具有远程发射器的长程超声占用传感器 |
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| 申请号 | CN201380068982.1 | 申请日 | 2013-09-24 | 公开(公告)号 | CN104995995B | 公开(公告)日 | 2017-10-31 |
| 申请人 | 通用电气公司; | 发明人 | D.M.奥隆泽布; D.C.施林; | ||||
| 摘要 | 用于监测空间的占用 传感器 装置包括发射器部分和接收器部分。接收器部分远离发射器部分 定位 。为了实现被监测空间中的占用的可靠检测，将发射器部分中的有源传感器所传送的 信号 的估计与所传送部分所接收的信号进行比较。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于监测空间的占用传感器装置，所述装置包括： |
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| 说明书全文 | 具有远程发射器的长程超声占用传感器技术领域[0001] 一般来说，本公开的方面涉及占用传感器领域，以及具体来说，涉及长程占用传感器。 背景技术[0002] 由于期望节省能量以及新构建代码，自动照明控制装置在普及方面正在增加。一种常见类型的自动照明控制是单房占用或空闲传感器。这些装置使用一个或多个感测部件来确定房间是被占用还是空闲，并且相应地控制房间的照明。占用传感器能够按照若干方式定位在房间中。最常见布置之一是采用占用传感器取代暗线箱(wallbox)中的标准壁式开关。一般称作暗线箱传感器的这种布置给予对照明电路的占用传感器访问，以用于开/关并且用于向其内部电路供电。但是，由于历史布线技术，中性AC连接在这种布置中很少是可用的。这些装置通过利用地泄漏电流来吸取操作电流。因此，地连接必须用于电流回路。这种布线环境常常称作双线连接。当中性AC连接连同AC火线和地连接(hot and ground connection)一起可用时，它将称作三线连接。术语“火线”、“中性”和“地”连接一般预计包含其普通和理解含意，其中“火线”是电气系统中连接的、相对于电气接地或中性具有电位的任何导体；“中性”是电路的返回支路；以及“地”是具有到地球地电位的连续性的导体。插座是布线系统中将电流输送到利用电力的设备的点。 [0003] 感测技术能够广义地分类为仅接收来自房间的能量的无源技术或者将能量发射到房间中的有源技术。有源传感器、例如超声或微波传感器使用发射器将能量发射到待监测空间中。所传送能量越大，则能够监测的空间越大。传感器则使用接收器来收集所反射能量，并且分析它在空间中的占用的迹象。接收器部分是低功率的，因为不必发射能量。有源传感器或装置具有同一装置中并存的发射器和接收器。 [0004] 如上所述，常见的是使占用传感器作为标准壁式开关的替代来安装，从而给予AC照明电路的传感器访问，以用于其内部电路的开/关和供电。但是，由于在这些布置中没有提供AC中性布线，必须限制传感器所使用的功率，并且地连接用于电流回路。但是，地回路泄漏电流量通常由安全标准限制到例如500毫安。有源感测技术设法遵守这种限制，以及功率可用性可能不足以监测大空间。如果对地泄漏电流的备选方案、例如电池电力或光伏电力用来向装置供电，则类似地限制功率可用性。 [0005] 因为这些技术在检测细微运动时呈现良好性能，所以它们成为现代传感器的越来越大部分。有源传感器可用的功率越大，则其操作感测范围越好。因此，经受上述功率限制的占用传感器在它们采用有源感测时将经受范围和性能限制。有利的是提供有源传感器布置，其避免无中性安装的功率限制，以获得更大感测范围。 [0006] 超声传感器通过检测所传送与所接收信号之间的多普勒频移进行操作。多普勒频移通过从空间中的移动对象所反射的超声能量来生成。频移的幅值与移动对象的速度成比例。在一个实施例中，大于大约40 Hz的多普勒频移被理解为空间中的运动。因此，接收器单元必须有权访问原始传送波形，以便可靠地确定房间的占用状态。有源传感器将具有在同一封装中并存的发射器和接收器，以便实现对传送波形的这种访问。但是，这种并存将限制来自泄漏地电流、发射器可用的功率。有利的是能够使接收器能够准确检测空间中的占用，而无需对原始传送波形的直接访问。 [0007] 相应地，期望提供一各解决上述问题的至少一部分的占用传感器。发明内容 [0008] 如本文所述，示范实施例克服本领域已知的上述或其他缺点的一个或多个。 [0009] 本公开的一个方面涉及用于监测空间的占用传感器。在一个实施例中，占用传感器包括发射器部分和接收器部分。接收器部分远离发射器部分定位。 [0010] 本公开的另一方面涉及一种用于使用占用传感器(其包括远离接收器定位的发射器)来检测被监测空间的占用的方法。在一个实施例中，该方法包括从发射器生成传送信号，在接收器中生成所传送信号的估计，在接收器中检测所传送信号的反射形式，将所传送信号的估计与所传送信号的所检测反射形式进行比较，以及基于比较来确定被监测空间的占用状况。 [0011] 通过结合附图思考以下详细描述，示范实施例的这些及其他方面和优点将变得显而易见。但是要理解，附图仅设计用于便于说明而不是对本发明的限制的定义，该定义应当参照所附权利要求书。本发明的其他方面和优点将在以下描述中提出，并且部分将通过描述是显而易见或者可通过实施本发明来了解。此外，通过所附权利要求书中具体指出的工具及组合，可认识和实现本发明的方面和优点。 附图说明[0012] 附图示出本公开的当前优选实施例，并且连同以上给出的一般描述和以下给出的详细描述一起用来说明本公开的原理。如附图通篇所示，相似参考标号表示相似或对应部件。 [0014] 图2示出结合本公开的方面的占用传感器系统的示范发射器部分的示意框图。 [0015] 图3示出结合本公开的方面的占用传感器系统的示范接收器部分的示意框图。 [0016] 图4示出结合所公开实施例的方面的占用传感器的示范信号估计和接收电路的示意框图。 [0017] 图5示出结合本公开的方面的方法的一个实施例。 具体实施方式[0018] 参照图1，结合所公开实施例的方面的占用传感器系统的一个实施例一般示为参考标号100。所公开实施例的方面一般针对一种占用传感器，其结合有源感测技术，其中高功率发射器部分在物理上与低功率接收器部分分隔并且远离低功率接收器部分定位。这种分隔允许发射器部分被定位在大功率是可用的位置。 [0019] 如图1所示，占用传感器系统100利用有源感测技术(其在本文中称作有源感测装置)，并且一般包括发射器部分110和接收器部分120。在图1所示的实施例中，传感器系统100利用在大约40 kHz的超声能量作为有源感测介质。备选实施例可利用任何适当有源感测介质，其中包括超声能量的备选频率(例如25 kZh或32 kHz)或者电磁能量(例如微波能量)的任何适当RF频率。在某些实施例中，传感器系统100可利用有源或无源感测部件的组合，来实现更好的灵敏度和性能，如本领域已知。 [0020] 参照图1所示的示范实施例，发射器部分110和接收器部分120没有并存。在典型有源占用传感器中，发射器和接收器共同位置同一封装中。所公开实施例的方面在物理上分隔发射器部分110和接收器部分120，如本文所述。 [0021] 发射器部分110将电耦合到电力源(本文中一般描述为AC电力)，其足以向有源感测装置提供足够电力。在一个实施例中，适当的电力源是通过火线和中性AC连接提供AC电力的任何标准墙上插座。为了便于本文的描述，这个连接在本文中将称作从AC电路吸取电力并且利用AC中性回路的“标准AC连接”。在某些实施例中，这个插座可提供120 VAC、240 VAC、277 VAC或其他可接受AC电压。在备选实施例中，电力源能够是任何适当电源，例如低电压或DC电源。 [0022] 在图1所示的实施例中，发射器部分110示为电耦合或者例如插入电气插座112。在这个实施例中，发射器部分110可拆卸地耦合到电气插座112，其包括标准AC电气插座，其中包括火线和中性电力线连接。在备选实施例中，发射器部分110能够电耦合到墙壁或天花板安装的电设备，其中例如三线电力可提供给电设备。 [0023] 接收器部分120在图1中示为与暗线箱124中的AC照明电路的开关122并存。电力从电源304提供给接收器部分120。在本文所述的实施例中，接收器部分120的电源304与发射器部分的电源208不是相同的。如上所述，发射器部分110一般从火线和中性AC导线连接来吸取电力。接收器部分120一般要求低功率，并且能够从地泄漏功率或者从AC火线所提供的电流令人满意地操作。在一个实施例中，接收器部分的电源304是AC暗线箱124中的双线连接。如本文所使用的术语“双线连接”一般表示其中不存在中性线的电源。两个导线是AC火线和地球地连接。在某些实施例中，接收器部分120的电源304能够包括无需使用中性线而吸取所需功率的任何电源，并且能够包括其他形式的能量收集、例如电池电力和光伏电源。 [0024] 图2示出占用传感器系统100的发射器部分110的一个实施例的示意框图。在这个实施例中，发射器部分110包括电源202、耦合到电源的振荡器电路或装置204以及耦合到振荡器电路204的超声发射器206。在一个实施例中，振荡器电路204配置成生成大约40 kHz信号。发射器部分112的电源202耦合到适当的电源208、例如图1所示的AC插座112。 [0025] 图3示出图1所示接收器部分120的一个实施例。在这个实施例中，接收器部分120如图1所示在暗线箱124中并存，并且电连接到暗线箱124中的AC照明电路(一般通过302所表示)。照明电路302一般包括电源304，其耦合到负载306、例如灯或其他电操作或激活装置。如上所述，源304一般包括来自AC电路的火线连接的地泄漏电流，并且将包括到火线和地线的连接。开关装置308、例如继电器用来开/关或者使电力能够输送到负载306、例如灯或警报器。 [0026] 图3所示的接收器部分120包括微控制器310、例如处理器，其用来控制接收器部分120的操作和功能性。在一个实施例中，微控制器310由处理装置可执行的机器可读指令来组成。微控制器310能够在通信上耦合到硬件处理模块312、红外或环境光传感器314、界面按钮或控件316和指示符LED 318中的一个或多个。环境光传感器314能够用来采集房间条件信息，同时用户能够通过用户控制316向系统100提供信息。硬件处理模块312连接到无源红外元件320。接收器部分120还能够包括附加无源红外(“PIR”)感测组件、例如PIR元件 320，以创建双重或多重技术传感器。虽然这些组件在本文中描述为接收器部分120的部分，但是在一个实施例中，这些组件能够作为发射器部分110的部分来包含。在这个实施例中，发射器部分110能够通过将附加信息和条件数据编码到有源感测介质上将其无线地传递给接收器部分120。在超声系统中，发射器部分110能够通过编码超声突发来传送数字信息。例如，在一个实施例中，在发射器部分110的位置的用户可期望向接收器部分120传送包含装置设定的信息。在这个实施例中，用户能够通过例如耦合到发射器部分110的用户接口来输入设定数据，以及发射器部分110将附加数据编码到传送部分所传送的信号上。这样，附加信息能够使用例如超声突发从发射器部分110无线地传送给接收器部分120。 [0027] 在图3所示的实施例中，接收器部分120还包括能量存储和整流模块322，以用于对于来自AC电源304的电力进行整流，并且向微控制器310和接收器部分120中的其他被供电组件提供电力。能够包括限流器324，以限制输送到接收器部分120的电流。 [0028] 接收器部分120还能够包括振荡器电路或装置326。如下面将进一步描述，振荡器电路326能够用来生成发射器部分110中的振荡器电路204所生成的所传送信号的估计。在一个实施例中，振荡器电路326配置成生成大约40 kHz信号。接收器部分120还能够包括硬件处理电路328和超声接收器340。硬件处理电路328一般配置成将超声接收器340所检测的信号与振荡器电路326所生成的信号的频率进行比较。 [0029] 在本文所述的实施例中，发射器部分110和接收器部分120在物理上相互分隔，而不是并存，如典型暗线箱占用传感器布置中的情况那样。这种有利布置允许发射器部分110(其一般是高功率有源传感器发射器)被连接到任何适当的电力源，而低功率接收器部分能够电耦合到暗线箱124中的双线(火线和地)照明电路。通过向发射器部分110提供较大电源，发射器部分110将能够传送较高能量信号，并且占用传感器系统100能够覆盖较宽区域。接收器部分120则使用传感器340来收集所反射能量，并且分析它在被监测空间中的占用的迹象。虽然所公开实施例的方面将在本文中一般针对被监测空间、例如房间来描述，但是所公开实施例的方面能够用来监测任何适当区域。 [0030] 如上所述，大于大约40 Hz的多普勒频移被理解为空间中的运动。在本文所公开的实施例中，由发射器部分110所传送的信号的估计必须一般是准确地处于大约少于40 Hz之内，以避免错误读数。在备选实施例中，频移阈值能够设置成与被监测空间的使用模式对应的任何适当水平。所公开实施例的方面在物理上将发射器部分110和接收器部分120相互分隔。因此，为了可靠地检测占用，在一个实施例中，接收器部分120生成发射器部分110所传送的信号的估计，并且将它与接收器部分120所接收的信号进行比较。在一个实施例中，频率估计通过将振荡器电路326包含在接收器部分120中来生成，其中振荡器电路326与发射器部分110中包含的振荡器电路204s基本上相同。在备选实施例中，硬件处理电路328和微控制器310的一个或多个能够包括必要电路，以提供发射器部分110所传送的信号的估计。 [0031] 发射器和接收器部分110、120中的振荡器电路204和326分别配置成工作在基本上相同的频率。通过在发射器和接收器部分110、120的每个中使用相似设计和配置的振荡器电路，所传送信号的估计能够一般是准确地处于系统100中使用的组件的逐个部件变化之内。例如，测试证明，使用具有5 ppm温度梯度、5 ppm每年降低以及因机械震动引起的5 ppm移位的100 ppm晶体振荡器，在40 kHz的最坏情况误差为大约10.8 Hz。 [0032] 图4示出结合本公开的方面的系统的一个实施例的示意框图。系统100包括发射器部分110和接收器部分120。发射器部分110和接收器部分120不是共同并存的。在一个实施例中，发射器部分110和接收器部分120在物理上分隔。发射器部分110和接收器部分120的每个从不同电源接收电力。在一个实施例中，发射器部分110的电源208是火线和中性AC导线连接。接收器部分120的电力304是火线和地AC导线连接。 [0033] 发射器部分110包括本地振荡器204和超声发射器206。在示范实施例中，这个示例中的本地振荡器204的频率大约为40 kHz。发射器部分110配置成一般感测信号，如一般所理解的那样。 [0034] 在图4所示的实施例中，接收器部分120一般包括超声接收器340、滤波硬件404、频率比较装置406和滤波硬件408。接收器部分120还包括本地振荡器装置326。如上所述，本地振荡器装置326配置成生成本地振荡器信号，其与振荡器204所生成的本地振荡器信号基本上是相同的。 [0035] 接收器120配置成接收所传送信号402的反射形式410。所传送信号402的反射形式410可以是或者可以不是与所传送信号402相同的，这取决于房间的占用。反射形式410由超声接收器340来检测，在滤波硬件404中滤波，并且然后与频率比较装置406中的本地振荡器 326所生成的频率估计信号412进行比较。频率估计信号412与本地振荡器204所生成的频率基本上是相同的，处于大约40 Hz之内。在这个示例中，振荡器204和振荡器326的每个的频率大约为40 kHz。因此，频率比较装置406所生成的信号414将指示被监测空间中的运动的检测。检测信号420包括如在需要时由滤波硬件适当滤波的信号414。 [0036] 图5示出结合本公开的方面的方法的一个实施例。在一个实施例中，信号由占用检测器系统100的发射器部分110来传送502。所传送信号的反射由接收器部分120来检测504。将所传送信号的估计与所传送信号的反射进行比较506。在适当滤波之后，根据需要，比较 506的结果指示或者用来确定508被监测区域的占用。 [0037] 所公开实施例的方面使用有源感测技术、通常为超声技术来克服占用传感器的无中性线安装的限制。通过物理上分隔发射器部分和接收器部分并且定位其中标准AC电力连接(火线和中性线)是可用的发射器部分而并不局限于地泄漏电流，发射器能够传送更大能量。所传送能量越大，则能够监测的区域越大。接收器部分则使用传感器来收集所反射能量，并且分析它在空间中的占用的迹象。接收器部分能够在没有中性连接的情况下利用火线和地球地连接来耦合到电力源。为了可靠地检测占用，将所传送信号的估计与接收信号(其是所传送信号的反射)进行比较。在一优选实施例中，估计必须是准确地处于大约40 Hz之内，以避免错误读数。因此，发射器部分中的本地振荡器与接收器部分中的本地振荡器基本上相同地配置。接收器部分中的本地振荡器生成所传送信号的估计。所公开实施例的方面有利地克服无中性安装的功率限制，并且提供更大感测范围。 [0038] 因此，虽然示出、描述和指出将本发明应用于示范实施例的新基本特征，但是将会理解，可由本领域的技术人员对所示装置的形式和细节及其操作进行各种省略、替换和变更，而没有背离本发明的精神和范围。此外，明显地预计按照基本相同的方式执行基本相同的功能以获得同样结果的那些元件的所有组合均属于本发明的范围之内。此外，应当知道，结合本发明的任何公开形式或实施例所示和/或所述的结构和/或元件可作为设计选择的一般方面结合到任何其他所公开或所述或建议的形式或实施例中。因此，预计仅受所附权利要求书的范围所指示的限制。 |
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