(57)【要約】【解決手段】本発明は、概して、取り付けられた及び／又は埋め込まれた受動電磁センサ（ＰＥＳ）を配電ハードウェアに使用する、モノのインターネット（ＩｏＴ）対応の無線センサシステムに関する。本発明の一実施形態は、電力会社の送配電網のプロセス制御及び予知保全を可能にする無線センサシステムを含む。別の実施形態は、パイプラインを通る液体又はガスのプロセス制御及び予知保全を可能にする無線センサシステムを含む。別の実施形態は、呼吸可能な大気汚染物質の測定を可能にする無線センサシステムを含む。さらに、保護受動電磁センサポッド及び受動電磁センサを装備した配電ハードウェア構成部品の製造方法が提供される。【選択図】図９
2021505910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの受動電磁センサと、
少なくとも１つの電磁制御通信機と、
少なくとも１つのユーザ分散計算資源と、
人工知能手段を有する少なくとも１つのスーパーコンピュータと、
少なくとも１つのユーザコンピュータと
を含む無線センサシステム。
【請求項２】
前記受動電磁センサは、配電ハードウェアの構成部品に取り付けられている請求項１に記載の無線センサシステム。
【請求項３】
前記受動電磁センサは、配電ハードウェアの構成部品に埋め込まれている請求項１に記載の無線センサシステム。
【請求項４】
前記配電ハードウェアの構成部品は、ＡＣＳＲ導体ワイヤ、ヒューズ、変圧器、スイッチ、リレー、回路遮断器、バスバー、コンデンサ、クランプ、塔及び柱、絶縁体、コネクタ、カップリング、サージアレスタ、スターラップ、タップ、規制バンク、サプレッサ、並びに街路灯カバーから選択される電力網配送構成部品を含む請求項２に記載の無線センサシステム。
【請求項５】
前記配電ハードウェアの構成部品は、照明カバー、柱、及び壁、ドア、窓等の建造物建築構成部品から選択される、地方自治体照明ハードウェアの構成部品を含む請求項２に記載の無線センサシステム。
【請求項６】
前記配電ハードウェアの構成部品は、パイプ、バルブ及びストレージコンテナから選択される、パイプラインハードウェア構成部品の構成部品を含む請求項２に記載の無線センサシステム。
【請求項７】
前記配電ハードウェアの構成部品は、ＡＳＷＲ導体ワイヤ、ヒューズ、変圧器、スイッチ、リレー、回路遮断器、バスバー、コンデンサ、クランプ、塔及び柱、絶縁体、コネクタ、カップリング、サージアレスタ、スターラップ、タップ、規制バンク、サプレッサ、並びに街路灯カバーから選択される電力網配送構成部品を含む請求項３に記載の無線センサシステム。
【請求項８】
前記配電ハードウェアの構成部品は、照明カバー、柱、及び壁、ドア、窓等の建造物建築構成部品から選択される、地方自治体照明ハードウェアの構成部品を含む請求項３に記載の無線センサシステム。
【請求項９】
前記配電ハードウェアの構成部品は、パイプ、バルブ及びストレージコンテナから選択される、パイプラインハードウェア構成部品の構成部品を含む請求項３に記載の無線センサシステム。
【請求項１０】
前記受動電磁センサは、受動音波センサを更に含む請求項１に記載の無線センサシステム。
【請求項１１】
前記受動電磁センサは、受動マイクロプロセッサを更に含む請求項１に記載の無線センサシステム。
【請求項１２】
前記受動電磁センサは、剛性である請求項１に記載の無線センサシステム。
【請求項１３】
前記受動電磁センサは、可撓性である請求項１に記載の無線センサシステム。
【請求項１４】
前記受動電磁センサは、特殊ガラスポッドに封入されている請求項１に記載の無線センサシステム。
【請求項１５】
前記特殊ガラスポッドは、湾曲している請求項１４に記載の無線センサシステム。
【請求項１６】
前記特殊ガラスポッドは、アルカリーアルミノシリケートガラスを含む請求項１４に記載の無線センサシステム。
【請求項１７】
前記特殊ガラスポッドは、内側が非導電性材料でコーティングされている請求項１４に記載の無線センサシステム。
【請求項１８】
前記非導電性材料は、シリコーンである請求項１７に記載の無線センサシステム。
【請求項１９】
前記受動音波センサは、
ａ．可撓性圧電ポリマー基板と、
ｂ．少なくとも１つのインターディジタル変換器と、
ｃ．フィルム、バリア、ゲート及び格子を含む遅延ギャップ試験と
を含む請求項１０に記載の無線センサシステム。
【請求項２０】
前記受動マイクロプロセッサは、
ａ．アンテナと、
ｂ．復調器と、
ｃ．少なくとも１つの電磁力ハーベスタと、
ｄ．電圧コントローラと、
ｅ．中央処理装置と、
ｆ．変調器と
を含む請求項１１に記載の無線センサシステム。
【請求項２１】
前記受動電磁センサは、電圧、電流、温度、圧力、湿度、振動、撓み、分子流量、降雨、大気汚染物質、化学剤、生物剤、核剤、化学濃縮物、化学成分又は粒子状物質から選択される現象を測定する請求項１に記載の無線センサシステム。
【請求項２２】
前記電磁制御通信機は、
ａ．電磁気無線周波数（ＲＦ）アンテナと、
ｂ．エンコーダと、
ｃ．無線周波数（ＲＦ）送受信機と、
ｄ．無線周波数（ＲＦ）受信機と、
ｅ．デコーダと、
ｆ．ＣＰＵと、
ｇ．データ記憶装置と、
ｈ．バッテリと、
ｉ．ＧＰＳ（全地球測位システム）装置と、
ｊ．セルラ通信装置と、
ｋ．アルゴリズム及びプログラミング論理手段と
を含む請求項１に記載の無線センサシステム。
【請求項２３】
前記ユーザ分散計算資源は、機器の欠陥、能力の低下及び他の異常状態の保全記録を入力し、センサ情報、アラーム、機械間命令、電力系統ウェルネスマップ及びプロセス照会を受信する手段を含む請求項１に記載の無線センサシステム。
【請求項２４】
前記人工知能手段は、学習、デモンストレーション、説明、相関関係の作成、ユーザへのアドバイス等のインテリジェントな行動を示し；センサデータと、機器の欠陥、能力の低下、ローカル及びエリア間振動、及び他の異常状態との間の相関関係を作成し；及び、これらの新たに発見された相関関係を使用して、異常状態のアルゴリズムを作成し、これらのアルゴリズムをＥＣＣに送信する手段を含む請求項１に記載の無線センサシステム。
【請求項２５】
前記受動電磁センサは、一意の識別、周波数及びホストハードウェアカテゴリ識別を更に含む請求項１に記載の無線センサシステム。
【請求項２６】
ａ．配電ハードウェアの構成部品として、少なくとも１つの受動電磁センサをインストールするステップと、
ｂ．前記受動電磁センサから物理的に分離された位置に、少なくとも１つの電磁制御通信機を設置するステップと、
ｃ．前記電磁制御通信機から無線周波数パルスを受信することによって、前記受動電磁センサを起動するステップと、
ｄ．これにより、前記受動電磁センサは、電磁インパルスをハーベストし、及び前記電磁インパルスを音波に変換し、
ｅ．測定される現象に基づいて、前記音波を修正して修正された波形を作成するステップと、
ｆ．前記修正された波形を、前記受動電磁センサから前記電磁制御通信機に送信するステップと、これにより、前記電磁制御通信機は、前記修正された波形を計算して現象測定値にして、現象測定情報、アラーム、命令及びマッピング情報データを生成し、
ｇ．前記電子制御通信機のセルラ通信手段によって前記データをスーパーコンピュータに通信するステップと、これにより、前記スーパーコンピュータは、前記データを包括的なプロセス制御及び予知モデルに組み立て、
ｈ．前記プロセス制御及び前記予知モデルを少なくとも１つのユーザコンピュータに送信するステップと
を備える、プロセス制御及び予知保全を可能にする方法。
【請求項２７】
前記受動電磁センサは、前記配電ハードウェアの構成部品内に埋め込まれることによって設置される請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記受動電磁センサは、前記配電ハードウェアの構成部品に取り付けられることによって設置される請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記配電ハードウェアは、ＡＳＷＲ導体ワイヤ、ヒューズ、変圧器、スイッチ、リレー、回路遮断器、バスバー、コンデンサ、クランプ、塔及び柱、絶縁体、コネクタ、カップリング、サージアレスタ、スターラップ、タップ、規制バンク、サプレッサ並びに街路灯カバーから選択される電力網配送構成部品を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記配電ハードウェアは、照明カバー、柱、及び壁、ドア、窓等の建造物建築構成部品から選択される地方自治体照明ハードウェアを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記配電ハードウェアは、パイプ、バルブ及びストレージコンテナから選択されるパイプラインハードウェア構成部品を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記受動電磁センサは、受動音波センサ及び受動中央処理装置を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記電磁制御通信機は、１つ又は複数の電磁波を生成し、及び放出する請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記受動音波センサは、前記受動音波センサのインターディジタル変換器に電磁エネルギーを通過させることによって、前記電磁波をハーベストし、これにより、電磁パルスは音波に変換される請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記音波は、前記音波センサの遅延ギャップ上を進行し、これにより、前記遅延ギャップは、測定される現象に基づいて設計される請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記音波は、前記音波センサの発信インターディジタル変換器を通過する前記音波によって電磁波に変換される請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記受動中央処理装置は、前記電磁波の修正された特性を処理し、及び測定される現象の値を計算する請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記受動電磁センサは、前記値を前記電磁制御通信機に送信する請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記電磁波は、後方散乱通信を使用して、前記電磁制御通信機にブロードキャストされる請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
ａ．上部シート及び下部シートを含むガラスポッドを形成するステップと、
ｂ．前記上部シート及び前記下部シートの内面を非導電性材料で被覆するステップと、
ｃ．前記下部シートの内面に受動電磁センサを配置するステップと、
ｄ．前記受動電磁センサを前記上部シートで覆い、前記受動電磁センサを収容するガラスポッドを形成するステップと、
ｅ．前記ガラスポッドを加熱するステップと、
ｆ．加熱された状態にある前記ガラスポッドを押圧し、前記上部シート及び前記下部シートを密封するステップと、
ｇ．前記ガラスポッド内の通気孔を介して、前記ガラスポッドから空気を除去するステップと、
ｈ．前記空気をアルゴンガスで置換するステップと、
ｉ．前記通気孔を封止するステップと
を備える保護受動電磁センサポッドの製造方法。
【請求項４１】
前記上部シート及び前記下部シートは、湾曲している請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記上部シート及び前記下部シートは、配電ハードウェアの構成部品の形状に適応するように湾曲している請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記配電ハードウェアは、ＡＳＷＲ導体ワイヤ、ヒューズ、変圧器、スイッチ、リレー、回路遮断器、バスバー、コンデンサ、クランプ、塔及び柱、絶縁体、コネクタ、カップリング、サージアレスタ、スターラップ、タップ、規制バンク、サプレッサ並びに街路灯カバーから選択される電力網配送構成部品を含む請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記配電ハードウェアは、照明カバー、柱、及び壁、ドア、窓等の建造物建築構成部品から選択される地方自治体照明ハードウェアを含む請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記配電ハードウェアは、パイプ、バルブ及びストレージコンテナから選択されるパイプラインハードウェア構成部品を含む請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記非導電性材料は、シリコーンを含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４７】
前記シリコーンは、前記上部シート及び前記下部シートを３０，０００ボルトに帯電させることによって塗布される請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記受動電磁センサにエポキシ層を塗布するステップを更に含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４９】
前記ガラスポッドは、前記受動電磁センサの遅延ギャップ試験にわたる開口部を更に含む請求項４０に記載の方法。
【請求項５０】
ａ．受動電磁センサポッドの長さにシリコーン接着剤を堆積させることと、
ｂ．前記配電ハードウェア構成部品の製造プロセス中に、前記受動電磁センサポッドを配電ハードウェア構成部品の表面に取り付けることと
を含む、受動電磁センサを装備した配電ハードウェア構成部品の製造方法。
【請求項５１】
前記受動電磁センサポッドをマガジン内に配置するステップを更に含む請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記受動電磁センサポッドは、メカニカルアームによって前記表面に取り付けられる請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記配電ハードウェア構成部品は、ＡＳＷＲ導体ワイヤ、ヒューズ、変圧器、スイッチ、リレー、回路遮断器、バスバー、コンデンサ、クランプ、塔及び柱、絶縁体、コネクタ、カップリング、サージアレスタ、スターラップ、タップ、規制バンク、サプレッサ並びに街路灯カバーから選択される電力網配送構成部品を含む請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
前記配電ハードウェア構成部品は、照明カバー、柱、及び壁、ドア、窓等の建造物建築構成部品から選択される地方自治体照明ハードウェアを含む請求項５０に記載の方法。
【請求項５５】
前記配電ハードウェア構成部品は、パイプ、バルブ及びストレージコンテナから選択されるパイプラインハードウェア構成部品を含む請求項５０に記載の方法。
【請求項５６】
ａ．前記受動電磁センサポッドをマガジン内に配置するステップと、
ｂ．鋼心アルミより線（ＡＣＳＲ）ワイヤをスプール上に巻きつける時、前記受動電磁センサポッドを前記ＡＣＳＲワイヤの長軸に取り付けるステップと
を更に含む請求項５０に記載の方法。
【請求項５７】
ａ．前記受動電磁センサポッドをマガジン内に配置するステップと、
ｂ．前記受動電磁センサポッドを切り抜きヒューズ管の内側長軸に取り付けるステップと
を更に含む請求項５０に記載の方法。
【請求項５８】
ａ．前記受動電磁センサポッドをマガジン内に配置するステップと、
ｂ．前記受動電磁センサポッドを変圧器のＷｙｅブッシングの内側長軸に取り付けるステップと
を更に含む請求項５０に記載の方法。
【請求項５９】
ａ．前記受動電磁センサポッドをマガジン内に配置するステップと、
ｂ．前記受動電磁センサポッドを変圧器のＤｅｌｔａブッシングの内側長軸に取り付けるステップと
を更に含む請求項５０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、開示の継続性のために、その開示全体が参照によって本明細書に完全に組み込まれている、２０１８年４月１０日に出願した米国特許仮出願第６２／６５５６５３号、２０１８年４月１０日に出願した米国特許仮出願第６２／６５５６４３号、２０１８年２月５日に出願した米国特許仮出願第６２／６２６２４７号、２０１８年１月３１日に出願した米国特許仮出願第６２／６２４４９３号、２０１７年１２月８日に出願した米国特許仮出願第６２／５９６４９２号、２０１７年１１月３０日に出願した米国特許仮出願第６２／５９２６５２号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、概して、取り付けられた及び／又は埋め込まれた受動電磁センサ（ＰＥＳ）を使用する、モノのインターネット（ＩｏＴ）対応の無線センサシステムに関する。本発明の一実施形態は、電力会社の送配電網のプロセス制御及び予知保全を可能にする無線センサシステムを含む。別の実施形態は、パイプラインを通る液体又はガスのプロセス制御及び予知保全を可能にする無線センサシステムを含む。別の実施形態は、呼吸可能な大気汚染物質の測定を可能にする無線センサシステムを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０６３３９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、電力会社の送配電用鋼心アルミより線（ＡＣＳＲ）導体ワイヤ及び変電所の電圧、アンペア数、温度、振動、撓み、湿度等の電気現象を測定するための多くの解決策が存在する。これらの解決策のいくつかは、スマートグリッドを作成するためのディスクリートセンサプロジェクトの一環として、７，５００ボルト〜２５６，０００ボルトを搬送する通電されたＡＣＳＲ電線に、電力供給されたセンサパッケージを取り付けようとする。これらの解決策は、産業界のニーズを満たすことができない。その理由には、次のものがある。
ａ． 架線作業員の高齢化により、民間の電力会社（ＩＯＵ：Ｉｎｖｅｓｔｏｒ  Ｏｗｎｅｄ  Ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ）や協同組合による電力会社（ＵＣ：Ｕｔｉｌｉｔｙ  Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｓ）は、ディスクリートプロジェクトの一環として、何千マイルもの送配電用ＡＣＳＲ導体ワイヤにセンサパッケージを設置するための人員や予算を有しない。
ｂ．センサパッケージは、重さが約１５ポンドあり、これを地上３０フィート以上の空中で、絶縁された「ホットスティック」で持ち上げて、通電状態の高圧電線に取り付けなければならないため、設置が困難である。
ｃ．電流センサパッケージには、電源が必要である。このため、ＩＯＵ及びＵＣは、センサパッケージのライフサイクル全体にわたって、バッテリを交換すること又は設置時に寄生電源を取り付けることが必要となる。
ｄ．電流センサパッケージは、２４０ボルト未満の非常に低い電圧を測定するのに十分な感度を有しておらず、接地されていない電線からの周囲電圧により安全上の危険を引き起こす。
ｅ．電流センサパッケージは、可動部分を有しているため、寿命が制限され、継続的な保全が必要となる。
ｆ．電流センサパッケージは高価であり、監視される３位相点当たり約６，０００ドルの費用がかかる。
ｇ．電流センサパッケージは、ＡＣＳＲ導体ワイヤ及び変電所の構成部品に限定され、電線ヒューズ、変圧器、スイッチ、リレー、回路遮断器、バスバー、コンデンサ、クランプ、塔及び柱、絶縁体、コネクタ、カップリング、サージアレスタ、スターラップ、タップ、規制バンク又はサプレッサには搭載できない。
ｈ．電流センサパッケージは、計算及びソフトウエアプログラムを実行する中央処理装置を有していない場合がある。
ｈ． 電流センサパッケージは、現象情報を暗号化せず、ハッキングの対象となる。
ｉ．電流センサパッケージは、電力網の健全性についての正常アルゴリズムと異常アルゴリズムを作成し、改善するための人工知能を統合せず、電力会社を予防保全から予知保全へ移行させることができない。
【０００５】
他の解決策は、受動電線センサの使用を試みるが、これらの解決策もまた、産業界のニーズを満たすことができない。その理由は、設置にはプロジェクトの人員が必要であり、ＡＣＳＲ導体ワイヤには設置可能であるものの、他の電線の送配電ハードウェアには設置できず、モノのインターネット（ＩｏＴ）の一部でもないからである。さらに他の解決策は、廉価である単純なアナログセンサを提供しようとするが、これらの解決策も、通信プラットフォームに接続されておらず、単にライトを点滅させて電圧状態を示すだけであるため、産業界のニーズを満たすことはできない。
【０００６】
センサがバッテリ又は寄生電力を必要とせず；センサが可動部を有さず、したがって廉価であり、数十年間持続し；センサが既存のタイプの電力会社の送配電ハードウェア装置の構成部品であり、その結果、センサは、動作開始後の高電圧装置にスタンドアロン構成部品として設置される必要がなく；センサは、別個に保全される必要がなく、センサは、ホストの一体的に製造された構成部品であるか又はホストパッケージ内に設けられてもよい保護ポッド内に収容されることによって環境から保護される、電力会社の無線センサシステムを有することが望ましい。さらに、付加的な人件費を最小限に抑えながら、電力系統構成部品の定期的な保全、修理又はアップグレード中に設置可能なセンサを使用する、電力会社の無線センサシステムを有することも望ましい。さらに、リアルタイムのセンサ情報を提供し、電力網の構造健全性監視を作成して、電力網の健全性を改善するための行動をとることができる、電力会社の送配電無線センサシステムを有することが望ましい。さらに、システムに基本状態を学習させ、時間の経過とともに、異常な状況を認識させて、電力網のより正確な構造健全性監視を作成することが望ましい。したがって、損傷検知アルゴリズムを構造監視システムと組み合わせることにより、電力会社の送配電網の健全性及び構造を追跡するための自動化システムを提供し、並びに、経時的にインテリジェンスを得る装置及び関連方法に対するニーズが、現在、産業界において存在している。
【０００７】
同様に、パイプラインを通る液体及びガスの流れを測定するための多くの解決策がある。これらの解決策のいくつかは、パイプラインに穴や挿入口を設けることによりパイプラインに挿入されるプローブを使用する。他のものは、パイプラインが動作を開始した後に電力線の外側にクランプされる、電力供給されない受動センサを使用する。しかしながら、これらの解決策は、パイプライン操業者のニーズを満たすことができない。その理由には、次のものがある。
ａ．労働力の高齢化により、パイプライン操業者は、しばしば遠隔地にある数千マイルものパイプライン上に、ディスクリートプロジェクトの一環として、センサパッケージを設置するための人員又は予算を有しない。
b. センサパッケージは、重さが約３０ポンドあり、しばしば直径が１フィートを超える、様々な種類のパイプの周りにクランプされなければならないため、取り付けが困難である。
ｃ．電流センサパッケージには、電源が必要である。このため、パイプライン操業者が、センサパッケージのライフサイクル全体にわたって、バッテリを交換すること又は設置時に寄生電源を取り付けることが必要となる。
ｄ．電流センサパッケージは、可動部分を有しているため寿命が制限され、継続的な保全が必要となる。
ｅ．電流センサパッケージは高価であり、監視されるノード当たり約３５，０００ドルの費用がかかる。
ｆ．電流センサパッケージは、パイプに限定され、バルブやポンプでは使用できない。
ｇ．電流センサパッケージは、計算及びソフトウエアプログラムを実行する中央処理装置を有していない場合がある。
ｈ．電流センサパッケージは、データを暗号化しない場合があり、ハッキングの対象となる。
ｉ．電流センサパッケージは、電力網の健全性についての正常データベースと異常データベースを作成し、改善するための人工知能を統合せず、電力会社を予防保全から予知保全へ移行させることができない。
【０００８】
センサがバッテリ又は寄生電力を必要とせず；センサが可動部を有さず、したがって廉価であり、数十年間持続し；センサが既存のタイプのパイプラインハードウェア装置の構成部品であり；センサは、別個に保全される必要がなく、センサは、ホストパイプラインハードウェアの一体的に製造された構成部品であるか又はホストパッケージ内に設けられてもよい保護ポッド内に収容されることによって環境から保護される、無線センサシステムを有することが望ましい。さらに、付加的な人件費を最小限に抑えながら、パイプラインの構成部品の定期的な保全、修理又はアップグレード中に設置可能なセンサを使用する、電力会社の無線センサシステムを有することも望ましい。さらに、パイプラインの構造健全性監視を作成し、パイプラインの健全性と安全性を改善するための行動をとることができるように、リアルタイムセンサ情報を提供するパイプライン無線センサシステムを有することが望ましい。さらに、パイプラインのより正確な構造健全性監視を作成するために、システムに基本状態を学習させ、時間の経過とともに改善させることが望ましい。さらに、システムに基本状態を学習させ、時間の経過とともに改善させて、パイプラインのより正確な構造健全性監視を作成することが望ましい。したがって、損傷検知アルゴリズムを構造監視システムと組み合わせることにより、パイプラインの健全性及び構造を追跡するための自動化システムを提供し、並びに、経時的にインテリジェンスを得る装置及び関連方法に対するニーズが、現在、産業界において存在している。
【０００９】
同様に、大気汚染物質を測定するための多くの解決策がある。これらの解決策のいくつかは、動力ファンを使用して大量の大気をフィルタシステムに吸い込み、そこで汚染大気分子が分離され、制御された条件下で測定される。しかしながら、これらの解決策は、地方自治体及び家庭のニーズを満たすことができない。その理由には、次のものがある。
ａ．それらは、大型の動力ファン、モータ及び技術スタッフを必要とし、保全及び較正しなければならない複雑なフィルタシステムから構成されており、その結果、費用のかかる運転となる。
ｂ．電気、照明、ＨＶＡＣ、配管、廃棄物処理等の電力会社のサポートが必要となる。
ｃ．このようなシステムは、電力会社のサポートを必要とし、固定位置にのみ配置することができる。
ｄ．このようなシステムは、固定位置にのみ配置することができ、システムは、測定ポイントの数が数十箇所に制限され、数百又は数千の位置とはならない。
ｅ．測定ポイントの数が制限されると、地方自治体が、地方自治体全域、屋内及び屋外の両方について、呼吸可能な大気のウェルネスマップを作成することが不可能になる。
【００１０】
他の解決策は、受動センサの使用を試みるが、この場合、呼吸可能な大気が容器内に捕捉され、分析のために試験所に送られることになる。この種の解決策は、サンプルを採取するための労働力と、サンプルを場所及び時間にマッチングさせるためのアカウンティングシステムとを必要とする。サンプルは、分析のために試験所に送らなければならない。結果をリアルタイムで入手することができない。この種の汚染物質測定は、モノのインターネット（ＩｏＴ）の一部ではない。
【００１１】
センサが消耗品、電力、配管又はＨＶＡＣを必要とせず；センサが可動部を有しておらず、したがって廉価であり、数十年間にわたる持続性があり；センサが既存の種類の地方自治体照明、送電網、又は建造物ハードウェアの構成部品に設置され；センサを較正又は点検する必要のない、呼吸可能な大気汚染の無線センサシステムを有することが望ましい。さらに、ディスクリートセンサプロジェクトの付加的な人件費なしに、地方自治体照明網、電力網の定期的な保全、修理若しくはアップグレード、又は建造物の修繕中に設置可能なセンサを使用した、呼吸可能な大気汚染の無線センサシステムを有することも望ましい。さらに、リアルタイムの汚染物質情報を提供し、地方自治体の屋内及び屋外の両方の呼吸可能な大気健全性監視を作成する、呼吸可能な大気汚染の無線センサシステムを有することが望ましい。さらに、システムに、基本状態分析を作成させ、異常状態を認識させ、時の経過とともに学習させて、より正確な呼吸可能な大気の健全性監視マップを作成させることが望ましい。この絶え間ない改善システムは、地方自治体を予防保全から予知保全に移行させ、大気質を改善するであろう。したがって、数百又は数千の受動電磁センサをリアルタイム監視システムと組み合わせることにより、コミュニティの室内及び室外の大気汚染物質の健全性及びウェルネスを追跡するための自動化システムを提供し、並びに、経時的にインテリジェンスを得る装置及び関連方法に対するニーズが、現在、産業界において存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
開示されるのは、以下の構成部品を備える無線センサシステムである：少なくとも１つ又は複数の一意に識別可能な受動電磁センサ（ＰＥＳ）３。ＰＥＳは、センサチップに搭載されたマイクロプロセッサ（図２）を有することができる音波センサ（図１）である。少なくとも１つ又は複数の電磁制御通信機（ＥＣＣ）８。人工知能手段（ＡＩ）、アルゴリズム、マッピングアプリケーション、データベース及びソフトウエアアプリケーションを含む、少なくとも１つ又は複数のスーパーコンピュータ６５。システムの計算能力を拡張するために使用される、少なくとも１つ又は複数のネットワーク化された分散計算コンピュータ６４。情報（気象情報、マッピング情報、データベース、アルゴリズム、ソフトウエアアプリケーション）をアップロードし、センサ情報（アラーム、マシン間命令、電力系統ウェルネスマップ、パイプラインウェルネスマップ、呼吸可能な大気ウェルネスマップ）を受信する、少なくとも１つ又は複数の分散ユーザコンピュータ６３。これらの構成部品は、次のように関連する：ＡＣＳＲ送配電ワイヤ（図１０）、切り抜きヒューズ（図１１）、変圧器（図１２）等の配電ハードウェアの製造において、受動電磁センサ（図３）が構成部品として埋め込まれる。これらの電力会社ハードウェア構成部品は、センサのホストとして機能し、電磁制御通信機（図８）から物理的に分離されている。ホストが、定期的な保全及び／又はアップグレードの一環として電力系統に設置されると、ＰＥＳは、電力会社の送配電網（図１４）を飽和させる。ＰＥＳが、ＥＣＣに搭載された送受信機３８及びアンテナ３６によって生成される電磁波２４の到達距離内に入ると、ＰＥＳ３２〜３５が起動される。ＰＥＳは、これらの電磁波を受信し、センサにエネルギーをハーベストさせ、作動させる（図９）。一実施形態では、センサの音波構成部品（図１）は、電磁波をその入力インターディジタル変換器３を通過させることによって、電磁波をハーベストする。電磁波は、圧電効果１を用いて、ＰＥＳ本体上で音波に変換される。音波の特性（振幅、周波数、位相及び周期）は、フィルム４、バリア５、ゲート６、格子２及び８、並びに他の試験バリアを、音波チップ（図１）上に配置することによって修正される。試験バリアは、各センサが測定するように設計された現象に基づいて、音波の振幅、周波数位相又は周期を修正するように設計される。現象には、電圧、電流、温度、圧力、湿度、振動、撓み、運動、音の振動、降雨、大気汚染物質、化学剤、生物剤、核剤等が含まれる。ＰＥＳが搭載されたマイクロプロセッサを有していない場合、ＰＥＳの発信インターディジタル変換器７は、後方散乱通信４８を使用し、修正された波形をアンテナ３６及び受信機３７に送り返す。ＥＣＣに搭載されたマイクロプロセッサは、ソフトウエアを使用して現象測定値への波形修正を計算する。ＰＥＳがマイクロプロセッサを搭載している場合（図３）、マイクロプロセッサは、音波の振幅、周波数、位相及び周期における修正を使用して現象の測定値を計算する。発信ＩＤＴ ７は、後方散乱通信４８を使用して現象測定値をＥＣＣに送り返す。ＥＣＣは、現象データをマッピングし（図２４）、得られた現象情報を��常モデル及び異常モデルと比較する。ＥＣＣは、異常現象状態に対するアラーム及び命令を直ちに、ユーザコンピュータ、人工知能を収容するスーパーコンピュータ及び／又は分散計算資源に発行することができる。すべてのＥＣＣは、すべてのユーザワークステーション６３、分散計算資源６４及びスーパーコンピュータを含むピアツーピアネットワーク６６の一部である。このピアツーピアネットワーク６６は、ブロックチェーンテクノロジ手段６７の使用を可能にし、現象測定情報、アラーム及び命令、マッピング情報、並びに他の情報の伝送を保護する。プログラミングソフトウエアは、ＥＣＣに搭載された通信装置に、周期的な間隔でセルラ通信網によって、スーパーコンピュータ及びユーザに現象測定情報及び位置情報を通信させる。ＥＣＣは、光起電性パネル４６を使用して電力を供給される。スーパーコンピュータは、各ＥＣＣによって作成された、アラーム及び命令を含む地域ＥＣＣマップを、収集された現象及びデータに応じて、包括的な電力網健全性モデル又は他の代表的なモデルに組み立てる（図２４）。
【００１３】
装置はまた、以下のうちの１つ又は複数を有してもよい。
ａ．ＰＥＳは、結晶、水晶、ガラス等の剛性圧電基板、又はポリマー等の可撓性圧電基板を使用してもよい。
ｂ．ＰＥＳは、マイクロプロセッサを含まなくてもよい。
ｃ．ＰＥＳは、センサデータを比較するために使用される１つ又は複数のリレーモジュールを含んでもよい。
ｄ．ＰＥＳは、暗号化を使用して通信してもよい。
ｅ．ＰＥＳは、ブロックチェーンテクノロジを使用して通信してもよい。
ｆ．ＰＥＳは、機械的振動、光、放射線、誘導、燃料電池等の代替の電磁的又は機械的形態の電力を使用してもよい。
ｇ．ＰＥＳは、振幅、周波数位相、周期又は他の波形特徴を変化させて、センサごとに一意のアイデンティティを作成してもよい。
ｈ．ＰＥＳは、電圧又は電流、温度、圧力、湿度、振動、撓み、動き、音の振動、降雨、大気汚染物質、化学剤、生物剤、核剤等の現象の組み合わせに対する代替の現象を測定することができる。
ｉ. ＰＥＳは、振幅、周波数位相、周期又は他の波形特徴を変化させて、電圧、電流、温度、圧力、湿度、振動、撓み、動き、音の振動、降雨、大気汚染物質、化学剤、生物剤、核剤等の現象を暗号化又は符号化してもよい。
ｊ．ＰＥＳは、鋼心アルミより線（ＡＣＳＲ）送配電ワイヤ、ヒューズ、変圧器、スイッチ、リレー、回路遮断器、バスバー、コンデンサ、クランプ、塔及び柱、絶縁体、コネクタ、カップリング、サージアレスタ、スターラップ、タップ、規制バンク、サプレッサ等の電力会社送配電ハードウェアに埋め込まれてもよい。
ｋ．ＰＥＳは、鋼心アルミより線（ＡＣＳＲ）送配電ワイヤ、ヒューズ、変圧器、スイッチ、リレー、回路遮断器、バスバー、コンデンサ、クランプ、塔及び柱、絶縁体、コネクタ、カップリング、サージアレスタ、スターラップ、タップ、規制バンク、サプレッサ等の電力会社送配電ハードウェアに外面実装されてもよい。
ｌ．ＰＥＳは、パイプ、バルブ、ポンプ等の石油及びガスパイプラインハードウェアに埋め込まれてもよい。
ｍ．ＰＥＳは、パイプ、バルブ、ポンプ等の石油及びガスパイプラインハードウェアに外面実装されてもよい。
ｎ．ＰＥＳは、街路灯、街路灯カバー、建造物、壁、窓等の地方自治体の照明及び建造物構成部品に埋め込まれてもよい。
ｏ．ＰＥＳは、街路灯、街路灯カバー、建造物、壁、窓等の地方自治体の照明及び建造物構成部品に外面実装されてもよい。
ｐ．ＰＥＳは、互いの間で通信し、及び／又は、より遠いＰＥＳのためのリレーとして機能してもよい。
ｑ．ＥＣＣは、ソーラーパネル、電力系統からの寄生負荷、バッテリ又は燃料電池を使用して電力供給されてもよい。
ｒ．ＥＣＣは、ＰＥＳから受信した振幅、周波数位相、周期又は他の波形特徴の変動を計算して、電圧、又は電流、温度、圧力、湿度、振動、撓み、動き、音の振動、降雨、大気汚染物質、化学剤、生物剤、核剤等の現象の組合せ等の現象の測定値を計算してもよい。
ｓ．ＥＣＣは、セルラネットワーク、ＬｏＲａネットワーク、衛星ネットワーク又はマイクロ波ネットワークを介して、インターネットと通信してもよい。
ｔ．ＥＣＣの暗号化されたフォーマットでの通信。
ｕ．ブロックチェーンテクノロジを用いて、通信の安全性を確保してもよい。
ｖ．ＥＣＣは、センサデータを比較するために使用される１つ又は複数のリレーモジュールを含んでもよい。
ｗ．スーパーコンピュータは、そのプロセスの任意の構成部品にヒューマンインターフェースを有してもよい。
ｘ．スーパーコンピュータは、ブロックチェーンテクノロジを使用して、通信の安全性を確保してもよい。
【００１４】
同様に、関連方法はまた、以下のステップのうちの１つ又は複数を含んでもよい。
ａ．ＰＥＳに搭載されたプロセッサは、（ｉ）少なくとも１つの正常電圧又は他の現象の測定値を含むデータベース、及び／又は、（ｉｉ）リアルタイム電圧又は他の現象のパターンを、アラーム通信に関連する少なくとも１つの異常パターンと比較するための第２のリレーモジュール、及び／又は、（ｉｉｉ）リアルタイム電圧又は他の現象のパターンを、少なくとも１つ又は複数のハードウェア故障パターンと比較するための第３のリレーモジュールを備える、アルゴリズムエンジン及びプログラミング論理を含んでもよい。
ｂ．電磁制御通信機（ＥＣＣ）に搭載されたプロセッサは、（ｉ）少なくとも１つの正常電圧又は他の現象の測定値を含むデータベース、及び／又は、（ｉｉ）リアルタイム電圧又は他の現象のパターンを、アラーム通信に関連する少なくとも１つの異常パターンと比較するための第２のリレーモジュール、及び／又は、（ｉｉｉ）リアルタイム電圧又は他の現象のパターンを、少なくとも１つ又は複数のハードウェア故障パターンと比較するための第３のリレーモジュール、（ｉｖ）センサ電圧又は他の現象を複数のセンサデータストリームからリアルタイムウェルネスパターンにマッピングするためのマッピングモジュールを備える、アルゴリズムエンジン及びプログラミング論理を含んでもよい。
ｃ．また、ＥＣＣに搭載されたプロセッサ及びプログラミング論理は、リアルタイムセンサ情報を使用して、損傷検知アルゴリズムと構造監視システムとを組み合わせることによって、電力系統の構造監視を作成してもよい。
ｄ．ＥＣＣに搭載されたデータ記憶装置に記憶されたプログラミング論理は、異常パターンのマッチングを認識し、アルゴリズム又はプログラミング論理によって記述された動作シーケンスをマッチングすると、システムに実行コマンド（暗号化されてもよい）を他のピアツーピア装置に向けて発行させてもよい。このようなコマンドは、種々のグリッドセグメント及び構成部品からの電圧を停止、転換、加算又は減算させ、電力系統の健全性を改善することができる。これらの動作はまた、電流、温度、圧力、湿度、振動、撓み、運動、音の振動、降雨、大気汚染物質、化学剤、生物剤、核剤等の他の現象のためにも行うことができる。
ｅ．無線センサシステムは、ピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ）として動作することができ、センサ又はＥＣＣに搭載されたコンピュータプロセッサに格納されたプログラミング論理は、アラーム、命令、マップ又はすべての測定された現象の伝送のために、システムにブロックチェーン取引におけるブロックを作成させてもよい。この例では、一意のＥＣＣ が、ピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ） ６６ のメンバとして取引を要求する。複数のＥＣＣ４７、スーパーコンピュータ６５、ユーザ端末６３及び分散計算資源６４を備えるネットワークは、アルゴリズムを使用して、要求しているセンサのアイデンティティとステータスを検証する。検証されると、ＥＣＣは、現象アラームを発行し、ハードウェア故障アラームを発行し、リアルタイムウェルネスマップを作成して送信し、リアルタイムパターンを作成して送信し、ブロックチェーン６８のブロックとして他のマシンに実行コマンドを発行することができる。ＥＣＣに搭載されたデータ記憶装置に記憶されたプログラム論理は、システムに、ピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ）にブロックチェーン取引を通信させる（図２３）。この方法は、ローカル及び分散両方における、電力会社電力網への構造健全性監視マップ、レポート、アラーム及び命令のセキュリティと検証を可能にする。
ｇ．無線センサシステムは、人工知能手段を収容するスーパーコンピュータ６５にそのデータと情報を送信する。人工知能は、このデータ及び情報を使用して、各ＥＣＣの環境ごとに、正常状態と異常状態の両方についてより正確な現象パターンを作成することにおいて、学習し、実証し、説明し、及びユーザにアドバイスする。人工知能は、新しいアルゴリズム及びリレーモジュールを個々のＥＣＣに送信及びアップロードさせ、その結果、ウェルネスモデルがより正確かつ予知的になる。経時的に、ウェルネスモデルは、電力系統において予防保全から予知保全へと電力会社を移行させるのに十分なほど正確なものとなる。
ｈ．代替として、無線センサシステムは、石油及びガス、水、アンモニア、アルコール、水素、水蒸気、又は任意の他のガス若しくは液体を運ぶパイプラインによって使用されてもよい。複数のＰＥＳを備えるワイヤレスマルチセンサネットワークは、パイプ、バルブ、ポンプ等のパイプラインに使用される配電ハードウェアの製造された内蔵構成部品に取り付けられるか、又は埋め込まれてもよい。上に列挙した現象に加えて、これらのセンサに、濃度、成分、流量等を測定させることができる。
ｉ．代替として、この無線センサシステムは、地方自治体が屋内外の呼吸可能な大気汚染物質を測定するために使用されてもよい。複数のＰＥＳを備える無線マルチセンサネットワークは、地方自治体の照明若しくは電力網に、又は壁、ガラス等の建造物ハードウェアに使用される配電ハードウェアの製造された内蔵構成部品に取り付けられるか、又は埋め込まれてもよい。上に列挙した現象に加えて、これらのセンサに、降雨、大気汚染物質、化学剤、生物剤、核剤等の成分、濃度及び飽和率を測定させることができる。
【００１５】
開示される装置は、（１）バッテリ又は寄生電源を必要としない廉価な受動センサ（図３）を使用する、（２）ＰＥＳ（図２）に搭載されたマイクロプロセッサを有することができる、（３）ガラスポッドが、電気的及び磁気的現象に対して不活性であり、紫外線照射に対して不浸透性であり、湿気に対して不浸透性であり、熱を排除し、かつ高い表面押圧耐性を有する保護ポッド構造を使用することから、他の既知の装置及び解決策と比較して独自性を有する。これにより、ＰＥＳは、センサのホスト（図１４、図１８、図２０及び図２１）として機能する、任意のＩＯＵ、ＣＵ若しくは地方自治体の送配電網ハードウェア（図１３）、照明網ハードウェア（図２０）の構成部品として、又は、建造物、窓、ドア、壁等の構造アーキテクチャ構成部品として、取り付けられ又は埋め込まれることが可能になり、（４）建設、保全又はアップグレードの通常の一端としてホストに設置することができる。同様に、関連方法は、（１）ピアツーピア（Ｐ２Ｐ）無線センサネットワーク６６を作成し、（２）システムは、測定された現象を正常及び異常なリレーモジュールパターンと比較した後に、動作（アラーム及び命令）を行うスマートグリッドであり、（３）数百又は数千又は数万のＰＥＳの情報を単一の描写に組み合わせることによって、リアルタイムの電力網、パイプライン又は呼吸可能な大気ウェルネスマップ（図２４）を作成するという点で独自性を有する。同様に、開示される方法は、（１）ブロックチェーン６８内のブロックとして、現象測定、アラーム、命令及びウェルネス情報を保護し、そのデータ及び情報を信頼性のあるものにし、（２）電力会社のサービスを伴う固定的な位置から任意の位置へとリアルタイム監視の拡大を可能にし、（３）受動センサは可動部分を有していないので、数十年間の持続性を有することができ、並びに（４）改善されたリレーモジュール及び人工知能を使用することにより、システムは、ユーザを反応性の電力網、パイプライン又は大気質管理から予知的なものへと移行させるという点で、他の既知のプロセス及び解決策と比較して、独自性を有する。
【００１６】
さらに、前述の装置に関連するプロセスも、同様に独自性を有する。より具体的には、開示されるプロセスは、（１）現状と正常及び異常な状態の既知のパターンと比較するプログラム論理に基づいて、アラームを通信し、コマンドを発行する等の動作を行う、（２）電力系統、パイプライン又は都市（図２４）のあらゆる構成部品に含まれた何千ものセンサを描写するマッピングされたウェルネスモデルを作成する、及び（３）人工知能を使用して、ＥＣＣ ４７に送信されアップロードされる改善されたアルゴリズム及びデータベースを作成し、その結果、ウェルネスモデルをより正確かつ予知的にするという点で独自性を有する。
【００１７】
とりわけ、本発明の目的は、先の解決策に関連する問題又は欠陥のいずれもが解決された、電力会社の送配電網、ガス又は液体パイプライン、及び地方自治体のリアルタイムの呼吸可能な大気ウェルネス監視のプロセス制御及び予知保全を可能にする無線センサシステムを提供することである。
【００１８】
本発明の更なる目的は、電力会社の送配電網、ガス又は液体パイプライン、及び地方自治体のリアルタイムの呼吸可能な大気ウェルネス監視のプロセス制御及び予知保全を、電力網構成部品、パイプライン構成部品、又は照明グリッド、建造物構成部品等の地方自治体資産の定期的な保全及びアップグレード中に設置することができる無線センサシステムを作成することである。
【００１９】
さらに、本発明の目的は、架線作業員が地上３０フィートから１５０フィートの空中で、センサパッケージを通電導体の電力線に取り付けることを必要としないことでより安全になった、電力会社の送配電網でのプロセス制御及び予知保全を可能にする無線センサシステムを作成することである。
【００２０】
さらに、本発明の目的は、不適切に接地された電力線によって生じる周囲電圧状況において一般的な２４０ボルト未満の電圧を読み取ることができることで架線作業員にとってより安全になった、電力会社の送配電網でのプロセス制御及び予知保全を可能にする無線センサシステムを作成することである。
【００２１】
さらに、本発明の目的は、導体ワイヤ、切り抜きヒューズ、変圧器、スイッチ、リレー、回路遮断器、バスバー、コンデンサ、クランプ、塔及び柱、絶縁体、コネクタ、カップリング、サージアレスタ、スターラップ、タップ、規制バンク、サプレッサ等、実質的にすべての電力系統ハードウェア内にセンサを有することによってより堅牢となった、電力会社の送配電網でのプロセス制御及び予知保全を可能にする無線センサシステムを作成することである。
【００２２】
さらに、本発明の目的は、実質的にすべての地方自治体の位置にセンサを有することによってより堅牢となった、地方自治体のためのリアルタイムの呼吸可能な大気ウェルネス監視を可能にする無線センサシステムを作成することである。
【００２３】
さらに、本発明の目的は、電力会社の送配電網、企業の液体及びガスパイプライン、並びに、センサがバッテリを必要とせず、継続的な保全を必要としない地方自治体の呼吸可能な大気ウェルネス監視システムでのプロセス制御及び予知保全を可能とする無線センサシステムを作成することである。
【００２４】
さらに、本発明の目的は、センサが可動部分を有しておらず、数十年にわたる持続性を有することができる、電力会社の送配電網、企業の液体及びガスパイプライン並びに地方自治体の呼吸可能な大気ウェルネスシステムでのプロセス制御及び予知保全を可能にする無線センサシステムを作成することである。
【００２５】
さらに、本発明の目的は、センサが可動部分を有しておらず廉価である、電力会社の送配電網、企業の液体及びガスパイプライン並びに地方自治体の呼吸可能な大気ウェルネスシステムでのプロセス制御及び予知保全を可能にする無線センサシステムを作成することである。
【００２６】
さらに、本発明の目的は、センサデータがハッキングに対して安全である、電力会社の送配電網、企業の液体及びガスパイプライン並びに地方自治体の呼吸可能な大気ウェルネスシステムでのプロセス制御及び予知保全を可能にする無線センサシステムを作成することである。
【００２７】
さらに、本発明の目的は、センサデータ及びモデルがブロックチェーンの一部として検証可能で信頼性のある、電力会社の送配電網、企業の液体及びガスパイプライン並びに地方自治体の呼吸可能な大気ウェルネスシステムでのプロセス制御及び予知保全を可能にする無線センサシステムを作成することである。
【００２８】
さらに、本発明の更なる目的は、システムが、人工知能を使用して、個々の電磁制御通信機（ＥＣＣ）に送信され、アップロードされるアルゴリズム及びデータベースを作成し、改善し、その結果、ウェルネスモデルがより正確で予知的なものとなる、電力会社の送配電網、企業の液体及びガスパイプライン並びに地方自治体の呼吸可能な大気ウェルネスシステムでのプロセス制御及び予知保全を可能にする無線センサシステムを作成することである。
【００２９】
本発明は、添付の図面を参照して、以下でより完全に説明される。添付の図面は、概要、詳細な説明、及び具体的に説明される又はその他の方法で開示される、任意の好ましい及び／又は特定の実施形態及び変形形態に関連して読まれることが意図される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載された実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、例示のためだけに提示され、したがって、本開示は綿密で完全であり、本発明の全範囲を当業者に完全に伝えることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】電圧、電流、温度等の現象の測定を可能にする音波の修正を可能にする可撓性圧電ポリマー基板から形成される受動音波（ＡＷ）センサを示す図である。
【図２】コンピュータ分析可能な可撓性圧電ポリマーから形成される受動マイクロプロセッサを示す図である。
【図３】音波の修正を測定し、その修正から現象値を計算し、その結果、電圧、電流、温度等を測定する受動電磁センサ（ＰＥＳ）を示す図である。
【図４】受動音波センサ及び受動マイクロプロセッサ構成部品を含むＰＥＳの電気図である。
【図５】可撓性圧電ポリマー基板上にプリントされた受動ＣＰＵを示す図である。
【図６】電気、電磁波、太陽照射に不活性で、熱を放散し、高い摩耗及び押圧係数を有する保護ガラスポッドを示す図である。これらのポッドは、環境への曝露を可能にするために、閉鎖又は開放されたギャップラインを有することができ、平坦又は湾曲とすることができる。
【図７】ガラスポッドに収容されたＰＥＳを示す図である。ＰＥＳを収容すると、電力会社の電力網ハードウェア、企業のパイプラインハードウェア、地方自治体の照明及び建造物ハードウェア等の配電ハードウェアの製造された構成部品として、ＰＥＳを追加することが可能になる。
【図８】太陽光エネルギーによって駆動される小型コンピュータである電磁制御通信機（ＥＣＣ）を示す図である。ＥＣＣは、現象を計算し、多数のセンサから受信する測定値を処理することができる。ＥＣＣは、現象データをマッピングし、ウェルネスマップを作成する。ＥＣＣは、その結果得られた多次元現象情報を、正常及び異常リレーモデルと比較する。異常なリレーモデルとマッチングすると、変圧器における電力系統の健全性を回復させるため、他の機械に向けてアラーム及び／又はコマンドが発行される。
【図９】ＰＥＳで飽和した環境で電磁波を放出するＥＣＣを示す図である。ＰＥＳ は、後方散乱通信を使用して、現象測定値を送り返す。
【図１０】電気エネルギーを発電所から配電所へ、そして消費者へと送配電するために使用される鋼心アルミより線（ＡＣＳＲ）電力線を示す図である。湾曲したＰＥＳは、ＡＣＳＲの製造された構成部品としてＡＣＳＲワイヤに取り付けられる。
【図１１】頭上の主分配線及びタップで、配電変圧器をサージ及び過負荷から保護するために使用される、ヒューズとスイッチとの組み合わせである切り抜きヒューズを示す図である。湾曲したＰＥＳは、ヒューズワイヤを囲む合成管の構成部品として埋め込まれる。
【図１２】配電系統における最終的な変圧を行う配電変圧器であり、配電線で使用される電圧を、顧客によって使用されるレベルにまで降圧する、柱に実装される変圧器を示す図である。平坦なＰＥＳは、変圧器電圧の三相のそれぞれに取り付けられる。
【図１３】米国内の数百万単位を表す種類の、ＡＣＳＲ、切り抜きヒューズ及び変圧器を備えた、電力会社の配電用電柱を示す図である。配電用電柱は、変圧器の反対側にＥＣＣとＥＣＣのソーラーアレイを有する。
【図１４】５本の電柱のうち１本にＥＣＣが配置されている、電力会社の配電網を示す図である。ＥＣＣは、ＡＣＳＲ電力線、切り抜きヒューズ及び変圧器の製造された構成部品として埋め込まれたＰＥＳによって飽和した領域に位置する。
【図１５】石油パイプラインのパイプを示す図である。パイプラインの外皮には、ＰＥＳが取り付けられている。ＰＥＳは、密封することができ、又は音波構成部品ギャップラインを周囲に開口させることができる。
【図１６】石油パイプラインのポンプを示す図である。インペラの外皮には、ＰＥＳが取り付けられている。ＰＥＳは、密封することができ、又は音波構成部品ギャップラインを周囲に開口させることができる。
【図１７】石油パイプラインのバルブを示す図である。パイプラインの外皮には、ＰＥＳが取り付けられている。ＰＥＳは、密封することができ、又は音波構成部品ギャップラインを周囲に開口させることができる。
【図１８】様々な間隔で配置されたＥＣＣを有する、企業の石油及びガスパイプラインを示す図である。ＥＣＣは、パイプ、ポンプ及びバルブの製造された構成部品として埋め込まれたＰＥＳによって飽和された領域に位置する。
【図１９】地方自治体の照明網の街路灯を示す図である。ＰＥＳは、電灯の上面に埋め込まれる。また、ＰＥＳは、電灯のガラス又はプラスティックのカバーに埋め込まれる。
【図２０】５番目のライトごとにＥＣＣが配置されている、地方自治体の街灯網を示す図である。ＥＣＣは、電灯の製造された構成部品として埋め込まれたＰＥＳによって飽和された領域に位置する。
【図２１】ＥＣＣを様々な間隔で配置した、地方自治体に位置する建造物の窓及び壁を示す図である。ＥＣＣは、窓、壁、ドア、屋根及び他の建造物構成部品の製造された構成部品として埋め込まれたＰＥＳによって飽和された領域に位置する。
【図２２】ＥＣＣ、ユーザコンピュータ、分散計算資源及びスーパーコンピュータを備えるピアツーピアネットワークを示す図である。
【図２３】本発明のピアツーピアネットワークにおいて、ＥＣＣが他のネットワークデバイスによって肯定的に識別され、その現象測定値、アラーム、命令、マップ及び情報をブロックチェーン内のブロックとして追加することを許可され、これらの項目を信頼性のあるものにする様子を示す図である。
【図２４】リアルタイム監視、アラーム、命令及びウェルネスデータを有するＥＣＣ及びＰＥＳの地方自治体ＩＯＴネットワークを示す図である。本発明は、ＩＯＵ、ＣＵ又は地方自治体を予防保全から予知保全に移行させる。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、埋め込まれた又は取り付けられた受動電磁センサ（ＰＥＳ）を使用して、電力会社の送配電網のプロセス制御及び予知保全を可能にする、モノのインターネット（ＩｏＴ）対応の無線センサシステム、及び／又は、企業の液体及びガスパイプラインのプロセス制御及び予知保全を可能にする、モノのインターネット（ＩｏＴ）対応の無線センサシステム、及び／又は、屋内及び屋外の大気汚染物質の測定を可能にする、モノのインターネット（ＩｏＴ）対応の無線センサシステムに向けられる。
【００３２】
一実施形態では、無線センサシステムは、以下の構成部品から形成される：特殊ガラスポッド（図６）に囲まれた、受動音波センサ（図１）及び受動マイクロプロセッサ（図２）を備える１つ又は複数の受動電磁センサ（ＰＥＳ）（図３）；１つ又は複数の電磁制御通信機（ＥＣＣ）（図８）；１つ又は複数のユーザコンピュータ６３；人工知能手段、データベース、アルゴリズムを収容する１つ又は複数のスーパーコンピュータ６５；１つ又は複数の分散計算資源６４。
【００３３】
ＰＥＳは、小型受動コンピュータセンサ（図３）であり、剛性又は可撓性の圧電ポリマー系受動音波センサ（図１）と受動マイクロプロセッサ（図２）の組み合わせを備える。音波（ＡＷ）センサ（図１）は、可撓性圧電ポリマー基板１；１つ又は複数のインターディジタル変換器（ＩＤＴ）３及び７；フィルム４、バリア５、ゲート６、格子２及び８並びにＡＷセンサ（図１）上の他の試験バリアを有する遅延ギャップを備える。ＡＷセンサ（図１）上の入力ＩＤＴ ３は、電磁波２４をハーベストし、電磁波を圧電基板１上を伝搬する音波に変換する。音波の振幅、周波数、位相及び周期は、環境と相互作用して測定される現象に基づいて音波を修正するように設計された、フィルム４、バリア５、ゲート６、格子等の遅延ギャップ試験を音波が通過する際に修正される。音波の修正の測定は、電圧、電流、温度、圧力、湿度、振動、撓み、分子流量、降雨、大気汚染物質、化学剤、生物剤、核剤、化学濃度、化学成分、粒子状物質等の現象の測定値を計算するために使用される。マイクロプロセッサ（図２）は、アンテナ１２、復調器１０、１つ又は複数の電磁力ハーベスタ１５〜２２、電圧コントローラ（図２３）、中央処理装置（ＣＰＵ）９、変調器１１を備える。ＰＥＳのマイクロプロセッサ構成部品は、ＥＣＣ上のアンテナ３６及び送受信機３８から電磁波を受け取ると起動される。アンテナ１２は、これらの電磁波をハーベストし、波動を交流電流１３に変換する。交流電流は、ダイオード１５、１７、１９、２１を使用して直流電流に変換される。次に、直流電流は、コンデンサ１６、１８、２０、２２に格納される。電圧レギュレータ２３は、コンデンサ１６、１８、２０、２２内のエネルギーを、ＣＰＵ９が使用可能な許容レベルに調整する。電圧レギュレータ２３は、コンデンサ１６、１８、２０、２２内で許容レベルに到達すると、エネルギーをＣＰＵに放出する。ＣＰＵ ９は、電源を供給されて、電圧を測定するように設計された修正音波から現象値を計算する等の計算機能を実行する。ＣＰＵに搭載されている論理手段は、アンテナ１２ のトランジスタを切り替え、アンテナ１２ の反射係数を変更する。変調器１１は、キャリア信号と呼ばれる、ＥＣＣ４７から受信される無線周波数波形の特性を、計算された現象測定値を含む変調信号で変化させ、その後、ＥＣＣ ４８に送信される。アンテナ１２及び変調器１１内のトランジスタの使用により、ＰＥＳは、データ及び情報を含むＥＣＣの電波４８を反射して送り返すことができる。後方散乱通信と呼ばれるこの伝送方式は、ＰＥＳ（図３）が、データをＥＣＣ ４７に送り返すために新しい電波を生成しようとするよりもはるかに少ない電力を使用することを可能にする。ＰＥＳはまた、より離れたＰＥＳ４８のためのリレーとして機能することによって、互いに通信する。ＰＥＳ（図３）は、これらのセンサに、一意の識別、一意の周波数及び一意のホストハードウェアカテゴリタイプの識別（ＡＣＳＲ導体ワイヤ、ヒューズ、変圧器、パイプ、バルブ、照明カバー、壁、窓等）を可能にするように製造される。ＰＥＳをカテゴリに分離することにより、ＥＣＣは、そのカテゴリのみによって応答される固有の電磁波を放出することができる。例えば、ＰＥＳ測定電圧は、１３．５６ＭＨｚの電波のみを受信するアンテナを有し得る。ＥＣＣ が１３．５６ＭＨｚ で電磁波を放出する場合、電圧ＰＥＳ のみが反応する。このように分離することで、何千ものＰＥＳで飽和した環境においてＥＣＣに到来するデータ及び情報を減少させることにより、ＥＣＣの作業負荷を減少させる。各ＰＥＳ（図３）は、特殊ガラスポッドに収容されている。ポッドは、平坦３２とすることができ、又は、ＡＣＳＲ導体ワイヤ３４のようなホスト装置に取り付けるために湾曲した下部３４を有することができる。ＰＥＳがガラスポッドに収容されると、ＰＥＳは、電力会社の配電ハードウェア（図１０〜図１２）のような配電ハードウェアに取り付けられる又は埋め込まれることができ、企業の液体及びガスパイプラインハードウェア（図１５〜図１７）に取り付けられる又は埋め込まれることができ、地方自治体の照明及び建造物環境ハードウェア（図１９及び図２１）に取り付けられる又は埋め込まれることができる。
【００３４】
電磁制御通信機（ＥＣＣ）（図８）は、電磁無線周波数（ＲＦ）アンテナ３６、エンコーダ４０、周波数変調可能な無線周波数（ＲＦ）送受信機３８、無線周波数（ＲＦ）受信機３７、デコーダ３９、ＣＰＵ ４１、データ記憶装置４２、バッテリ４３、全地球測位システム装置４４、セルラ通信装置４５、アルゴリズム及びプログラミング論理手段を備える。ＥＣＣは、電磁波を送信２４し、電磁波を受信４８する。ＥＣＣは、そのセルラインターフェイス４５を介して、アルゴリズム及びプログラミング論理を更新することができる。スーパーコンピュータ６５内に配置された人工知能によって作成されるこれらのアルゴリズム及びプログラミング論理の更新は、経時的により正確になり続ける。各ＥＣＣは、一意のアイデンティティを有し、自己のＧＰＳ位置を通信することができる。
【００３５】
１つまたは複数のユーザコンピュータ６３は、照会を処理し、機器の欠陥の保全記録を入力し、能力の低下及び他の異常状態を入力することができる。ユーザコンピュータはまた、センサ情報、アラーム、システム命令及び電力系統ウェルネスマップを受信することもできる。
【００３６】
１つまたは複数の分散計算資源６４は、計算並びに洗練されたデータ分析及び演算を処理できる。
【００３７】
１つまたは複数のスーパーコンピュータ６５は、各ＥＣＣからのデータ及び情報のアップロードフィードを有する人工知能手段（ＡＩ）を備える。ＡＩは、学習、デモンストレーション、説明、相関関係の作成、ユーザへのアドバイス等のインテリジェントな行動を示すことができる。このＡＩは、センサデータと機器の欠陥、センサデータと能力の低下、センサデータと他の異常状態のローカル及びエリア間振動との間の相関関係を作成することができる。ＡＩは、これらの新たに発見された相関関係を使用して、異常状態のアルゴリズムを作成し、これらのアルゴリズム更新を各ＥＣＣに送信する。
【００３８】
これらの構成部品は、以下のように接続される：電磁波２４及び４８を使用してＥＣＣ ４７と通信する、数百又は数千の一意に識別可能なＰＥＳ３２〜３５を備える無線センサシステム。このシステムは、電力会社の送配電網（図１４）、企業の液体及びガスパイプライン（図１８）並びに地方自治体の照明（図２０）及び建造物環境（図２１）の１マイルごとに配置される何百ものＥＣＣを有する。ＰＥＳ及びＥＣＣの設置は、配電ハードウェアの定期的な保全及びシステムアップグレードの一環として、ホスト構成部品が設置される時に行われる。各ＥＣＣは、図人工知能を収容する１つ又は複数のスーパーコンピュータ６５に、インターネット（図１２）を介して接続される。
【００３９】
なお、システムは、ＰＥＳがＡＣＳＲ導体ワイヤ（図１０）、ヒューズ（図１１）、変圧器（図１２）、スイッチ、リレー、回路遮断器、バスバー、コンデンサ、クランプ、塔及び柱、絶縁体、コネクタ、カップリング、サージアレスタ、スターラップ、タップ、規制バンク、サプレッサ並びに街路灯カバーを含む、電力会社の送配電ハードウェアの製造において、構成部品として埋め込まれる又は取り付けられる時に設置される。システムは、ＰＥＳがパイプ（図１５）、ポンプ（図１６）、バルブ（図１７）等の、企業の液体又はガスパイプライン配電ハードウェアの製造において、構成部品として埋め込まれる又は取り付けられる時に設置される。システムは、ＰＥＳが照明カバー、柱等（図１９）の地方自治体照明配電ハードウェア、又は、壁、窓等（図２１）の建造物環境ハードウェアの製造において、構成部品として埋め込まれる又は取り付けられる時に設置される。これらの配電ハードウェア構成部品は、ＥＣＣ（図９）及び他のすべての構成部品から物理的に分離されたセンサのホストとして機能する。ＥＣＣは、ユーザコンピュータ端末から物理的に分離されている。ＥＣＣは、スーパーコンピュータ（図２２）から物理的に分離されている。ＥＣＣは、分散計算資源（図２２）から物理的に分離されている。
【００４０】
ＰＥＳが数十年間、自然の厳しい力に曝されることに耐え得るように、並びに、ＰＥＳが押圧及び摩耗されることになる配電ハードウェアの構成部品として設置され得るように、ＰＥＳはケースに収容されなければならない。１つの解決策は、受動電磁センサ（ＰＥＳ）を特殊ガラスポッド３２〜３５に収容することである。この解決法は、ガラスポッドが電気エネルギーに対して不活性であり、電磁波を妨げず、太陽照射を反射し、熱を放散させることができるので有益である。ガラスは電気を通さないため、漏れ電圧の多い電気環境に最適である。ＰＥＳに電力を供給するためにＥＣＣによって生成される電磁波は、ガラスポッドを通過するのに十分な大きさである。ポッドの内側を不透明にすることができ、ＰＥＳの太陽照射による劣化をなくす。ポッドの内側は、アルゴンで満たされた真空にすることができ、ＰＥＳによる熱放散が向上する。ガラスポッドは、ＡＣＳＲ導体ワイヤ等の配電ハードウェアの外径、パイプラインポンプ、バルブ又はパイプの曲率に適合するように湾曲させることができる。ＰＥＳポッドはまた、ＰＥＳのＡＷ部分の遅延ギャップ試験が、環境２７及び３０に対して開放されるように形成することができる。
【００４１】
ＰＥＳポッド２６〜３１は、ガラスシート製造ラインで製造される。アルカリーアルミノケイ酸塩ガラス等の特殊なガラスは、ガラスの表面圧縮値を増加させ、衝撃から影響を受けないようにするために使用される。これらの特殊ガラスは、超高表面圧縮値を付与する内部張力をガラス内に生成するイオン交換プロセスを完了した。このようなガラスは、６２２〜７０１のビッカース硬度試験等級を有する。１インチ当たり１０，０００ポンドを超えるこの硬度及び表面圧縮値により、ケースに収容されたＰＥＳは、製造機械を使用して、押圧又は摩耗され得る配電ハードウェアの製造構成部品として設置されることを可能にする。これはまた、センサが、そのホストが配電網、パイプライン、地方自治体照明網又は建造物に設置されるときに、センサが破壊されない可能性をより高めることを可能にする。
【００４２】
エンクロージャポッドの上部及び下部の２つの別個の湾曲シートの内側は、合成シリコーン又は他の何らかの非導電性の淡色不透明物質でコーティングされる。シリコーン被覆は、ガラスを比熱条件下で３０，０００ボルトに帯電させることによって塗布される。シリコーンを薄く塗り、ガラスの内面にヒューズを入れることで、ガラスは白くなり、数十年にわたる太陽照射に対するＰＥＳの曝露を軽減させる。合成シリコーンは非導電性であり、周囲環境から真空密閉された受動電磁センサへの又はその逆への電波の伝送の妨げにならない。
【００４３】
ガラスシート製造ラインでは、太陽照射への曝露を軽減させるために合成シリコーンでコーティングされた湾曲特殊ガラスのウエハー上に電磁センサを設置する。ガラスの湾曲は、ＡＣＳＲ導体ワイヤ（図１０）、切り抜きヒューズ繊維ガラス管５１及びワイヤ、変圧器ブッシング８２等の配電ハードウェアの構成部品の外径と一致する。内側に被覆される特殊ガラスの第２シートが電磁センサを覆うために使用される前に、ＰＥＳの上部及び下部にエポキシ層を塗布してもよい。一連の徐々に高温になる火炎を通過すると、ガラスが軟化する。次に、プレス装置が、ガラスの４つの側面を押しつぶすように動き、電磁受動センサをガラス内に収容する。同時に、プレス装置は、ガラスチャンバに小さな穴をあける。その後、製造サイクルにおいて、この通気孔２８及び３１を通して、空気はチャンバから除去され、アルゴンガスと置換される。アルゴンガスは不活性ガスであり、現在封入されているＰＥＳポッド内の蓄熱に耐える。通気孔は炎を用いて閉じられ、ＰＥＳはポッド内部のアルゴンガス中に密封される。他の実施形態では、ポッドは、非導電性の紫外線遮断ポリマー又は磁器セラミックで形成できる。接着剤は、各種エポキシであってよい。
【００４４】
ＰＥＳを装備した配電ハードウェア構成部品を製造するには、完成したＰＥＳポッド３２及び３４をマガジン内に配置する。ＡＣＳＲ導体ワイヤの外層をスチールコアの周囲に回転させると、ポッドの長さに各端に１０％を加えて、３／８”の厚さで、単一の構成部品シリコーン接着剤が堆積される。第２のステーションでは、メカニカルアームが、ＡＣＳＲを繰り出しながら、ＡＣＳＲの長軸に沿って、湾曲したポッドを取り付ける。このプロセスは、高湿度環境中で実施され、ポッドを金属外層に連結するシリコーン系接着剤の急速硬化を可能にする。ＡＣＳＲは、通常のようにスプール上に巻かれる。ガラスポッドの性質及びポッドの湾曲のために、ＡＣＳＲが張力下で巻かれる時にも、ポッドは押圧又は破壊されることはない。
【００４５】
別の実施形態において、切り抜きヒューズ管５２へのＰＥＳポッドの取り付けは、上記のＡＣＳＲと同じである。ＰＥＳポッドが、マガジン内に配置される。切り抜きヒューズ管が所定の大きさに切断された後、ポッドの長さに各端に１０％を加えて、３／８”の厚さで、単一の構成部品シリコーン接着剤が堆積される。第２のステーションでは、メカニカルアームが、湾曲したポッドを切り抜きヒューズ管の内側長軸に沿って取り付ける。この方法は、高湿環境中で実施され、ポッドを切り抜き管の内側に連結するシリコーン系接着剤の迅速な硬化を可能にする。切り抜き管は、通常通り、製造プロセスで継続される。ガラスポッドの性質及びポッドの湾曲のために、切り抜きヒューズワイヤがヒューズ管に通される時にも、ポッドは押圧又は損傷されることはない。
【００４６】
さらに別の実施形態では、完成したＰＥＳポッドは、マガジン内に配置される。完成した変圧器が製造ラインを進むと、ポッドの長さに、Ｗｙｅ又はＤｅｌｔａブッシングのそれぞれに１０％を加えて、３／８”の厚さで、単一の構成部品シリコーン接着剤が堆積される。第２のステーションでは、メカニカルアームが、湾曲したポッドを変圧器のＷｙｅ又はＤｅｌｔａブッシングの内側長軸に沿って取り付ける。ガラスポッドの性質及びポッドの湾曲のために、完成した変圧器が包装され、輸送され、及び設置される時にも、ポッドは押圧又は損傷されることはない。
【００４７】
また、完成したＰＥＳポッドは、配電ハードウェア設置後にも、送配電網、パイプラインシステム又は地方自治体の照明網に、手動で設置可能であることにも留意されたい。
【００４８】
好ましい実施形態では、開示された装置に関連する、プロセス制御及び予知保全を可能にする方法は、以下のステップを含む。
ホスト装置として機能する配電ハードウェアとしての無線ネットワークシステム機能（ＡＣＳＲ導体ワイヤ（図１０）、ヒューズ（図１１）、変圧器（図１２）、ガスパイプラインパイプ（図１５）、ガスパイプラインポンプ（図１６）、ガスパイプラインバルブ（図１７）、街路灯アセンブリ（図１９）、建造物構成部品（図２１））は、保全又は更新の一環として、電力会社の送配電網（図１３）、企業の液体又はガスパイプライン（図１８）、又は地方自治体の照明網（図２０）及び建造物環境（図２１）に設置される。同様に、ＥＣＣは、電力系統（図１４）、及び／又はパイプライン（図１８）、及び／又は地方自治体の照明網（図２０）又は建造物環境の全体にわたって設置される。設置されると、ＥＣＣ（図８）は、その送受信機３８及びアンテナ３６を介して、１つ又は複数の電磁波２４の生成及び放出を開始する。埋め込まれた及び取り付けられた音波センサ（ＡＷ）（図３）３２〜３５は、入力インターディジタル変換器（ＩＤＴ）３に対応する周波数の電磁波を受信すると起動される。ＡＷセンサ（図１）は、そのインターディジタル変換器３に電磁エネルギーを通過させることによって、電磁波をハーベストする。パルスは、圧電効果を用いて、センサ上でＡＷに変換される。ＡＷの振幅、周波数、位相及び周期の特性は、音波チップ（図１）上の遅延ギャップ内でフィルム４、バリア５、ゲート６、格子２及び８上を強制的に移動させることによって修正される。これらのギャップ試験は、測定される現象に基づいて音波を修正するように設計される。修正された音波は、ＰＥＳ（図２）上のマイクロプロセッサ上の復調器に電磁波を送る発信ＩＤＴ７によって、音波から電磁波に戻される。ＰＥＳ に中央処理装置がない場合、修正された音波は、後方散乱通信を使用して、ＥＣＣにブロードキャストされる。また、ＰＥＳに搭載されたマイクロプロセッサも、そのアンテナ周波数に対応する電磁波２４を受け取ると起動される。この電磁波により、マイクロプロセッサのアンテナ１２内の電子は、マックスウェルの方程式により、交流電流１３を生成する。電力ハーベスタ１５、１７、１９、２１に配置されたダイオードは、電流を単一の方向に通過させ、アンテナの交流電流を直流電流に変換する。生成された直接電流は、コンデンサ１６、１８、２０、２２によって格納される。電圧レギュレータ２３は、許容可能な電圧が達成されるまで、電圧条件を管理する。電圧監視器は、マイクロプロセッサが許容できる電圧の上限と下限を管理し、マイクロプロセッサの計算解析を可能にする。ＣＰＵ９は、発信ＩＤＴ７（図１）から修正された音波を受信する。プログラミング論理を使用して、マイクロプロセッサは、ＡＷの修正された特性を処理し、現象の値を計算する。マイクロプロセッサ論理は、アンテナ１２内のトランジスタを切り換えさせ、アンテナの反射係数を変更する。変調器１１は、キャリア信号と呼ばれる電磁波形の特性を、計算された現象測定値を含む変調信号を用いて変化させ、ＥＣＣに送り返す。これにより、ＰＥＳは、ＲＦソース信号の反射としてデータをＥＣＣに送り返すことができ、これは後方散乱通信と呼ばれる。後方散乱通信は、ＰＥＳの動作に必要な電力を低減��る。複数のＰＥＳは、ピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ）を形成し、電磁制御通信機（ＥＣＣ）（図８）からより離れたＰＥＳセンサのための中継器として機能することもできる。
ＥＣＣは、電柱（図１４）、パイプライン区域（図１８）、地方自治体の照明柱（図２０）又はＰＥＳの到達距離内の他の適切な位置に配置される。ＥＣＣ（図８）に搭載された送受信機３８は、１つ又は複数の無線周波数（ＲＦ）パルスを固定周期で放出し始める。ＰＥＳは、そのＩＤＴ及びアンテナ３に同調された無線周波数（ＲＦ）パルスをハーベストし、その変調器及びアンテナ１４を介して現象の測定情報を返す。ＥＣＣに搭載されたＣＰＵは、アルゴリズム、プログラミング論理及びマッピングモジュールを使用して、一意に識別された各ＰＥＳのアイデンティティ、位置及び現象の種類とデータをマッピングする。ＥＣＣ（図８）は、一意のＰＥＳから現象データを受信し、それを処理すると、（１）そのタイプのＰＥＳの正常パターンを含むリレーモジュール、（２）そのタイプのＰＥＳのアラーム条件に関連する異常現象の測定値を含むリレーモジュール、（３）そのタイプのＰＥＳのハードウェア故障パターンに対してリアルタイム現象パターンを比較するリレーモジュール、及び（４）ＥＣＣ付近の電圧ＰＥＳからのリアルタイム電圧周波数を比較するリレーモジュールに対してデータをチェックし、振動のローカルモードを計算する。ＥＣＣに搭載されたプロセッサ及びプログラミング論理は、各ＰＥＳによって提供されたリアルタイム現象情報をマッピングモジュールに追加し、損傷検知アルゴリズムと、振動モデルのローカルモードを有する構造監視システムとを組み合わせることによって、ウェルネスパターンを有する電力系統の構造監視を作成する。ＥＣＣ（図８）に搭載されたデータ記憶装置４２に記憶されたプログラム論理は、ＥＣＣにアラームを発行させ、又はピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ）６６の別のマシンに実行命令を発行させることができる。これは、異常な現象パターンが一致し、一致したパターンが、アルゴリズム又はプログラミング論理によって記述された命令動作シーケンスを有する場合に発生する。そのようなコマンドは、ピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ）が許可を有する電力系統の任意のセグメントに電力を停止、転換、加算又は減算するために使用することができる。ＣＰＵ４１は、ＥＣＣ４４に搭載された通信装置に、そのＥＣＣ付近の現象、アラーム、コマンド及びウェルネスマップの測定値を暗号化された形式で通信接続を介して通信させる。ＥＣＣは、光起電性ソーラーアレイ４６によって電力供給される。
ユーザコンピュータは、４つの機能（１）機器の欠陥、能力の低下及び他の異常状態の保全記録を入力し、スーパーコンピュータがそれを使用してＰＥＳ測定データとの相関関係を作成できるようにする機能、（２）センサ情報、アラーム、マシン間命令及び電力系統ウェルネスマップを受信する機能、（３）電力系統の健全性、アラーム、電流状態等に関するユーザからの照会を処理する機能、（４）ネットワークに対する分散処理能力として働く機能を有する。
【００４９】
この無線センサシステムは、ピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ）として作動する。ＰＥＳに搭載されたプログラミング論理が、測定された現象６７ごとにブロックチェーン取引におけるブロックを作成させる。一意のＰＥＳは、無線センサシステムのピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ）６６のメンバとして取引を要求する。複数のＰＥＳ、ＥＣＣ、複数のユーザコンピュータ、分散計算資源及び１つ又は複数のスーパーコンピュータを備えるネットワークは、アルゴリズムを用いて、要求しているＰＥＳのアイデンティティとステータスを検証する。検証されると、ＰＥＳは、ブロックチェーン６８において、ブロックとして現象情報を通信できる。ＰＥＳのマイクロプロセッサは、ＰＥＳにブロックチェーン取引をピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ）に通信させる。この方法は、ローカルの及び分散されたセキュリティ、並びに現象データを信頼性あるものと検証することを可能にする。
【００５０】
ピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ）６６はまた、ＥＣＣ（図８）に搭載されたデータ記憶装置４２に記憶され、ＣＰＵ ４１によって処理されるプログラム論理が、システムに、アラーム、命令、マップ及びすべての測定された現象の送信ごとに、ブロックチェーン取引のブロックを作成させることによって達成される。一意の電磁制御通信機（ＥＣＣ）は、無線センサシステムのピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ）６８のメンバとして取引を要求する。複数の電磁制御通信機（ＥＣＣ）、複数のユーザ端末、分散計算資源及び１つ又は複数のスーパーコンピュータを備えるネットワーク（図２２）は、アルゴリズムを用いて、要求しているＥＣＣのアイデンティティとステータスを検証する（図２２）。検証されると、ＥＣＣは、現象アラームを発行し、ハードウェア故障アラームを発行し、リアルタイムウェルネスマップを作成して送信し、リアルタイムパターンを作成して送信し、リアルタイムローカルエリア振動情報を作成して送信し、ブロックチェーン６８のブロックとして他のマシンに実行コマンドを発行することができる。ＥＣＣ（図８）に搭載されたデータ記憶装置４２に記憶されたプログラム論理は、システムに、スーパーコンピュータ６５を含むピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ）６６にブロックチェーン取引を通信させる。この方法は、ローカル及び分散両方における、電力会社電力網への構造健全性監視マップ、レポート、アラーム及び命令のセキュリティと検証を可能にする。
【００５１】
無線センサシステムは、人工知能６５手段を収容するスーパーコンピュータにその情報を送信する。人工知能は、このデータ及び情報を使用して、電力系統のリアルタイムのウェルネスについてユーザに説明し、実証し、及びアドバイスする。人工知能はまた、機器の欠陥、能力の低下及び他の異常状態の保全記録をユーザ端末から受信する。人工知能及び分散計算資源は、異常なセンサ読み取りと、サービスの初期不良、故障、欠陥、中断との間の相関関係を作成する。ＡＩは、これらの相関関係を用いて、サービスの初期不良、故障、欠陥、中断について学習し、改善し、最終的に予測する。これにより、ＩＯＵ又はｃｏｏｐが、予防保全から予知保全に移行することができる。また、ＡＩは、これらの相関関係を用いて、ホスト装置の種類（ＡＣＳＲ導体ワイヤ（図１０）、ヒューズ（図１１）、変圧器（図１２）、ガスパイプラインパイプ（図１５）、ガスパイプラインポンプ（図１６）、ガスパイプラインバルブ（図１７）、街路灯アセンブリ（図１９）、建造物構成部品（図２１））及び各ＥＣＣの個々の環境について、より正確な通常及び異常現象パターンを作成する。人工知能は、新しいアルゴリズム及びデータベースを作成させ、電磁制御通信機（ＥＣＣ）に送信及びアップロードさせ、その結果、ウェルネスモデルがより正確かつ予測的になる。経時的に、ウェルネスモデルは、電力系統において予防保全から予知保全へと電力会社を移行させるのに十分なほど正確なものとなる。
【００５２】
無線センサシステムは、人工知能（ＡＩ）６５手段を収容する１つ又は複数のスーパーコンピュータに情報を送信する。人工知能（ＡＩ）は、各地域のウェルネス及び安全性マップを組み合わせて、電力会社の電力網全体（図２４）の総合的な電力会社構造健全性監視を形成する。この情報は、損傷検知アルゴリズムと構造監視システムを組み合わせることにより、電力会社の送配電網の健全性と構造を追跡及び改善するための自動化方法を可能にする。健全性監視は、システムが学習するにつれて、経時的に改善される。
【００５３】
無線センサシステムは、電力送配電網上の数十、数百、数千の地点で電圧波形（周波数）を同時に測定し、電圧波形のローカル及びエリア間振動を決定する。これらの同時電圧位相周波数測定は、人工知能（ＡＩ）６５手段を収容する１つ又は複数のスーパーコンピュータに送られる。人工知能（ＡＩ）は、カスケード接続された電力系統の故障を引き起こし得る電圧周波数のローカル及びエリア間振動の測定のために、総合的な電力系統監視システムを作成する。ローカル及びエリア間振動監視は、システムが大きくなり、エネルギー保存装置を用いた電圧の注入を通して振動を減衰させるための戦略を作成するにつれて、経時的に改善される。
【００５４】
別の実施形態では、人工知能（ＡＩ）は、セクターの屋内及び屋外の呼吸可能な大気のウェルネス及び安全性マップを、総合的な地方自治体の屋外の呼吸可能な大気のウェルネス及び安全性マップに組み合わせる。この情報は、地方自治体の呼吸可能な大気中の汚染物質の存在を追跡し、測定するための自動化された方法を可能にする。呼吸可能な大気のウェルネス及び安全性マップは、システムが学習するにつれて、経時的に改善する。ＡＩシステムは、天候、産業活動、行政活動及びその他の要因の間で相関関係を作成し、地方自治体を反応的から予知的に移行させる。予知知識は、地方自治体が、屋内及び屋外の呼吸可能な大気の質を改善する方針を立て、デバイスを使用して改善を測定することを可能にする。
【００５５】
ピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ）として作動するこの無線センサシステムは、石油及びガス、水、アンモニア、アルコール、水素、水蒸気、又は任意の他のガス若しくは液体を運ぶパイプラインによっても使用される。複数の電磁受動センサを備える無線マルチセンサネットワークは、パイプ（図１５）、ポンプ（図１６）、バルブ（図１７）等のパイプラインで使用される機械装置の製造された内部構成部品として埋め込まれる。
【００５６】
ピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ）として作動するこの無線センサシステムは、インターネットプロトコル・データパケットの伝送において、コンピュータイーサネット又は光ファイバネットワークの一部としても使用される。複数の受動電磁センサを備える無線マルチセンサネットワークは、ケーブル、ＷｉＦｉルータ、スイッチ、有線ルータ、ネットワークインターフェースカード、コンピュータマザーボード、ポート、バス、ハブ、フィッティング、ジャック、プラグ及び接続部品等のコンピュータネットワークで使用される機械装置の製造された内蔵構成部品として埋め込むことができる。上記の現象に加えて、これらのセンサは、電圧、電流、流量を測定させることができる。
【００５７】
ピアツーピアネットワーク（Ｐ２Ｐ）として作動するこの無線センサシステムは、地方自治体の屋外の呼吸可能な大気に対する、核の、化学的な及び生物学的な脅威を監視しようとする国家安全保障組織によっても使用される。複数の受動電磁センサを備える無線マルチセンサネットワークは、地方自治体の照明網又は電力会社の送配電網の製造された内蔵構成部品として取り付けられるか、又は埋め込まれる。ＮＢＣ汚染物質の検知は、異常状態に関連するアラーム及び命令を誘発することがある。
【００５８】
上述のように、本発明は、多くの様々な特徴、変形及び複数の様々な実施形態を有する。本発明は、例示の目的のために特定の実施形態の観点から、本発明が唯一の特定の実施形態であると限定する又は示唆する意図なしに、本出願において説明されてきた。本発明は、任意の単一の特定の実施形態又は列挙された変形形態に限定されないことを理解されたい。本発明の多くの修正形態、変形形態及び他の実施形態が、本発明が属する分野の当業者には思い至るであろう。また、それらは、本開示によって包含されることが意図され、事実、包含されている。出願時の完全な開示に依拠する当業者によって理解される通り、本発明の範囲が本開示及び同等物の適切な解明及び解釈によって決定されるべきであることが、確かに意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2021505910.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年8月4日(2020.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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