Štatistiky sú alarmujúce: Len v Spojených štátoch unikajú z domácností každoročne asi 900 miliárd galónov vody. Ak chcete uviesť toto číslo na pravú mieru, je to dostatok vody na zásobovanie asi 11 miliónov domov ročne. A ďalšie krajiny - od Európy po Áziu - čelia podobným výzvam. Tento problém znásobuje aj očakávaný nedostatok vody.
Ale pomoc je tu. Ultrazvuková technológia dáva vodomerom inštalovaným v inteligentných budovách a inteligentných mestách schopnosť detekovať a lokalizovať netesnosti už od jednej kvapky každých pár sekúnd. Mestá z Austinu do Antverp inštalujú špičkové inteligentné vodomery, ktoré zákazníkom poskytujú informácie potrebné na zistenie úniku a šetrenie vody, a zároveň pomáhajú spoločnostiam identifikovať úniky infraštruktúry v starnúcich potrubiach a rozbitých vodovodoch.
„Voda, ktorú dnes máme, je jediná voda, ktorú kedy budeme mať,“ hovorí Holly Holt-Torres, manažérka ochrany vodného hospodárstva mesta Dallas Water Utilities. "Musíme to konzervovať." Technológia nám to umožní na čoraz vyššej úrovni. “
Ale táto ultrazvuková technológia má aplikácie, ktoré presahujú vodomery. Rovnakú technológiu je možné použiť aj v meračoch, ktoré merajú prietok zemného plynu a dokonca detekujú zmes plynu prúdiaceho potrubím. Môže dokonca pomôcť zdravotníckym pracovníkom regulovať dodávku kyslíka v chirurgických prístrojoch.
Ísť s prúdom
Ultrazvukové vlny samozrejme nie sú nové. Napríklad netopiere používajú ultrazvukové zameriavanie, aby sa vyhli prekážkam a v noci chytili hmyz. A vo viac vyspelých aplikáciách sa používa pri rozlišovaní materiálov, predchádzaní kolíziám v automobiloch a pri priemyselnom a lekárskom zobrazovaní.
Teraz sa používa vo vodomeroch a iných prietokomeroch. Merače sa tradične spoliehali na elektromechanický systém s otočným vretenom alebo prevodom, ktorý na generovanie impulzov využíva magnetický prvok. Ale - ako je to v prípade termostatov, motorov a mnohých ďalších každodenných zariadení - elektromechanické systémy v prietokomeroch rýchlo prechádzajú na elektronické systémy.
V týchto systémoch dvojica ponorných ultrazvukových prevodníkov meria rýchlosť akustických vĺn v tekutine. Rýchlosť šírenia akustických vĺn je funkciou viskozity, prietoku a smeru tekutiny pretekajúcej potrubím. Ultrazvukové vlny sa pohybujú rôznymi rýchlosťami v závislosti od tuhosti média, ktorým prechádzajú.
Presnosť merania závisí od kvality prevodníka, presných analógových obvodov a algoritmov spracovania signálu. Akustické alebo ultrazvukové meniče sú piezo materiály, ktoré prevádzajú elektrické signály na mechanické vibrácie pri relatívne vysokej frekvencii stoviek kilohertzov. Typicky musí byť dvojica ultrazvukových prevodníkov v rozmedzí 1 - 2 MHz dobre zosúladená a kalibrovaná, aby bolo možné presne merať prietok. Tvoria významnú časť nákladov prietokomeru. Systém snímačov musí pracovať pri veľmi malom výkone, aby sa zabezpečila výdrž batérie 15 - 20 rokov.
Pokročilý čip na meranie prietoku našej spoločnosti, MSP430FR6043, obsahuje jedinečné analógové rozhranie a algoritmus, ktorý významne zvyšuje presnosť pri súčasnom znižovaní celkových nákladov a spotreby energie. Naša architektúra merania prietoku využíva vysokovýkonný analógový dizajn, pokročilé algoritmy a zabudované spracovanie na zníženie potreby nákladného páru ultrazvukových prevodníkov. Analógové rozhranie a algoritmy spracovania signálu kompenzujú nesúlad snímača.
Každá kvapka sa počíta
Typický ultrazvukový prietokomer vysiela ultrazvukovú vlnu a meria diferenčné oneskorenie prijímača na odhad rýchlosti prietoku. Merania oneskorenia sa zvyčajne vykonávajú obvodom časovo-digitálneho prevodníka, ktorý monitoruje prechod nuly prijatého tvaru vlny. Výzvou typického prístupu je, že nie je dostatočne citlivý na detekciu hladín prietoku s vysokou presnosťou.
Naša architektúra nasadzuje inteligentné analógové rozhranie, ktoré obsahuje vysoko výkonný analógovo-digitálny prevodník na zlepšenie kvality signálu od šumu a prekonanie nepresností kalibrácie. Tento prístup má niekoľko výhod:
- Môže dosiahnuť vyššiu presnosť znížením rušenia a zlepšením pomeru signálu k šumu.
- Architektúra dokáže merať široký dynamický rozsah prietoku, od požiarnej hadice po malý únik.
- Použitím meniča nízkeho napätia výrazne šetrí energiu a náklady. Priemerný prúd pre jedno meranie za sekundu je menej ako 3 mikroampéry. To znamená životnosť batérie viac ako 15 rokov.
- Môže detekovať turbulencie, bubliny a iné anomálie prietoku, čo je dôležité pre analýzu prietoku a údržbu potrubí.
- Táto technológia je odolná voči zmenám amplitúdy v dvoch smeroch prúdenia, ktoré sa môžu vyskytovať vo vode a plyne pri vyšších prietokoch.
Pre vysoko výkonný prietokomer je rozhodujúcich mnoho ďalších technológií TI. Nízkoenergetický mikrokontrolér s integrovaným ultrazvukovým analógovým predným koncom, vysoko výkonnou referenciou hodín, nízko-kľudovým prúdovým riadením a ultrapresným prispôsobením impedancie vysielacích vodičov a prijímacích ciest zosilňovača sú príkladmi ďalších rozlišovacích technológií v týchto prietokomeroch.
Tieto technológie môžu spoločne pomôcť zachovať jeden z našich najcennejších zdrojov.