用于检测电活动的电活动传感器设备以及电活动监视装置的制造方法
用于检测电活动的电活动传感器设备以及电活动监视装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于检测连接到供电网络的电设备的电活动(具体地，电功率状态的改变)的电活动传感器设备。本发明还涉及用于监视一个或多个电设备的电活动的电活动监视装置。该电活动传感器设备基于射频标识设备(RFID)。
【背景技术】
[0002]对电设备的电活动的监视在诸如能量消耗、用户活动简档的建立这样的领域中以及在安全或保险监视系统中得到很多有用的应用。例如，在家庭环境中，诸如洗衣机、照明设备、坎具、烤箱或咖啡机这样的电设备的活动的知识可以提供关于住户习惯和用户活动的有用的信息，使得能够建立简档。
[0003]用于监视电设备的活动的已知的解决方案利用基于被插入到电力插座并且被配置为测量从相应的电力插座供电的电设备的电消耗的遥控模块的复杂电表系统。这样，遥控模块典型地配备有基于低功率无线技术的无线通信系统，以远程地监视和控制对应的电器。然而，这样的高级的仪表系统需要复杂且昂贵的定制安装。实际上，最近的关于家庭自动化和监视的研宄报告指示价格和技术复杂度为阻止广泛采用的主要市场障碍和抑制。这样的技术的另一缺点是电设备可能从一个电力插座移动到另外的电力插座。而且，并不总是从电子插座对诸如照明设备这样的一些设备进行供电。
[0004]用于检测电设备的活动的其他解决方案基于通过监视供电网络的一个或若干点处的电力线来感测它们的“EMI (电磁干扰)签名(EMI signature)”。然而，这些技术需要定制的校准和训练处理，以学习各种设备的EMI签名。而且，EMI签名可能随时间发展。需要复杂的信号处理技术来分解连接到网络的各种活动设备的签名，并且所获得的结果并不总是非常精确的。
[0005]考虑上述问题设计了本发明。
【发明内容】
[0006]在一般的形式下，本发明涉及一种基于诸如例如射频标识设备这样的天线设备的电活动传感器设备。
[0007]本发明的第一方面提供一种用于监视电设备的电状态的电活动传感器设备，该电活动传感器设备包含:可附接到电设备的电缆的传感器设备，该传感器设备包括可用于与通过电设备的电功率状态的改变在电缆中产生的电脉冲进行磁耦合以引起可检测的电信号的天线元件；其中，天线元件还可用于经由电缆向读取器设备传送表示电设备的电力状态改变的数据。
[0008]从而可以简化且低成本的方式提供对电活动的检测。传感器具有电活动检测和电活动数据的传送的双重功能。典型地，响应于读取器经由供电网络的询问，向远程读取器传送数据。因为数据经由电力网络而不是无线地传送给读取器，所以扩展了传感器设备的操作范围。而且，因为经由电缆网络进行数据的传送，所以例如使用家里的电力基础设施数据传送更少容易受到来自其他无线系统的干扰或者存在的障碍的影响。
[0009]设备的电功率状态的改变可能包含设备的接通、设备的断开、从待机模式到接通电力状态的切换以及从接通电力状态到待机模式的切换。
[0010]在实施例中，天线元件在其工作频率范围内执行到电脉冲的磁耦合以及经由电缆的数据传送这两者。这提供了一种简化的检测设备，因为不必对数据传送提供进一步的数据处理。
[0011 ] 在实施例中，天线元件具有适配于电缆外形的形状因数。
[0012]在实施例中，通过天线元件传送数据包含反向散射经由电缆从读取器设备接收的RF信号。
[0013]在实施例中，传感器设备包含用于响应于所检测到的电信号来存储表示电设备的电力状态改变的数据的存储器元件，并且其中，天线元件被配置为向读取器设备传送标识传感器设备的标识数据。
[0014]在实施例中，天线元件被形成为环形天线。
[0015]在实施例中，天线元件被配置为布置在供电缆线的至少一部分的周围以形成感应线圈。这样的配置提供更高效的磁耦合。
[0016]在实施例中，该设备包括被配置为区分从接通电设备引起的电信号与从断开电设备引起的电信号的脉冲检测器。例如，脉冲检测器可以被配置为区分从接通电设备引起的电信号与从断开电设备引起的电信号。另外，脉冲检测器可以被配置为区分从待机模式切换到接通状态所引起的电信号和从接通状态切换到待机状态所引起的电信号。在一些具体的实施例中，脉冲检测器可以被配置为区分在断开状态和接通状态之间进行切换所引起的电信号以及在待机状态和接通状态之间进行切换所引起的电信号。以这种方式提供关于电功率状态的信息。
[0017]在实施例中，传感器设备包含可用于与RFID读取器设备进行通信的RFID标签。
[0018]在实施例中，RFID传感器设备可用作短距离RFID标签。与经由电力网络的有线传送相结合的短距离通信使得能够相对于通过经由现有的缆线基础设施进行传送所提供的长距离无线RFID标签系统以及扩展的覆盖减少功耗。
[0019]在实施例中，传感器设备可用作经由电缆通过电磁感应供电的无源传感器设备。这使得能够通过避免使用电池供电的传感器来减少功耗。
[0020]在实施例中，电活动传感器设备包括用于提供表示在电设备接通时的电设备的功耗的数据的电消耗测量模块，并且其中，通过天线元件传送的数据包括表示电设备的功耗的数据。
[0021 ] 在实施例中，电活动传感器设备包括测量自从检测到的电设备的电功率状态的改变的时间的持续时间的定时器。
[0022]根据本发明的一方面，提供一种用于监视电设备的电状态的电活动传感器设备，该设备包含可附接到电设备的电缆的RFID传感器设备，该RFID传感器设备包括:天线元件，可用于响应于电设备的电功率状态的改变，与在电缆中产生的电脉冲进行磁耦合以产生电信号；以及存储器元件，用于响应于所产生的电信号来存储表示电设备的电力状态改变的数据；其中，天线元件还可用于经由供电缆线向RFID读取器设备传送表示电设备的电功率状态改变的数据以及标识RFID传感器设备的标识数据。
[0023]根据本发明的另一方面，提供一种电活动监视装置，用于监视通过配备RFID传感器设备的相应的电缆连接到供电网络的至少一个电设备的电状态，该电活动监视装置包含:
[0024]RFID读取器模块，用于向一个或多个RFID传感器设备传送询问信号以及响应于询问信号读取一个或多个RFID传感器设备的标识数据和接通/断开电状态数据，每个RFID传感器设备附接到电设备的相应的电缆，其中，经由相应的电缆通过供电网络从相应的RFID传感器设备接收标识数据和状态数据，电状态数据表示相应的电设备的电功率状态的改变；以及网络接口，用于将RFID读取器模块电耦合到供电网络，并且包含用于提取经由供电网络接收的数据信号以及插入询问信号以便经由供电网络进行传送的部件。
[0025]本发明的另一方面提供一种网关设备，该网关设备提供外部数据通信网络和内部数据通信网络之间的接口，包含根据本发明的第二方面的任何实施例的装置。
[0026]根据本发明的另一方面，提供一种电活动监视系统，该电活动监视系统包含根据本发明的第一方面的任何实施例的用于监视电设备的电状态的至少一个电活动传感器设备以及根据本发明的第二方面的任何实施例的电活动监视装置。
[0027]在实施例中，电活动监视系统还包括连接到电活动监视装置、用于监视供电网络中的电功耗的电表。
[0028]根据本发明的另一方面，提供一种用于监视电设备的电状态的传感器设备，该传感器设备可附接到电设备的电缆，并且包含:天线元件，可用于与电缆中产生的电脉冲进行磁耦合以响应于电设备的电功率状态的改变来产生电信号；以及存储器元件，用于响应于所产生的电信号来存储表示电设备的电力状态改变的数据；其中，天线元件还可用于经由供电缆线向读取器设备传送表示电设备的电功率状态改变的数据以及标识传感器设备的标识数据。
[0029]根据本发明的另一方面，提供一种读取器模块，用于监视通过配备传感器设备的相应的电缆连接到供电网络的至少一个电设备的电状态，该读取器模块可用于向一个或多个 传感器设备传送询问信号以及响应于询问信号读取一个或多个传感器设备的标识数据和电状态数据，每个传感器设备附接到电设备的相应的电缆，其中，经由相应的电缆通过供电网络从相应的传感器设备接收标识数据和状态数据，电状态数据表示相应的电设备的电功率状态的改变；以及连接到网络接口用于将读取器模块电耦合到供电网络的模块，该模块包含用于提取经由供电网络接收的数据信号以及插入询问信号以便经由供电网络进行传送的部件。
[0030]通过本发明的元件实现的一些处理可以是计算机实现的。相应地，这样的元件可以采取完全硬件实施例的形式、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)的形式或者组合软件和硬件方面的、在本文中可以一般性地被整体称为“电路”、“模块”或“系统”的实施例的形式。另外，这样的元件可以采取实施在任何有形介质中的计算机程序产品的形式，其表现为在该介质中实施计算机可使用的代码。
[0031]因为本发明的元件可以实现为软件，所以本发明可以被实施为计算机可读取的代码，以通过任何适当的载体介质提供给可编程的装置。有形的载体介质可以包含诸如软盘、CD-ROM、硬盘驱动、磁带设备或固态存储设备等存储介质。临时性载体介质可以包括诸如电信号、电子信号、光信号、声信号、磁信号或电磁信号这样的信号，例如微波或RF信号。
【附图说明】
[0032]现在将仅作为示例并且参考下面的附图来描述本发明的实施例，附图中:
[0033]图1是可以实现本发明的一个或多个实施例的电活动监视系统的示意性框图；
[0034]图2是根据本发明的实施例的RFID传感器设备的示意性框图；
[0035]图3A至3C是根据本发明的不同实施例的RFID传感器设备的示意图；
[0036]图4是例示附接到电设备的电缆的根据本发明的实施例的RFID传感器设备的示意图；
[0037]图5A是根据本发明的实施例的RFID传感器设备的元件的模块功能图；
[0038]图5B是例示根据本发明的实施例的RFID传感器所实现的信号处理过程的图形化的图；
[0039]图6是根据本发明的实施例的电活动监视装置的示意性框图；以及
[0040]图7是根据本发明的另外的实施例的RFID传感器设备的示意性框图。
【具体实施方式】
[0041]图1是可以实现本发明的一个或多个实施例的电活动监视系统的示意性框图。电活动监视系统100监视η个电设备101_1至101_η的电状态的改变。每个电设备101_1至101_η通过相应的电力电缆102_1至102_η连接到电力供应网络110的电力插座103_1至103_η。应该理解的是，虽然在图1的所例示的实施例中，每个电设备101_1至101_η连接到相应的电力插座103_1至103_η，但是在本发明的其他实施例中，多个电设备可以连接到相同的电力插座103_χ。每个电力电缆102_1至102_η配备相应的RFID传感器单元200_1至200_η。电活动监视系统100还包括连接到供电网络110的电活动监视装置300。供电网络110配备用于测量供电网络110中的电消耗的智能电表400。电活动监视装置300可以连接到诸如因特网网络这样的通信网络NET，使得关于系统的电活动的数据可以传送给诸如例如电力供电公司的服务器这样的远程服务器设备。
[0042]图2是根据本发明的实施例的RFID传感器设备200的示意性框图。
[0043]RFID传感器设备200包含天线210、脉冲检测模块220以及用于存储表示电状态改变的数据的存储器芯片230。RFID传感器设备还可以被称为RFID标签、RFID标记、RFID转发器等。虽然图2的传感器设备是RFID传感器设备，但是应该理解的是，在本发明的其他实施例中，传感器设备可以是包含执行图2的实施例的功能的天线的传感器设备。
[0044]天线210具有双重功能。首先，RFID传感器单元200_x的天线210用于检测当对应的电设备101_1经历电功率状态的改变(例如，接通或断开)时在相应的电缆102_x中产生的电脉冲。实际上，所产生的电脉冲是由于相应的电设备101_x的电力状态的改变。当电设备101_x接通或断开时，电流脉冲流进其相应的电缆102_x中。附接到电缆102_x的相应的RFID传感器设备200_x的天线210磁耦合到产生可以由脉冲检测模块220检测到的电脉冲的电流脉冲。
[0045]天线210的第二功能是经由相应的电缆102_x从存储器芯片230向监视设备300的RFID读取器传送数据。实际上，天线210的工作频率范围使得能够执行通过磁耦合进行冲击检测以及经由电缆向RFID读取器传送数据这两个功能。例如，在该实施例中的RFID传感器设备200是工作在UHF频带中(例如，从800MHz到960MHz的范围内，例如，在860MHz或900MHz的区域中，或者在433MHz的区域中)，或在HF频带中(例如，在13.6MHz的区域中)的近场/短距离RFID标签。
[0046]RFID被视为非特定的短距离设备。可以使用未经许可的频带。然而，RFID通常应当符合本地规则(ETS1、FCC等)。
[0047]-LF:125kHz-134, 2kHz:低频；
[0048]-HF:13.56MHz:高频；
[0049]-UHF:860MHz - 960MHz:超高频；
[0050]-SHF:2.45GHz:特高频
[0051]可以响应于来自RFID读取器的询问经由电缆通过反向散射来执行从RFID传感器设备200传送数据。
[0052]存储器芯片230存储指示对应的电设备101_x的电状态的改变。在本发明的一些实施例中，由电缆102_x中的电脉冲在天线210中引起并且由脉冲检测器220所检测到的电压可以用于激活存储器芯片230以使得能够存储数据。在无源类型RFID标签的情况下，天线210充当可以从电缆中的电流脉冲获取电功率以操作RFID传感器设备200的模块的电力耦合感应器。因为在该具体实施例中的RFID传感器设备200是无源RFID传感器设备，所以能量消耗可以被最小化，因为电力不是从诸如电池这样的电源不断地供应给RFID传感器设备200。然而，应该理解的是，在本发明的替代实施例中，RFID传感器设备200可以是由其自身的供电部件供电的有源类型的RFID标签或者电池辅助的无源类型RFID标签。
[0053]在电监视系统100中的每个RFID传感器设备200都设置有使监视设备300能够标识它的标识码。
[0054]RFID传感器设备200可以通过任何形式的固定部件附接到相应的电缆102_x，诸如例如通过诸如胶水、胶粘带或贴纸这样的粘合剂，通过诸如例如U形钉、螺丝、钉子这样的机械连接，或者通过被嵌入在相应的电缆102_x的绝缘护套盖中。在一个具体的实施例中，如图3A所示，以贴纸的形式设置RFID传感器设备200A，在该贴纸的下侧设置粘合剂材料252A以将贴纸附接到相应的电缆102_x，而天线210A、脉冲检测模块220A和存储器芯片230A设置在贴纸的上侧，并且被保护覆盖层255A所覆盖。
[0055]在本发明的一些实施例中，可以将天线210成形为适合电缆102_x的至少一部分的周围。在本发明的一些实施例中，RFID传感器设备200的天线210为环形天线的形式，并且在使用中被布置在相应的电缆102_x的至少一部分的周围。
[0056]图3B示意性地例示适合于执行电流脉冲检测以及经由电缆的数据传送的双重功能的RFID近场UHF标签200B1和200B2的示例。每个RFID标签200B1和200B2分别包含环形天线元件210B1和210B2以及RFID存储器芯片230B1和230B2。RFID标签200B1和200B2附接到相应的缆线102-x，相应的天线元件210B1和201B2被布置在相应的缆线102_X的至少一部分的周围。在这样的配置中，天线21OBI或210B2可以附接到缆线的外部或嵌入在缆 线中。
[0057]图3C示意性地例示分别配备可以在本发明的具体实施例中利用的环形天线210CU210C2和存储器芯片230C1和230C2的RFID标签200C1和200C2的示例。环形天线210C1、210C2的外形被配置为电缆的形状因数。这有助于确保与HF或UHF频率的电流磁親合。
[0058]图4示意性地例示附接到电器101 (在该示例中，吹风机)的电缆102的RFID传感器设备200的布置。RFID传感器200为环形地包裹电缆102的一部分的周围的可变形的贴纸的形式。
[0059]图5A是例示其中天线210具有环形天线的形式的RFID传感器设备200的脉冲检测模块220的操作的示例。环形天线210通过磁耦合效应取得电力状态改变脉冲信号A。当电力状态改变脉冲信号A的幅度超过预定阈值(例如IV)时，块比较器221检测输入脉冲信号，并且响应地改变输出信号B的状态。为了避免多触发，可以将因循设备222连接到比较器221的输出以在其输出处提供对应于在所设置的因循时间期间从比较器发出的信号的信号C。D触发器模块223产生状态位D。对每个被计时的冲击改变状态位D，因为D触发器模块223通过因循模块222的输出信号C来计时。因此，位信号D的最后的位在每个所检测到的脉冲处(在接通或断开时)改变状态。因此，该状态可以用于指示电功率状态改变。将位值存储在RFID传感器设备200的存储器芯片230中。然后可以使用标识码ID RFID传感器设备200将这个表示相应的电设备101_x的电功率状态的改变的信息传送给监视设备300。在图5B中图形化地表示图5A的操作的信号A、B、C和D。
[0060]在本发明的具体实施例中，通过知道电设备101_x在计数器重置时的初始的电功率状态，能够从位信号D的状态确定电改变对应于接通/断开电状态改变还是断开/接通电状态改变。而且，通过知道在先前读取时的电设备的接通或断开电力状态，可以推出在随后读取时的接通或断开电力状态。
[0061]图6是示意性地例示根据本发明的实施例的电活动监视装置300的框图。电活动监视装置300包含RFID读取器设备310 (也被称为RFID基站或RFID收发器)、电力线接口设备320和监视设备330。
[0062]RFID读取器设备310是近场RFID类型读取器，包含:RFID接口 311，用于耦合到电力线接口设备320以从RFID传感器200接收RFID数据信号以及经由电力线网络110的电力线向RFID传感器200发送RFID询问信号(也被称为激励信号)；以及RFID处理设备312，用于处理RFID数据信号。RFID读取器设备310可以没有RFID天线，因为与RFID传感器设备200之间的通信经由供电网络110的电力线而不是通过无线通信来进行。
[0063]电力线接口设备320包含RF变换器321、电力变换器322以及直流电压产生器323。RF变换器321处理由RFID读取器设备321发射的HF或UHF RFID信号，使得RFID信号与电力线耦合以插入询问信号，以便通过电力线传送给RFID传感器设备200。
[0064]RF变换器被配置为根据RFID工作频带HF、VHF或UHF来进行变换。为了最大化系统传送的覆盖的范围，将RF变换的传送损失最小化。RF变换器用作提取设备以从电力线提取数据信号以便被RFID读取器310读取，并且用作信号插入设备以将来自RFID读取器设备的询问信号插入到电力网络。
[0065]电力变换器322将主电力线110的交流电压转换为次级较低的交流电压。直流电压产生器323将次级较低的交流电压变换为用于RFID读取器设备310和监视设备330的直流电压。
[0066]监视设备330从RFID读取器设备310接收指示电活动监视系统100中的电设备101_1至101_n的电力状态改变活动状态的数据。
[0067]在本发明的一个具体实施例中，监视设备330连接到智能类型电表400，该智能类型电表连接到系统的供电网络110。电表400和监视330设备可以通过无线或有线连接来连接。智能电表400被配置为监视连接到电力网络110的电设备101_1至101_n的功耗。智能电表400被配置为检测功耗的改变:例如，可能从由电力网络110供应的一个或多个电设备101_1至101_n的接通导致的功耗速率的增加、或者可能从由电力网络110供应的一个或多个电设备101_1至101_n的断开导致的功耗速率的减少。响应于检测到的功耗的改变，从监视设备330向RFID读取器设备310传送命令信号，以激活RFID读取处理。RFID读取器设备310响应于该命令信号，将询问信号传送给RFID传感器设备200_1至200_n，以便读取存储在RFID传感器设备200_1至200_n的相应的RFID存储器芯片230_1至230_n中的电状态数据。要从RFID读取器310发送给一个或多个RFID传感器设备200的询问信号被RF变换器321插入到电力网络线信号中，并且沿着电力网络110的电力线传播到配备RFID传感器设备200_1至200_n的电缆102_1至102_n。然后，由RFID传感器设备200_1至200_n将询问信号沿着电缆102_1至102_n朝向监视装置300反向散射。从RFID传感器设备200_1至200_n反向散射的信号的每一个都包括相应的电设备102_1至102_n的标识码以及存储在相应的RFID存储器芯片230中的对应的电功率状态改变信息。在接口设备320处接收并变换所收集的电功率状态改变信息信号，以便由RFID读取器设备310的RFID处理模块312读取。然后将处理的电功率状态改变活动信息传送给监视设备330。
[0068]监视设备330还可以处理所接收的电力状态改变信息或将电力状态改变信息传输给另外的设备，诸如经由通信网络连接的远程设备等。
[0069]例如，如果接通(例如，从断开电力状态或从待机模式)连接到家庭供电网络110的电设备101_x(例如咖啡机):
[0070]1.总功耗将按照对应于咖啡机所消耗的功率的量来增加。功耗的这个改变将被智能电表400测量。
[0071]2.响应于接通在对应的电缆中产生的电流冲击激活附接到相应的电缆的对应的RFID传感器设备200，并且通过将位(“状态位”)从O (对应于断开状态)切换至I (对应于接通状态)，将状态信息改变(断开到接通)存储在RFID存储器芯片中。
[0072]由智能电表400测量到的功耗的增加可以被监视设备330检测到。响应于所检测到的增加，将读取命令发送给RFID读取器设备300以触发RFID读取器设备310的读取阶段。RFID读取器模块310通过传送询问信号读取连接到电力网络110的电设备101_1至101_n的所有RFID传感器设备200_1至200_n。每个RFID传感器200_1的读取信息包括其标识以及其电接通/断开改变状态。
[0073]在本发明的一些实施例中，通过比较所读取的所有RFID传感器设备的电改变状态与在先前的读取阶段存储在电设备状态数据集中的先前的一个，能够推断哪个电设备已经被通电，并且可以相应地更新电设备状态数据集。
[0074]在本发明的其他实施例中，存储在对应的RFID存储器芯片上的相应的状态位信号的状态可以用于标识哪个电设备或哪些设备已经被接通或断开。
[0075]在本发明的一些具体实施例中，对于电设备，通过表征脉冲信号可以区分由接通到断开或待机电功率状态改变所产生的电脉冲和由断开或待机到接通电功率状态改变所产生的电脉冲。这样的实施例的RFID传感器设备200的冲击检测器220被配置为根据所产生的电脉冲信号的特征来检测电脉冲是从接通到断开或待机电力状态改变导致的还是从断开或待机到接通电力状态改变导致的。
[0076]在另外的实施例中，冲击检测器可以被配置为通过表征得到的脉冲信号来区分断开到接通和待机到接通；以及区分接通到待机以及接通到断开。
[0077]在本发明的另外的实施例中，可以确定 电设备101_x消耗的电力，例如通检测断开到接通电力状态改变或待机到接通电力状态改变，然后确定电设备处于接通状态下的时间的持续时间。然后，可以通过电力网络110，以与将表示电功率状态改变的数据传送给RFID读取器设备300相同的方式，将表示功耗的数据从对应的RFID传感器设备200_x传输给RFID读取器设备300。
[0078]可以处理电功率状态改变数据或消耗数据，以提供关于电力网络110的电活动的有关信息，以便诸如例如建立家庭用户简档、检测或警告增加的电功耗和/或提供关于降低能量消耗的建议。
[0079]在本发明的其他实施例中，RFID读取器可以在不被监视设备命令的情况下(例如，周期性地)自动地向RFID传感器设备发送询问信号，而不是响应于来自监视设备330的命令从RFID读取器向RFID传感器设备发送询问信号。
[0080]在该系统的一些实施例中，监视设备可以是连接到外部因特网网络的家庭网关系统的一部分。可以由家庭电力提供者经由因特网网络提供对总的家庭功耗的实时跟踪。例如，电力提供者可以通过从远程服务器经由网关设备传送信号来触发RFID读取器的读取阶段。
[0081]图7是根据本发明的另外的实施例的RFID传感器设备700的示意性功能框图。
[0082]RFID传感器设备700包含天线710、脉冲检测模块720以及用于存储RFID传感器的标识数据和表示电状态改变的数据的存储器芯片730。这些元件以与图2的实施例的对应元件相似的方式工作。相对于图2的实施例，该RFID传感器设备700还包含定时器740。定时器740用于通过测量从脉冲检测器720检测到了脉冲开始的时间量来测量电设备已经被改变电状态的时间的持续时间。时间数据可以存储在存储器730中，并且与ID数据和电状态数据一起传送给RFID读取器。定时数据使得能够确定设备已经被接通或断开的时间量。
[0083]虽然以上参考特定实施例描述了本发明，但是本发明不限于所述特定实施例，并且在本发明的范围内的修改将对于本领域的技术人员是显而易见的。
[0084]例如，虽然前述的示例关于家庭电力网络系统进行了描述，但是应该理解的是，本发明的实施例可以被应用于连接电设备的任何电力网络。另外，系统可以应用于安全或保险应用，以标识诸如正在接通或断开的改变了电功率状态的电设备。
[0085]另外，虽然使用RFID标签和读取器描述了实施例，但是应该理解的是，本发明可以应用于包含被配置为与传感器设备进行通信的天线元件和对应的读取器设备的任何传感器设备。
[0086]很多另外的修改和变型本身将建议本领域的技术人员参考前述的示例性的实施例，前述的示例性的实施例仅作为示例给出，并且不用于限制本发明的范围，本发明的范围只有所附的权利要求来确定。具体地，在适当之处，可以交换不同的实施例的不同的特征。
【主权项】
1.一种用于监视电设备(101)的电状态的电活动传感器设备，该电活动传感器设备包含: 可附接到电设备的电缆(102)的传感器设备(200 ;700)，该传感器设备(200 ；700)包括可用于与通过电设备的电功率状态的改变在电缆中产生的电脉冲进行磁耦合以引起可检测的电信号的天线元件(210 ；710)； 其中，天线元件(210;710)还可用于经由电缆(102)向读取器设备传送表示电设备的电力状态改变的数据。2.根据权利要求1所述的设备，其中，天线元件具有适配于电缆的外形的形状因数。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，通过天线元件传送数据包含反向散射经由电缆从读取器设备接收的RF信号。4.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，天线元件(210;710)在其工作频率范围内执行到电脉冲的磁耦合以及经由供电缆线(102)的数据传送这两者。5.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，传感器设备包含用于响应于所检测到的电信号来存储表示电设备的电力状态改变的数据的存储器元件(230 ;730)，并且其中，天线元件被配置为向读取器设备传送标识传感器设备(200;700)的标识数据。6.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，天线元件(210;710)被形成为环形天线。7.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，天线元件(210;710)被配置为布置在供电缆线(102)的至少一部分的周围以形成感应线圈。8.根据任何前述权利要求所述的设备，包含被配置为区分从接通电设备引起的电信号与从断开电设备引起的电信号的脉冲检测器(220 ;720)。9.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，传感器设备包含可用于与RFID读取器设备进行通信的RFID标签。10.根据前述权利要求所述的设备，其中，RFID传感器设备(200;700)可用作短距离RFID标签。11.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，传感器设备(200;700)可用作经由电缆通过电磁感应供电的无源传感器设备。12.根据任何前述权利要求所述的设备，还包含用于提供表示在电设备接通时的电设备的功耗的数据的电消耗测量模块，并且其中，通过天线元件传送的数据包括表示电设备的功耗的数据。13.根据任何前述权利要求所述的设备，还包含测量自从检测到的电设备的电功率状态的改变的时间的持续时间的定时器(740)。14.一种电活动监视装置，用于监视通过配备传感器设备(200)的相应的电缆(102)连接到供电网络的至少一个电设备(101)的电状态，该电活动监视装置包含: 读取器模块(310)，用于向一个或多个传感器设备(200)传送询问信号以及响应于询问信号读取一个或多个传感器设备(200)的电状态数据，每个传感器设备(200)附接到电设备的相应的电缆(102)，其中，经由相应的电缆(102)从相应的传感器设备(200)接收电状态数据，所述电状态数据表示相应的电设备(101)的电功率状态改变；以及 网络接口(320)，用于将读取器模块电耦合到供电网络，并且包含用于提取经由供电网络接收的数据信号以及插入询问信号以便经由供电网络进行传送的信号。15.根据权利要求14所述的装置，其中，读取器模块(310)被配置为响应于检测到的由连接到供电网络的电表(400)所测量的功耗的改变来触发一个或多个询问信号的传送。16.根据权利要求14或15所述的装置，包含用于连接通信网络以使得能够传送数据给连接到通信网络的远程服务器或从该远程服务器接收数据。17.根据权利要求14所述的装置，其中，读取器模块(310)被配置为响应于经由通信网络接收的命令信号来触发一个或多个询问信号的传送。18.根据权利要求14至17中的任一项所述的装置，其中，读取器模块包含可用于与RFID标签进行通信的RFID读取器，该RFID读取器可用于从标识传感器设备的RFID标签接收RFID数据。19.一种电监视系统，包含根据权利要求14至18中的任一项所述的电活动监视装置以及根据权利要求1至13中的任一项所述的至少一个电活动传感器设备。20.一种网关系统，包含根据权利要求14至18中的任一项所述的装置，并且提供外部数据通信网络和内部数据通信网络之间的接口。
【专利摘要】用于检测电活动的电活动传感器设备以及电活动监视装置。一种基于可附接到电设备的电缆的传感器设备的电活动监视设备，用于监视电设备的电状态。该设备包含天线元件，天线元件执行与响应于电设备的电功率状态的改变在电缆中产生的电脉冲磁耦合以及经由电缆向读取器传送数据的双重功能。电活动监视装置还用于监视通过具有传感器设备的相应的电缆连接到供电网络的至少一个电设备的电状态。电活动监视装置包含读取器和读取器电力线接口设备。
【IPC分类】G01R31/00, G01R21/00
【公开号】CN104897978
【申请号】CN201510097382
【发明人】A.劳兹尔, J-Y.勒纳奥, J-L.罗伯特
【申请人】汤姆逊许可公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月5日
【公告号】EP2916465A1, EP2916466A1, US20150254482
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于检测连接到供电网络的电设备的电活动(具体地，电功率状态的改变)的电活动传感器设备。本发明还涉及用于监视一个或多个电设备的电活动的电活动监视装置。该电活动传感器设备基于射频标识设备(RFID)。
【背景技术】
[0002]对电设备的电活动的监视在诸如能量消耗、用户活动简档的建立这样的领域中以及在安全或保险监视系统中得到很多有用的应用。例如，在家庭环境中，诸如洗衣机、照明设备、坎具、烤箱或咖啡机这样的电设备的活动的知识可以提供关于住户习惯和用户活动的有用的信息，使得能够建立简档。
[0003]用于监视电设备的活动的已知的解决方案利用基于被插入到电力插座并且被配置为测量从相应的电力插座供电的电设备的电消耗的遥控模块的复杂电表系统。这样，遥控模块典型地配备有基于低功率无线技术的无线通信系统，以远程地监视和控制对应的电器。然而，这样的高级的仪表系统需要复杂且昂贵的定制安装。实际上，最近的关于家庭自动化和监视的研宄报告指示价格和技术复杂度为阻止广泛采用的主要市场障碍和抑制。这样的技术的另一缺点是电设备可能从一个电力插座移动到另外的电力插座。而且，并不总是从电子插座对诸如照明设备这样的一些设备进行供电。
[0004]用于检测电设备的活动的其他解决方案基于通过监视供电网络的一个或若干点处的电力线来感测它们的“EMI (电磁干扰)签名(EMI signature)”。然而，这些技术需要定制的校准和训练处理，以学习各种设备的EMI签名。而且，EMI签名可能随时间发展。需要复杂的信号处理技术来分解连接到网络的各种活动设备的签名，并且所获得的结果并不总是非常精确的。
[0005]考虑上述问题设计了本发明。
【发明内容】
[0006]在一般的形式下，本发明涉及一种基于诸如例如射频标识设备这样的天线设备的电活动传感器设备。
[0007]本发明的第一方面提供一种用于监视电设备的电状态的电活动传感器设备，该电活动传感器设备包含:可附接到电设备的电缆的传感器设备，该传感器设备包括可用于与通过电设备的电功率状态的改变在电缆中产生的电脉冲进行磁耦合以引起可检测的电信号的天线元件；其中，天线元件还可用于经由电缆向读取器设备传送表示电设备的电力状态改变的数据。
[0008]从而可以简化且低成本的方式提供对电活动的检测。传感器具有电活动检测和电活动数据的传送的双重功能。典型地，响应于读取器经由供电网络的询问，向远程读取器传送数据。因为数据经由电力网络而不是无线地传送给读取器，所以扩展了传感器设备的操作范围。而且，因为经由电缆网络进行数据的传送，所以例如使用家里的电力基础设施数据传送更少容易受到来自其他无线系统的干扰或者存在的障碍的影响。
[0009]设备的电功率状态的改变可能包含设备的接通、设备的断开、从待机模式到接通电力状态的切换以及从接通电力状态到待机模式的切换。
[0010]在实施例中，天线元件在其工作频率范围内执行到电脉冲的磁耦合以及经由电缆的数据传送这两者。这提供了一种简化的检测设备，因为不必对数据传送提供进一步的数据处理。
[0011 ] 在实施例中，天线元件具有适配于电缆外形的形状因数。
[0012]在实施例中，通过天线元件传送数据包含反向散射经由电缆从读取器设备接收的RF信号。
[0013]在实施例中，传感器设备包含用于响应于所检测到的电信号来存储表示电设备的电力状态改变的数据的存储器元件，并且其中，天线元件被配置为向读取器设备传送标识传感器设备的标识数据。
[0014]在实施例中，天线元件被形成为环形天线。
[0015]在实施例中，天线元件被配置为布置在供电缆线的至少一部分的周围以形成感应线圈。这样的配置提供更高效的磁耦合。
[0016]在实施例中，该设备包括被配置为区分从接通电设备引起的电信号与从断开电设备引起的电信号的脉冲检测器。例如，脉冲检测器可以被配置为区分从接通电设备引起的电信号与从断开电设备引起的电信号。另外，脉冲检测器可以被配置为区分从待机模式切换到接通状态所引起的电信号和从接通状态切换到待机状态所引起的电信号。在一些具体的实施例中，脉冲检测器可以被配置为区分在断开状态和接通状态之间进行切换所引起的电信号以及在待机状态和接通状态之间进行切换所引起的电信号。以这种方式提供关于电功率状态的信息。
[0017]在实施例中，传感器设备包含可用于与RFID读取器设备进行通信的RFID标签。
[0018]在实施例中，RFID传感器设备可用作短距离RFID标签。与经由电力网络的有线传送相结合的短距离通信使得能够相对于通过经由现有的缆线基础设施进行传送所提供的长距离无线RFID标签系统以及扩展的覆盖减少功耗。
[0019]在实施例中，传感器设备可用作经由电缆通过电磁感应供电的无源传感器设备。这使得能够通过避免使用电池供电的传感器来减少功耗。
[0020]在实施例中，电活动传感器设备包括用于提供表示在电设备接通时的电设备的功耗的数据的电消耗测量模块，并且其中，通过天线元件传送的数据包括表示电设备的功耗的数据。
[0021 ] 在实施例中，电活动传感器设备包括测量自从检测到的电设备的电功率状态的改变的时间的持续时间的定时器。
[0022]根据本发明的一方面，提供一种用于监视电设备的电状态的电活动传感器设备，该设备包含可附接到电设备的电缆的RFID传感器设备，该RFID传感器设备包括:天线元件，可用于响应于电设备的电功率状态的改变，与在电缆中产生的电脉冲进行磁耦合以产生电信号；以及存储器元件，用于响应于所产生的电信号来存储表示电设备的电力状态改变的数据；其中，天线元件还可用于经由供电缆线向RFID读取器设备传送表示电设备的电功率状态改变的数据以及标识RFID传感器设备的标识数据。
[0023]根据本发明的另一方面，提供一种电活动监视装置，用于监视通过配备RFID传感器设备的相应的电缆连接到供电网络的至少一个电设备的电状态，该电活动监视装置包含:
[0024]RFID读取器模块，用于向一个或多个RFID传感器设备传送询问信号以及响应于询问信号读取一个或多个RFID传感器设备的标识数据和接通/断开电状态数据，每个RFID传感器设备附接到电设备的相应的电缆，其中，经由相应的电缆通过供电网络从相应的RFID传感器设备接收标识数据和状态数据，电状态数据表示相应的电设备的电功率状态的改变；以及网络接口，用于将RFID读取器模块电耦合到供电网络，并且包含用于提取经由供电网络接收的数据信号以及插入询问信号以便经由供电网络进行传送的部件。
[0025]本发明的另一方面提供一种网关设备，该网关设备提供外部数据通信网络和内部数据通信网络之间的接口，包含根据本发明的第二方面的任何实施例的装置。
[0026]根据本发明的另一方面，提供一种电活动监视系统，该电活动监视系统包含根据本发明的第一方面的任何实施例的用于监视电设备的电状态的至少一个电活动传感器设备以及根据本发明的第二方面的任何实施例的电活动监视装置。
[0027]在实施例中，电活动监视系统还包括连接到电活动监视装置、用于监视供电网络中的电功耗的电表。
[0028]根据本发明的另一方面，提供一种用于监视电设备的电状态的传感器设备，该传感器设备可附接到电设备的电缆，并且包含:天线元件，可用于与电缆中产生的电脉冲进行磁耦合以响应于电设备的电功率状态的改变来产生电信号；以及存储器元件，用于响应于所产生的电信号来存储表示电设备的电力状态改变的数据；其中，天线元件还可用于经由供电缆线向读取器设备传送表示电设备的电功率状态改变的数据以及标识传感器设备的标识数据。
[0029]根据本发明的另一方面，提供一种读取器模块，用于监视通过配备传感器设备的相应的电缆连接到供电网络的至少一个电设备的电状态，该读取器模块可用于向一个或多个 传感器设备传送询问信号以及响应于询问信号读取一个或多个传感器设备的标识数据和电状态数据，每个传感器设备附接到电设备的相应的电缆，其中，经由相应的电缆通过供电网络从相应的传感器设备接收标识数据和状态数据，电状态数据表示相应的电设备的电功率状态的改变；以及连接到网络接口用于将读取器模块电耦合到供电网络的模块，该模块包含用于提取经由供电网络接收的数据信号以及插入询问信号以便经由供电网络进行传送的部件。
[0030]通过本发明的元件实现的一些处理可以是计算机实现的。相应地，这样的元件可以采取完全硬件实施例的形式、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)的形式或者组合软件和硬件方面的、在本文中可以一般性地被整体称为“电路”、“模块”或“系统”的实施例的形式。另外，这样的元件可以采取实施在任何有形介质中的计算机程序产品的形式，其表现为在该介质中实施计算机可使用的代码。
[0031]因为本发明的元件可以实现为软件，所以本发明可以被实施为计算机可读取的代码，以通过任何适当的载体介质提供给可编程的装置。有形的载体介质可以包含诸如软盘、CD-ROM、硬盘驱动、磁带设备或固态存储设备等存储介质。临时性载体介质可以包括诸如电信号、电子信号、光信号、声信号、磁信号或电磁信号这样的信号，例如微波或RF信号。
【附图说明】
[0032]现在将仅作为示例并且参考下面的附图来描述本发明的实施例，附图中:
[0033]图1是可以实现本发明的一个或多个实施例的电活动监视系统的示意性框图；
[0034]图2是根据本发明的实施例的RFID传感器设备的示意性框图；
[0035]图3A至3C是根据本发明的不同实施例的RFID传感器设备的示意图；
[0036]图4是例示附接到电设备的电缆的根据本发明的实施例的RFID传感器设备的示意图；
[0037]图5A是根据本发明的实施例的RFID传感器设备的元件的模块功能图；
[0038]图5B是例示根据本发明的实施例的RFID传感器所实现的信号处理过程的图形化的图；
[0039]图6是根据本发明的实施例的电活动监视装置的示意性框图；以及
[0040]图7是根据本发明的另外的实施例的RFID传感器设备的示意性框图。
【具体实施方式】
[0041]图1是可以实现本发明的一个或多个实施例的电活动监视系统的示意性框图。电活动监视系统100监视η个电设备101_1至101_η的电状态的改变。每个电设备101_1至101_η通过相应的电力电缆102_1至102_η连接到电力供应网络110的电力插座103_1至103_η。应该理解的是，虽然在图1的所例示的实施例中，每个电设备101_1至101_η连接到相应的电力插座103_1至103_η，但是在本发明的其他实施例中，多个电设备可以连接到相同的电力插座103_χ。每个电力电缆102_1至102_η配备相应的RFID传感器单元200_1至200_η。电活动监视系统100还包括连接到供电网络110的电活动监视装置300。供电网络110配备用于测量供电网络110中的电消耗的智能电表400。电活动监视装置300可以连接到诸如因特网网络这样的通信网络NET，使得关于系统的电活动的数据可以传送给诸如例如电力供电公司的服务器这样的远程服务器设备。
[0042]图2是根据本发明的实施例的RFID传感器设备200的示意性框图。
[0043]RFID传感器设备200包含天线210、脉冲检测模块220以及用于存储表示电状态改变的数据的存储器芯片230。RFID传感器设备还可以被称为RFID标签、RFID标记、RFID转发器等。虽然图2的传感器设备是RFID传感器设备，但是应该理解的是，在本发明的其他实施例中，传感器设备可以是包含执行图2的实施例的功能的天线的传感器设备。
[0044]天线210具有双重功能。首先，RFID传感器单元200_x的天线210用于检测当对应的电设备101_1经历电功率状态的改变(例如，接通或断开)时在相应的电缆102_x中产生的电脉冲。实际上，所产生的电脉冲是由于相应的电设备101_x的电力状态的改变。当电设备101_x接通或断开时，电流脉冲流进其相应的电缆102_x中。附接到电缆102_x的相应的RFID传感器设备200_x的天线210磁耦合到产生可以由脉冲检测模块220检测到的电脉冲的电流脉冲。
[0045]天线210的第二功能是经由相应的电缆102_x从存储器芯片230向监视设备300的RFID读取器传送数据。实际上，天线210的工作频率范围使得能够执行通过磁耦合进行冲击检测以及经由电缆向RFID读取器传送数据这两个功能。例如，在该实施例中的RFID传感器设备200是工作在UHF频带中(例如，从800MHz到960MHz的范围内，例如，在860MHz或900MHz的区域中，或者在433MHz的区域中)，或在HF频带中(例如，在13.6MHz的区域中)的近场/短距离RFID标签。
[0046]RFID被视为非特定的短距离设备。可以使用未经许可的频带。然而，RFID通常应当符合本地规则(ETS1、FCC等)。
[0047]-LF:125kHz-134, 2kHz:低频；
[0048]-HF:13.56MHz:高频；
[0049]-UHF:860MHz - 960MHz:超高频；
[0050]-SHF:2.45GHz:特高频
[0051]可以响应于来自RFID读取器的询问经由电缆通过反向散射来执行从RFID传感器设备200传送数据。
[0052]存储器芯片230存储指示对应的电设备101_x的电状态的改变。在本发明的一些实施例中，由电缆102_x中的电脉冲在天线210中引起并且由脉冲检测器220所检测到的电压可以用于激活存储器芯片230以使得能够存储数据。在无源类型RFID标签的情况下，天线210充当可以从电缆中的电流脉冲获取电功率以操作RFID传感器设备200的模块的电力耦合感应器。因为在该具体实施例中的RFID传感器设备200是无源RFID传感器设备，所以能量消耗可以被最小化，因为电力不是从诸如电池这样的电源不断地供应给RFID传感器设备200。然而，应该理解的是，在本发明的替代实施例中，RFID传感器设备200可以是由其自身的供电部件供电的有源类型的RFID标签或者电池辅助的无源类型RFID标签。
[0053]在电监视系统100中的每个RFID传感器设备200都设置有使监视设备300能够标识它的标识码。
[0054]RFID传感器设备200可以通过任何形式的固定部件附接到相应的电缆102_x，诸如例如通过诸如胶水、胶粘带或贴纸这样的粘合剂，通过诸如例如U形钉、螺丝、钉子这样的机械连接，或者通过被嵌入在相应的电缆102_x的绝缘护套盖中。在一个具体的实施例中，如图3A所示，以贴纸的形式设置RFID传感器设备200A，在该贴纸的下侧设置粘合剂材料252A以将贴纸附接到相应的电缆102_x，而天线210A、脉冲检测模块220A和存储器芯片230A设置在贴纸的上侧，并且被保护覆盖层255A所覆盖。
[0055]在本发明的一些实施例中，可以将天线210成形为适合电缆102_x的至少一部分的周围。在本发明的一些实施例中，RFID传感器设备200的天线210为环形天线的形式，并且在使用中被布置在相应的电缆102_x的至少一部分的周围。
[0056]图3B示意性地例示适合于执行电流脉冲检测以及经由电缆的数据传送的双重功能的RFID近场UHF标签200B1和200B2的示例。每个RFID标签200B1和200B2分别包含环形天线元件210B1和210B2以及RFID存储器芯片230B1和230B2。RFID标签200B1和200B2附接到相应的缆线102-x，相应的天线元件210B1和201B2被布置在相应的缆线102_X的至少一部分的周围。在这样的配置中，天线21OBI或210B2可以附接到缆线的外部或嵌入在缆 线中。
[0057]图3C示意性地例示分别配备可以在本发明的具体实施例中利用的环形天线210CU210C2和存储器芯片230C1和230C2的RFID标签200C1和200C2的示例。环形天线210C1、210C2的外形被配置为电缆的形状因数。这有助于确保与HF或UHF频率的电流磁親合。
[0058]图4示意性地例示附接到电器101 (在该示例中，吹风机)的电缆102的RFID传感器设备200的布置。RFID传感器200为环形地包裹电缆102的一部分的周围的可变形的贴纸的形式。
[0059]图5A是例示其中天线210具有环形天线的形式的RFID传感器设备200的脉冲检测模块220的操作的示例。环形天线210通过磁耦合效应取得电力状态改变脉冲信号A。当电力状态改变脉冲信号A的幅度超过预定阈值(例如IV)时，块比较器221检测输入脉冲信号，并且响应地改变输出信号B的状态。为了避免多触发，可以将因循设备222连接到比较器221的输出以在其输出处提供对应于在所设置的因循时间期间从比较器发出的信号的信号C。D触发器模块223产生状态位D。对每个被计时的冲击改变状态位D，因为D触发器模块223通过因循模块222的输出信号C来计时。因此，位信号D的最后的位在每个所检测到的脉冲处(在接通或断开时)改变状态。因此，该状态可以用于指示电功率状态改变。将位值存储在RFID传感器设备200的存储器芯片230中。然后可以使用标识码ID RFID传感器设备200将这个表示相应的电设备101_x的电功率状态的改变的信息传送给监视设备300。在图5B中图形化地表示图5A的操作的信号A、B、C和D。
[0060]在本发明的具体实施例中，通过知道电设备101_x在计数器重置时的初始的电功率状态，能够从位信号D的状态确定电改变对应于接通/断开电状态改变还是断开/接通电状态改变。而且，通过知道在先前读取时的电设备的接通或断开电力状态，可以推出在随后读取时的接通或断开电力状态。
[0061]图6是示意性地例示根据本发明的实施例的电活动监视装置300的框图。电活动监视装置300包含RFID读取器设备310 (也被称为RFID基站或RFID收发器)、电力线接口设备320和监视设备330。
[0062]RFID读取器设备310是近场RFID类型读取器，包含:RFID接口 311，用于耦合到电力线接口设备320以从RFID传感器200接收RFID数据信号以及经由电力线网络110的电力线向RFID传感器200发送RFID询问信号(也被称为激励信号)；以及RFID处理设备312，用于处理RFID数据信号。RFID读取器设备310可以没有RFID天线，因为与RFID传感器设备200之间的通信经由供电网络110的电力线而不是通过无线通信来进行。
[0063]电力线接口设备320包含RF变换器321、电力变换器322以及直流电压产生器323。RF变换器321处理由RFID读取器设备321发射的HF或UHF RFID信号，使得RFID信号与电力线耦合以插入询问信号，以便通过电力线传送给RFID传感器设备200。
[0064]RF变换器被配置为根据RFID工作频带HF、VHF或UHF来进行变换。为了最大化系统传送的覆盖的范围，将RF变换的传送损失最小化。RF变换器用作提取设备以从电力线提取数据信号以便被RFID读取器310读取，并且用作信号插入设备以将来自RFID读取器设备的询问信号插入到电力网络。
[0065]电力变换器322将主电力线110的交流电压转换为次级较低的交流电压。直流电压产生器323将次级较低的交流电压变换为用于RFID读取器设备310和监视设备330的直流电压。
[0066]监视设备330从RFID读取器设备310接收指示电活动监视系统100中的电设备101_1至101_n的电力状态改变活动状态的数据。
[0067]在本发明的一个具体实施例中，监视设备330连接到智能类型电表400，该智能类型电表连接到系统的供电网络110。电表400和监视330设备可以通过无线或有线连接来连接。智能电表400被配置为监视连接到电力网络110的电设备101_1至101_n的功耗。智能电表400被配置为检测功耗的改变:例如，可能从由电力网络110供应的一个或多个电设备101_1至101_n的接通导致的功耗速率的增加、或者可能从由电力网络110供应的一个或多个电设备101_1至101_n的断开导致的功耗速率的减少。响应于检测到的功耗的改变，从监视设备330向RFID读取器设备310传送命令信号，以激活RFID读取处理。RFID读取器设备310响应于该命令信号，将询问信号传送给RFID传感器设备200_1至200_n，以便读取存储在RFID传感器设备200_1至200_n的相应的RFID存储器芯片230_1至230_n中的电状态数据。要从RFID读取器310发送给一个或多个RFID传感器设备200的询问信号被RF变换器321插入到电力网络线信号中，并且沿着电力网络110的电力线传播到配备RFID传感器设备200_1至200_n的电缆102_1至102_n。然后，由RFID传感器设备200_1至200_n将询问信号沿着电缆102_1至102_n朝向监视装置300反向散射。从RFID传感器设备200_1至200_n反向散射的信号的每一个都包括相应的电设备102_1至102_n的标识码以及存储在相应的RFID存储器芯片230中的对应的电功率状态改变信息。在接口设备320处接收并变换所收集的电功率状态改变信息信号，以便由RFID读取器设备310的RFID处理模块312读取。然后将处理的电功率状态改变活动信息传送给监视设备330。
[0068]监视设备330还可以处理所接收的电力状态改变信息或将电力状态改变信息传输给另外的设备，诸如经由通信网络连接的远程设备等。
[0069]例如，如果接通(例如，从断开电力状态或从待机模式)连接到家庭供电网络110的电设备101_x(例如咖啡机):
[0070]1.总功耗将按照对应于咖啡机所消耗的功率的量来增加。功耗的这个改变将被智能电表400测量。
[0071]2.响应于接通在对应的电缆中产生的电流冲击激活附接到相应的电缆的对应的RFID传感器设备200，并且通过将位(“状态位”)从O (对应于断开状态)切换至I (对应于接通状态)，将状态信息改变(断开到接通)存储在RFID存储器芯片中。
[0072]由智能电表400测量到的功耗的增加可以被监视设备330检测到。响应于所检测到的增加，将读取命令发送给RFID读取器设备300以触发RFID读取器设备310的读取阶段。RFID读取器模块310通过传送询问信号读取连接到电力网络110的电设备101_1至101_n的所有RFID传感器设备200_1至200_n。每个RFID传感器200_1的读取信息包括其标识以及其电接通/断开改变状态。
[0073]在本发明的一些实施例中，通过比较所读取的所有RFID传感器设备的电改变状态与在先前的读取阶段存储在电设备状态数据集中的先前的一个，能够推断哪个电设备已经被通电，并且可以相应地更新电设备状态数据集。
[0074]在本发明的其他实施例中，存储在对应的RFID存储器芯片上的相应的状态位信号的状态可以用于标识哪个电设备或哪些设备已经被接通或断开。
[0075]在本发明的一些具体实施例中，对于电设备，通过表征脉冲信号可以区分由接通到断开或待机电功率状态改变所产生的电脉冲和由断开或待机到接通电功率状态改变所产生的电脉冲。这样的实施例的RFID传感器设备200的冲击检测器220被配置为根据所产生的电脉冲信号的特征来检测电脉冲是从接通到断开或待机电力状态改变导致的还是从断开或待机到接通电力状态改变导致的。
[0076]在另外的实施例中，冲击检测器可以被配置为通过表征得到的脉冲信号来区分断开到接通和待机到接通；以及区分接通到待机以及接通到断开。
[0077]在本发明的另外的实施例中，可以确定 电设备101_x消耗的电力，例如通检测断开到接通电力状态改变或待机到接通电力状态改变，然后确定电设备处于接通状态下的时间的持续时间。然后，可以通过电力网络110，以与将表示电功率状态改变的数据传送给RFID读取器设备300相同的方式，将表示功耗的数据从对应的RFID传感器设备200_x传输给RFID读取器设备300。
[0078]可以处理电功率状态改变数据或消耗数据，以提供关于电力网络110的电活动的有关信息，以便诸如例如建立家庭用户简档、检测或警告增加的电功耗和/或提供关于降低能量消耗的建议。
[0079]在本发明的其他实施例中，RFID读取器可以在不被监视设备命令的情况下(例如，周期性地)自动地向RFID传感器设备发送询问信号，而不是响应于来自监视设备330的命令从RFID读取器向RFID传感器设备发送询问信号。
[0080]在该系统的一些实施例中，监视设备可以是连接到外部因特网网络的家庭网关系统的一部分。可以由家庭电力提供者经由因特网网络提供对总的家庭功耗的实时跟踪。例如，电力提供者可以通过从远程服务器经由网关设备传送信号来触发RFID读取器的读取阶段。
[0081]图7是根据本发明的另外的实施例的RFID传感器设备700的示意性功能框图。
[0082]RFID传感器设备700包含天线710、脉冲检测模块720以及用于存储RFID传感器的标识数据和表示电状态改变的数据的存储器芯片730。这些元件以与图2的实施例的对应元件相似的方式工作。相对于图2的实施例，该RFID传感器设备700还包含定时器740。定时器740用于通过测量从脉冲检测器720检测到了脉冲开始的时间量来测量电设备已经被改变电状态的时间的持续时间。时间数据可以存储在存储器730中，并且与ID数据和电状态数据一起传送给RFID读取器。定时数据使得能够确定设备已经被接通或断开的时间量。
[0083]虽然以上参考特定实施例描述了本发明，但是本发明不限于所述特定实施例，并且在本发明的范围内的修改将对于本领域的技术人员是显而易见的。
[0084]例如，虽然前述的示例关于家庭电力网络系统进行了描述，但是应该理解的是，本发明的实施例可以被应用于连接电设备的任何电力网络。另外，系统可以应用于安全或保险应用，以标识诸如正在接通或断开的改变了电功率状态的电设备。
[0085]另外，虽然使用RFID标签和读取器描述了实施例，但是应该理解的是，本发明可以应用于包含被配置为与传感器设备进行通信的天线元件和对应的读取器设备的任何传感器设备。
[0086]很多另外的修改和变型本身将建议本领域的技术人员参考前述的示例性的实施例，前述的示例性的实施例仅作为示例给出，并且不用于限制本发明的范围，本发明的范围只有所附的权利要求来确定。具体地，在适当之处，可以交换不同的实施例的不同的特征。
【主权项】
1.一种用于监视电设备(101)的电状态的电活动传感器设备，该电活动传感器设备包含: 可附接到电设备的电缆(102)的传感器设备(200 ;700)，该传感器设备(200 ；700)包括可用于与通过电设备的电功率状态的改变在电缆中产生的电脉冲进行磁耦合以引起可检测的电信号的天线元件(210 ；710)； 其中，天线元件(210;710)还可用于经由电缆(102)向读取器设备传送表示电设备的电力状态改变的数据。2.根据权利要求1所述的设备，其中，天线元件具有适配于电缆的外形的形状因数。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，通过天线元件传送数据包含反向散射经由电缆从读取器设备接收的RF信号。4.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，天线元件(210;710)在其工作频率范围内执行到电脉冲的磁耦合以及经由供电缆线(102)的数据传送这两者。5.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，传感器设备包含用于响应于所检测到的电信号来存储表示电设备的电力状态改变的数据的存储器元件(230 ;730)，并且其中，天线元件被配置为向读取器设备传送标识传感器设备(200;700)的标识数据。6.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，天线元件(210;710)被形成为环形天线。7.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，天线元件(210;710)被配置为布置在供电缆线(102)的至少一部分的周围以形成感应线圈。8.根据任何前述权利要求所述的设备，包含被配置为区分从接通电设备引起的电信号与从断开电设备引起的电信号的脉冲检测器(220 ;720)。9.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，传感器设备包含可用于与RFID读取器设备进行通信的RFID标签。10.根据前述权利要求所述的设备，其中，RFID传感器设备(200;700)可用作短距离RFID标签。11.根据任何前述权利要求所述的设备，其中，传感器设备(200;700)可用作经由电缆通过电磁感应供电的无源传感器设备。12.根据任何前述权利要求所述的设备，还包含用于提供表示在电设备接通时的电设备的功耗的数据的电消耗测量模块，并且其中，通过天线元件传送的数据包括表示电设备的功耗的数据。13.根据任何前述权利要求所述的设备，还包含测量自从检测到的电设备的电功率状态的改变的时间的持续时间的定时器(740)。14.一种电活动监视装置，用于监视通过配备传感器设备(200)的相应的电缆(102)连接到供电网络的至少一个电设备(101)的电状态，该电活动监视装置包含: 读取器模块(310)，用于向一个或多个传感器设备(200)传送询问信号以及响应于询问信号读取一个或多个传感器设备(200)的电状态数据，每个传感器设备(200)附接到电设备的相应的电缆(102)，其中，经由相应的电缆(102)从相应的传感器设备(200)接收电状态数据，所述电状态数据表示相应的电设备(101)的电功率状态改变；以及 网络接口(320)，用于将读取器模块电耦合到供电网络，并且包含用于提取经由供电网络接收的数据信号以及插入询问信号以便经由供电网络进行传送的信号。15.根据权利要求14所述的装置，其中，读取器模块(310)被配置为响应于检测到的由连接到供电网络的电表(400)所测量的功耗的改变来触发一个或多个询问信号的传送。16.根据权利要求14或15所述的装置，包含用于连接通信网络以使得能够传送数据给连接到通信网络的远程服务器或从该远程服务器接收数据。17.根据权利要求14所述的装置，其中，读取器模块(310)被配置为响应于经由通信网络接收的命令信号来触发一个或多个询问信号的传送。18.根据权利要求14至17中的任一项所述的装置，其中，读取器模块包含可用于与RFID标签进行通信的RFID读取器，该RFID读取器可用于从标识传感器设备的RFID标签接收RFID数据。19.一种电监视系统，包含根据权利要求14至18中的任一项所述的电活动监视装置以及根据权利要求1至13中的任一项所述的至少一个电活动传感器设备。20.一种网关系统，包含根据权利要求14至18中的任一项所述的装置，并且提供外部数据通信网络和内部数据通信网络之间的接口。
【专利摘要】用于检测电活动的电活动传感器设备以及电活动监视装置。一种基于可附接到电设备的电缆的传感器设备的电活动监视设备，用于监视电设备的电状态。该设备包含天线元件，天线元件执行与响应于电设备的电功率状态的改变在电缆中产生的电脉冲磁耦合以及经由电缆向读取器传送数据的双重功能。电活动监视装置还用于监视通过具有传感器设备的相应的电缆连接到供电网络的至少一个电设备的电状态。电活动监视装置包含读取器和读取器电力线接口设备。
【IPC分类】G01R31/00, G01R21/00
【公开号】CN104897978
【申请号】CN201510097382
【发明人】A.劳兹尔, J-Y.勒纳奥, J-L.罗伯特
【申请人】汤姆逊许可公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月5日
【公告号】EP2916465A1, EP2916466A1, US20150254482
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