Tilastot ovat hälyttäviä: Pelkästään Yhdysvalloissa kotitalousvuodot tuhlaavat noin 900 miljardia gallonaa vettä vuodessa. Jotta tämä luku voidaan katsoa perspektiiviksi, se riittää veden toimittamiseen noin 11 miljoonalle kodille vuodessa. Ja muut maat - Euroopasta Aasiaan - kohtaavat samanlaisia haasteita. Tämän ongelman ratkaisemiseksi on odotettavissa oleva vesipula.
Mutta apua on täällä. Ultraääniteknologia antaa älykkäisiin rakennuksiin ja älykaupunkeihin asennettuihin vesimittareihin mahdollisuuden havaita ja paikantaa vuotoja jopa yksi pisara muutaman sekunnin välein. Kaupungit Austinista Antwerpeniin asentavat korkean teknologian älykkäitä vesimittareita, jotka antavat asiakkaille tarvitsemansa tiedot vuotojen löytämiseksi ja veden säästämiseksi.
"Nykyinen vesi on ainoa vesi, joka meillä koskaan on", sanoo Holly Holt-Torres, Dallasin kaupungin vesilaitosten vesiensuojelupäällikkö. "Meidän on säilytettävä se. Teknologian avulla voimme tehdä sen yhä korkeammalla tasolla. "
Mutta tällä ultraäänitekniikalla on sovelluksia, jotka ulottuvat vesimittareiden ulkopuolelle. Samaa tekniikkaa voidaan käyttää metreinä, jotka mittaavat maakaasun virtausta ja jopa havaitsevat putkien läpi virtaavan kaasuseoksen. Se voi jopa auttaa lääketieteen ammattilaisia säätelemään hapen toimittamista kirurgisissa laitteissa.
Menossa virtauksen kanssa
Ultraääniaallot eivät tietenkään ole uusia. Esimerkiksi lepakot käyttävät ultraäänitaajuutta esteen välttämiseksi ja hyönteisten saamiseksi yöllä. Ja enemmän korkean teknologian sovelluksissa sitä käytetään materiaalien erottamiseen, törmäysten välttämiseen autoissa sekä teollisuuden ja lääketieteen kuvantamiseen.
Nyt sitä käytetään vesimittareissa ja muissa virtausmittareissa. Mittarit ovat perinteisesti turvautuneet sähkömekaaniseen järjestelmään, jossa on kääntökara tai vaihde, joka käyttää magneettista elementtiä pulssien tuottamiseen. Mutta - kuten termostaateilla, moottoreilla ja monilla muilla jokapäiväisillä laitteilla - virtausmittareiden sähkömekaaniset järjestelmät siirtyvät nopeasti elektronisiin järjestelmiin.
Näissä järjestelmissä upottavien ultraääniantureiden pari mittaa akustisten aaltojen nopeutta nesteessä. Akustisen aallon etenemisnopeus riippuu putken läpi virtaavan nesteen viskositeetista, virtausnopeudesta ja suunnasta. Ultraääniaallot kulkevat eri nopeuksilla kuljettaman materiaalin jäykkyydestä riippuen.
Mittauksen tarkkuus riippuu anturin laadusta, analogisista tarkkuuspiireistä ja signaalinkäsittelyalgoritmeista. Akustiset tai ultraäänianturit ovat pietsomateriaaleja, jotka muuttavat sähköiset signaalit mekaanisiksi värähtelyiksi suhteellisen suurella, satojen kilohertsien taajuudella. Tyypillisesti ultraääniantureiden pari alueella 1-2 MHz on sovitettava hyvin yhteen ja kalibroitava virtauksen mittaamiseksi tarkasti. Ne muodostavat merkittävän osan virtausmittarin kustannuksista. Anturijärjestelmän on toimittava hyvin pienellä teholla, jotta akun käyttöikä on 15-20 vuotta.
Yhtiömme edistyksellinen virtausmittaussiru, MSP430FR6043, sisältää ainutlaatuisen analogisen käyttöliittymän ja algoritmin, mikä parantaa merkittävästi tarkkuutta ja vähentää kokonaiskustannuksia ja virrankulutusta. Virtausmittausarkkitehtuurimme hyödyntää korkean suorituskyvyn analogista suunnittelua, edistyneitä algoritmeja ja sulautettua prosessointia kalliiden ultraääniantureiden tarpeen lieventämiseksi. Analogiset käyttöliittymä- ja signaalinkäsittelyalgoritmit kompensoivat antureiden yhteensopimattomuuden.
Jokainen pisara lasketaan
Tyypillinen ultraäänivirtausmittari lähettää ultraääniaallon ja mittaa differentiaaliviiveen vastaanottimessa virtausnopeuden arvioimiseksi. Viivemittaukset hoidetaan yleensä aika-digitaalimuunnin-piirillä, joka valvoo vastaanotetun aaltomuodon nollarajan ylitystä. Tyypillisen lähestymistavan haasteena on, että se ei ole tarpeeksi herkkä havaitsemaan virtaustasoja suurella tarkkuudella.
Arkkitehtuurissamme on älykäs analoginen käyttöliittymä, jossa on erittäin suorituskykyinen analogia-digitaalimuunnin signaalin ja melun laadun parantamiseksi ja kalibrointivirheiden poistamiseksi. Tällä lähestymistavalla on useita etuja:
- Se voi saavuttaa suuremman tarkkuuden vähentämällä häiriöitä ja parantamalla signaali-kohinasuhdetta.
- Arkkitehtuuri voi mitata laajan dynaamisen virtausalueen paloletkusta pieneen vuotoon.
- Käyttämällä matalamman jännitteen ohjainta se säästää huomattavasti virtaa ja kustannuksia. Yhden mittauksen keskimääräinen virta sekunnissa on alle 3 mikroamppua. Tämä tarkoittaa yli 15 vuoden akkukestoa.
- Se pystyy havaitsemaan turbulenssin, kuplat ja muut virtauspoikkeamat, mikä on tärkeää virtausanalyysille ja putkistojen huollolle.
- Tekniikka on vankka amplitudivaihteluihin virtauksen kahdessa suunnassa, joita voi esiintyä vedessä ja kaasussa suuremmilla virtausnopeuksilla.
Monet muut TI-tekniikat ovat kriittisiä korkean suorituskyvyn virtausmittarille. Pienitehoinen mikrokontrolleri, jossa on integroitu ultraääni-analoginen etupää, tehokas kelloreferenssi, hiljainen virranhallinta ja erittäin tarkka impedanssin sovitus lähetysohjaimelle ja vastaanottovahvistinreiteille ovat esimerkkejä ylimääräisistä erottelutekniikoista näissä virtausmittareissa.
Yhdessä nämä tekniikat voivat auttaa säästämään yhtä arvokkaimmista resursseistamme.