Statistični podatki so zaskrbljujoči: samo v Združenih državah Amerike vsako leto odteče približno 900 milijard litrov vode. Da bi to številko postavili v perspektivo, je to dovolj vode za oskrbo približno 11 milijonov domov letno. Tudi druge države - od Evrope do Azije - se soočajo s podobnimi izzivi. To težavo sestavljajo pričakovano pomanjkanje vode.
Toda pomoč je tu. Ultrazvočna tehnologija daje vodomerjem, nameščenim v pametnih zgradbah in pametnih mestih, možnost zaznavanja in lokalizacije puščanja, ki je majhno kot ena kapljica vsakih nekaj sekund. Mesta od Austina do Antwerpna namestijo visokotehnološke pametne vodomere, ki strankam dajejo informacije, ki jih potrebujejo za iskanje puščanja in varčevanje z vodo, hkrati pa pomagajo komunalnim službam pri prepoznavanju puščanja infrastrukture v starajočih se ceveh in pokvarenem vodovodu.
"Voda, ki jo imamo danes, je edina, ki jo bomo kdaj imeli," pravi Holly Holt-Torres, vodja varstva voda v vodovodnih službah mesta Dallas. »To moramo ohraniti. Tehnologija nam bo to omogočala na vedno višji ravni. «
Toda ta ultrazvočna tehnologija ima aplikacije, ki presegajo merilnike vode. Isto tehnologijo lahko uporabimo v števcih, ki merijo pretok zemeljskega plina in celo zaznajo mešanico plina, ki teče skozi cevi. Zdravnikom lahko pomaga celo pri uravnavanju dovajanja kisika v kirurški opremi.
Gremo s tokom
Ultrazvočni valovi seveda niso novost. Netopirji na primer uporabljajo ultrazvočno merjenje, da se izognejo oviram in ponoči lovijo žuželke. In v bolj visokotehnoloških aplikacijah se uporablja pri prepoznavanju materialov, preprečevanju trkov v avtomobilih ter pri slikanju v industriji in medicini.
Zdaj se uporablja v vodomerih in drugih merilnikih pretoka. Merilniki se tradicionalno zanašajo na elektromehanski sistem z vrtljivim vretenom ali zobnikom, ki uporablja magnetni element za ustvarjanje impulzov. Toda - tako kot pri termostatih, motorjih in številnih drugih vsakdanjih napravah - tudi elektromehanski sistemi v merilnikih pretoka hitro prehajajo v elektronske sisteme.
V teh sistemih par potopnih ultrazvočnih pretvornikov meri hitrost zvočnih valov v tekočini. Hitrost širjenja zvočnega vala je odvisna od viskoznosti, hitrosti pretoka in smeri tekočine, ki teče skozi cev. Ultrazvočni valovi potujejo z različno hitrostjo, odvisno od togosti medijev, skozi katere potujejo.
Natančnost merjenja je odvisna od kakovosti pretvornika, natančnih analognih vezij in algoritmov za obdelavo signalov. Akustični ali ultrazvočni pretvorniki so piezo materiali, ki pretvarjajo električne signale v mehanske vibracije pri sorazmerno visoki frekvenci na stotine kilohercev. Običajno morata biti ultrazvočna pretvornika v območju 1-2 MHz dobro usklajena in umerjena za natančno merjenje pretoka. Predstavljajo pomemben del stroškov merilnika pretoka. Sistem senzorjev mora delovati z zelo nizko močjo, da se zagotovi 15-20 letna življenjska doba baterije.
Napredni čip za merjenje pretoka našega podjetja, MSP430FR6043, vključuje edinstven analogni prednji del in algoritem, ki bistveno izboljša natančnost, hkrati pa zmanjša skupne stroške in porabo energije. Naša arhitektura merjenja pretoka uporablja visoko zmogljivo analogno zasnovo, napredne algoritme in vgrajeno obdelavo, da ublaži potrebo po dragem paru ultrazvočnih pretvornikov. Analogni algoritmi za obdelavo prednjega dela in signala kompenzirajo neusklajenost pretvornika.
Vsaka kapljica šteje
Tipični ultrazvočni merilnik pretoka oddaja ultrazvočni val in meri diferenčno zakasnitev na sprejemniku, da oceni hitrost pretoka. Meritve zamude običajno izvaja vezje časovno-digitalnega pretvornika, ki nadzira prehod ničle prejete valovne oblike. Izziv tipičnega pristopa je, da ni dovolj občutljiv za zaznavanje nivojev pretoka z visoko natančnostjo.
Naša arhitektura uporablja pametni analogni prednji del z visoko zmogljivim analogno-digitalnim pretvornikom za izboljšanje kakovosti signal-šum in premagovanje netočnosti pri umerjanju. Ta pristop ima več prednosti:
- Večjo natančnost lahko doseže z zmanjšanjem motenj in izboljšanjem razmerja signal / šum.
- Arhitektura lahko meri širok dinamični razpon pretoka, od požarne cevi do majhnega puščanja.
- Z uporabo nižje napetostnega gonilnika znatno prihranite pri moči in stroških. Povprečni tok pri eni meritvi na sekundo je manjši od 3 mikroamperov. To pomeni, da je življenjska doba baterije daljša od 15 let.
- Lahko zazna turbulenco, mehurčke in druge anomalije pretoka, kar je pomembno za analizo pretoka in servisiranje cevovodov.
- Tehnologija je odporna na amplitudne razlike v obeh smereh toka, ki se lahko pojavijo v vodi in plinu pri višjih pretokih.
Številne druge tehnologije TI so kritične za visokozmogljiv merilnik pretoka. Mikrokrmilnik z majhno močjo z vgrajenim ultrazvočnim analognim sprednjim koncem, visokozmogljiva referenca ure, nizko mirovanje trenutnega upravljanja moči in ultra natančno ujemanje impedance oddajnih in sprejemnih poti ojačevalnika so primeri dodatnih tehnologij za razlikovanje v teh merilcih pretoka.
Skupaj lahko te tehnologije pomagajo ohranjati enega naših najdragocenejših virov.