Статистиката е тревожна: само в САЩ течовете от домакинствата губят около 900 милиарда галона вода всяка година. За да се представи този брой в перспектива, това е достатъчно вода, за да се доставят около 11 милиона домове годишно. И други страни - от Европа до Азия - са изправени пред подобни предизвикателства. Този проблем се усложнява от очаквания недостиг на вода.
Но помощта е тук. Ултразвуковата технология дава възможност на водомерите, инсталирани в интелигентни сгради и интелигентни градове, да откриват и локализират течове, малки само една капка на всеки няколко секунди. Градовете от Остин до Антверпен инсталират високотехнологични интелигентни водомери, които дават на клиентите информацията, от която се нуждаят, за да открият течове и да запазят водата, като същевременно помагат на комуналните услуги да идентифицират течове от инфраструктурата в остарели тръби и счупени водопроводи.
„Водата, която имаме днес, е единствената вода, която някога ще имаме“, казва Холи Холт-Торес, мениджър за опазване на водата в град Далас. „Трябва да го съхраним. Технологиите ще ни позволят да правим това на все по-високо ниво. "
Но тази ултразвукова технология има приложения, които се простират отвъд водомерите. Същата технология може да се използва в измервателни уреди, които измерват потока на природен газ и дори откриват сместа от газ, протичаща през тръби. Той дори може да помогне на медицинските специалисти да регулират доставката на кислород в хирургичното оборудване.
Продължавайки с потока
Ултразвуковите вълни, разбира се, не са нови. Прилепите, например, използват ултразвуков диапазон за избягване на препятствия и улавяне на насекоми през нощта. И в по-високотехнологични приложения, той се използва за разпознаване на материали, избягване на сблъсъци в автомобилите и за индустриални и медицински изображения.
Сега се използва във водомери и други разходомери. Измервателните уреди традиционно разчитат на електромеханична система с въртящ се шпиндел или предавка, която използва магнитен елемент за генериране на импулси. Но - както е при термостатите, двигателите и много други ежедневни устройства - електромеханичните системи в разходомерите бързо преминават към електронни системи.
В тези системи двойка потапящи се ултразвукови преобразуватели измерват скоростта на акустичните вълни в течността. Скоростта на разпространение на акустичната вълна е функция от вискозитета, скоростта на потока и посоката на течността, протичаща през тръбата. Ултразвуковите вълни се движат с различна скорост в зависимост от твърдостта на носителя, през който пътуват.
Точността на измерването зависи от качеството на преобразувателя, прецизни аналогови схеми и алгоритми за обработка на сигнала. Акустичните или ултразвукови преобразуватели са пиезо материали, които преобразуват електрическите сигнали в механични вибрации при относително висока честота от стотици килогерца. Обикновено двойка ултразвукови преобразуватели в диапазона 1-2 MHz трябва да бъдат добре съчетани и калибрирани, за да се измери точно потока. Те съставляват значителна част от разходите на разходомера. Сензорната система трябва да работи с много ниска мощност, за да осигури 15-20 години живот на батерията.
Усъвършенстваният чип за измерване на потока на нашата компания, MSP430FR6043, включва уникален аналогов преден край и алгоритъм, който значително подобрява точността, като същевременно намалява общите разходи и консумацията на енергия. Нашата архитектура за измерване на потока използва високоефективен аналогов дизайн, усъвършенствани алгоритми и вградена обработка, за да смекчи нуждата от скъпа двойка ултразвукови преобразуватели. Аналоговите алгоритми за обработка на предния край и сигнала компенсират несъответствието на датчика.
Правенето на всяка капка се брои
Типичен ултразвуков разходомер предава ултразвукова вълна и измерва диференциалното забавяне в приемника, за да оцени скоростта на потока. Измерванията на закъснението обикновено се обработват от схема за преобразуване на време към цифров преобразувател, която следи пресичането на нулата на получената форма на вълната. Предизвикателството при типичния подход е, че той не е достатъчно чувствителен, за да открива нива на потока с висока точност.
Нашата архитектура използва интелигентен аналогов преден край с високоефективен аналогово-цифров преобразувател, за да подобри качеството сигнал / шум и да преодолее неточностите при калибриране. Този подход има няколко предимства:
- Той може да постигне по-висока точност чрез намаляване на смущенията и подобряване на съотношението сигнал / шум.
- Архитектурата може да измерва широк динамичен диапазон на потока, от пожарен маркуч до малък теч.
- Използвайки драйвер с по-ниско напрежение, той значително спестява енергия и разходи. Средният ток за едно измерване в секунда е по-малък от 3 микроампера. Това означава, че животът на батерията е повече от 15 години.
- Той може да открива турбулентност, мехурчета и други аномалии на потока, което е важно за анализ на потока и обслужване на тръбопроводите.
- Технологията е устойчива на амплитудни вариации в двете посоки на потока, които могат да възникнат във вода и газ при по-високи дебити.
Много други TI технологии са критични за високопроизводителния разходомер. Микроконтролер с ниска мощност с интегриран ултразвуков аналогов преден край, справка за часовник с висока производителност, управление на мощността с нисък поток на тока и ултра точно съвпадение на импеданса на трасето на предавателния и приемния усилвател са примери за допълнителни диференциращи технологии в тези разходомери.
Заедно тези технологии могат да помогнат за запазването на един от най-ценните ни ресурси.