麻省理工黑科技：新型傳感器系統(tǒng)可監(jiān)測電子設(shè)備的所有行為

麻省理工學(xué)院的研究人員設(shè)計的新系統(tǒng)可以監(jiān)控建筑物，船舶或工廠內(nèi)所有電子設(shè)備的行為，可以在任何給定時間確定哪些電子設(shè)備正在使用以及是否有任何即將發(fā)生故障的跡象的設(shè)備。在海岸警衛(wèi)隊的快艇上進(jìn)行測試時，系統(tǒng)檢測出了一個燒壞的電機(jī)，這可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的機(jī)載火災(zāi)。

這款新型傳感器，其讀數(shù)可以在一個易于使用的圖形顯示器上進(jìn)行監(jiān)控，稱為NILM(非侵入式負(fù)載監(jiān)控)儀表板，MIT的Steven Leeb教授的一篇論文中描述了該傳感器的工作原理。

該系統(tǒng)使用的傳感器簡單地在單個點(diǎn)處連接到電線的外部，而不需要任何切割或拼接電線。從這一點(diǎn)開始，它可以感知相鄰導(dǎo)線中的電流，并通過分析電壓和電流中微小的，獨(dú)特的波動來檢測電路中每個電機(jī)，泵或設(shè)備的獨(dú)特“特征”，以及監(jiān)控設(shè)備的開啟或關(guān)閉狀態(tài)。該系統(tǒng)還可用于監(jiān)控能源使用情況，通過調(diào)度設(shè)備何時何地使用或閑置來改進(jìn)效率。

該技術(shù)特別適用于監(jiān)控相對較小的電氣系統(tǒng)，例如小型船舶，建筑物或工廠中有有限數(shù)量的設(shè)備的電氣系統(tǒng)。在對位于波士頓的海岸警衛(wèi)隊快艇進(jìn)行的一系列測試中，該系統(tǒng)去年有一次非常戲劇化的演示。

在海岸警衛(wèi)隊的快艇Spencer上，使用一個儀表板可以監(jiān)控大約20臺電機(jī)和設(shè)備，這里使用了兩個不同的傳感器進(jìn)行監(jiān)測，傳感器在這種情況下使用硬線連接。監(jiān)測結(jié)果表明船舶的主要柴油發(fā)動機(jī)的部件(稱為夾套式熱水器)吸收了異常的動力。Leeb說，船員們對監(jiān)測結(jié)果持懷疑態(tài)度，但還是去檢查了相關(guān)部件。加熱器被裝在保護(hù)金屬蓋下，當(dāng)從裝置上取下蓋子，煙就傾瀉了出來，加熱器被嚴(yán)重的腐蝕和破損的絕緣露了出來。

“船很復(fù)雜，”Leeb表示，“它的運(yùn)行和維護(hù)已經(jīng)非常出色了，但沒有人能夠洞察一切異常的問題。”

快艇工程師Nicholas Galanti中校表示，“NILM的預(yù)警讓我們的港口維修期間采購和更換Spencer的這些加熱器，并配備了具有完全任務(wù)能力的夾套水系統(tǒng)。此外， NILM還發(fā)現(xiàn)了一個嚴(yán)重的電擊危險，已經(jīng)阻止了我們機(jī)房內(nèi)的電氣火災(zāi)。”

該系統(tǒng)易于使用，幾乎不需要培訓(xùn)。計算機(jī)儀表板為每個被監(jiān)控的設(shè)備配備儀表盤，正常情況下，指針會留在綠色區(qū)域，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時會轉(zhuǎn)入黃色或紅色區(qū)域。

在異常成為嚴(yán)重危險之前發(fā)現(xiàn)異常是儀表板的主要任務(wù)，但Leeb指出它還可以執(zhí)行其他有用的功能。通過不斷監(jiān)控在什么時間使用哪些設(shè)備，它可以使能量審計能夠找到在沒有人使用時不必要地打開的設(shè)備，或者發(fā)現(xiàn)效率低于同類設(shè)備的電機(jī)。通過顯示設(shè)備是否按計劃激活給定測試，還可以幫助確保遵循正確的維護(hù)和檢查程序。

“這個系統(tǒng)有三個功能，”Leeb介紹道，該系統(tǒng)可以進(jìn)行“能量記分、活動跟蹤和基于狀態(tài)的監(jiān)控”。這最后一項能力至關(guān)重要，“特別是對于擁有關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)的人來說，”他說，除了海岸警衛(wèi)隊和海軍外，還包括石油生產(chǎn)商或化學(xué)品制造商等公司，他們需要監(jiān)控包含易燃和有害物質(zhì)的工廠和現(xiàn)場，因此需要在運(yùn)營中獲得廣泛的安全保障。

Leeb說，該系統(tǒng)的一個重要特征是對軍事和工業(yè)應(yīng)用都有一定的用處，它的所有計算和分析都可以在本地的系統(tǒng)內(nèi)完成，并且不需要互聯(lián)網(wǎng)連接，這可以保持與外部的隔離，這樣就能高度抵抗任何外部篡改或數(shù)據(jù)竊取。

目前為了測試，團(tuán)隊已經(jīng)安裝了監(jiān)控系統(tǒng)的有線和無線版本，兩種類型都安裝在Coast Guard快艇的不同部位。測試表明無線版就能獲得足夠的信息，且安裝過程要簡單得多。雖然他們在快艇上發(fā)現(xiàn)的異常來自有線版本，但Leeb說，“如果安裝了無線版本，我們會看到幾乎相同的結(jié)果。”