种情况(一些潜在的危险，诸如从公用配电系统引入的浪涌，大型电器开启和关闭，本地电力系统中的电短路和/或火花，电能质量差等等)引起的非常快速变化的电压。该系统可以被配置成检测这些变化的电压并且生成报告和/或警报以警告终端用户关于电气系统中存在的可能的危险—如下面将更详细描述的。
继续参考图2，数据测量和处理设备208从传感器模块206的磁场传感器接收磁场测量数据，并且在一些实施例中，处理测量数据以确定未校准的功率测量和校准的功率测量二者。数据测量和处理设备208包括诸如一个或多个处理器、存储器、通信模块(例如WiFi电路)、校准电路209和其他信号处理电路的计算硬件以执行本文中描述的数据收集、校准和功率测量处理。在一个实施例中，数据测量和处理设备208包括两个处理器以接收和处理从传感器模块206接收到的数据；处理器中的第一处理器被配置成为每个磁场传感器生成未校准的功率测量，处理器中的第二处理器被配置成生为功率分配点生成校准功率测量，如下文中将描述的。在其他实施例中，本段中描述的处理可以由位于传感器模块206或数据测量和处理设备208中任一个中的单个处理器来执行。在另一个实施例中，第一处理器和第二处理器可以位于本文描述的设备—诸如传感器模块206、数据测量和处理设备208和/或服务器计算设备214中的任一个设备中。
数据测量和处理设备208还包括通过120VAC插头210(在一些实施例中，插头可以是220V)连接到插座(例如，电源插座)的电源211。在一个实施例中，设备208可以基于STMicro的STM32F205 ARM Cortex MS处理器和用于通信的Broadcom BCM43362 WiFi芯片，其在单个设备中提供12位A/D和无线通信。数据测量和处理设备208，或者在一些情况下电源211本身，还包括电压传感器212，其能够直接测量电源211内的功率线上的电压。
数据测量和处理设备208还耦合到通信网络213，该通信网络213使得设备208能够与服务器计算设备214通信，在一些实施例中，服务器计算设备214可以位于与数据测量和处理设备208不同的位置。例如，设备208可以通过因特网(例如，通过到本地安装的路由器或其他装置的无线连接)进行通信以将功率测量数据发送到服务器计算设备214。在一些实施例中，服务器计算设备214可以存储功率测量数据并提供关于功率测量数据的其他功能或服务。如上所述，传感器模块206和/或数据测量和处理设备208可以向服务器计算设备214发送数据—诸如向服务器计算设备214发送未校准的功率测量数据，使得服务器计算设备214可以生成校准功率测量。在另一个示例中，服务器计算设备214可以使得用户能够访问他或她的住所的功率测量数据(例如，通过浏览器界面)并查看与由系统200捕获和处理的功率测量数据有关的报告、数据摘要、警报和其他类型的信息，如下面将更详细描述的。
图3是使用图2的系统200的用于远程感测以导出功率分配点的校准功率测量的方法300的流程图。传感器模块206的一个或多个磁场传感器感测(302)由功率分配点204发射的磁场。如上所述，并且如图2所示，传感器模块206定位在功率分配点204附近。每个磁场传感器产生与由传感器检测到的磁场成比例的输出电压，其中磁场与流过每个电线的变化电流(dI/dt)成比例。如上所述，在一些实施例中，磁场传感器是霍尔效应传感器，其测量与流过电线的电流(I)成比例的磁场，而不是变化的电流。
电压传感器(例如，电压传感器212)感测(304)功率分配点204中携带的电压。与传感器模块206耦合的第一处理器产生(306)每个磁场传感器的未校准功率测量。第一处理器从由相应传感器感测的磁场和由电压传感器感测的电压导出每个未校准功率测量。例如，因为每个磁场传感器产生与dI/dt有关的输出，所以传感器设备206(或在一些实施例中，数据测量和处理设备208)的处理器对来自传感器的输出进行积分以在测量时间引入瞬时电流。如上所述，应理解，霍尔效应传感器测量与I成比例的磁场，其不需要被积分。
作为一个示例，图4描绘了对应于瞬时功率472、电流(dI/dt积分)474和电压476的波形。与传感器模块206耦合的第一处理器将积分电流乘以瞬时电压，并且第一处理器将瞬时功率在一段时间内积分以产生未校准的功率输出。此时，第一处理器确定每个磁场传感器的未校准的功率输出，因为第一处理器不具有关于例如每个磁场传感器与功率分配点204中的每条电线有多接近的详细信息，因此目前没有足够的信息来确定确切的电流。
如应理解的，由传感器模块206中的每个传感器感测的磁场是从功率分配点204中的每根电线感测到的磁场的线性组合(例如，服务入口电缆202的一相线104，二相线106和零线108，和/或每个分支电路205)。在简化的示例中，图5是具有三个磁场传感器A，B和C的传感器模块206的图，三个磁场传感器A，B和C被定位在功率分配点204中的服务入口电缆202的电线(即，一相线104，二相线106和零线108)附近。使用这个配置作为示例，由于传感器A比传感器B和C更接近电线104，所以来自电线104的磁场被传感器A比传感器B和C更强地检测。类似地，由于传感器B比传感器A和C更接近电线106，所以来自电线106的磁场被传感器B比传感器A和C更强地检测。
如关于CT钳夹所知，CT钳夹的校准相对简单，因为通过CT钳夹获得的测量结果直接与流过CT钳夹附连的线路的功率成正比。然而，在本文描述的系统和方法中，磁场传感器的校准更复杂，因为由传感器检测到的信号与流过相应线路的功率的比例是未知的并且必须被计算。
返回图3，与传感器模块206(例如，位于数据测量和处理设备208处的处理器和/或位于服务器计算设备214处的处理器)耦合的第二处理器继续校准由第一处理器生成的未校准功率测量。第二处理器确定(308)每个磁场传感器对通过功率分配点204汲取的已知功率负载的响应。在一个示例中，第二处理器耦合到校准电路(例如，数据测量和处理设备208的校准电路209)，其能够向功率分配点204引入电阻和/或电抗性负载。应理解，校准电路可以以各种配置耦合到系统200，诸如具有单独的校准器设备其被插入例如连接到功率分配点204的分支电路205。第二处理器可被编程为在预定时间启动校准电路209(例如，开启簧片开关)，使得在那些时间从传感器模块206的磁场传感器接收的测量可以被评估以确定添加已知的功率负载对总功率测量的影响，并且还确定已知功率负载对由每个传感器监测的电线的相对影响。
在一些实施例中，已知功率负载的量可以以各种方式来确定，包括但不限于从耦合到连接到功率分配点204的分支电路205的智能插头获得测量值，从数据测量和处理设备208的电源211获得测量值，或者从耦合到功率分配点204的智能电表获得测量值。
总功率负载也可以通过感测电压(例如，使用电压传感器)和估计与电压变化相关联的功率(即，确定功率流和电压变化之间的关系)来确定。图6是在具有两相功率的家庭的相1和相2上观察到的功率变化相对于从数据测量和处理设备208的电源211测量的电压变化之间的线性关系的示例性绘图。如图6所示，线602示出了相1上的功率流之间的线性关系，线604示出了相2的线性关系。可以使用在用已知负载校准的单个电路上看到的功率改变和电压改变之间的关系来导出对于尚未使用或无法用已知负载进行校准的电路的功率变化。尽管电压信号有点嘈杂，但通过集合和聚集许多电压对随时间的功率变化，可以确定更精确的关系，从而提高功率分配点处的功率使用的准确性。
图7A-7C是由每个磁场传感器A、B和C检测的磁场变化的示例性图表，如互相对照地标绘(例如，A对B，B对C，A对C)。如图7A-7C所示，每个绘图包括对应于被绘制的各个传感器的x轴和y轴。每条线上的点表示检测由校准电路209通过功率分配点204汲取的已知电流的变化。
如图7A-7C中所示，绘图包括用于两个磁场传感器的二维数据，以便于表示和说明。然而，应理解，不管在传感器模块206中实现了多少个传感器，第二处理器将由每个传感器检测到的磁场对比每个其他传感器进行绘制。例如，如果传感器模块206包括八个传感器A至H，第二处理器绘制由传感器A检测到的磁场对比其他传感器B至H中的每一个的磁场，等等，用于每个传感器—导致八维的数据，并且相应地，八维空间用于绘制磁场变化。因此，需要计算机处理来生成这种高维度数据—这是在没有先进的计算机处理算法和技术的情况下无法完成的。
使用具有高维度的数据集使得第二处理器能够捕获和理解功率分配点204的各个电线(例如，服务入口电缆202的电线，分支电路205的电线)中的差异，因为每个分支电路电线的测量数据几乎可以肯定足够不同来与其他分支电路电线区分。因此，即使存在噪声，第二处理器也能够将每根电线分开，并且可以检测每个特定分支电路上的功率分布的细微变化—这提供了若干有用的优点，如将在说明书中稍后详细描述的。
返回图3，第二处理器使用每个磁场传感器对已知功率负载的响应来导出(310)传递函数，然后将传递函数应用于(312)每个磁场传感器的未校准功率测量以为功率分配点204生成校准功率测量。如前所述，本文描述的方法和系统的重要特征是使用从传感器模块206的每个磁场传感器获得的未校准功率测量来生成功率分配点204的校准功率测量。通常，流过功率分配点204的总功率P可以用下面的方程表示:
P＝C0·PA+C1·PB+C2·PC+···+Ci·Pn
其中：
Pn＝传感器n的输出；
Ci＝系数。
与每个磁场传感器输出相关联的系数受三个因素的影响:
1)传感器相对于电线的几何形状，1/r，其中r是从传感器到被感测电线的距离；
2)由电路形成的磁环的大小；和
3)传感器的方向，落在-1至1的范围内。
所有三个值，1/r、环路的大小和传感器的方向都是不变的静态值。
为了确定系数是什么，第二处理器执行以下步骤:
1)每个检测来自n根电线的磁场的每个磁场传感器(例如，A至L)的“拟功率”(Q)可以由以下方程表示:
···
2)对于传感器A，上面的每个方程都随时间不断积分，如以下示例所示:
以导致下面的方程，其中I(t)表示电流：
QA＝C1A·I(t)电线1+C2A·I(t)电线2+…+CnA·I(t)电线n
3)然后方程的两边乘以电压V(t)以确定瞬时拟功率：
QA·V(t)＝C1A·(I(t)·V(t))电线1+C2A·(I(t)·V(t))电线2+…+CnA·(I(t)·V(t))电线n
4)然后将该等式在一个或多个60Hz功率周期上进行积分以确定传感器检测到的平均拟功率(P)：
PQA＝C1A·∫(I(t)·V(t))电线1+C2A·∫（I（t)·V(t))电线2+…+CnA·∫(I(t)·V(t))电线n
或
PQA＝C1A·P1电线1+C2A·P2电线2+…+CnA·Pn电线n
PQL＝C1L·P1电线1+C2L·P2电线2+…+CnL·Pn电线n
上面的方程计算每个磁场传感器的拟功率，作为每个电路中功率流的函数。利用传感器对已知校准负载的响应将矩阵C(C1A至CnL)倒置，得到每个电路中的功率流的方程，作为每个传感器的拟功率的函数。最终的校准功率是每个电路中功率流的带符号总和。
应理解，利用CT钳夹的功率测量系统不执行任何上述计算，因为CT钳夹直接在它们所附连的电线上测量电流。因此，这些系统不需要如上所述计算校准系数。
在一些实施例中，校准电路209可以被配置成通过功率分配点204绘制小的已知负载。在一个示例中，校准电路209是针对各种数量的60Hz功率周期汲取电流的电阻器。而且，在一些实施例中，第二处理器使用匹配的场处理来确定校准的功率测量。例如，校准电路209可以被配置成以1秒间隔每分钟通过功率分配点204汲取已知负载。因为第二处理器被配置成理解通过功率分配点204汲取已知负载的时间，所以第二处理器将每秒获取的各个测量加在一起以确定功率分配点204的校准功率测量。在另一示例中，校准电路209可以在特定的电压周期上汲取小的已知负载。因为汲取的功率在特定的电压周期发生，所以第二处理器知道校准电路209所处的相与第二处理器的电压测量的相有关。
在一些情况下，通过包括比被监测的电线的数量更少的磁场传感器，传感器模块206对于功率分配点204可以是“欠定的”。然而，即使当功率分配点204具有比具有传感器的传感器模块206更多的电线汲取功率时，本文描述的系统和方法可以适用于为所有电线产生校准功率测量数据。在这个示例中，第二处理器可以将用于已知电线(例如，分支电路)的数据(例如，测量和系数)存储在当前未被用于执行上文所述连续计算的辅助存储器位置中。然后第二处理器重新校准剩余分支电路的功率测量数据，包括新开启的分支电路。例如，如果分支电路1到7正在使用，然后分支8被接通，则第二处理器将分支电路1的数据存储在辅助存储器中，并重新校准分支电路2到8的功率测量数据(如上所述)。如果随后在分支电路1上发生变化，则第二处理器可以确定与该变化相关联的瓦数并将该值添加到跨当前正在被监视的分支电路2到8上的功率测量。
如上所提供的，系统200的RF天线可以被配置成测量由系统200的时变电压产生的随时间变化的电场，并且因此检测可以由各种情况引起的非常快速变化的电压。例如，图8中的波形示出了在不同类型的电器运行的三个不同时间的dI/dt输出电压。波形852和853对应于以小功率量运行的小电器。注意，波形中存在差异，指向这些波形用于识别当时运行的设备的唯一性。相比之下，波形854对应于运行的空调单元。注意，与相关电器的唯一签名相对应的每个dI/dt图形的高级细节和各种变化率。可以对这些测量进行跟踪并汇总，以便在问题或危险状况造成重大损害或威胁(即火花在未解决的情况下可能引发房屋火灾)之前标识问题或危险情况。为了检测这些细节和变化率(可以非常小)，第一处理器(例如，嵌入在传感器模块206中)可以被配置为以高速率(例如，100MHz)对数据进行采样。
图9是与测量功率分配点204上的电压相关联的不同波形的图，其中波形902表示直接在线路上的电压测量(例如，通过电阻分压器电路直接从120伏电源线读取)，并且波形904和906表示系统200的RF天线对时变电压的测量。如图9所示，波形902是平滑且连续的—使得电压的非常快和/或非常小的变化不容易看到。相反，由测量时变电压(dV/dt)的RF天线捕获的波形904,906包含表示非常快速和/或非常小的电压改变的变化(即锯齿线，峰值，方向改变)。如上所述，任何这些变化都可以代表电气系统中的潜在的危险状况。因为系统200可以检测到这些差异，所以可以跟踪和汇总测量结果以在问题或危险状况造成严重的损害或威胁(即，火花在未解决的情况下可能引发房屋着火)之前识别问题或危险状况。
本文描述的系统和方法提供的另一个重要优点是识别耦合到功率分配点204的单独分支电路205并且监视单个分支电路上的功率活动的能力—包括耦合到某些分支电路的特定设备(例如，电器，灯具等等)的识别。例如，家中的电器可以具有不同的电阻和电抗负载(电感或电容)。并且，诸如具有开关电源的许多电器被设计为在电压周期的顶部提取电流。因此，功率分配点204的功率输出(由上述系统和方法确定)可以被进一步分析以理解所供应的电压与传送到电气系统的电流之间的相移，该相移指示接通和关闭的电器。
图10是通过使用图2的系统200来识别耦合到功率分配点的单独分支电路的方法的流程图。传感器模块206的磁场传感器感测(1002)由多个分支电路(例如，分支电路205)中的每个分支电路发射的磁场。处理器(例如，嵌入在传感器模块206、数据测量和处理模块208和/或服务器计算设备214中)确定(1004)每个磁场传感器对与多个分支电路205的至少一个相关联的多个功率改变的每一个的响应。例如，当诸如耦合到特定分支电路205的电器的设备改变状态(即，设备打开/关闭)时，通过分支电路205通过功率分配点204汲取的功率的相应变化由磁场传感器感测。处理器从每个传感器接收与这些功率变化相关联的数据。
处理器将磁场传感器对每个功率变化的响应定位(1006)在多维空间中的点上，并标识(1008)多维空间中的点的集群。如上所述，如果传感器模块206包括八个传感器A至H，则处理器将对照其他传感器B至H中的每一个绘制由传感器A检测到的磁场，并且对每个传感器同样如此，从而产生八个维度的数据。因此，多维空间中的每个维度对应于特定的磁场传感器。由于由一个磁场传感器检测到的功率变化与由第二磁场传感器检测到的变化之间的总体线性关系，磁场传感器的相关响应沿着多维空间内的矢量方向被布置成线性集群。例如，如图11所示，点沿着三个不同的矢量方向1102,1104,1106集群。然后，处理器将这些集群标识为每个表示不同的分支电路。应理解，即使关系是非线性的，分离电路仍然可能在多维空间中形成分离的集群。
如上所述，使用具有高维度的数据集使得能够查看功率分配点204的各个电线中的每个电线上的功率变化，因为每个电线的测量数据几乎肯定足够不同以区别于其他电线。因此，即使存在噪声，第二处理器也能够将每根导线分开，并且可以检测每个特定分支电路上功率曲线的细微变化。
此外，处理器可以确定与每个功率变化相关联的幅度，并且将多维空间中的与单个分支电路相关联并且具有相似幅度的一个或多个点分组。例如，每当设备开启时，耦合到特定分支电路205的设备通过分支电路通过功率分配点204汲取相同量的功率。可以假设，来自单个设备的功率变化通常具有相同的幅度。因此，处理器绘制与磁场传感器的响应相关联的点，即在多维空间中的相同位置处或附近的功率变化。然后，处理器可以确定在多维空间中彼此接近的特定集群中的一组点(即，由此与特定分支电路相关联)对应于该分支电路上的相同设备。然后，处理器基于该组点和幅度来标识耦合到分支电路的设备的状态改变。这些处理技术在设备功率分解的背景下提供了显著的优点，因为连接到特定配电系统的分支电路(例如，家中的电气断路器箱)的所有设备首先通过它们连接到的分支电路的标识被分离。因此，系统提供了一种更高效和更简单的方式来标识和跟踪由于这种分离导致的设备及其功率使用。诸如CT钳夹之类的现有技术是不足的，因为它们不能通过分支电路完成设备的分离。
图12是示出如何可以分析功率输出的波形以产生变化检测的几个曲线图的图，其中每个尖峰表示电器或其他电气设备打开或关闭。如图12所示，顶部波形1202表示功率分配点204在特定时间段内的功率输出，如由传感器模块206和数据测量和处理设备208进行的功率测量所确定的。目前，变化检测技术寻找功率水平的简单突变，以试图确定设备何时开启和关闭。从图1204中可以看出，这导致非常嘈杂的环境，并且难以隔离特定的电器。通过计算电流和电压之间的实时相位差，系统200可以导出相位表面曲线图1206，该相位曲线图1206示出随着所传输的提供的电压和电流随时间变化而发生的相移。如图12所示，图1204中描绘的尖峰通常与图1206中发生的相移一致(见箭头1210)。最后，设备208可以将相位表面图转换成变化检测扫描1208，其中尖峰对应于相移(见箭头1212)并且表示例如电器打开或关闭。因此，通过使用这种技术，当发生功率的显著变化并且以容易理解的方式表示它们时，系统200可以更容易地隔离特定的时间点—以理解电器的功率使用并标识任何潜在的问题。
而且，如上所述，数据测量和处理设备208可以耦合到网络212，以与服务器计算设备214通信，服务器计算设备214可以远离家庭或企业，其中电气面板204、传感器模块206和设备208被安装在其中。服务器计算设备214可以从设备208接收用于存储(例如，在耦合到服务器214的数据库中)和进一步处理(例如电路的校准)的功率测量数据，并且提供相关服务—诸如报告和警报功能。在一个示例中，房主可以访问服务器计算设备(例如，使用互联网浏览器的PC或移动电话)以查看他或她家的功率测量数据并接收相关信息，诸如功率使用报告，安全警报、通知、和时间表。服务器计算设备214可以被配置为实时提供功率测量数据和相关信息，使得房主拥有家中功率使用的最新且准确的图片。在一些实施例中，用户可以向系统200指定特定电器或设备何时开启和/或关闭，并且系统200可以将这个用户提供的信息与由传感器模块206收集并由设备208处理的数据相关以检测与电器相关联的特定电压/电流/功率消耗特征，然后在未来功率测量数据分析过程中使用这些特征来标识相同的电器。而且，用户界面可以检测可不被系统200预先标识或已知的某些设备或电器的特征，并通过报告功能将其显示给用户。
图13是由系统200的服务器计算设备214提供的示例性报告仪表板用户界面的屏幕截图的图。如图13所示，仪表板用户界面包括与由传感器模块206和数据测量和处理设备208执行的功率测量相关联的各种报告和制表。例如，仪表板可以包括关于当前能量使用1302的报告，包括图1304示出家庭中的某些电器或功率消耗设备(HVAC，冰箱，厨房灯等)的激活和停用以及相应的能量使用的影响。当前的能量使用1302报告还包括表格1306，该表格1306示出了目前正在使用最多能量的设备/电器以及相应的每小时成本以提供所使用的能量。仪表板还可以包括能量使用报告1308，其以易于查看的格式显示每个设备的当前状态(即，红＝关，绿＝开)以及每小时的用电量和成本。
接下来，仪表板还可以包括图表1310，该图表1310示出了全天中家中的每个设备/电器的能量消耗。例如，如图表1310所示，家中的主HVAC系统从7am运行到10am，再从12pm运行到6pm，再从8pm运行到12am。在另一个示例中，有线电视盒全天不断耗电。图13中描绘的用户界面为家庭中的设备和电器的操作的房主提供了清晰的图像以及相应的能量消耗和每小时的成本。此外，仪表板中的任何用户界面可以如上所述用映射数据增强，使得仪表板可以指示特定楼上卧室(其与家中的特定电路相关联)中的有线电视盒在全天不断耗电。
图14是由系统200的服务器计算设备214提供的示例性报告仪表板用户界面的附加屏幕截图的图。如图14所示，仪表板可以包括家庭能源总结报告1402，其中图表1404示出在特定时间段(例如今天)期间家中的总体能量使用。图表1404可以被配置为显示其他时间段(例如最近两天，最近七天，上个月和去年)的能量使用。仪表板还可以包括安全通知表1406，该安全通知表1406基于系统200对功率使用的检测和分析来列出家中的常见电气危险以及状态指示符以向房主显示这些危险中的一种是否可以存在于家庭中，如上面详细描述的。
应理解，上述便携式插入式校准器可以与移动应用(例如，在智能手机或其他移动计算设备上执行)结合使用，以标识哪些电路对应于家中的特定位置。例如，用户可以将便携式校准器插入位于特定分支电路上的家庭的特定房间中的插座中，并且校准器可以通过功率分配点204汲取已知的功率负载。在一个示例中，由传感器模块206感测并由数据测量和处理设备208处理的磁场数据可以被发送到服务器计算设备214以用于如前所述的校准。此外，移动应用程序与服务器计算设备214通信以在校准完成时向用户提供通知并且从用户接收关于可以用于将位置映射到正在被校准的电路的位置的家中的校准器的位置的信息。
图15是用于将家中的位置映射到分支电路的示例性用户界面1500的屏幕截图。如图15所示，用户界面1500包括校准器已经连接到的分支电路的校准完成的指示符1502(例如文本和/或百分比图形)。用户界面1500还包括用户输入栏1504，其使得用户能够输入例如插入校准器的房间的名称。移动设备将用户输入发送到服务器计算设备214，服务器计算设备214存储将映射到分支电路数据中的用户输入。一旦系统200已经产生了该映射数据，随后的家用电气系统中的潜在危险的通知可以包括位置数据并且因此对于用户更精确和可操作(例如，100瓦设备已经在厨房中打开或者起居室支路上检测到潜在的火灾危险)。
图16是基于由如上所述的图2的系统200执行的测量和分析描绘某些分支电路上的设备的功率使用的示例性点图的图。如图16所示，顶部1602处的线图描绘了流过每个分支电路1604在一段时间(从左到右)连接到的功率分配点(例如，电气断路器盒)的总功率。
与特定分支电路相关联的每一行包括不同颜色(例如，绿色和红色，浅灰色和深灰色)的一系列点。每个点对应于当耦合到对应分支电路1604的设备打开或关闭的时间点。例如，红色圆点表示设备关闭，而绿色圆点表示设备开启时。点的大小与设备的功率量有关。应注意，分支电路1604根据它们的位置被标记(例如，使用如上关于图15所述的移动应用)，使得用户可以容易且快速地理解特定建筑物中的位置(例如，住宅)以及设备所连接到的分支电路上的能量使用模式。
在一个示例中，“厨房”分支电路上的一系列点1606可对应于定期打开和关闭的咖啡机以保持咖啡温度均匀。在另一个示例中，一系列点1608可以对应于地下室中的HVAC单元，其在不同的时间以不同的速率打开/关闭。
基于本文描述的功率测量和分支电路标识数据的有利收集、处理、整理和呈现，系统200充当烟雾前检测器，因为它可以在非常早的阶段检测潜在的火灾危险，如火花、故障电器、异常功率使用等等—甚至在真正的火灾威胁存在之前。该系统200的先进的检测和数据处理技术为房主提供及时而重要的信息和警报，使得他或她几乎在家庭电气系统中出现这种情况时立即意识到危险状况，并立即采取行动改善危险。
本文描述的系统和方法的另一个有利方面是确定外部事件(例如公用设施分布系统中的上游家庭发生的事件)是否影响到家庭的功率传输并且因此可以代表诸如变压器故障或公用设施线上的冲击。在该实施例中，系统200可以安装在连接到相同公用设施配电系统的多个家庭中。由于每个家庭的已安装系统都会进行功率测量，因此各个系统检测到的外部能量事件可以相互关联(例如，系统会同时检测到类似的电流/电压变化，而这不是直接归因于家中的任何设备或电路)并且可以为公用设施运营商生成通知或警报以调查可能的原因。在一些实施例中，电流/电压变化可以具有指示特定设备故障(例如，变压器)的特征，并且特征可以被提供给公用设施运营商以帮助定位负责功率变化的设备。为了标识公用设施问题，系统200可以以高速率(例如，以100MHz的数量级)对数据采样，并且使用精确且稳定的时钟源在家庭之间使相应的数据同步，从而使得外部事件可以相关。事件可以在测量dI/dt的传感器或通过测量dV/dt的天线之间相关。事件还可以与外部环境因素(诸如天气(温度，风，雨或雷电)或太阳事件)相关，以帮助诊断故障原因。
可以以数字和/或模拟电子线路，或以计算机硬件、固件、软件或以它们的组合来实现上文所描述的技术。实现可以作为计算机程序产品，即，在机器可读的存储设备中可触摸地实施的计算机程序，用于被数据处理设备(例如，可编程处理器、一个计算机和/或多个计算机)执行或控制数据处理设备的操作。计算机程序可以以任何形式的计算机或编程语言来编写，包括源代码、已编译的代码，解释的代码和/或机器代码，计算机程序可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为适用于计算环境中的子例程、元件、或其他单元来部署。可以部署计算机程序以在一个或多个站点中的一台计算机或多台计算机上执行。
方法步骤可以由执行计算机程序的一个或多个处理器来执行，通过对输入数据进行操作和/或生成输出数据，来执行本技术的功能。方法步骤也可以由下列各项执行，而设备可被实现为，专用逻辑电路，例如，FPGA(场可编程门阵列)、FPAA(场可编程模拟阵列)、CPLD(复杂可编程逻辑器件)、PSoC(可编程片上系统)，ASIP(专用指令集处理器)，或ASIC(专用集成电路)，等等。子例程可以是指存储的计算机程序和/或处理器，和/或特殊电路的实现一个或多个功能的某些部分。
作为示例，适于计算机程序的执行的处理器包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何类型的数字或模拟计算机中的任何一个或多个处理器。一般而言，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和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器，和/或用于存储指令和/或数据的一个或多个存储器设备。诸如高速缓存之类的存储器设备可用于临时存储数据。存储器设备也可以用于长期数据存储。一般而言，计算机还包括用于存储数据的一个或多个大容量存储设备，例如，磁盘、磁光盘或光盘，或可操作地与它们连接，以从它们那里接收数据或向它们传输数据，或两者。计算机也可以可操作地耦合到通信网络，以便从网络接收指令和/或数据和/或向网络传输指令和/或数据。适用于具体化计算机程序指令和数据的计算机可读取的存储介质包括所有形式的易失性和非易失性存储器、作为示例，包括半导体存储器设备，例如，DRAM、SRAM、EPROM、EEPROM，以及FLASH存储器设备；磁盘，例如，内部硬盘和可移动磁盘；磁光盘；光盘，例如，CD、DVD、HD-DVD，以及蓝光光盘。处理器和存储器可以通过特殊用途逻辑电路来补充和/或集成在特殊用途逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，以上描述的技术可在与例如CRT(阴极射线管)监视器、等离子监视器、或LCD(液晶显示器)监视器之类的用于向用户显示信息的显示设备、和键盘以及例如鼠标、跟踪球、触摸板、或运动传感器之类的可由用户用来向计算机提供输入(例如，与用户接口元件交互)的指示设备通信的计算机上实现。其它种类的设备也可被用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感觉反馈，例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且来自用户的输入可按任何形式接收，包括声音、语音和/或触觉输入。
以上描述的技术可在包括后端组件的分布式计算系统中实现。例如，后端组件可以是数据服务器、中间件组件和/或应用服务器。以上描述的技术可在包括前端组件的分布式计算系统中实现。前端组件可例如是具有图形用户界面的客户端计算机、通过其用户可与示例实现交互的Web浏览器、和/或传输设备的其它图形用户界面。以上描述的技术可实现在包括这样的后端、中间件或前端组件的任何组合的分布式计算系统中。
计算系统的组件可通过可包括任何形式或介质的数字或模拟数据通信(例如，通信网络)的传输介质来互连。在任何配置中，传输介质可包括一个或多个基于分组的网络和/或一个或多个基于电路的网络。基于分组的网络可包括例如因特网、载波网际协议(IP)网络(例如，局域网(LAN)、广域网(WAN)、校域网(CAN)、城域网(MAN)、家庭域网(HAN))、专用IP网络、IP专用交换分机(IPBX)、无线网络(例如无线电接入网络(RAN)、蓝牙、Wi-Fi、WiMAX、通用分组无线业务(GPRS)网络、HiperLAN)和/或其它基于分组的网络。基于电路的网络可包括例如公共电话交换网(PSTN)、旧版专用交换分机(PBX)、无线网络(例如，RAN、码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、全球移动通信系统(GSM)网络)和/或其它基于电路的网络。
传输介质上的信息转移可基于一种或多种通信协议。通信协议可包括，例如，以太网协议、因特网协议(IP)、IP语音(VoIP)、点对点(P2P)协议、超文本传输协议(HTTP)、会话发起协议(SIP)、H.323、媒体网关控制协议(MGCP)、信令系统#7(SS7)、全球移动通信系统(GSM)、按键通话(PTT)协议、基于蜂窝的PTT(POC)协议、和/或其它通信协议。
计算系统的设备可包括例如计算机、具有浏览器设备的计算机、电话、IP电话、移动设备(例如，蜂窝电话、个人数字助理(PDA)设备、膝上型计算机、电子邮件设备)和/或其它通信设备。浏览器设备包括例如具有万维网浏览器(例如，可从微软公司获得的Internet可从Mozilla公司获得的Firefox)的计算机(例如，台式计算机、膝上型计算机)。移动计算设备包括，例如，IP电话包括，例如，可从Cisco System有限公司获得的Unified IP Phone 7985G、和/或可从Cisco System有限公司获得的Unified Wireless Phone 7920。
包含、包括和/或每个复数形式是开放性的并包括所列部件，且可包括未列出的其它部件。和/或是开放性的，并包括所列部件中的一个或多个以及所列部件的组合。
本领域的技术人员将意识到本发明可体现为其它具体形式，而不背离本发明的精神和本质特性。因此，上述实施例将在各方面被视为是对本文中所描述的本发明的说明而不是限制。

Claims (66)

1.一种用于远程感测以导出功率分配点的校准功率测量的方法，所述方法包括：
通过传感器模块的一个或多个磁场传感器感测由所述功率分配点发射的磁场，其中所述传感器模块定位在所述功率分配点附近；
通过与所述传感器模块耦合的电压传感器感测所述功率分配点中携带的电压；
通过与所述传感器模块耦合的第一处理器为每个磁场传感器产生未校准的功率测量，从由所述磁场传感器感测的所述磁场和由所述电压传感器感测的所述电压导出所述未校准的功率测量；
通过与所述传感器模块耦合的第二处理器确定每个磁场传感器对通过所述功率分配点汲取的已知功率负载的响应；
通过所述第二处理器通过使用每个磁场传感器对所述已知功率负载的所述响应来导出传递函数；并且
通过所述第二处理器将所述传递函数应用于每个磁场传感器的所述未校准的功率测量以生成所述功率分配点的校准功率测量。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述功率分配点是电气断路器箱。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述传感器模块被固定到所述电气断路器箱的外部。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述电压传感器与电连接到所述功率分配点的电源耦合。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括激活与所述功率分配点耦合的校准器电路以通过所述功率分配点汲取所述已知功率负载。
6.如权利要求4的方法，其中，所述校准器电路是电阻器。
7.如权利要求1所述的方法，其中，导出传递函数包括导出各自与磁场传感器的所述未校准的功率测量相关联的一系列系数。
8.如权利要求7所述的方法，其中，导出所述一系列系数包括基于磁场传感器的所述未校准的功率测量确定所述磁场传感器中的每一个的拟功率。
9.如权利要求8所述的方法，其中，确定所述拟功率包括：
为每个磁场传感器对所述未校准的功率测量进行时间积分以确定由所述磁场传感器测量的电流(I)；
将所述电流乘以来自所述电压传感器的电压(I·V)；以及
在一个周期内对I·V积分。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二处理器位于与所述传感器模块耦合的服务器计算设备中。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括通过所述第一处理器，将每个磁场传感器的所述未校准功率测量传输至所述服务器计算设备。
12.如权利要求1所述的方法，进一步包括将所述功率分配点的所述校准功率测量传输至服务器计算设备。
13.如权利要求1所述的方法，其中，所述磁场传感器在所述传感器模块的壳体内以预定的几何配置布置。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述磁场传感器的至少一个子集相对于彼此以不同的定向布置。
15.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
通过服务器计算设备，针对跨越预定地理区域分布的多个功率分配点中的每一个收集一组校准功率测量；并且
通过所述服务器计算设备，确定在至少多组校准功率测量中共同的一个或多个功率特征。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述一个或多个功率特征对应于耦合到所述多个功率分配点的功率生成系统中的设备的故障。
17.一种远程感测以导出功率分配点的校准功率测量的系统，所述系统包括：
传感器模块，具有位于所述功率分配点附近的一个或多个磁场传感器，所述磁场传感器被配置为感测由所述功率分配点发射的磁场；
电压传感器，与所述传感器模块耦合，所述电压传感器被配置成感测所述功率分配点内携带的电压；
第一处理器，与所述传感器模块耦合，所述第一处理器被配置成为每个磁场传感器生成未校准的功率测量，从由所述磁场传感器感测的磁场和由所述电压传感器感测的电压导出所述未校准的功率测量；
第二处理器，与所述传感器模块耦合，所述第二处理器被配置成：
确定每个磁场传感器对通过所述功率分配点汲取的已知功率负载的响应；
通过使用每个磁场传感器对所述已知功率负载的所述响应来导出传递函数；并且
将所述传递函数应用于每个磁场传感器的所述未校准的功率测量以生成所述功率分配点的校准功率测量。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述功率分配点是电气断路器箱。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述传感器模块被固定到所述电气断路器箱的外部。
20.如权利要求17所述的系统，其中，所述电压传感器与电连接到所述功率分配点的电源耦合。
21.如权利要求17所述的系统，进一步包括与所述功率分配点耦合的校准器电路，所述校准器电路当被激活时通过所述功率分配点汲取所述已知功率负载。
22.如权利要求21的系统，其中，所述校准器电路是电阻器。
23.如权利要求17所述的系统，其中，导出传递函数包括导出各自与磁场传感器的所述未校准的功率测量相关联的一系列系数。
24.如权利要求23所述的系统，其中，导出所述一系列系数包括基于磁场传感器的所述未校准的功率测量确定所述磁场传感器中的每一个的拟功率。
25.如权利要求24所述的系统，其中，确定所述拟功率包括：
为每个磁场传感器对所述未校准的功率测量进行时间积分以确定由所述磁场传感器测量的电流(I)；
将所述电流乘以来自所述电压传感器的电压(I·V)；以及
在一个周期内对I·V积分。
26.如权利要求17所述的系统，其中，所述第二处理器位于与所述传感器模块耦合的服务器计算设备中。
27.如权利要求26所述的系统，其中，所述第一处理器被配置成向所述服务器计算设备传输每个磁场传感器的所述未校准的功率测量。
28.如权利要求17所述的系统，其中，所述第二处理器被配置成向所述服务器计算设备传输所述功率分配点的所述校准功率测量。
29.如权利要求17所述的系统，其中，所述磁场传感器在所述传感器模块的壳体内以预定的几何配置布置。
30.如权利要求17所述的系统，其中，所述磁场传感器的至少一个子集相对于彼此以不同的定向布置。
31.如权利要求17所述的系统，进一步包括服务器计算设备，其被配置成
针对跨越预定地理区域分布的多个功率分配点中的每一个收集一组校准功率测量；并且
确定在至少多组校准功率测量中共同的一个或多个功率特征。
32.如权利要求31所述的系统，其中，所述一个或多个功率特征对应于与所述多个功率分配点耦合的功率生成系统中的设备的故障。
33.一种远程感测以导出功率分配点的校准功率测量的方法，所述方法包括：
通过传感器模块的一个或多个磁场传感器感测由所述功率分配点发射的磁场，其中所述传感器模块定位在所述功率分配点附近；
通过与所述传感器模块耦合的第一处理器为每个磁场传感器产生未校准的电流测量，从由所述磁场传感器感测的所述磁场导出所述未校准的电流测量；
通过与所述传感器模块耦合的第二处理器确定每个磁场传感器对通过所述功率分配点汲取的已知电流负载的响应；
通过所述第二处理器通过使用每个磁场传感器对所述已知电流负载的所述响应来导出传递函数；并且
通过所述第二处理器将所述传递函数应用于每个磁场传感器的所述未校准的电流测量和由所述功率分配点携带的电压以生成所述功率分配点的校准功率测量。
34.如权利要求33所述的方法，其中，所述功率分配点是电气断路器箱。
35.如权利要求34所述的方法，其中，所述传感器模块被固定到所述电气断路器箱的外部。
36.如权利要求33所述的方法，进一步包括激活与功率分配点耦合的校准器电路以通过所述功率分配点汲取所述已知功率负载。
37.如权利要求36的方法，其中，所述校准器电路是电阻器。
38.如权利要求33所述的方法，其中，导出传递函数包括导出各自与磁场传感器的所述未校准的功率测量相关联的一系列系数。
39.如权利要求38所述的方法，其中，导出所述一系列系数包括基于磁场传感器的所述未校准的功率测量确定所述磁场传感器中的每一个的拟功率。
40.如权利要求39所述的方法，其中，确定所述拟功率包括：
为每个磁场传感器对所述未校准的功率测量进行时间积分以确定由所述磁场传感器测量的电流(I)；
将所述电流乘以所述已知功率负载的电压(I·V)；以及
在一个周期内对I·V积分。
41.一种远程感测以导出功率分配点的校准功率测量的系统，所述系统包括：
传感器模块，具有位于所述功率分配点附近的一个或多个磁场传感器，所述磁场传感器被配置为感测由所述功率分配点发射的磁场；
第一处理器，与所述传感器模块耦合，所述第一处理器被配置成为每个磁场传感器产生未校准的电流测量，从由所述磁场传感器感测的所述磁场导出所述未校准的电流测量；
第二处理器，与所述传感器模块耦合，所述第二处理器被配置成：
确定每个磁场传感器对通过所述功率分配点汲取的已知电流负载的响应；
通过使用每个磁场传感器对所述已知电流负载的所述响应来导出传递函数；并且
将所述传递函数应用于每个磁场传感器的所述未校准的电流测量和由所述功率分配点携带的电压以生成所述功率分配点的校准功率测量。
42.如权利要求41所述的系统，其中，所述功率分配点是电气断路器箱。
43.如权利要求42所述的系统，其中，所述传感器模块被固定到所述电气断路器箱的外部。
44.如权利要求41所述的系统，进一步包括与所述功率分配点耦合的校准器电路，所述校准器电路被配置成通过所述功率分配点汲取所述已知功率负载。
45.如权利要求44的系统，其中，所述校准器电路是电阻器。
46.如权利要求41所述的系统，其中，导出传递函数包括导出各自与磁场传感器的所述未校准的功率测量相关联的一系列系数。
47.如权利要求46所述的系统，其中，导出所述一系列系数包括基于磁场传感器的所述未校准的功率测量确定所述磁场传感器中的每一个的拟功率。
48.如权利要求47所述的系统，其中，确定所述拟功率包括：
为每个磁场传感器对所述未校准的功率测量进行时间积分以确定由所述磁场传感器测量的电流(I)；
将所述电流乘以所述已知功率负载的电压(I·V)；以及
在一个周期内对I·V积分。
49.一种识别与功率分配点耦合的单独分支电路的方法，所述方法包括：
通过传感器模块的多个磁场传感器感测由耦合到所述功率分配点的多个分支电路中的每一个发射的磁场，其中所述传感器模块定位在所述功率分配点附近；
通过与传感器模块耦合的处理器确定每个磁场传感器对与所述多个分支电路中的至少一个分支电路相关联的多个功率变化中的每一个的响应；
通过所述处理器将所述磁场传感器对每个功率变化的响应定位在多维空间中的点上，其中所述多维空间的每个维度对应于磁场传感器；以及
通过所述处理器识别所述多维空间中的点的集群，每个集群表示不同的分支电路并且具有不同的矢量方向。
50.如权利要求49所述的方法，进一步包括：
通过所述处理器确定与每个功率变化相关联的幅度；
通过所述处理器将所述多维空间中的与单个分支电路相关联的并且具有相似幅度的一个或多个点分组；以及
通过所述处理器基于所述幅度标识与所述分支电路耦合的设备的状态变化。
51.如权利要求49所述的方法，其中，所述多维空间中的每个标识的点的集群沿着相关联的矢量方向布置在一条线上。
52.如权利要求49所述的方法，进一步包括确定所述功率变化中的至少一个是否对应于与所述分支电路相关联的危险。
53.如权利要求49所述的方法，进一步包括：
通过与所述分支电路中的一个耦合的校准设备，通过所述功率分配点汲取已知功率负载；以及
通过所述处理器，基于所述传感器模块对所述已知功率负载的测量识别所述分支电路，所述校准设备附连到所述分支电路。
54.如权利要求49所述的方法，其中，所述校准设备是插入所述分支电路之一上的插座中的便携式校准器。
55.如权利要求49所述的方法，进一步包括：
通过所述处理器将与所述校准设备附连到的识别的分支电路相关联的信息传输到移动计算设备；
通过所述处理器接收与所述识别的分支电路的物理位置相关联的位置标识符；以及
通过所述处理器将所述位置标识符映射到所述识别的分支电路。
56.如权利要求49所述的方法，其中，所述传感器模块包括比分支电路的数量更少的磁场传感器。
57.如权利要求56所述的方法，进一步包括通过所述处理器将与至少多个所述分支电路相关联的测量数据存储在与所述处理器耦合的辅助存储器中。
58.一种用于识别与功率分配点耦合的单独分支电路的系统，所述系统包括：
传感器模块，具有多个磁场传感器，所述传感器模块被配置成感测与所述功率分配点耦合的多个分支电路中的每一个发射的磁场，其中，所述传感器模块位于所述功率分配点附近；以及
处理器，与所述传感器模块耦合，所述处理器被配置成：
确定每个磁场传感器对与所述多个分支电路中的至少一个分支电路相关联的多个功率变化中的每一个的响应；
将所述磁场传感器对每个功率变化的响应定位在多维空间中的点上，其中所述多维空间的每个维度对应于磁场传感器；并且
标识所述多维空间中的所述点的集群，每个集群表示不同的分支电路并且具有不同的矢量方向。
59.如权利要求58所述的系统，其中，所述处理器被进一步配置成：
确定与每个功率变化相关联的幅度；
将所述多维空间中的与单个分支电路相关联并且具有相似的幅度的一个或多个点分组；并且
基于所述幅度标识与所述分支电路耦合的设备的状态变化。
60.如权利要求58所述的系统，其中所述多维空间中的每个识别的点的集群沿着相关联的矢量方向布置在一条线上。
61.如权利要求58所述的系统，其中，所述处理器进一步被配置成确定功率变化中的至少一个是否对应于与所述分支电路相关联的危险。
62.如权利要求58所述的系统，进一步包括校准设备，所述校准设备与所述分支电路中的一个耦合并且被配置成通过所述功率分配点汲取已知功率负载，所述处理器被配置成基于所述传感器模块对所述已知功率负载的测量标识所述分支电路，所述校准设备附连到所述分支电路。
63.如权利要求62所述的系统，其中，所述校准设备是插入所述分支电路中的一个上的插座中的便携式校准器。
64.如权利要求58所述的系统，其特征在于，所述处理器被进一步配置成：
将与所述校准设备附连到的识别的分支电路相关联的信息传输到移动计算设备；
接收与所述识别的分支电路的物理位置相关联的位置标识符；并且
将所述位置标识符映射到所述识别的分支电路。
65.如权利要求58所述的系统，其中，所述传感器模块包括比分支电路的数量更少的磁场传感器。
66.如权利要求65所述的系统，其中，所述处理器被进一步配置成将与至少多个所述分支电路相关联的测量数据存储在与所述处理器耦合的辅助存储器中。
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