特許 6093840 ガス使用状況を検出するよう構成された装置、同装置を設ける方法およびガス使用状況を検出する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6093840

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】ガス使用状況を検出するよう構成された装置、同装置を設ける方法およびガス使用状況を検出する方法

(51)【国際特許分類】

   G01F 3/22 20060101AFI20170227BHJP

   G01F 15/06 20060101ALI20170227BHJP

   F23K 5/00 20060101ALI20170227BHJP

   F16K 37/00 20060101ALI20170227BHJP

   F23N 5/18 20060101ALI20170227BHJP

【ＦＩ】

   G01F3/22 D

   G01F15/06

   F23K5/00 301Z

   F16K37/00 M

   F23N5/18 A

【請求項の数】15

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2015-240026(P2015-240026)

(22)【出願日】2015年12月9日

(62)【分割の表示】特願2013-510128(P2013-510128)の分割

【原出願日】2011年4月29日

(65)【公開番号】特開2016-105091(P2016-105091A)

(43)【公開日】2016年6月9日

【審査請求日】2015年12月9日

(31)【優先権主張番号】12/780,713

(32)【優先日】2010年5月14日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】504379349

【氏名又は名称】ベルキン・インターナショナル・インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110002310

【氏名又は名称】特許業務法人あい特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100091915

【弁理士】

【氏名又は名称】本城 雅則

(74)【代理人】

【識別番号】100099106

【弁理士】

【氏名又は名称】本城 吉子

(72)【発明者】

【氏名】ぺテル，シュウェタック，エヌ

(72)【発明者】

【氏名】グプタ，シドハント

(72)【発明者】

【氏名】レイノルズ，マシュー，エス

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１９１１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−１３４５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−１９４３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−６７２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４６２７８３６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第５１９３７１４（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ１

Ｇ０１Ｆ３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つ以上のガス器具のガス使用状況を検出するよう構成された装置において、
前記装置は、コンピュータユニット上で実行するよう構成された処理モジュールと、ガス調整器と結合するよう構成された検知ユニットとを備え、
前記検知ユニットは、
前記ガス調整器によって生成された２つ以上の音響信号を検出し、前記２つ以上の音響信号を１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号に変換するよう構成された少なくとも１つの音響センサ、および、
前記少なくとも１つの音響センサと電気的に結合され、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号を前記コンピュータユニットに送信するよう構成された送信機、を備えており、
前記処理モジュールは、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号を用いて、前記ガス調整器に結合された前記複数のガス器具の各々による個別の前記ガス使用状況を判断するよう構成されており、
前記処理モジュールは、訓練モジュールと、事象検出モジュールと、を含み、
前記訓練モジュールは、第１ガス事象を前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号の少なくとも第１のものと関連付けるよう構成されており、
前記事象検出モジュールは、
スライディングウィンドウステップ検出器を適用して、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号の共鳴周波数強度の大きさの変化に基づいて、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号にステップ変化が生じたことを検出し、
前記ステップ変化の相対振幅を含む第１の特徴と、前記ステップ変化の勾配を含む第２の特徴と、前記ステップ変化の立ち上がりまたは立ち下がり時間を含む第３の特徴とを含む３つ以上の特徴を前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号から抽出し、
前記３つ以上の特徴に対してｋ近傍法のマシン学習モデルを適用して、前記２つ以上のガス器具のうちで前記ガス使用状況に関与する１つまたは複数の第１ガス器具を特定する、
よう構成されている、
ことを特徴とする装置。

【請求項2】

前記処理モジュールは、前記ガス調整器によって生成された前記２つ以上の音響データ信号を分解することにより、ガスコンロ、湯沸かし器またはガス炉の少なくとも１つによる各々の前記ガス使用状況を判断するよう構成され、
前記２つ以上のガス器具は、前記ガスコンロ、前記湯沸かし器および前記ガス炉を含む、
ことを特徴とする請求項１記載の装置。

【請求項3】

前記処理モジュールは、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号からの周囲雑音に起因するデータ信号を除去するようさらに構成されることを特徴とする請求項１または２記載の装置。

【請求項4】

前記処理モジュールは、フーリエ変換または帯域通過フィルタの少なくとも１つを前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号に適用するようさらに構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の装置。

【請求項5】

前記少なくとも１つの音響センサは、全指向性マイクロホンを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の装置。

【請求項6】

前記処理モジュールは、ユーザと通信するよう構成された通信モジュールをさらに含む、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の装置。

【請求項7】

前記ガス調整器は、圧力放散口を備え、
前記少なくとも１つの音響センサは、前記ガス調整器の前記圧力放散口の前記２つ以上の音響信号を検出するよう構成され、
前記検知ユニットは、前記ガス調整器の前記圧力放散口と結合する、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の装置。

【請求項8】

前記少なくとも１つの音響センサは、前記ガス調整器の筺体と機械的に結合されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の装置。

【請求項9】

前記少なくとも１つの音響センサは、以下、すなわち、電気マイクロホン、圧電センサ、音響電気変換器、微小電気機械センサまたは超音波マイクロホンの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の装置。

【請求項10】

圧力放散口を備えたガス調整器を有する建物内のガスの使用状況を検出する方法において、
少なくとも１つの音響センサを使用して、前記ガス調整器の前記圧力放散口から１つまたは複数の第１の音響信号を受信する工程と、
前記ガス調整器の前記圧力放散口からの前記１つまたは複数の第１の音響信号を１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号に変換する工程と、
前記ガス調整器に結合された、動作している全てのガス器具によって使用されるガスの総量を前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号に基づいて判断する工程と、
前記動作しているガス器具のうちの第１のガス器具によって使用されるガスの第１の量を判断する工程と、
第１ガス事象を前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号の少なくとも第１のものと関連付ける工程と、
スライディングウィンドウステップ検出器を適用して、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号の共鳴周波数強度の大きさの変化に基づいて、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号にステップ変化が生じたことを検出する工程と、
前記ステップ変化の相対振幅を含む第１の特徴と、前記ステップ変化の勾配を含む第２の特徴と、前記ステップ変化の立ち上がりまたは立ち下がり時間を含む第３の特徴とを含む３つ以上の特徴を前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号から抽出する工程と、
前記３つ以上の特徴に対してｋ近傍法のマシン学習モデルを適用して、前記動作しているガス器具のうちで前記ガスの使用状況に関与する１つまたは複数の第２ガス器具を特定する工程と、
を含む、
ことを特徴とする方法。

【請求項11】

前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号を無線で送信する工程、および
前記動作しているガス器具によって使用されるガスの総量を判断する前に、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号を無線で受信する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。

【請求項12】

前記少なくとも１つの音響センサを使用して１つまたは複数の第２の音響信号を受信する工程と、
前記１つまたは複数の第２の音響信号を１つまたは複数の第２の電気信号に変換する工程と、
前記１つまたは複数の第２の電気信号を使用して、前記１つまたは複数の第２の音響信号を前記動作しているガス器具のうちの第３のガス器具による前記ガスの使用状況と関連付ける工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１０および１１のいずれか一項記載の方法。

【請求項13】

前記少なくとも１つの音響センサを前記ガス調整器の前記圧力放散口と結合する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項記載の方法。

【請求項14】

ガス検知デバイスを設ける方法において、
ガス調整器内で生成された２つ以上の音響信号を検出し、前記２つ以上の音響信号を１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号に変換するよう構成された少なくとも１つの音響センサを設ける工程と、
前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号を送信するよう構成された送信機を設ける工程と、
前記送信機を前記少なくとも１つの音響センサと電気的に結合する工程と、
前記ガス調整器と機械的に結合するよう構成されたセンサ装着具を設ける工程と、
前記少なくとも１つの音響センサおよび前記送信機を前記センサ装着具と機械的に結合する工程と、
コンピュータユニット上で実行するよう構成された処理モジュールを設ける工程と、
を含み、
前記処理モジュールは、訓練モジュールと、事象検出モジュールと、を含み、
前記訓練モジュールは、第１ガス事象を前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号の少なくとも第１のものと関連付けるよう構成されており、
前記事象検出モジュールは、
前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号を用いて、前記ガス調整器に結合された１つまたは複数のガス器具による全てのガス使用状況を判断し、かつ前記１つまたは複数のガス器具の各々による個別のガス使用状況を判断し、
スライディングウィンドウステップ検出器を適用して、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号の共鳴周波数強度の大きさの変化に基づいて、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号にステップ変化が生じたことを検出し、
前記ステップ変化の相対振幅を含む第１の特徴と、前記ステップ変化の勾配を含む第２の特徴と、前記ステップ変化の立ち上がりまたは立ち下がり時間を含む第３の特徴とを含む３つ以上の特徴を前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号から抽出し、
前記３つ以上の特徴に対してｋ近傍法のマシン学習モデルを適用して、前記１つまたは複数のガス器具のうちで前記ガス使用状況に関与する１つまたは複数の第１ガス器具を特定する、
よう構成されている、
ことを特徴とする方法。

【請求項15】

ガス注入口、
前記ガス調整器中を流れるガスの量を制御するよう構成されたダイヤフラムチャンバ、
前記ダイヤフラムチャンバと結合された放散バルブ、および、
前記放散バルブと結合された放散口、
を備えるガス調整器と、
前記ガス調整器で生成された２つ以上の音響信号を検出し、前記２つ以上の音響信号を１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号に変換するよう構成された少なくとも１つの音響センサであって、前記ガス調整器に位置する、少なくとも１つの音響センサと、
コンピュータユニット上で実行するよう構成された処理モジュールであって、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号を用いて、前記ガス調整器に結合された２つ以上のガス器具の各々による個別のガス使用状況を判断するよう構成された、処理モジュールと、
を含み、
前記処理モジュールは、訓練モジュールと、事象検出モジュールと、を含み、
前記訓練モジュールは、第１ガス事象を前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号の少なくとも第１のものと関連付けるよう構成されており、
前記事象検出モジュールは、
スライディングウィンドウステップ検出器を適用して、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号の共鳴周波数強度の大きさの変化に基づいて、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号にステップ変化が生じたことを検出し、
前記ステップ変化の相対振幅を含む第１の特徴と、前記ステップ変化の勾配を含む第２の特徴と、前記ステップ変化の立ち上がりまたは立ち下がり時間を含む第３の特徴とを含む３つ以上の特徴を前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号から抽出し、
前記３つ以上の特徴に対してｋ近傍法のマシン学習モデルを適用して、前記２つ以上のガス器具のうちで前記ガス使用状況に関与する１つまたは複数の第１ガス器具を特定する、
よう構成されている、
ことを特徴とするガス調整器ユニット。

【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、２０１０年５月１４日に出願された米国特許出願第１２／７８０，７１３号明細書の利益を主張する。米国特許出願第１２／７８０，７１３号明細書は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、概して、インフラストラクチャを介して行われる検知のための装置および方法に関し、より具体的には、ガス使用状況を検出するための装置、同装置を設ける方法およびガス使用状況を検出する方法に関する。

【背景技術】

【0003】

天然ガスは、米国の家庭において最も広く消費されているエネルギー源である。天然ガスは、炉、湯沸かし器、コンロ、暖炉、プールヒータ、および、いくつかの事例では衣類乾燥機に使用される。米国では、天然ガス価格は、高まる需要および限られたパイプライン容量のため、過去１０年間で４倍に増えた。その結果、政府機関およびガス公益事業者は、急いで保存プログラムを実施し、需要の削減および顧客のエネルギーコストの管理に対する支援を進めた。公益事業用パイプラインによって天然ガスが供給されない地域では、通常、プロパンタンクを使用して、特定の住宅、建物または建物群にガス事業を提供する。最近の研究活動では、住宅における電気および水の使用状況の検知に焦点が置かれているが、天然またはプロパンガスの使用状況の検知にはほとんど注意は払われてこなかった。

【0004】

テレビを見る、洗濯するまたはシャワーを浴びるなどの人間の行動による直接の結果である場合が多い電気および水の使用状況とは異なり、ガス使用状況は、炉または湯沸かし器のような自動システムによるものが大多数を占める。アクティビティと消費とに関連がないことにより、住宅においてどのようにガスが使用されているか、特に、どの器具がこの使用状況の一番の原因であるかについて、消費者は理解不足に陥る。大抵の人は、単に、毎月の請求書以外に住宅のガス消費量を判断する手段がないだけであり、この請求書でさえ、この消費量の主な原因となるものについての項目別の詳細な説明を提供してはいない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−１９１１０３号公報

【特許文献2】特開平０２−１３４５１５号公報

【特許文献3】特開平０２−１９４３２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

各住宅における天然ガスまたはプロパン器具が少数であれば、ガス使用状況の検知に対して分散型の直接検知手法（例えば、各器具の後方に流量センサを設置する）を考慮したくなる。この手法には３つの潜在的な課題がある。第１に、非侵襲的方法でさまざまな既存のガス器具モデルに適合するほど十分に柔軟でロバストなセンサを構築する必要がある。第２に、本質的に複数のセンサが関与し、それにより、配備のコストおよび技術面での複雑性が増加する。最終的に、天然ガスおよびプロパンは非常に可燃性の化合物であるため、検知手法は、安全なもの、好ましくは、設置に専門家の助けを必要としないものでなければならない。利用可能なガス使用状況センサは、これらの課題に対応するものではない。既存のガス使用状況センサは、さまざまなガス器具での使用に対する柔軟性に欠ける場合も、設置および保守が複雑でコストがかかる場合もあり、通常、専門的な設置が必要とされる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

従って、住宅または他の建造物におけるガス使用状況についての詳細な情報を提供することができ、さらに、配備に比較的費用がかからず、専門的な設置を必要としない装置または方法に対して、利益の必要性または可能性が存在する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

実施形態のさらなる説明を容易にするため、以下の図面を提供する。

【図1】第１の実施形態による、ガス検知デバイスのブロック図を示す。

【図2】第１の実施形態による、図１のガス検知デバイスの検知ユニットの一例を示す。

【図3】第１の実施形態による、ガス調整器と結合された図２の検知ユニットの一例を示す。

【図4】第１の実施形態による、図３のガス調整器と結合された図２の検知ユニットの断面図を示す。

【図5】第２の実施形態による、例示的なガス調整器ユニットの実装形態を示す。

【図6】一実施形態による、ガス検知デバイスを設ける方法の実施形態のフロー図を示す。

【図7】一実施形態による、１つまたは複数のガス器具によるガスの使用状況を検出する方法の実施形態のフロー図を示す。

【図8】一実施形態による、１つまたは複数の電気信号を使用してコンピュータユニットを訓練するアクティビティのフロー図を示す。

【図9】一実施形態による、周囲雑音および例示的なガス調整器のアクティビティの周波数スペクトログラムを示す。

【図10】一実施形態による、例示的なガス検知デバイスからの未処理の音響信号に対する流量対時間のグラフを示す。

【図11】一実施形態による、例示的なガス検知デバイスからの平滑化された音響信号に対する流量対時間のグラフを示す。

【図12】一実施形態による、例示的な建造物での例示的なガス検知デバイスの例示的な較正手順からのデータの流量対音響強度のグラフを示す。

【図13】一実施形態による、例示的な建造物での例示的なガス検知デバイスの例示的な較正手順からのデータの音響強度の線形性を示すグラフを示す。

【図14】一実施形態による、例示的なガス検知デバイスの例示的な配備の間の流量対時間のグラフを示す。

【図15】一実施形態による、例示的なガス検知デバイスの例示的な配備の間の流量対時間の別のグラフを示す。

【図16】一実施形態による、例示的なガス検知デバイスの例示的な配備の間に例示的なガス炉に起因する低周波数サンプ音を示す周波数対時間のグラフを示す。

【図17】一実施形態による、例示的なガス検知デバイスの例示的な配備に使用される建造物のデモグラフィックデータの表を示す。

【図18】一実施形態による、例示的な配備の間の例示的なガス検知デバイスの性能を示す表を示す。

【図19】一実施形態による、例示的な配備の間の例示的なガス検知デバイスの性能を示す別の表を示す。

【図20】図１のコンピュータユニットの実施形態の実施に適切なコンピュータを示す。

【図21】図２０のコンピュータのシャーシの内部の回路基板に含まれる要素の例の代表的なブロック図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図示を簡単かつ明確にするため、図面は一般様式の構築物を示し、周知の特徴および技法の説明および詳細は、不必要に本発明を不明瞭にすることを避けるために省略される場合がある。それに加えて、図面の要素は、必ずしも原寸に比例するとは限らない。例えば、図面の要素のいくつかの寸法は、他の要素と比べて拡大することで、本発明の実施形態に対する理解を高める際に役立てることができる。異なる図面における同じ参照番号は、同じ要素を示す。

【0010】

説明内および特許請求の範囲内に「第１の」、「第２の」、「第３の」、「第４の」および同様の用語が使用される場合、これらの用語は、同様の要素を区別するために使用されるものであり、必ずしも特定の連続的または時間的順序を説明するものではない。そのように使用される用語は適切な状況下で交換可能であり、その結果、本明細書に記載される実施形態は、例えば、本明細書に図示されるまたは別の方法で記載されるもの以外の順番で動作できることを理解されたい。その上、「含む」および「有する」ならびにその任意の変形用語は、非排他的な包括を取り扱うことを意図し、その結果、要素のリストを含むプロセス、方法、システム、物品、デバイスまたは装置は、必ずしもそれらの要素に限定されるものではなく、そのようなプロセス、方法、システム、物品、デバイスまたは装置に明確に表示されていないまたは固有の他の要素を含んでもよい。

【0011】

説明内および特許請求の範囲内に「左側」、「右側」、「前側」、「後側」、「上部」、「下部」、「上方」、「下方」および同様の用語が使用される場合、これらの用語は、目的を説明するために使用されるものであり、必ずしも永久的な相対位置を説明するものではない。そのように使用される用語は適切な状況下で交換可能であり、その結果、本明細書に記載される本発明の実施形態は、例えば、本明細書に図示されるまたは別の方法で記載されるもの以外の方向付けで動作できることを理解されたい。

【0012】

「結合する（ｃｏｕｐｌｅ）」、「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「結合する（ｃｏｕｐｌｅｓ）」、「結合している（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）」および同様の用語は、幅広く理解すべきであり、２つ以上の要素または信号を電気的に、機械的におよび／または別の方法で接続することを指す。２つ以上の電気要素は、電気的に結合されるが、機械的にまたは別の方法で結合されなくともよく、２つ以上の機械要素は、機械的に結合されるが、電気的にまたは別の方法で結合されなくともよく、２つ以上の電気要素は、機械的に結合されるが、電気的にまたは別の方法で結合されなくともよい。結合は、例えば、永久的もしくは半永久的またはほんの一瞬など、どのような時間長でもよい。

【0013】

「電気結合」および同様の用語は、幅広く理解すべきであり、パワー信号、データ信号および／または電気信号の他のタイプもしくは組合せに関わらず、任意の電気信号に関与する結合を含む。「機械結合」および同様の用語は、幅広く理解すべきであり、すべてのタイプの機械結合を含む。「結合された」および同様の用語に「着脱可能に」、「着脱可能な」および同様の用語が付随しなければ、問題の結合などが着脱可能であることも着脱可能でないことも意味しない。本明細書で使用される場合、「音響信号」は、可聴信号（２０ヘルツ（Ｈｚ）〜１５キロヘルツ（ｋＨｚ））、可聴下（２０Ｈｚ未満）信号または超音波（１５ｋＨｚ超）信号を含み得る。

【0014】

いくつかの実施形態では、装置は、ガス使用状況を検出するよう構成することができる。装置は、（ａ）コンピュータユニット上で実行するよう構成された処理モジュールと、（ｂ）ガス調整器と結合するよう構成された検知ユニットとを含み得、検知ユニットは、（１）ガス調整器によって生成された２つ以上の音響信号を検出し、２つ以上の音響信号を１つまたは複数の第１のデータ信号に変換するよう構成された少なくとも１つの音響センサ、および、（２）少なくとも１つの音響センサと電気的に結合され、１つまたは複数の第１のデータ信号をコンピュータユニットに送信するよう構成された送信機を有する。処理モジュールは、１つまたは複数の第１のデータ信号を使用して、ガス使用状況を判断するよう構成される。

【0015】

さらなる他の実施形態は、建物内のガスの使用状況を検出する方法に関する。建物は、圧力放散口を備えたガス調整器を有し得る。本方法は、少なくとも１つの音響センサを使用して、ガス調整器の圧力放散口から１つまたは複数の第１の音響信号を受信する工程と、１つまたは複数の第１の音響信号を１つまたは複数の第１の電気信号に変換する工程と、１つまたは複数の第１の電気信号を使用して第１のガス流量を判断する工程とを含み得る。

【0016】

他の実施形態は、ガス検知デバイスを設ける方法に関する。本方法は、ガス調整器内で２つ以上の音響信号を検出し、２つ以上の音響信号を１つまたは複数の第１のデータ信号に変換するよう構成された少なくとも１つの音響センサを設ける工程と、１つまたは複数の第１のデータ信号を送信するよう構成された送信機を設ける工程と、送信機を少なくとも１つの音響センサと電気的に結合する工程と、ガス調整器と機械的に結合するよう構成されたセンサ装着具を設ける工程と、少なくとも１つの音響センサおよび送信機をセンサ装着具と機械的に結合する工程と、コンピュータユニット上で実行するよう構成された処理モジュールであって、１つまたは複数の第１のデータを使用するよう構成された事象検出モジュールを有する処理モジュールを設ける工程とを含み得る。

【0017】

さらなる他の実施形態では、調整器ユニットは、（ａ）（１）ガス注入口、（２）ガス調整器中を流れるガスの量を制御するよう構成されたダイヤフラムチャンバ、（３）ダイヤフラムチャンバと結合された放散バルブおよび（４）放散バルブと結合された放散口を有するガス調整器と、（ｂ）ガス調整器内で２つ以上の音響信号を検出し、２つ以上の音響信号を１つまたは複数の第１のデータ信号に変換するよう構成された少なくとも１つの音響センサであって、ガス調整器に位置する少なくとも１つの音響センサと、（ｃ）コンピュータユニット上で実行するよう構成された処理モジュールとを含み得る。処理モジュールは、１つまたは複数の第１のデータ信号を使用して、１つまたは複数のガス器具によるガス使用状況を判断するよう構成することができる。

【0018】

図面を参照すると、図１は、第１の実施形態による、ガス検知デバイス１００のブロック図を示す。図２は、第１の実施形態による、ガス検知デバイス１００の検知ユニット１１０の一例を示す。図３は、第１の実施形態による、ガス調整器３５０と結合されたガス検知デバイス１００の検知ユニット１１０の一例を示す。図４は、第１の実施形態による、ガス調整器３５０と結合された検知ユニット１１０の断面図を示す。ガス検知デバイス１００は、単なる例示であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。ガス検知デバイス１００は、本明細書に具体的に描写も記載もされない多くの異なる実施形態または実施例において使用することができる。

【0019】

住宅での検知における先行研究は、２つの独立した関心事項のいずれか１つ、すなわち、（１）介助環境（例えば、老人介護のモニタリング）に対する人間のアクティビティを検知すること、または、（２）無駄な消費慣行を縮小するために非常に詳細な生態フィードバックの適用を可能にすることよって動機付けられている。住宅におけるガス使用状況の自動特定は実際に対応する人間のアクティビティを知る上での手掛かりとなる（例えば、コンロの使用は調理中であることを示し、長時間の湯の使用はシャワー中であることを示す）が、大部分のガス使用は、自動機械システム（例えば、家庭の炉および湯沸かし器）に由来し、人間の現行のアクティビティに直接対応するものでも、対応しないものでもあり得る。したがって、ガス検知の主な目的は、第２の関心事項を支援することであり、それは、住宅におけるガス使用状況についての新しいタイプの生態フィードバックを可能にすることである。そのようなフィードバックは、再設計された請求書、家庭用インターネットポータルまたはアンビエントホームディスプレイの形でもたらすことができる。そのようなフィードバックの一要素は、総数ばかりでなくその使用源に至るガス使用状況の項目別の明細でもある検知データを公益事業者および消費者に提供する。この詳細なデータにより、居住者は、住宅においてガスを消費する方法のコストおよび利益について、情報に基づく決定を下すことができるはずである（例えば、衣類洗濯機で湯を使用する場合の湯沸かし器に対する温度設定）。

【0020】

ガス検知デバイス１００は、住宅または他の建造物におけるガス使用状況についての非常に詳細な情報を提供することによって、住宅または他の建造物におけるガス使用状況についての知識の差を解消する際に役立てることができる。ガス検知デバイス１００は、ガス事象の音響強度の変化を使用してその使用源（例えば、湯沸かし器、炉または暖炉）に至るガス使用状況を自動的に特定し、ガス流量推定値を提供する低コストの一点検知ソリューションであり得る。住宅内の各ガスデバイスは、起動すると独特のガスの量を引き出し、流量変化率は、器具のタイプに基づき、ある程度は住宅内のその位置（すなわち、ガス器具までのパイプ経路）に基づく。従って、ガス検知デバイス１００は、流量および変化率に基づいて、その使用源に至るガス使用状況を自動的に分類することができる。

【0021】

ガス検知デバイス１００はガス事象の音響シグネチャを分析するため、その測定および計算を実行するためにガス自体と直接接触する必要はない。このように直接接触していないことは、使用状況の総計測定値のみを提供し、動作においてガスとのインライン接触を必要とし、通常、専門的な設置も必要とする従来のガス検知手法とは対照的である。

【0022】

図１および２に示されるように、ガス使用状況を検知するための装置またはガス検知デバイス１００は、（ａ）検知ユニット１１０と、（ｂ）コンピュータユニット１２０とを含み得る。検知ユニット１１０は、（ａ）音響信号を検出し、音響信号をデータ信号に変換するよう構成された少なくとも１つの音響センサ１３０と、（ｂ）音響センサ１３０の出力と結合された少なくとも１つの増幅器１３１（例えば、演算増幅器またはオペアンプ）と、（ｃ）メモリ１１９およびアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１５を備えた少なくとも１つのコントローラ１１８と、（ｄ）電源１１７と、（ｅ）音響センサ１３０と電気的に結合され、データ信号をコンピュータユニット１２０に送信するよう構成された少なくとも１つの送信機１１６と、（ｆ）センサ装着具とを含み得る。

【0023】

また、いくつかの例では、ガス検知デバイス１００は、歪みが起こる場合に音響センサ１３０によって検出された音響信号の増幅利得を自動的に低減するための利得コントローラ１３８を含み得る。また、利得コントローラ１３８を使用して、増幅器またはＡ／Ｄ変換器の歪みが起こる場合に増幅利得を自動的に低減することもできる。同じまたは異なる例では、Ａ／Ｄ変換器１１５および／もしくはメモリ１１９をコントローラ１１８から分離することができ、ならびに／または、増幅器１３１および／もしくは利得コントローラ１３８はコントローラ１１８の一部であり得る。別の実施形態では、これらの要素の１つまたは複数は、単一の集積回路に組み合わされる。さらなる実施形態では、音響センサは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技法によって他の要素のいくつかまたはすべてと同じ集積回路上に実装される。

【0024】

コンピュータユニット１２０は、（ａ）トランシーバまたは受信機１２１と、（ｂ）処理モジュール１２２と、（ｃ）格納モジュール１２６とを含み得る。いくつかの例では、処理モジュール１２２は、（ａ）特定の器具によるガス使用状況を音響センサ１３０によって受信された音響信号と関連付けるよう、処理モジュール１２２を訓練するよう構成された訓練モジュール１２３と、（ｂ）受信された音響信号を少なくとも１つの特定の器具によるガス使用状況と関連付けるよう構成された事象検出モジュール１２４と、（ｃ）ユーザと通信するよう構成された通信モジュール１２５とを含み得る。一例として、処理モジュール１２２は、１つまたは複数のソフトウェアプログラムであり得る。受信機１２１は、送信機１１６からデータ信号を受信するよう構成することができる。

【0025】

天然ガスインフラストラクチャでは、加圧配管インフラストラクチャを通じて住宅および他の建造物にガスを供給する。高圧の輸送パイプラインは、生産会社のクリーニング工場からガス分配施設までガスを移動させる。調整器および制御バルブは、高圧ガスがパイプラインに沿って移動する際に高圧ガスを制御する。市の圧力調整施設では、ガス調整器は、パイプラインのガス圧を分配圧まで低減する。一定の測定可能なガス圧を提供するため、ガス調整器は、ガスメータに入って住宅内に入る直前にガス圧を制御する。プロパンの事例では、ガスは、現地のタンク内に貯蔵され、プロパンは通常地方のプロパン貯蔵タンクと住宅または建物との間では計量されないため、１つまたは複数の圧力調整器を通じて住宅または建物に入る。

【0026】

ガス調整器は、安全な圧力レベルを住宅の配管システムに供給するように、米国国家規格（ＡＮＳＩ規格Ｂ１０９．４−１９９８）によって義務付けられる。これらの政府規制を考慮すると、ガス調整器が住宅および他の建造物の間に一貫して存在する合理的な予測レベルが存在する。

【0027】

図３および４は、例示的なガス調整器３５０を示す。図３および４に示されるように、ガス調整器３５０は、（ａ）ダイヤフラムチャンバ３５３と、（ｂ）調整器制御４５４と、（ｃ）ガス注入口４５５と、（ｄ）ガス流量バルブ４５６と、（ｅ）ガス排出口４５７と、（ｆ）通気口または放散バルブ４５２と、（ｇ）放散口４５１とを含み得る。

【0028】

ダイヤフラムチャンバ３５３は、ガス流量を制御するバネ仕掛けの事例を含み得る。ダイヤフラムチャンバ３５３が高いまたは低い圧力変化を検知すれば、ダイヤフラムチャンバ３５３は、それに応じてガス流量を制限または増加するよう調整する。追加された安全機能として、ガス管が過度に加圧される場合またはガス調整器３５０が誤動作する場合に害を及ぼさない形でガスを放散するための放散バルブ４５２が存在する。放散バルブ４５２は、ダイヤフラムチャンバ３５３と結合され、放散口４５１（例えば、外部の鋼管）を通じてガスを放出する。１つまたは複数の器具によってガスが消費されている場合、ガス流量バルブ４５６においてガスがガス調整器３５０中を流れる音を聞くことが可能であり、それは、通常、わずかなシューという音のように聞こえる。この音響信号は、ダイヤフラムチャンバ３５３によって増幅され、ダイヤフラムチャンバ３５３は、共鳴空洞として機能する。

【0029】

ガス流量は、放散口４５１に隣接して配置された音響センサ１３０を介してガス流量バルブ４５６を通じて検知することができる。すなわち、検知ユニット１１０は、ガス調整器３５０の圧力放散口４５１と結合するよう構成することができる。あるいは、音響センサ１３０は、ダイヤフラムチャンバ３５３または放散口４５１との機械結合を通じて、ガス調整器３５０と物理的に直接接触するよう配置することができる。この事例では、音響信号は、ガス調整器３５０を含む材料中で機械的振動として搬送され、開放空隙中を通過するよりむしろ、音響センサ１３０によって直接変換される。

【0030】

音響センサはどちらかといえば間接的なガス流量測定方法のように見える場合があるが、いくつかの理論的基礎がある。第１に、固定チャンバの場合、共鳴周波数も固定され、チャンバのサイズに全面的に従って決定される。この関係は、口笛における共鳴と類似している。すなわち、人が口笛を強く吹く場合でさえ、人は音の強度を変化させるだけであって、音高を変化させることはない。第２に、管中での流量の増加は、管の一方の端部における圧力の増加からのみ生じることができる。管の内部のガス流が層流の場合、管の端部でかけられた圧力との関係は、管中の流量に線形に関連する。その上、流量に比例するこの圧力は、共鳴周波数の振幅として明示され、音響センサ１３０を介した測定に理想的に適合する。放散口４５１は、音響信号が周囲外方へ向けて伝播される、ダイヤフラムチャンバ３５３の唯一の開口部であり、センサ配置に理想的に適合するようにするが、ガス調整器３５０上またはガス調整器３５０近くの他の位置へのマイクロホンまたは音響センサ１３０の代替の配置も検討される。それに加えて、以前に述べたように、空気を通じたまたはガス調整器３５０を含む材料中の機械的導通を直接通じた音響信号結合も検討される。適正なフィルタ処理および雑音除去技法を用いると、周囲雑音が存在する場合でさえ、この音響信号を隔離および較正して総ガス流量を反映することができる。

【0031】

図１〜４を参照すると、音響センサ１３０は、音響信号を受信し、音響信号をデータ信号に変換するよう構成することができる。いくつかの例では、音響センサ１３０は、全指向性マイクロホンであり得る。他の例では、音響センサ１３０は、一方向性マイクロホンであり得る。他の例では、音響センサ１３０は、以下、すなわち、電気マイクロホン、圧電センサ、音響電気変換器、微小電気機械センサまたは超音波マイクロホンの少なくとも１つを含み得る。同じまたは異なる例では、音響センサ１３０は、１００ヘルツ（Ｈｚ）〜１０キロヘルツ（ｋＨｚ）の周波数範囲にわたって−４４デシベル（ｄＢ）の感度を有し得る。いくつかの実施形態では、高ダイナミックレンジのオペアンプを備えた音響センサを使用して、より線形の振幅応答を引き起こすことができる。他の実施形態では、音響センサ１３０は、ガス調整器３５０の１つまたは複数のコンポーネントと機械的に結合され、ガス調整器３５０によって生成された音響信号の固有の直接結合は、ガス調整器３５０と音響センサまたはマイクロホン１３０との間に空隙を含む他の実施形態より高い信号対雑音比をもたらす。

【0032】

それに加えて、さまざまな実施形態では、ガス検知デバイス１００は、主要な音響センサの近くではあるが、ガス調整器３５０の放散口４５１には隣接しない第２の音響センサ（図３または４では図示せず）も含み得る。この第２の音響センサは、背景雑音を記録することができ、雑音消去に使用することができる。雑音消去は、信号対雑音比を劇的に増加することができ、ガス検知デバイス１００は、ガス調整器３５０からの極めて静かなシューという音を測定することができる。

【0033】

音響センサ１３０は、小型のプリント回路基板（ＰＣＢ）２３４に取り付けることができる。いくつかの例では、ＰＣＢ ２３４は、データ信号を増幅するための増幅器１３１（図１）を含み得る。増幅器１３１は、音響センサ１３０からのデータ信号を増幅し、増幅したデータ信号をコントローラ１１８（図１）に渡すよう構成することができる。

【0034】

ＰＣＢ ２３４は、センサ装着具１３２に取り付けられ、センサ装着具１３２は、ガス調整器３５０の放散口４５１の端部または近接部に適合し得る。センサ装着具１３２は、音響センサ１３０が固定され、水平であり、放散口４５１の直下に中心を置くことを保証することができ、風、雨およびほこりから音響センサ１３０を保護することもできる。図３および４は、ガス調整器３５０に装着された検知ユニット１１０を示す。他の例では、他の装着デバイスを使用して、検知ユニット１１０をガス調整器３５０と結合することができる。図２〜４に示される例では、電源１１７（図１）は、ワイヤ２３３でＰＣＢ ２３４と結合される。さまざまな実施形態では、電源１１７は、検知ユニット１１０の残りの部分に給電するための１つまたは複数のバッテリを含み得る。異なる実施形態では、電源１１７は、１つまたは複数のバッテリを再充電するための太陽電池パネルも含み得る。

【0035】

いくつかの例では、コントローラ１１８（図１）は、ＰＣＢ ２３４上に装着して、音響センサ１３０からデータ信号を受信するよう構成することができる。いくつかの例では、コントローラ１１８は、検知ユニット１１０を制御し、送信機１１６（図１）を介してデータ信号をコンピュータユニット１２０に伝達する前に、データ信号の何らかの処理（例えば、Ａ／Ｄ変換器１１５を使用して、アナログ信号からデジタル信号へデータ信号を変換する）を実行することができる。

【0036】

図１に戻ると、送信機１１６は、ＰＣＢ ２３４上に装着することができ、増幅器１３１、音響センサ１３０および／またはコントローラ１１８と電気的に結合することができる。いくつかの例では、送信機１１６は、コンピュータユニット１２０の受信機１２１にデータ信号を伝達する。いくつかの例では、送信機１１６は無線送信機であり得、受信機１２１は無線受信機であり得る。いくつかの例では、電気信号は、ＷＩ−ＦＩ（ワイヤレスフィディリティ）、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１無線プロトコルまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）３．０＋ＨＳ（高速）無線プロトコルを使用して送信することができる。他の例では、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）（ＩＥＥＥ８０２．１５．４）またはＺ−Ｗａｖｅ無線プロトコルを使用することができる。他の例では、送信機１１６は、電気信号を送信することができる。

【0037】

コンピュータユニット１２０は、音響センサ１３０からのデータ信号を使用して、ガス使用状況を判断するよう構成することができる。いくつかの例では、コンピュータユニット１２０は、住宅または他の建物による総ガス使用状況を判断するよう構成することができる。同じまたは異なる例では、コンピュータユニット１２０は、住宅または他の建造物内のガス器具の１つまたは複数によるガス使用状況を判断するよう構成される。

【0038】

本明細書で使用される場合、「コンピュータユニット１２０」は、単一のコンピュータ、単一のサーバ、または、コンピュータおよび／もしくはサーバのクラスタもしくは集合体を指し得る。いくつかの例では、コンピュータユニット１２０は、ユーザにローカル接続することができる。他の例では、ユーザまたはガス検知デバイス１００は、インターネットまたは他のネットワークを通じてコンピュータユニット１２０にアクセスすることができる。

【0039】

いくつかの例では、コンピュータユニット１２０は、ガス検知デバイス１００のユーザの家庭用コンピュータ、または、ガス検知デバイス１００が設置されている建造物の所有者が所有するコンピュータであり得る。他の例では、第１のサーバまたはコンピュータ（例えば、家庭用コンピュータ）は、受信機１２１、格納モジュール１２６、訓練モジュール１２３、事象検出モジュール１２４および通信モジュール１２５の第１の部分を含み得る。１つまたは複数の第２のサーバ（例えば、ガス検知デバイス１００の製造業者によってまたはそれらを代表して所有または動作されるコンピュータまたはサーバ）は、これらのモジュールの重複する可能性がある第２の部分を含み得る。これらの例では、コンピュータユニット１２０は、第１のコンピュータと１つまたは複数の第２のサーバの組合せを含み得る。いくつかの例では、格納モジュール１２６は、特定の器具によるガスの使用状況とともに、特定のデータ信号（すなわち、音響信号）間の相関情報を格納することができる。

【0040】

事象検出モジュール１２４は、（ａ）使用されるガスの総量、および、（ｂ）ガスを使用する特定の器具、一度に複数のガス器具が動作している場合は、それぞれの器具によって使用されるガスの量を判断することができる。いくつかの例では、事象検出モジュール１２４は、３ステップ手法を利用して、音響センサ１３０からのデータ信号をガス流量推定値に変換し、器具レベルのアクティビティを推測することができる。第１に、事象検出モジュール１２４は、例えば、フーリエ変換および／または帯域通過フィルタリングを使用して、検知ユニット１１０からの未処理の音響信号データセットの雑音を一掃することができる。いくつかの例では、この雑音の一掃により、環境雑音に起因する信号を除去することができる。第２に、事象検出モジュール１２４は、音響強度とガス流量との関係に対する数学モデルを使用して、ガスの使用量を推定する。最終的に、事象検出モジュール１２４は、ガス流量および変化率を計算することができ、これらを使用してガスを消費する器具を分類することができる。

【0041】

訓練モジュール１２３は、特定の音響信号を特定の場所の特定の事象と関連付けるよう構成することができる。例えば、訓練モジュール１２３は、図１４に示される事象がガスコンロの使用であるかを判断するよう構成することができる。

【0042】

いくつかの例では、訓練モジュール１２３は、訓練または較正シーケンスを実行して、音響センサ１３０によって検出された音響信号を特定の場所の特定の事象と関連付けるよう構成することができる。較正シーケンスを実行した後、訓練モジュール１２３は、事象検出モジュール１２４に訓練相関データを提供することができ、その結果、事象検出モジュール１２４は、訓練相関データに基づいて、音響センサ１３０によって検出された音響信号を特定の場所の特定の動作事象と関連付けることができる。訓練または較正シーケンスは、図７の方法７００のアクティビティ７３５と関連して説明される。

【0043】

通信モジュール１２５を使用して、ガス検知デバイス１００の１人または複数のユーザへ情報を伝達したり、同ユーザから情報を受信したりすることができる。例えば、ユーザは、通信モジュール１２５を使用して、訓練または較正シーケンス中に情報を入力することができる。それに加えて、通信モジュール１２５は、ガス使用事象が発生する際にそれをユーザに通知することができる。いくつかの実施形態では、通信モジュール１２５は、図２０のモニタ２００６、キーボード２００４および／またはマウス２０１０を使用することができる。

【0044】

別の実施形態を参照すると、図５は、第２の実施形態による、例示的なガス調整器ユニット５００内の検知ユニット５１０の実装形態を示す。ガス調整器ユニット５００は、単なる例示であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。ガス調整器ユニット５００は、本明細書に具体的に描写も記載もされない多くの異なる実施形態または実施例において使用することができる。

【0045】

図５に示される例では、ガス調整器ユニット５００は、（ａ）ガス調整器５５０と、（ｂ）検知ユニット５１０と、（ｃ）コンピュータユニット１２０（図１）とを含む。この例では、検知ユニット５１０は、ガス調整器５５０と統合されるおよび／または永久的に結合される。

【0046】

検知ユニット５１０は、図１の検知ユニット１１０と同様でもよく、（ａ）ガス調整器５５０内で音響信号を検出し、音響信号を１つまたは複数の第１のデータ信号に変換するよう構成された少なくとも１つの音響センサ５３０と、（ｂ）音響センサ５３０の出力と結合された少なくとも１つの増幅器１３１（図１）と、（ｃ）少なくとも１つのコントローラ１１８（図１）と、（ｄ）電源１１７（図１）と、（ｅ）音響センサ５３０と電気的に結合された送信機１１６（図１）と、（ｆ）センサ装着具５５９とを含み得る。

【0047】

ガス調整器５５０は、（ａ）ダイヤフラムチャンバ３５３と、（ｂ）調整器制御４５４と、（ｃ）ガス注入口４５５と、（ｄ）ガス流量バルブ４５６と、（ｅ）ガス排出口４５７と、（ｆ）通気口または放散バルブ４５２と、（ｇ）放散口５５１とを含み得る。

【0048】

この例では、音響センサ５３０は、放散口５５１と結合することも、放散口５５１の内部に位置することもできる。送信機１１６、電源１１７および増幅器１３１は、ガス調整器５５０と結合されたセンサ装着具５５９に位置することができる。他の例では、音響センサ５３０は、ダイヤフラムチャンバ３５３、ガス排出口４５７またはガス注入口４５５の少なくとも１つに位置することができる。

【0049】

図６は、一実施形態による、ガスセンサを設ける方法６００の実施形態のフロー図を示す。方法６００は、単なる例示であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。方法６００は、本明細書に具体的に描写も記載もされない多くの異なる実施形態または実施例において使用することができる。いくつかの実施形態では、方法６００のアクティビティ、手順および／またはプロセスは、提示される順序で実行することができる。他の実施形態では、方法６００のアクティビティ、手順および／またはプロセスは、他の任意の適切な順序で実行することができる。さらなる他の実施形態では、方法６００のアクティビティ、手順および／またはプロセスの１つまたは複数は、組み合わせることも、省略することもできる。

【0050】

図６を参照すると、方法６００は、少なくとも１つの音響センサを設けるアクティビティ６１０を含む。いくつかの実施形態では、音響センサは、ガス調整器内で音響信号を検出し、音響信号を１つまたは複数の第１のデータ信号に変換するよう構成することができる。例えば、少なくとも１つの音響センサはそれぞれ、図１および５の音響センサ１３０または５３０と同様でも同一でもよい。同じまたは異なる例では、アクティビティ６１０は、第２の音響センサを設ける工程を含み得る。第２の音響センサは、ガス調整器の外部に位置することができ、第２の音響センサによって検出された音響信号は雑音消去に使用することができる。

【0051】

図６の方法６００は、送信機を設けるアクティビティ６１５を引き続き実行する。いくつかの実施形態では、送信機は、１つまたは複数の第１のデータ信号を伝達するよう構成することができる。一例として、送信機は、図１の送信機１１６と同様でも同一でもよい。

【0052】

その後、図６の方法６００は、コントローラを設けるアクティビティ６２０を含む。一例として、コントローラは、図１のコントローラ１１８と同様でも同一でもよい。

【0053】

次に、図６の方法６００は、送信機、少なくとも１つの音響センサおよびコントローラを電気的に結合するアクティビティ６２５を含む。例えば、送信機、少なくとも１つの音響センサおよびコントローラの電気結合は、図１に示される送信機１１６、音響センサ１３０およびコントローラ１１８の電気結合と同様でも同一でもよい。

【0054】

図６の方法６００は、センサ装着具を設けるアクティビティ６３０を引き続き実行する。いくつかの実施形態では、センサ装着具は、ガス調整器と結合するよう構成することができる。例えば、センサ装着具は、ガス調整器の圧力放散口と結合するよう構成することができる。センサ装着具は、図１のセンサ装着具１３２および／または図５のセンサ装着具５５９と同様でも同一でもよい。

【0055】

その後、図６の方法６００は、少なくとも１つの音響センサ、コントローラおよび送信機をセンサ装着具と機械的に結合するアクティビティ６３５を含む。少なくとも１つの音響センサ、コントローラおよび送信機とセンサ装着具との機械結合は、図２および３に示される音響センサ１３０、コントローラ１１８および送信機１１６とセンサ装着具１３２との機械結合と同様でも同一でもよい。

【0056】

次に、図６の方法６００は、コンピュータユニットを設けるアクティビティ６４０を含む。いくつかの実施形態では、コンピューテーションユニットは、１つまたは複数の第１のデータ信号を使用して、１つまたは複数のガス器具によるガス使用状況を判断するよう構成することができる。一例として、コンピューテーションユニットは、図１のコンピュータユニット１２０と同様でも同一でもよい。

【0057】

いくつかの例では、アクティビティ６４０は、（ａ）２つ以上の第１のデータ信号を使用して１つまたは複数のガス器具によるガス使用状況を判断するよう構成された事象検出モジュールと、（ｂ）送信機から１つまたは複数の第１のデータ信号を受信するよう構成された受信機と、（ｃ）１つまたは複数の第１のデータ信号と１つまたは複数のガス器具によるガス使用状況との関係を判断するよう構成された訓練モジュールと、（ｃ）ユーザと通信するよう構成された通信モジュールとを含むコンピューテーションユニットを設ける工程を含み得る。一例として、事象検出モジュール、受信機、訓練モジュール、通信モジュールはそれぞれ、図１の事象検出モジュール１２４、受信機１２１、訓練モジュール１２３、通信モジュール１２５と同様でも同一でもよい。

【0058】

図７は、一実施形態による、建物内の１つまたは複数のガス器具によるガスの使用状況を検出する方法７００の実施形態のフロー図を示す。方法７００は、単なる例示であり、本明細書に提示される実施形態に限定されない。方法７００は、本明細書に具体的に描写も記載もされない多くの異なる実施形態または実施例において使用することができる。いくつかの実施形態では、方法７００のアクティビティ、手順および／またはプロセスは、提示される順序で実行することができる。他の実施形態では、方法７００のアクティビティ、手順および／またはプロセスは、他の任意の適切な順序で実行することができる。さらなる他の実施形態では、方法７００のアクティビティ、手順および／またはプロセスの１つまたは複数は、組み合わせることも、省略することもできる。

【0059】

図７を参照すると、方法７００は、少なくとも１つの音響センサを建物のガス調整器と結合するアクティビティ７１０を含み得る。建物のガス（天然ガスまたはプロパンに関わらず）の供給源は、建物に入るガスの圧力を調整するためのガス調整器を有し得る。いくつかの例では、少なくとも１つの音響センサは、ガス調整器の圧力放散口と結合することができる。

【0060】

一例として、少なくとも１つの音響センサはそれぞれ、図１および５の音響センサ１３０または５３０と同様でも同一でもよい。ガス調整器および圧力放散口はそれぞれ、図３および４のガス調整器３５０および圧力放散口４５１と同様でも同一でもよい。少なくとも１つの音響センサとガス調整器との結合は、図３および４に示される音響センサ１３０とガス調整器３５０との結合、または、図５に示される音響センサ５３０とガス調整器５５０との結合と同様でも同一でもよい。いくつかの例では、少なくとも１つの音響センサは、センサ装着具（例えば、図１〜４のセンサ装着具１３２または図５のセンサ装着具５５９）を使用してガス調整器と結合することができる。

【0061】

その後、図７の方法７００は、少なくとも１つの音響センサを用いて１つまたは複数の第１の音響信号を受信し、１つまたは複数の第１の音響信号を１つまたは複数の第１の電気信号に変換するアクティビティ７１５を含む。

【0062】

次に、図７の方法７００は、１つまたは複数の第１の電気信号を増幅するアクティビティ７２０を含む。いくつかの例では、１つまたは複数の第１の電気信号は、オペアンプを使用して増幅することができる。一例として、オペアンプは、図１の増幅器１３１と同様でも同一でもよい。

【0063】

それに加えて、いくつかの例では、１つまたは複数の第１の電気信号は、アクティビティ７２５の前に、Ａ／Ｄ変換器（例えば、Ａ／Ｄ変換器１１５）によってアナログからデジタル信号に変換することができる。

【0064】

図７の方法７００は、１つまたは複数の第１の電気信号を送信するアクティビティ７２５を引き続き実行する。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の第１の電気信号は、送信機を使用して送信することができる。一例として、送信機は、図１の送信機１１６と同様でも同一でもよい。いくつかの例では、送信機は、無線送信機であり得る。

【0065】

その後、図７の方法７００は、１つまたは複数の第１の電気信号を受信するアクティビティ７３０を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の第１の電気信号は、受信機を使用して受信することができる。一例として、受信機は、図１の受信機１２１と同様でも同一でもよい。いくつかの例では、受信機は、無線受信機であり得る。

【0066】

次に、図７の方法７００は、１つまたは複数の第１の電気信号を使用して、もう１つの第１の音響信号を特定のガス器具によるガス使用状況と関連付けるアクティビティ７３５を含む。いくつかの例では、コンピュータユニット１２０（図１）の訓練モジュール１２３（図１）は、ユーザとともに訓練または較正プロセスを実行することができる。

【0067】

図８は、一実施形態による、１つまたは複数の第１の電気信号を使用して、もう１つの第１の音響信号を１つまたは複数のガス器具の特定の器具によるガス使用状況と関連付けるよう、コンピュータユニットを訓練するアクティビティ７３５のフロー図を示す。

【0068】

図８のアクティビティ７３５の第１の手順は、分析用の１つまたは複数の第１のデータ信号を準備する手順８１１である。いくつかの例では、事象検出モジュール１２４は、第１のデータ信号の雑音を一掃することができる。第１のデータ信号は、ガス使用状況についての情報を抽出する前に雑音の一掃が必要な未処理の音響ファイルであり得る。

【0069】

例えば、第１のデータ信号は、非圧縮ＷＡＶ（Ｗａｖｅｆｏｒｍオーディオファイル形式）記録であり得る。圧力調整器の非圧縮ＷＡＶ記録は、非重複時間ウィンドウ別に分類することができ、各ウィンドウは１秒間のデータを含む。これらの１秒ウィンドウを使用して、事象検出モジュール１２４は、音響信号の短時間フーリエ変換（すなわち、スペクトログラム）を演算することができる。図９は、時間と周波数の両方の関数として、結果として得られたスペクトログラム９００（デシベル単位）を示す。音響信号９６１は、スペクトログラムの特定の周波数を主に占めることに留意されたい（図９では、音響信号は７．５ｋＨｚで発生する）。共鳴周波数は、調整器ごとに変化し得るが、一般に、共鳴周波数は、５〜９ｋＨｚの範囲内にとどまる。

【0070】

すべての音響センサベースの手法と同様に、音響信号は周囲雑音の影響を受けやすい。図９でラベル付けされた、風、飛行機および自動車の雑音を観察すると、幸い、この雑音（例えば、足音、風、草刈り機）の大部分は低周波数（４ｋＨｚ未満）雑音である。雑音が５〜９ｋＨｚの範囲に侵入すると、この雑音は、広帯域周波数シグネチャを有する場合が多く、容易に特定することができるようになる。特に、５〜９ｋＨｚの範囲外の平均エネルギーが共鳴周波数でのエネルギーの１／１０を超えれば、事象検出モジュール１２４は、この時間帯のデータを廃棄し、それを雑音事象の２秒前と２秒後の値の中央値と置き換えることができる（図１０を参照）。

【0071】

スペクトログラムから環境雑音を除去した後、事象検出モジュール１２４は、５〜９ｋＨｚの範囲内の最大共鳴を得ることによって共鳴周波数を見出すことができる。事象検出モジュール１２４は、流量と直接関連付けられる値の時系列ベクトル（時間、共鳴周波数の強度）を形成する時間を通じて、共鳴周波数の振幅を抽出することができる（図１０および１１を参照）。次いで、このベクトルは、５秒長の移動平均フィルタを使用して平滑化される。

【0072】

その後、図８のアクティビティ７３５は、ガスの流量を判断する手順８１２を含む。いくつかの例では、音響強度とガス流量との線形関係を使用して、使用されたガスの量を推定することができる。他の例では、非線形の数学モデルを使用して、使用されたガスの量を推定する。

【0073】

上記で説明されるように、いくつかの例では、圧力調整器バルブ上を通過するガスの音響強度は流量に線形に関連する。図１２は、一実施形態による、例示的な建造物での例示的なガス検知デバイスの例示的な較正手順からのデータの流量対音響信号強度のグラフ１２００を示す。グランドトゥルースデータ収集に対する課題のため、このグラフは、特に低流量値において、完全に線形ではないことに留意されたい。この理由のため、非線形の数学モデルは、使用されたガスの量の推定に適用することができる。

【0074】

その上、音響信号強度とガス流量との間には線形関係がある場合が多いため、複事象の全体的な音響信号強度は、その個別に収集された音響信号強度部分の合計と想定することができる。この関係は、全体的なガス流量が各器具からの個別の流量の合計であるべきことと同じである。この関係をテストするため、個別に収集された（単一の事象）データセットを複事象データセットと比較することができる。図１３は、一実施形態による、例示的な建造物での例示的なガス検知デバイスの例示的な較正手順からのデータの音響信号強度の線形性を示すグラフ１３００を示す。すなわち、図１３は、テストデータセット内の個別の事象と複事象の両方に対する、個別の器具の強度の合計に基づく予測値と測定された音響信号強度との関係をグラフに描いている。ポイントは単一勾配上に位置し、音波強度とガス流量との関係が線形であることを示すことに留意されたい。ガスの高流量におけるわずかな非線形性は、非常に高い振幅の信号に歪みを引き起こすオペアンプに起因し得、これは、事象検出モジュール１２４（図１）を使用することによって補うことができる。

【0075】

強度と流量との関係が線形であるため、事象検出モジュール１２４は、簡単な線形回帰を使用して、ガスの相対流量（すなわち、強度）を、Ｃｅｎｔｕｍ Ｃｕｂｉｃ Ｆｅｅｔ（ＣＣＦもしくは１００立方フィート）またはＴｈｅｒｍｓ（サーム）単位で測定される絶対ガス流量にマッピングすることができる。回帰には、ガス検知デバイス１００が流量対強度のグラフ上に２つのポイントまたは１つのポイントのみのいずれかを有することが必要とされ、原点（背景雑音レベル）はデータセットの一部であると想定する。したがって、ガス検知デバイス１００は、異なる流量を有する２つの器具からまたは可変流量を有する単一の器具から較正することができる。当然ながら、追加の器具から追加のデータポイント提供することにより、回帰を向上させることができ、その結果、ガス流量推定値を改善することができる。３つの較正方法を使用して、ガス検知デバイス１００によって推測された相対流量を絶対消費量（ＣＣＦまたはサーム単位など）と関連付けるために必要なデータを提供することができる。

【0076】

第１の方法は、建造物のガスメータからガス使用状況を読み取り、通信モジュール１２５（図１）を使用してこのデータを入力する工程を伴う。第２の方法は、湯沸かし器または炉などのある特定の器具上の流量を読み取り、通信モジュール１２５（図１）を使用してこのデータを入力する工程を伴う。大型の器具は、通常、国家規格によってそれらのガス消費量を示すことが要求される。この方法は、特に、プロパンを使用する住宅において有用であるが、その理由は、それらの住宅は通常ガスメータを有していないためである。

【0077】

第３のそれほど集約的ではない方法は、ガス料金請求書上で報告される測定値を使用することである。ガス検知デバイス１００はガス使用期間およびその相対流量を記録することができるため、訓練モジュール１２３および／または事象検出モジュール１２４は、この期間にわたって消費された総ガス量を計算することができる。このように、最初のガス料金請求書（または、ガスメータからの一連の少量測定さえも）を使用して、流量の絶対単位にガス検知デバイス１００を較正することができる。住宅所有者は、使用日および総ガス使用量のみを入力する必要があろう。米国の多くのガス公益事業者はエネルギー単位（通常サーム単位）でガス消費量を請求するが、多くのガス料金請求書は、メータによって測定されたガスの総量（通常ＣＣＦ単位）も報告し、このタイプの較正方法の使用を可能にする。

【0078】

その後、図８のアクティビティ７３５は、特定のガス器具を特定のガス使用事象と関連付ける手順８１３を含む。いくつかの例では、訓練モジュール１２３（図１）は、ユーザとともに訓練または較正プロセスを実行してこの関連性を生み出すことができる。

【0079】

図１に戻って参照すると、さまざまな実施形態では、較正プロセスは、ラベル付けプロセスを伴う場合があり、このプロセスでは、検知デバイス１００のユーザは、音響信号を特定のガス事象に関連付ける際に支援する。いくつかの実施形態では、訓練シーケンスは、訓練モジュール１２３が動作して、ガス調整器内で音響信号を記録している間に、ガス検知デバイス１００のユーザが住宅または建物内のガス器具のそれぞれをオンにしたりオフにしたりする工程を伴う。

【0080】

ガス使用事象を特定するため、訓練モジュール１２３（または、事象検出モジュール１２４）は、スライディングウィンドウステップ検出器を適用することができ、この検出器は、共鳴周波数強度の大きさの変化を絶え間なく探索する（例えば、図１１または１４を参照）。訓練モジュール１２３（または、事象検出モジュール１２４）は、平滑化された共鳴周波数ベクトルを入力として使用することができる。ステップ検出器は、学習されたまたは既定の閾値を超える変化率での信号の単調増加または減少に遭遇する際に、トリガする。

【0081】

いくつかの例では、学習された閾値は、任意の大数に設定し、小さなステップで減少させる。各ステップに対し、訓練モジュール１２３（または、事象検出モジュール１２４）は、絶縁した状態で発生する事象の無作為のサブセットを分割することができる。適正な事象数が計算されれば、閾値は容認される。そうでなければ、閾値を減少させ、プロセスを繰り返す。例えば、サブセットが４つの事象を含む場合、分割された４つのステップ増加と４つのステップ減少が存在するはずである。訓練モジュール１２３（または、事象検出モジュール１２４）は、このパターンが見られるまで検出閾値を単調減少することができる。このように、学習された閾値は、最小限の管理で設定される。

【0082】

それぞれのガス器具の電源を入れ直した後、ユーザは、通信モジュール１２５を使用して、訓練モジュール１２３によって検出された各ガス事象をラベル付けすることができる。例えば、ユーザが、（１）ガス暖炉をオン・オフにする場合、および、（２）コンロ上の４つのバーナーのそれぞれをオンにしたりオフにしたりする場合、ガス検知デバイス１００によって検出された最初の２つのガス事象は、ガス暖炉をオン・オフにしたとしてラベル付けすることができ、次の８つのガス事象は、ガスコンロ上の４つのバーナーのそれぞれをオンにしたりオフにしたりしたとしてラベル付けすることができる。同様に、ユーザは、住宅または建物内のすべてのガス器具のガスの入・切を繰り返し、同様のラベル付け手順を実行することができる。

【0083】

他の例では、通信モジュール１２５は、特定のガス事象が発生した際にユーザがタイムスタンプでマーク付けできる、携帯用電気デバイス（例えば、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、ＣｕｐｅｒｔｉｎｏのＡｐｐｌｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，Ｉｎｃ．によるｉＰｈｏｎｅ（登録商標）デバイス）上で実行することができる部分を含み得る。これらの例では、ユーザは、通信モジュール１２５の一部を実行している電気デバイスを持ち運ぶ間、住宅または建物内のすべてのガス器具のガスの入・切を繰り返すことができる。ユーザは、通信モジュール１２５を使用して、ガス事象が発生する際にマーク付けすることができる。例えば、訓練モジュール１２３が動作して、ガス事象を記録している間に、ユーザは、ガスプールヒータをオンにして、電気デバイスにガス事象の説明および事象が発生した時間を記録させる、携帯用電気デバイス上のボタンを押すことができる。

【0084】

訓練モジュール１２３は、携帯用電気デバイスによって記録されたデータと音響センサ１３０によって記録された音響信号とを関連付けることができる。いくつかの例では、携帯用電気デバイスは、速やかに（例えば、リアルタイムで）コンピュータユニット１２０にデータを中継することができ、他の例では、訓練プロセスが完了してから（例えば、バッチモードで）コンピュータユニット１２０にデータを伝達することができる。

【0085】

さらなる例では、ユーザは、住宅または建物内のすべてのガス器具のガスの入・切を繰り返すことができ、訓練モジュール１２３は、格納モジュール１２６に格納されたガス器具の音響シグネチャにアクセスし、ガス事象を特定のガス器具の音響シグネチャと自動的に関連付けることができる。さまざまな実施形態では、ユーザは、建物内のガス器具についての情報（例えば、製造業者、モジュール番号および／またはシリアル番号）を入力して、訓練モジュール１２３がガス事象を住宅内の器具の音響シグネチャと関連付ける際に役立てることができる。すなわち、訓練モジュール１２３は、音響センサ１３０によって検出された音響信号を、建物内のガス器具の格納された音響シグネチャと比較して、ガス事象を特定のガス器具と関連付けることができる。いくつかの例では、ガス器具の音響シグネチャは、第三者（例えば、ガス検知デバイス１００の製造業者）が提供することができる。

【0086】

コンピュータユニット１２０は、関連付けまたは較正プロセスの結果を格納モジュール１２６に格納することができる。後にこの情報を使用して、１つまたは複数の音響信号を特定のガス器具によるガス使用状況と関連付けることができる。特定のガス器具と特定のガス使用事象との関連付けを完了すると、図８のアクティビティ７３５が完了する。

【0087】

図７を再度参照すると、方法７００は、少なくとも１つの音響センサを用いて１つまたは複数の第２の音響信号を受信し、１つまたは複数の第２の音響信号を１つまたは複数の第２の電気信号に変換するアクティビティ７４０を引き続き実行する。アクティビティ７４０は、アクティビティ７１５と同様でも同一でもよい。

【0088】

その後、図７の方法７００は、１つまたは複数の第２の電気信号を増幅するアクティビティ７４５を含む。アクティビティ７４５は、アクティビティ７２０と同様でも同一でもよい。

【0089】

次に、図７の方法７００は、１つまたは複数の第２の電気信号を送信するアクティビティ７５０を含む。アクティビティ７５０は、アクティビティ７２５と同様でも同一でもよい。

【0090】

図７の方法７００は、１つまたは複数の第２の電気信号を受信するアクティビティ７５５を引き続き実行する。アクティビティ７５５は、アクティビティ７３０と同様でも同一でもよい。

【0091】

その後、図７の方法７００は、１つまたは複数の第２の音響信号を少なくとも１つの特定の器具によるガスの使用状況に関連付けるアクティビティ７６０を含む。いくつかの例では、アクティビティ７６０は、第２のガス流量を少なくとも１つの特定の器具によるガスの使用状況と関連付けると見なすことができる。

【0092】

ガス使用事象を特定するため、事象検出モジュール１２４（図１）は、スライディングウィンドウステップ検出器を適用することができ、この検出器は、音響センサ１３０（図１）からの音響信号の共鳴周波数強度の大きさの変化を絶え間なく探索する。事象検出モジュール１２４（図１）は、平滑化された共鳴周波数ベクトルを器具識別アルゴリズムへの入力として使用する。事象検出モジュール１２４（図１）は、学習された閾値を超える変化率での信号の単調増加または減少に遭遇する際に、ステップが生じたものとしてトリガする。ステップに対する閾値は、較正プロセス中に（すなわち、図８の手順８１３において）各建造物に対して決定される。例えば、図１０および１１は、ステップとして特定されたいくつかのハイライトされた領域を含む。

【0093】

事象検出モジュール１２４が音響センサ１３０（図１）からの音響信号のステップ変化を位置付けた後、事象検出モジュール１２４は、信号から３つの特徴（１）ステップ変化の相対振幅、（２）流量変化の勾配および（３）未知の事象の立ち上がりまたは立ち下がり時間を抽出することができる。第１の特徴（ステップサイズ）は、器具が消費するガスの量の推定値を提供する。この特徴は、固定流量を有する器具の曖昧さを除く際に有用である（例えば、湯沸かし器は、通常、炉より少ないガスを使用する）。また、ステップサイズは、可変流量を有する器具（例えば、コンロまたは暖炉）の曖昧さを除く際にも有用であるが、その理由は、これらのシステムは、起動中は最大流量でオンにするよう設計され、信頼できるステップ増加を実現するためである。第２および第３の特徴（ステップ勾配および立ち上がり時間）は、手動または人間によって制御される器具と比較すると、電気機械的に切り替えられる器具は急傾斜の動作勾配を有するため、有用である。

【0094】

特徴ベクトルは、それぞれの分割された事象に対して生成し、次いで、ｋ近傍法（ＫＮＮ）モデルの構築に使用することができる。ＫＮＮモデルを使用して、ガス事象の発生源を自動的に特定することができる。事象検出モジュール１２４は、ユークリッド距離メトリックおよび逆重み付けを用いてＫＮＮ（ｋ＝３）を適用することができ、これは、Ｎ次元空間における短い距離は同様の流量および勾配を有するガス事象に対応しているため、この種の特徴ベクトルによく適している。

【0095】

図１４および１５は、一実施形態による、例示的なガス検知デバイスの例示的な配備の間の流量対時間のグラフを示す。例えば、図１４は、例示的なガスコンロの使用中の流量対時間のグラフ１４００を示す。図１５は、例示的な複事象間の流量対時間のグラフ１５００を示す。すなわち、図１５は、ガス暖炉をオンにする際に、ガスコンロをオンにし、ガス炉をオンにし、ガス湯沸かし器をオンにし、次いで、これらの器具のそれぞれを順番にオフにする一例を示す。

【0096】

いくつかの例では、事象検出モジュール１２４は、音響信号の追加の特徴を使用して、例えば、炉および湯沸かし器を特定することができる。炉および湯沸かし器は、バルブが開閉するとそれらの点火モジュールから低周波数信号または「サンプ音」を生成する（図１６を参照）。これらの器具は、ガスの流量を機械的に制御するために２状態ソレノイドバルブを有し得、ソレノイドがバルブをその位置に衝突させると、特有のサンプ音を生成する。このサンプ音は、音響センサ１３０（図１）を使用して容易に検知され、器具間でかなり異なり、これを使用して同様のガス事象を区別する際に役立てることができる。

【0097】

残念ながら、音響センサ１３０は、住宅の外を歩く人々、通行する自動車または周囲環境からの他の発生源からの低周波数雑音もかなり捕える。これにより、これらの周波数レベルでの特徴抽出は潜在的に信頼できないものになる。雑音消去ハードウェアおよび手順は、この問題を軽減する際に役立てることができる。しかし、特徴に対する低周波数を絶え間なく調査する代わりに、事象検出モジュール１２４は、低周波数分析を使用して、流量のみに基づいて確実に区別することができない器具の曖昧さを除くことができる。例えば、低周波数のサンプ音の特徴は、ガス検知デバイス１００のいくつかのテストにおいて時折互いに混同された、ガス暖炉から炉の曖昧さを除く際に役立つであろう。

【0098】

最終的に、図７の方法７００は、ユーザにガス使用状況を表示するアクティビティ７６５を含む。いくつかの例では、通信モジュール１２５は、ユーザにガス使用状況データを表示することができる。データは、さまざまな形式で表示することができる。いくつかの実施形態では、特定の期間における建造物内のそれぞれのガス器具のガス使用状況は、図表またはグラフ形式でユーザに提示することができる。例えば、図１４または１５に類似して示され得るグラフをユーザに提供して、１つまたは複数のガス器具のガス使用状況対時間を示すことができる。いくつかの実施形態では、ガス使用状況は、リアルタイムで表示することができる。

【0099】

ガス検知デバイス１００をテストした結果を本明細書に提示する。ガス検知デバイス１００の精度を評価するため、４９６個のガス事象を有する総データセットが９つの住宅および５つの別々の器具タイプ（炉、湯沸かし器、コンロ、暖炉およびプールヒータ）にわたって収集された。４９６個のガス事象のうち、１７５個の事象は絶縁した状態で記録され、３２１個の事象は複合した状態で記録された。これらのテストの結果は、ガス検知デバイス１００が９５．１％の全体の平均精度で個別の器具を確実に検出して分類することができることを示す。

【0100】

データは、４つの都市に位置するさまざまな規模および建造年の９つの異なる住宅で収集されてラベル付けされた（図１７の表１を参照）。各住宅には、その所在地（高速道路付近、歩道通行など）に応じたさまざまなレベルの背景雑音が含まれていた。各住宅では、炉、湯沸かし器、コンロ、暖炉（手動および電動スタータの両方）およびプールヒータを含む利用可能なすべてのガス器具のテストが行われた。天然ガス器具に焦点が置かれたが、プロパンを使用する一住宅（すなわち、図１７の表１のＨ５）でもガス検知デバイス１００のテストが行われた。各データセットに対し、器具をオン・オフにするタイムスタンプが示された場合には訓練手順が実行された。このデータは、この手法を評価するためのグランドトゥルースラベルとして機能した。

【0101】

すべてのデータが収集され、最初に配備ラップトップからのサウンドカードを使用して処理された。音響信号は、毎秒２２，０５０個のサンプルでサンプリングされ、それにより、音響センサの周波数範囲全体に対する周波数分析が可能になった。未処理のデータは、各サンプルを表すよう、１６ビットの整数を使用して非圧縮ＷＡＶファイルに記録された。

【0102】

事前に定義された実験手順に従って、配備場所にわたるデータの一貫性が確保された。各住宅では、センサは、図３および４に示されるように、ガス調整器上の放散口に取り付けられた。各ガス器具は、個別に最低１５秒間オンにし、次いで、オフにした。このプロセスは、各器具に対して少なくとも３回繰り返された。この手順により、住宅全体において各器具が唯一のガスデバイスとなる雑音のないデータセットの取得が可能になった。

【0103】

多くのガスデバイスは、ガス流量を制御するメカニズムを設けておらず、デバイスは単にオン・オフにできるだけである（炉、湯沸かし器、乾燥機および一部の暖炉）。流量を制御できるすべてのデバイスの場合、デバイスは、各流量レベルを通じて徐々に調整され、可変流量デバイスの効果が捕捉された。例えば、ガスコンロでは、単一のバーナーに最大流量から最小流量まで傾斜を持たせ、そして元に戻した（図１４）。

【0104】

個別に各器具をテストすることに加えて、データは、複数のガス器具を同時に使用しているというより現実的なシナリオを含めて収集された（例えば、炉、湯沸かし器およびコンロを起動した）。これらの複事象は、任意の住宅において恐らくよくあることであり、したがって、特別な注意が必要である。複事象をシミュレートするため、複数のガス器具は、１５秒間隔で一度に最大４つの器具までオンにした。図１５は、複事象テストから収集されたデータを示す。

【0105】

また、自動制御されたガス器具（炉および湯沸かし器）と手動制御されたガス器具（コンロおよび暖炉）の両方に対する流量情報も収集された。グランドトゥルースガス流量の収集に対して２つの方法、すなわち、天然ガスメータおよびガス器具ラベル／マニュアルが使用されたが、残念ながら、そのいずれも、完全に正確なグランドトゥルースを提供することはなかった。天然ガスメータは実際にガス流量の測定値を提供するが、それらは、瞬間流量についての正確なデータを視覚化するよう設計されたものではない。一定量のガスが流れる場合でも、ガスメータダイヤルは、一般に断続的なものであり、後に、一回転した場合とほぼ同程度急増することになる。これらの影響を緩和するため、流量測定データを長時間にわたって収集し（通常４分以上、これは少なくとも２立方フィートのガスに相当する）、結果を平均して流量を得た。この方法は、メータなしのプロパンを使用するＨ５以外のすべての住宅に使用された。

【0106】

ガスメータの代わりに、ガス器具（またはそのマニュアル）上に記載される消費量情報がグランドトゥルースに対して使用された。最も大型の器具には、それらの電力消費量（通常、ＢＴＵ毎時単位）が直接ラベル付けされた。この方法を使用することにより、個別の器具に対するガス消費量の推定値を提供する。しかし、器具に関する文書から得られた電力消費量は単純にガス流量に変換することはできない。その理由は、この変換は温度、圧力および湿度により異なるためである。したがって、この較正方法は、使用状況の概算を提供することのみ可能である。メータのない住宅（例えば、プロパンガスの住宅）の場合、この方法は、流量を推定する唯一の方法であり得る。この分析において、この方法は、メータなしのプロパンを使用する唯一の住居であるＨ５に使用された。

【0107】

事象検出アルゴリズムの精度を評価するため（すなわち、図７のアクティビティ７６０）、データセット（単一事象と複事象の両方を含む）内のそれぞれのガス器具事象が反復された。事象検出アルゴリズムの出力は、各事象に対して人間が作成したラベルと比較された。ガス検知デバイス１００は、かなりの周囲雑音が存在する場合でさえ、すべてのガス事象の９８．２２％（図１８の表２の２列目）を適正に検出することができた。例えば、多くのデータセットにはリーフブロワー、自動車の通行、音声が存在していたが、いかなる障害も引き起こすことはなかった。それどころか、Ｈ５以外のすべての住宅は、１００％の精度を有していた。しかし、Ｈ５は特別な事例であり、公益事業者が供給する天然ガスよりもむしろプロパンを使用する、データセット内の唯一の住宅である。単一の圧力調整器に依存して受入ガスを安定させる天然ガスメータとは異なり、プロパンの住宅は、２つの調整器（安全性および効率性のため）を使用する。これらの２つの調整器は比例的に圧力を調整しないため、たった１つの調整器のモニタリングではガスの流量を正確に判断することはできない。例えば、ガスコンロ事象は、４つの別々のトライアルで完全に擦れ違っていた。

【0108】

一旦ガス事象が検出され、絶縁されると、事象検出モジュール１２４（図１）は事象の発生源を特定する。器具分類アルゴリズムの精度をテストするため、あらゆる住宅に対して検出されたガス事象のそれぞれにわたって１０分割交差検定実験が実行された。図１８の表２の３列目はこの実験の結果を示す。すべての住宅にわたる総精度は９５．１％であり、最も性能の悪い住宅Ｈ５でさえ８５％を上回る精度であった。この場合もやはり、Ｈ５における問題は、２つのプロパンガス調整器の１つのみをモニタする際の音響信号の強度にあった。

【0109】

さらなる解析の際には、湯沸かし器は、７５％の割合で炉として誤って分類されることが観測された。以前に論じられるように、炉と湯沸かし器事象との区別およびこれらの２つの器具の分類の精度の向上に使用できる特有の低周波数信号または「サンプ音」が存在する。

【0110】

データは、器具タイプではなく、個別の器具に応じてラベル付けされたことに留意されたい。これにより、ガス検知デバイス１００が、同じタイプではあるが住宅内の異なる場所に位置する器具を自動的に区別できるかどうかについて調査が可能になった。例えば、Ｈ２データセットは、２つの異なる暖炉を含み、１００％の精度でそのように適正に分類された。

【0111】

１０分割交差検定は、特定のＫＮＮベースの分類器がその使用源の器具に至るガス事象を適正に分類する点において良い性能を示したことを示す。しかし、実際の現実世界の配備シナリオでは、訓練データは恐らくより小さくなるであろう。すなわち、住宅所有者は、恐らく、各器具の使用のほんの一例を提供することは厭わないであろう。この種のシナリオをテストするため、各器具に対し１つまたは２つの個別のガス事象が訓練用に使用され、データセットの残りはテストデータとして使用された。これらの結果を、図１８の表２の右端の列および図１９の表３の最後の２列に提示する。

【0112】

このテストにおけるＨ９の低検知精度は、検知信号の非線形性の導入が原因であり、それは、Ｈ８とＨ９の両方に影響を与えた。データセットの誘起された非線形性により、収集されたすべてのデータを効果的に表す較正サブセットを見出すことが不可能となった。その結果、複事象の間のステップ増加は、訓練されたステップ増加を代表するものではなかった。分析の完了後、これはオペアンプの低ダイナミックレンジに起因することが見出された。

【0113】

また、より多くのガス器具を同時に起動する（すなわち、全体的に高流量）と、雑音もまた増幅されることが分かり、それが複事象（特にわずかな負荷）における一部の誤った分類の原因である。最小限の訓練セットの結果とは異なり、Ｈ９は、公差検定において良い性能を示す。この性能は、はるかに多くの量の訓練データによって説明することができる。公差検定は、全例の９０％を訓練用に無作為に選択し、残りは各分割でのテスト用に選択する。この公差検定は、非線形例からも学習する分類器をもたらし、よりロバストなモデルをもたらす。

【0114】

図２０は、コンピュータユニット１２０（図１）の少なくとも一部の実施形態の実施に適切なコンピュータ２０００を示す。コンピュータ２０００は、１つまたは複数の回路基板（図示せず）を含むシャーシ２００２と、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ２０１２と、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）および／またはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）ドライブ２０１６と、ハードドライブ２０１４とを含む。シャーシ２００２の内部の回路基板に含まれる要素の代表的なブロック図を図２１に示す。図２１の中央演算処理装置（ＣＰＵ）２１１０は、図２１のシステムバス２１１４と結合される。さまざまな実施形態では、ＣＰＵ １７１０のアーキテクチャは、ＡＲＭ（高度なＲＩＳＣ（低減された命令セット）コンピューティングマシン）、ＭＩＰＳ（パイプラインステージがインターロックされないマイクロプロセッサ）、ＲＳ／６０００ファミリ、Ｍｏｔｏｒｏｌａの６８０００ファミリまたはＩｎｔｅｌのｘ８６ファミリを含む、市販用に分配されたさまざまなアーキテクチャファミリのいずれかに対応し得る。

【0115】

また、システムバス２１１４は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）とランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）の両方を含むメモリ２１０８とも結合される。メモリ２１０８またはＲＯＭの不揮発性部分は、システムリセット後にコンピュータ２０００（図２０）を機能状態にまで復元するのに適したブートコードシーケンスで符号化することができる。それに加えて、メモリ２１０８は、基本入出力システム（ＢＩＯＳ）などのマイクロコードを含み得る。いくつかの例では、メモリ２１０８は、格納モジュール１２６（図１）を含み得る。いくつかの例では、格納モジュール１２６（図１）は、メモリ２１０８、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ２０１２、ハードドライブ２０１４、および／または、ＣＤ−ＲＯＭもしくはＤＶＤドライブ２０１６を含み得る。

【0116】

図２１の描写された実施形態では、さまざまなＩ／Ｏデバイス、例えば、ディスクコントローラ２１０４、グラフィックスアダプタ２１２４、ビデオコントローラ２１０２、キーボードアダプタ２１２６、マウスアダプタ２１０６、ネットワークアダプタ２１２０、および、他のＩ／Ｏデバイス２１２２をシステムバス２１１４と結合することができる。キーボードアダプタ２１２６およびマウスアダプタ２１０６はそれぞれ、コンピュータ２０００（図２０）のキーボード２００４（図２０および２１）およびマウス２０１０（図２０および２１）と結合される。図２１では、グラフィックスアダプタ２１２４およびビデオコントローラ２１０２は異なるユニットとして示されているが、他の実施形態では、ビデオコントローラ２１０２はグラフィックスアダプタ２１２４と統合することができ、逆もまた同様である。ビデオコントローラ２１０２は、モニタ２００６（図２０および２１）をリフレッシュして、コンピュータ２０００（図２０）のスクリーン２００８（図２０）上にイメージを表示するのに適している。ディスクコントローラ２１０４は、ハードドライブ２０１４（図２０および２１）、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ２０１２（図２０および２１）およびＣＤ−ＲＯＭもしくはＤＶＤドライブ２０１６（図２０および２１）を制御することができる。他の実施形態では、異なるユニットを使用して、これらのデバイスのそれぞれを別々に制御することができる。

【0117】

コンピュータ２０００（図２０）の他の多くのコンポーネントは示されてはいないが、そのようなコンポーネントおよびそれらの相互接続は当業者に周知である。従って、コンピュータ２０００の構築および構成ならびにシャーシ２００２（図２０）内部の回路基板に関するさらなる詳細については、本明細書で論じる必要はない。

【0118】

図２０のコンピュータ２０００が作動している場合、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ２０１２内のフロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭおよび／もしくはＤＶＤドライブ２０１６内のＣＤ−ＲＯＭもしくはＤＶＤ、ハードドライブ２０１４、または、メモリ２１０８（図２１）に格納されたプログラム命令は、ＣＰＵ２１１０（図２１）によって実行される。これらのデバイスに格納されたプログラム命令の一部は、図１〜５および７〜１８と関連して以前に説明されるように、方法７００（図７）を行うのに適している場合がある。

【0119】

本発明は、特定の実施形態を参照して説明されてきたが、当業者であれば、本発明の精神または範囲から逸脱することなくさまざまな変更を行うことができることが理解されよう。従って、本発明の実施形態の開示は、本発明の範囲を例示することを意図し、限定することを意図しない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲で必要とされる範囲にのみ限定されるものとすることを意図する。例えば、図６のアクティビティ６１０，６１５，６２０，６２５，６３０，６３５，６４０、図７のアクティビティ７１０，７１５，７２０，７２５，７３０，７３５，７４０，７４５，７５０，７５５，７６０，７６５、および、手順８１１〜８１３は、多くの異なるアクティビティ、手順からなり、多くの異なる順序で多くの異なるモジュールによって実行できること、図１のいかなる要素も変更できること、ならびに、これらの実施形態の前述の議論は必ずしもすべての可能な実施形態の完全な説明を表すわけではないことが当業者には容易に明らかであろう。

【0120】

特定の請求項において請求されるすべての要素が、その特定の請求項において請求される実施形態に不可欠なものである。結果的に、１つまたは複数の請求される要素の交換は、修理ではなく、再構築に相当する。それに加えて、利益、他の利点および問題の解決法については、特定の実施形態に対して説明してきた。しかし、利益、利点、問題の解決法、および、任意の利益、利点もしくは解決法を生じさせ得るまたはより顕著なものにし得る１つまたは複数のいかなる要素も、請求項の任意のまたはすべての重要な、必要なまたは必須の特徴または要素として解釈すべきではない。

【0121】

その上、本明細書で開示される実施形態および限定事項は、それらの実施形態および／または限定事項が、（１）請求項内で明示的に請求されていない場合、ならびに、（２）均等論の下で請求項内の明確な要素および／もしくは限定事項と均等であるまたは潜在的に均等である場合、奉仕の原則の下で公に捧げられるものではない。
以下に、本明細書および添付図面から導き出され得る特徴の例を列記する。
１．２つ以上のガス器具のガス使用状況を検出するよう構成された装置において、前記装置は、
コンピュータユニット上で実行するよう構成された処理モジュールと、
ガス調整器と結合するよう構成された検知ユニットであって、
前記ガス調整器によって生成された２つ以上の音響信号を検出し、前記２つ以上の音響信号を１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号に変換するよう構成された少なくとも１つの音響センサ、および、
前記少なくとも１つの音響センサと電気的に結合され、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号を前記コンピュータユニットに送信するよう構成された送信機を備えた検知ユニット、
からなる検知ユニットと、を備え、
前記処理モジュールは、少なくともｋ近傍法のマシン学習モデルを前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号に適用して、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号の共鳴周波数強度の大きさの変化における少なくとも一部に基づき、前記ガス調整器に結合された前記複数のガス器具の各々による個別の前記ガス使用状況を判断する、
ことを特徴とする装置。
２．前記処理モジュールは、前記ガス調整器によって生成された前記２つ以上の音響データ信号を分解することにより、ガスコンロ、湯沸かし器またはガス炉の少なくとも１つによる各々の前記ガス使用状況を判断するよう構成され、
前記２つ以上のガス器具は、前記ガスコンロ、前記湯沸かし器および前記ガス炉を含む、
ことを特徴とする項１記載の装置。
３．前記処理モジュールは、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号からの周囲雑音に起因するデータ信号を除去するようさらに構成されることを特徴とする項１または２記載の装置。
４．前記処理モジュールは、フーリエ変換または帯域通過フィルタの少なくとも１つを前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号に適用するようさらに構成されることを特徴とする項１〜３のいずれか一項記載の装置。
５．前記少なくとも１つの音響センサは、全指向性マイクロホンを含むことを特徴とする項１〜４のいずれか一項記載の装置。
６．前記処理モジュールは、
訓練モジュールと、
事象検出モジュールと
を備え、
前記訓練モジュールは、第１のガス事象を前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号の少なくとも第１のものと関連付け、第２のガス事象を前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号の少なくとも第２のものと関連付けるよう構成され、
前記事象検出モジュールは、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号を使用して、前記ガス使用状況の原因である１つまたは複数の第１のガス器具を特定するよう構成され、
前記２つ以上のガス器具は、前記１つまたは複数の第１のガス器具を含む、
ことを特徴とする項１〜５のいずれか一項記載の装置。
７．前記ガス調整器は、圧力放散口を備え、
前記少なくとも１つの音響センサは、前記ガス調整器の前記圧力放散口の前記２つ以上の音響信号を検出するよう構成され、
前記検知ユニットは、前記ガス調整器の前記圧力放散口と結合する、
ことを特徴とする項１〜６のいずれか一項記載の装置。
８．前記少なくとも１つの音響センサは、前記ガス調整器の筺体と機械的に結合されることを特徴とする項１〜７のいずれか一項記載の装置。
９．前記少なくとも１つの音響センサは、以下、すなわち、電気マイクロホン、圧電センサ、音響電気変換器、微小電気機械センサまたは超音波マイクロホンの少なくとも１つを含むことを特徴とする項１〜８のいずれか一項記載の装置。
１０．建物内のガスの使用状況を検出する方法において、前記建物は、圧力放散口を備えたガス調整器を有し、
少なくとも１つの音響センサを使用して、前記ガス調整器の前記圧力放散口から１つまたは複数の第１の音響信号を受信する工程と、
前記ガス調整器の前記圧力放散口からの前記１つまたは複数の第１の音響信号を１つまたは複数の第１のデジタル音響信号に変換する工程と、
前記ガス調整器に結合された、動作している全てのガス器具によって使用されるガスの総量を前記１つまたは複数の第１のデジタル音響信号に基づいて判断する工程と、
少なくともｋ近傍法のマシン学習モデルを使用して、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号の共鳴周波数強度の大きさの変化における少なくとも一部に基づき、第１のガス器具によって使用されるガスの第１の量を判断する工程と、
を含み、
前記動作しているガス器具は、前記第１のガス器具を含む、
ことを特徴とする方法。
１１．前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号を無線で送信する工程、および
前記動作しているガス器具によって使用されるガスの総量を判断する前に、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号を無線で受信する工程、
をさらに含むことを特徴とする項１０記載の方法。
１２．前記少なくとも１つの音響センサを使用して１つまたは複数の第２の音響信号を受信する工程と、
前記１つまたは複数の第２の音響信号を１つまたは複数の第２の電気信号に変換する工程と、
前記１つまたは複数の第２の電気信号を使用して、前記１つまたは複数の第２の音響信号を前記動作しているガス器具の第２のガス器具による前記ガスの使用状況と関連付ける工程と、
をさらに含むことを特徴とする項１０および１１のいずれか一項記載の方法。
１３．前記少なくとも１つの音響センサを前記ガス調整器の前記圧力放散口と結合する工程をさらに含むことを特徴とする項１０〜１２のいずれか一項記載の方法。
１４．ガス検知デバイスを設ける方法において、
ガス調整器内で生成された２つ以上の音響信号を検出し、前記２つ以上の音響信号を１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号に変換するよう構成された少なくとも１つの音響センサを設ける工程と、
前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号を送信するよう構成された送信機を設ける工程と、
前記送信機を前記少なくとも１つの音響センサと電気的に結合する工程と、
前記ガス調整器と機械的に結合するよう構成されたセンサ装着具を設ける工程と、
前記少なくとも１つの音響センサおよび前記送信機を前記センサ装着具と機械的に結合する工程と、
コンピュータユニット上で実行するよう構成された処理モジュールであって、少なくともｋ近傍法のマシン学習モデルを前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号に適用して、前記ガス調整器に結合された１つまたは複数のガス器具による全てのガス使用状況を判断し、かつ前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号の共鳴周波数強度の大きさの変化における少なくとも一部に基づき、前記１つまたは複数のガス器具の各々による個別のガス使用状況を判断するよう構成された事象検出モジュールを備える、処理モジュールを設ける工程と、
を含むことを特徴とする方法。
１５．ガス注入口、前記ガス調整器中を流れるガスの量を制御するよう構成されたダイヤフラムチャンバ、前記ダイヤフラムチャンバと結合された放散バルブ、および、前記放散バルブと結合された放散口、を備えるガス調整器と、
前記ガス調整器で生成された２つ以上の音響信号を検出し、前記２つ以上の音響信号を１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号に変換するよう構成された少なくとも１つの音響センサであって、前記ガス調整器に位置する、少なくとも１つの音響センサと、
コンピュータユニット上で実行するよう構成された処理モジュールであって、少なくともｋ近傍法のマシン学習モデルを前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号に適用して、前記１つまたは複数の第１のデジタル音響データ信号の共鳴周波数強度の大きさの変化における少なくとも一部に基づき、前記ガス調整器に結合された２つ以上のガス器具の各々による個別のガス使用状況を判断するよう構成された、処理モジュールと、
からなることを特徴とするガス調整器ユニット。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】