Statistika kelia nerimą: vien Jungtinėse Valstijose dėl namų ūkio nutekėjimo kasmet eikvojama apie 900 milijardų litrų vandens. Kad šis skaičius būtų perspektyvus, tiek vandens pakanka, kad kasmet aprūpintų maždaug 11 milijonų namų. Ir kitos šalys - nuo Europos iki Azijos - susiduria su panašiais iššūkiais. Sprendžiant šią problemą, numatomas vandens trūkumas.
Bet pagalba yra čia. Ultragarso technologija suteikia galimybę vandens skaitikliams, sumontuotiems išmaniuosiuose pastatuose ir išmaniuosiuose miestuose, galimybę aptikti ir lokalizuoti net vieną lašą kas keletą sekundžių. Miestai nuo Ostino iki Antverpeno diegia pažangių technologijų išmaniuosius vandens skaitiklius, kurie suteikia klientams reikiamą informaciją, kad surastų nuotėkius ir tausotų vandenį, tuo pačiu padėdami komunalinėms įmonėms nustatyti senstančiuose vamzdžiuose ir sugedusiuose vandentiekio vamzdynuose esančius infrastruktūros nuotėkius.
„Vanduo, kurį šiandien turime, yra vienintelis vanduo, kurį kada nors turėsime“, - sako Holly Holt-Torres, Dalaso miesto vandens komunalinių paslaugų vadovė. „Turime tai išsaugoti. Technologijos leis mums tai padaryti vis aukštesniame lygyje “.
Tačiau ši ultragarso technologija turi programas, kurios viršija vandens skaitiklius. Ta pati technologija gali būti naudojama skaitikliais, kurie matuoja gamtinių dujų srautą ir net nustato vamzdžiais tekančių dujų mišinį. Tai netgi gali padėti medicinos specialistams reguliuoti deguonies tiekimą chirurginėje įrangoje.
Eina su srautu
Ultragarsinės bangos, žinoma, nėra naujiena. Pavyzdžiui, šikšnosparniai naudoja ultragarsinį diapazoną, kad išvengtų kliūčių ir naktį gaudytų vabzdžius. Aukštesnėse technologijose jis naudojamas medžiagų atpažinimo reikmėms, susidūrimų vengimui automobiliuose, pramoniniam ir medicininiam vaizdavimui.
Dabar jis naudojamas vandens skaitikliams ir kitiems srauto matuokliams. Skaitikliai tradiciškai remiasi elektromechanine sistema su sukamuoju velenu ar pavara, kuri impulsams generuoti naudoja magnetinį elementą. Tačiau kaip ir termostatų, variklių ir daugybės kitų kasdienių prietaisų atveju, srauto matuoklių elektromechaninės sistemos greitai pereina prie elektroninių sistemų.
Šiose sistemose panardinamieji ultragarso keitikliai matuoja akustinių bangų greitį skystyje. Akustinių bangų sklidimo greitis priklauso nuo vamzdžiu tekančio skysčio klampos, srauto greičio ir krypties. Ultragarso bangos sklinda skirtingu greičiu, priklausomai nuo jų keliamos terpės standumo.
Matavimo tikslumas priklauso nuo daviklio kokybės, tikslios analoginės schemos ir signalo apdorojimo algoritmų. Akustiniai arba ultragarsiniai keitikliai yra pjezo medžiagos, paverčiančios elektrinius signalus į mechaninius virpesius santykinai dideliu šimtų kilohercų dažniu. Paprastai, norint tiksliai išmatuoti srautą, 1-2 MHz diapazono ultragarso keitiklių pora turi būti gerai suderinta ir sukalibruota. Jie sudaro didelę srauto matuoklio išlaidų dalį. Jutiklių sistema turi veikti labai mažai energijos, kad būtų užtikrinta 15–20 metų baterija.
Mūsų kompanijos pažangi srauto matavimo mikroschema MSP430FR6043 apima unikalų analoginį priekinį galą ir algoritmą, kuris žymiai pagerina tikslumą, tuo pačiu sumažinant bendras išlaidas ir energijos suvartojimą. Mūsų srauto matavimo architektūra naudoja didelio našumo analoginį dizainą, pažangius algoritmus ir įterptąjį apdorojimą, kad sumažintų brangios ultragarso keitiklių poros poreikį. Analoginiai priekinės ir signalo apdorojimo algoritmai kompensuoja keitiklių neatitikimą.
Skaičiuojant kiekvieną lašą
Tipiškas ultragarso srauto matuoklis perduoda ultragarso bangą ir išmatuoja diferencinį vėlavimą imtuve, kad būtų galima įvertinti srauto greitį. Vėlavimo matavimus paprastai vykdo „time-to-digital-converter“ grandinė, kuri stebi gautos bangos formos nulinį kirtimą. Tipiško požiūrio iššūkis yra tas, kad jis nėra pakankamai jautrus, kad būtų galima tiksliai nustatyti srauto lygį.
Mūsų architektūroje įdiegta išmanioji analoginė sąsaja su didelio našumo analoginiu-skaitmeniniu keitikliu, siekiant pagerinti signalo-triukšmo kokybę ir įveikti kalibravimo netikslumus. Šis požiūris turi keletą privalumų:
- Tai gali pasiekti didesnį tikslumą, sumažinant trukdžius ir pagerinant signalo ir triukšmo santykį.
- Architektūra gali išmatuoti platų srauto dinaminį diapazoną, pradedant nuo gaisro žarnos ir baigiant nedideliu nuotėkiu.
- Naudojant žemesnės įtampos tvarkyklę, tai žymiai taupo energiją ir išlaidas. Vidutinė vieno matavimo per sekundę srovė yra mažesnė nei 3 mikroampai. Tai reiškia daugiau nei 15 metų baterijos veikimo laiką.
- Jis gali aptikti turbulenciją, burbulus ir kitas srauto anomalijas, o tai yra svarbu srauto analizei ir vamzdynų aptarnavimui.
- Ši technologija yra tvirta amplitudės svyravimais dviem srauto kryptimis, kurios gali atsirasti vandenyje ir dujose esant didesniam srautui.
Daugelis kitų TI technologijų yra labai svarbios didelio našumo srauto matuokliui. Mažos galios mikrovaldiklis su integruotu ultragarso analoginiu priekiniu galu, didelio našumo laikrodžio nuoroda, mažos ramybės srovės galios valdymas ir ypač tikslus perdavimo tvarkyklės ir priėmimo stiprintuvo takų suderinimas yra papildomų diferencijuojančių technologijų pavyzdžiai šiuose srauto matuokliuose.
Kartu šios technologijos gali padėti išsaugoti vieną iš brangiausių mūsų išteklių.