Statistika ir satraucoša: tikai Amerikas Savienotajās Valstīs mājsaimniecības katru gadu iztukšo aptuveni 900 miljardus galonu ūdens. Lai šo skaitli aplūkotu perspektīvā, ar to pietiek, lai apgādātu aptuveni 11 miljonus māju gadā. Un citas valstis - no Eiropas līdz Āzijai - saskaras ar līdzīgiem izaicinājumiem. Šīs problēmas papildināšanai ir paredzamais ūdens trūkums.
Bet palīdzība ir klāt. Ultraskaņas tehnoloģija nodrošina viedās ēkās un gudrās pilsētās uzstādītiem ūdens skaitītājiem iespēju atklāt un lokalizēt tik mazas noplūdes kā vienu pilienu ik pēc pāris sekundēm. Pilsētas no Ostinas līdz Antverpenei uzstāda augsto tehnoloģiju viedos ūdens skaitītājus, kas klientiem sniedz nepieciešamo informāciju, lai atrastu noplūdes un saglabātu ūdeni, vienlaikus palīdzot inženierkomunikācijām noteikt infrastruktūras noplūdes novecojušās caurulēs un saplīsušos ūdensvados.
"Ūdens, kas mums ir šodien, ir vienīgais ūdens, kāds mums jebkad būs," saka Holija Holta-Toresa, Dalasas pilsētas ūdenssaimniecības uzņēmumu ūdens saglabāšanas vadītāja. “Mums tas ir jāsaglabā. Tehnoloģijas ļaus mums to darīt arvien augstākā līmenī. ”
Bet šai ultraskaņas tehnoloģijai ir pielietojumi, kas pārsniedz ūdens skaitītājus. To pašu tehnoloģiju var izmantot skaitītājos, kas mēra dabasgāzes plūsmu un pat nosaka gāzes maisījumu, kas plūst caur caurulēm. Tas pat var palīdzēt medicīnas darbiniekiem regulēt skābekļa piegādi ķirurģiskajā aprīkojumā.
Iet ar plūsmu
Ultraskaņas viļņi, protams, nav jaunums. Piemēram, sikspārņi izmanto ultraskaņas diapazonu, lai izvairītos no šķēršļiem un naktī noķertu kukaiņus. Un vairāk augsto tehnoloģiju lietojumos to izmanto materiālu izpratnē, automašīnu sadursmju novēršanā, rūpnieciskajā un medicīniskajā attēlveidošanā.
Tagad to izmanto ūdens skaitītājos un citos plūsmas mērītājos. Skaitītāji tradicionāli paļaujas uz elektromehānisko sistēmu ar pagrieziena vārpstu vai zobratu, kas impulsu ģenerēšanai izmanto magnētisko elementu. Bet - kā tas ir termostatu, motoru un daudzu citu ikdienas ierīču gadījumā - plūsmas mērītāju elektromehāniskās sistēmas ātri pāriet uz elektroniskām sistēmām.
Šajās sistēmās iegremdējošu ultraskaņas devēju pāris mēra akustisko viļņu ātrumu šķidrumā. Akustisko viļņu izplatīšanās ātrums ir caur cauruli plūstošā šķidruma viskozitātes, plūsmas ātruma un virziena funkcija. Ultraskaņas viļņi pārvietojas ar dažādu ātrumu, atkarībā no tā, cik stingri ir tie multivides materiāli, kuriem tie pārvietojas.
Mērījuma precizitāte ir atkarīga no devēja kvalitātes, precīzas analogās shēmas un signālu apstrādes algoritmiem. Akustiskie vai ultraskaņas pārveidotāji ir pjezo materiāli, kas salīdzinoši augstā simtu kilohercu frekvencē pārveido elektriskos signālus par mehāniskām vibrācijām. Parasti ultraskaņas devēju pārim diapazonā 1-2 MHz jābūt labi saskaņotiem un kalibrētiem, lai precīzi izmērītu plūsmu. Tie veido ievērojamu daļu no plūsmas mērītāja izmaksām. Sensora sistēmai jādarbojas ar ļoti mazu jaudu, lai nodrošinātu akumulatora darbības laiku 15-20 gadus.
Mūsu uzņēmuma uzlabotā plūsmas mērīšanas mikroshēma MSP430FR6043 ietver unikālu analogo priekšējo daļu un algoritmu, kas ievērojami uzlabo precizitāti, vienlaikus samazinot kopējās izmaksas un enerģijas patēriņu. Mūsu plūsmas mērīšanas arhitektūra izmanto augstas veiktspējas analogo dizainu, uzlabotus algoritmus un iegulto apstrādi, lai mazinātu vajadzību pēc dārga ultraskaņas pārveidotāju pāra. Analogie priekšējās daļas un signālu apstrādes algoritmi kompensē pārveidotāju neatbilstību.
Katra piliena skaitīšana
Tipisks ultraskaņas plūsmas mērītājs pārraida ultraskaņas viļņu un mēra diferenciālo kavēšanos uztvērējā, lai novērtētu plūsmas ātrumu. Kavēšanās mērījumus parasti veic laika pārveidotājs-pārveidotājs ķēde, kas uzrauga saņemtā viļņa nulles šķērsošanu. Tipiskās pieejas izaicinājums ir tāds, ka tā nav pietiekami jutīga, lai ar augstu precizitāti noteiktu plūsmas līmeņus.
Lai uzlabotu signāla-trokšņa kvalitāti un novērstu kalibrēšanas neprecizitātes, mūsu arhitektūrā tiek izmantots vieds analogais priekšējais gals ar augstas veiktspējas analogo-ciparu pārveidotāju. Šai pieejai ir vairākas priekšrocības:
- Tas var sasniegt lielāku precizitāti, samazinot traucējumus un uzlabojot signāla un trokšņa attiecību.
- Arhitektūra var izmērīt plašu dinamisko plūsmas diapazonu, sākot no ugunsdzēsības šļūtenes līdz nelielai noplūdei.
- Izmantojot zemāka sprieguma draiveri, tas ievērojami ietaupa enerģiju un izmaksas. Vidējā strāva vienam mērījumam sekundē ir mazāka par 3 mikroampus. Tas nozīmē, ka akumulatora darbības laiks pārsniedz 15 gadus.
- Tas var atklāt turbulenci, burbuļus un citas plūsmas anomālijas, kas ir svarīgi plūsmas analīzei un cauruļvadu apkalpošanai.
- Tehnoloģija ir izturīga pret amplitūdas izmaiņām abos plūsmas virzienos, kas var notikt ūdenī un gāzē ar lielāku plūsmas ātrumu.
Daudzām citām TI tehnoloģijām ir izšķiroša nozīme augstas veiktspējas plūsmas mērītājā. Mazjaudas mikrokontrolleris ar integrētu ultraskaņas analogo priekšpusi, augstas veiktspējas pulksteņa atsauce, zemas klusuma strāvas jaudas pārvaldība un īpaši precīza pārraides draivera un saņemšanas pastiprinātāja ceļu pretestības pielāgošana ir piemēri papildu diferencēšanas tehnoloģijām šajos plūsmas mērītājos.
Šīs tehnoloģijas kopā var palīdzēt saglabāt vienu no mūsu visdārgākajiem resursiem.