可用于监测所有电子设备的新型传感器介绍

麻省理工学院的研究人员设计的新系统可以监控建筑物，船舶或工厂内所有电子设备的行为，可以在任何给定时间确定哪些电子设备正在使用以及是否有任何即将发生故障的迹象的设备。在海岸警卫队的快艇上进行测试时，系统检测出了一个烧坏的电机，这可能会导致严重的机载火灾。

这款新型传感器，其读数可以在一个易于使用的图形显示器上进行监控，称为NILM（非侵入式负载监控）仪表板，MIT的Steven Leeb教授的一篇论文中描述了该传感器的工作原理。

该系统使用的传感器简单地在单个点处连接到电线的外部，而不需要任何切割或拼接电线。从这一点开始，它可以感知相邻导线中的电流，并通过分析电压和电流中微小的，独特的波动来检测电路中每个电机，泵或设备的独特“特征”，以及监控设备的开启或关闭状态。该系统还可用于监控能源使用情况，通过调度设备何时何地使用或闲置来改进效率。

该技术特别适用于监控相对较小的电气系统，例如小型船舶，建筑物或工厂中有有限数量的设备的电气系统。在对位于波士顿的海岸警卫队快艇进行的一系列测试中，该系统去年有一次非常戏剧化的演示。

在海岸警卫队的快艇Spencer上，使用一个仪表板可以监控大约20台电机和设备，这里使用了两个不同的传感器进行监测，传感器在这种情况下使用硬线连接。监测结果表明船舶的主要柴油发动机的部件（称为夹套式热水器）吸收了异常的动力。Leeb说，船员们对监测结果持怀疑态度，但还是去检查了相关部件。加热器被装在保护金属盖下，当从装置上取下盖子，烟就倾泻了出来，加热器被严重的腐蚀和破损的绝缘露了出来。

“船很复杂，”Leeb表示，“它的运行和维护已经非常出色了，但没有人能够洞察一切异常的问题。”

快艇工程师Nicholas Galanti中校表示，“NILM的预警让我们的港口维修期间采购和更换Spencer的这些加热器，并配备了具有完全任务能力的夹套水系统。此外， NILM还发现了一个严重的电击危险，已经阻止了我们机房内的电气火灾。”

该系统易于使用，几乎不需要培训。计算机仪表板为每个被监控的设备配备仪表盘，正常情况下，指针会留在绿色区域，当发现问题时会转入黄色或红色区域。

在异常成为严重危险之前发现异常是仪表板的主要任务，但Leeb指出它还可以执行其他有用的功能。通过不断监控在什么时间使用哪些设备，它可以使能量审计能够找到在没有人使用时不必要地打开的设备，或者发现效率低于同类设备的电机。通过显示设备是否按计划激活给定测试，还可以帮助确保遵循正确的维护和检查程序。

“这个系统有三个功能，”Leeb介绍道，该系统可以进行“能量记分、活动跟踪和基于状态的监控”。这最后一项能力至关重要，“特别是对于拥有关键任务系统的人来说，”他说，除了海岸警卫队和海军外，还包括石油生产商或化学品制造商等公司，他们需要监控包含易燃和有害物质的工厂和现场，因此需要在运营中获得广泛的安全保障。

Leeb说，该系统的一个重要特征是对军事和工业应用都有一定的用处，它的所有计算和分析都可以在本地的系统内完成，并且不需要互联网连接，这可以保持与外部的隔离，这样就能高度抵抗任何外部篡改或数据窃取。

目前为了测试，团队已经安装了监控系统的有线和无线版本，两种类型都安装在Coast Guard快艇的不同部位。测试表明无线版就能获得足够的信息，且安装过程要简单得多。虽然他们在快艇上发现的异常来自有线版本，但Leeb说，“如果安装了无线版本，我们会看到几乎相同的结果。”