新型感測器可檢測船舶或建築物中的電氣故障

一種監控裝置可以測量總功耗並識別關鍵故障 

托馬斯·福克斯

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從外觀上看,美國海岸警衛隊“斯賓塞”號巡邏艦上的主柴油發動機看起來很正常。但是,新開發的一種感測器系統表明,用於在發動機啟動前對其進行預熱的一組加熱器發生了故障。當船員拆下加熱器的金屬蓋時,他們發現了冒煙、腐蝕的電線。

麻省理工學院教授史蒂文·利布說,加熱器不僅失效,“它們的電絕緣層也開始磨損和破裂,幾乎要引發火災了。”利布是3月份發表在《IEEE工業資訊學彙刊》上的一項研究的資深作者,該研究描述了這種新系統。“我們的電源監視器能夠在一年多的時間裡檢測到逐漸的變化,並看到了它嚴重故障的時候。”

該系統依賴於一種稱為非侵入式負載監測(NILM)的技術。在船舶和建築物中,許多裝置通常連線到單一電源,每個裝置都會在電流中產生獨特的變化。安裝在電氣網路中某一點的NILM感測器可以提取這些獨特的“指紋”,以確定每個裝置正在使用的能量。儘管NILM可以追溯到20世紀80年代,但實際應用只是在過去幾年才出現,因為公用事業公司和獨立的初創公司開始開發智慧電錶,以監測家庭和建築物的能源使用情況。


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新系統處理NILM資料,並透過海岸警衛隊巡邏艦上的儀表板顯示資訊。“[研究人員]製作了一個可用的工具,”馬薩諸塞大學阿默斯特分校電氣與計算機工程助理教授大衛·歐文說,他沒有參與這項研究。歐文說,雖然許多學術NILM專案可能深奧難懂,但利布的團隊專注於實際應用,成功地為商業應用改造了感測器。

類似的儀表板介面可以警告房主家用電器發生故障,並且在工業或軍事環境中可能至關重要。“診斷工作旨在檢測何時發生故障——甚至更好的是,預測它們可能何時發生故障,”利布說。及早發現“斯賓塞”號的發動機故障部件使海岸警衛隊能夠在船隻仍在碼頭時更換它。

“幾乎沒有人喜歡東西壞掉,”他說,但在巡邏艦上——或在煉油廠、化學加工廠、製造工廠或商業建築中——一個損壞的部件可能會導致更大的系統癱瘓,即所謂的任務癱瘓,造成嚴重而廣泛的後果。

Sophie Bushwick大眾科學的科技編輯。她負責網站的每日科技新聞報道,撰寫關於從人工智慧到跳躍機器人的各種文章,用於數字和印刷出版物,錄製YouTube和TikTok影片,並主持播客Tech, Quickly。Bushwick還經常出現在廣播節目中,如Science Friday,以及電視網路,包括CBS、MSNBC和國家地理。她擁有十多年在紐約市擔任科學記者的經驗,此前曾在Popular Science、Discover和Gizmodo等媒體工作。在X(前身為Twitter)上關注Bushwick @sophiebushwick

更多作者:Sophie Bushwick
大眾科學 Magazine Vol 321 Issue 1本文最初以“電力偵探”為標題發表於大眾科學 Magazine 第321卷第1期(),第20頁
doi:10.1038/scientificamerican0719-20a
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