Статистички подаци су алармантни: само у Сједињеним Државама цурење домаћинстава годишње троши око 900 милијарди галона воде. Да бисмо тај број ставили у перспективу, то је довољно воде за снабдевање око 11 милиона домова годишње. И друге земље - од Европе до Азије - суочавају се са сличним изазовима. Овај проблем чине и очекивани недостаци воде.
Али помоћ је ту. Ултразвучна технологија даје водомерима инсталираним у паметним зградама и паметним градовима могућност да открију и локализују цурења од само једне капи сваких неколико секунди. Градови од Аустина до Антверпена инсталирају високотехнолошке паметне водомјере који купцима дају информације потребне за проналажење цурења и очување воде, док помажу комуналним службама да идентификују цурење инфраструктуре у дотрајалим цевима и поквареним водоводима.
„Вода коју имамо данас је једина коју ћемо икад имати“, каже Холли Холт-Торрес, менаџер за заштиту вода у Градском водоводном предузећу Цити Даллас. „Морамо то сачувати. Технологија ће нам омогућити да то радимо на све вишем нивоу “.
Али ова ултразвучна технологија има примену која се протеже и даље од мерача воде. Иста технологија се може користити у бројилима која мере проток природног гаса и чак детектују смешу гаса која протиче кроз цеви. Може чак помоћи медицинским радницима да регулишу испоруку кисеоника у хируршкој опреми.
Идући током
Ултразвучни таласи, наравно, нису новост. На пример, слепи мишеви користе ултразвучни домет како би избегли препреке и ухватили инсекте ноћу. И у више високотехнолошких примена, користи се за препознавање материјала, избегавање судара у аутомобилима и индустријска и медицинска снимања.
Сада се користи у водомерима и осталим мерачима протока. Бројила су се традиционално ослањала на електромеханички систем са окретним вретеном или зупчаником који користи магнетни елемент за генерисање импулса. Али - као што је случај са термостатима, моторима и многим другим свакодневним уређајима - електромеханички системи у мерачима протока брзо прелазе у електронске системе.
У овим системима, пар уроњених ултразвучних претварача мери брзину акустичних таласа у течности. Брзина ширења акустичног таласа је функција вискозности, брзине протока и смера течности која протиче кроз цев. Ултразвучни таласи путују различитим брзинама, у зависности од крутости медија кроз који путују.
Тачност мерења зависи од квалитета претварача, прецизних аналогних кола и алгоритама за обраду сигнала. Акустични или ултразвучни претварачи су пиезо материјали који претварају електричне сигнале у механичке вибрације на релативно високој фреквенцији од стотина килохерца. Типично, пар ултразвучних претварача у опсегу од 1-2 МХз мора бити добро усклађен и калибрисан како би се тачно мерио проток. Они чине значајан део трошкова мерача протока. Сензорски систем мора радити са врло малом снагом како би се осигурало 15-20 година трајања батерије.
Напредни чип за мерење протока наше компаније, МСП430ФР6043, укључује јединствени аналогни предњи крај и алгоритам, који значајно побољшава тачност, истовремено смањујући укупне трошкове и потрошњу енергије. Наша архитектура мерења протока користи аналогни дизајн високих перформанси, напредне алгоритме и уграђену обраду како би ублажила потребу за скупим паром ултразвучних претварача. Аналогни алгоритми за обраду предњег краја и обраду сигнала надокнађују неслагање сонде.
Израчунавање сваке капи
Типични ултразвучни мерач протока емитује ултразвучни талас и мери диференцијално кашњење на пријемнику за процену брзине протока. Мерењима кашњења обично се управља помоћу склопа времена до дигиталног претварача који надгледа прелазак нуле примљеног таласног облика. Изазов са типичним приступом је тај што није довољно осетљив за откривање нивоа протока са великом тачношћу.
Наша архитектура користи паметни аналогни предњи крај који садржи аналогно-дигитални претварач високих перформанси за побољшање квалитета сигнала у шум и превазилажење нетачности у калибрацији. Овај приступ има неколико предности:
- Може постићи већу тачност смањењем сметњи и побољшањем односа сигнал-шум.
- Архитектура може мерити широк динамички опсег протока, од ватрогасне цеви до малог цурења.
- Коришћењем драјвера нижег напона значајно штеди на снази и трошковима. Просечна струја за једно мерење у секунди је мања од 3 микроампера. То значи да батерија траје дуже од 15 година.
- Може да открије турбуленцију, мехуриће и друге аномалије протока, што је важно за анализу протока и сервисирање цевовода.
- Технологија је робусна за варијације амплитуде у два смера протока, које се могу појавити у води и гасу при већим брзинама протока.
Многе друге ТИ технологије су кључне за мерач протока високих перформанси. Микроконтролер мале снаге са интегрисаним ултразвучним аналогним предњим крајем, референтни такт високих перформанси, ниско мировање управљања струјом и ултра тачно подударање импедансе стаза драјвера и пријемника појачала су примери додатних технологија диференцијације у овим мерачима протока.
Заједно, ове технологије могу помоћи у очувању једног од наших најдрагоценијих ресурса.