Statisticile sunt alarmante: numai în Statele Unite, scurgerile menajere risipesc aproximativ 900 miliarde de litri de apă în fiecare an. Pentru a pune acest număr în perspectivă, este suficientă apă pentru a furniza aproximativ 11 milioane de case anual. Și alte țări - din Europa până în Asia - se confruntă cu provocări similare. Pentru a agrava această problemă sunt anticipate lipsurile de apă.
Dar ajutorul este aici. Tehnologia cu ultrasunete oferă apometrelor instalate în clădiri inteligente și orașe inteligente capacitatea de a detecta și localiza scurgerile la fel de mici ca o picătură la fiecare câteva secunde. Orașele de la Austin la Anvers instalează apometre inteligente de înaltă tehnologie, care oferă clienților informațiile de care au nevoie pentru a găsi scurgeri și a conserva apa, ajutând în același timp utilitățile să identifice scurgerile de infrastructură în conductele îmbătrânite și în conductele de apă rupte.
„Apa pe care o avem astăzi este singura apă pe care o vom avea vreodată”, spune Holly Holt-Torres, manager de conservare a apei pentru City of Dallas Water Utilities. „Trebuie să-l conservăm. Tehnologia ne va permite să facem acest lucru la un nivel din ce în ce mai înalt. ”
Dar această tehnologie cu ultrasunete are aplicații care se extind dincolo de apometre. Aceeași tehnologie poate fi utilizată la contoare care măsoară debitul de gaze naturale și chiar detectează amestecul de gaz care curge prin conducte. Poate chiar ajuta profesioniștii din domeniul medical să regleze livrarea oxigenului în echipamentele chirurgicale.
Mergând cu fluxul
Undele cu ultrasunete, desigur, nu sunt noi. Liliecii, de exemplu, folosesc ultrasunete pentru a evita obstacolele și a prinde insecte noaptea. Și în mai multe aplicații de înaltă tehnologie, este utilizat în discernământul materialelor, evitarea coliziunilor în automobile și imagistica industrială și medicală.
Acum este utilizat în contoare de apă și alte debitmetre. Metrele s-au bazat în mod tradițional pe un sistem electromecanic cu un fus rotativ sau un angrenaj care utilizează un element magnetic pentru a genera impulsuri. Dar - la fel ca în cazul termostatelor, motoarelor și al multor alte dispozitive de zi cu zi - sistemele electromecanice din debitmetre trec rapid la sistemele electronice.
În aceste sisteme, o pereche de traductoare ultrasonice imersive măsoară viteza undelor acustice din fluid. Viteza de propagare a undelor acustice este o funcție a vâscozității, debitului și direcției fluidului care curge prin conductă. Undele ultrasonice se deplasează la viteze diferite, în funcție de rigiditatea suportului prin care călătoresc.
Precizia măsurătorii depinde de calitatea traductorului, de circuitele analogice de precizie și de algoritmii de procesare a semnalului. Traductoarele acustice sau ultrasonice sunt materiale piezo care transformă semnalele electrice în vibrații mecanice la o frecvență relativ mare de sute de kiloherți. De obicei, o pereche de traductoare cu ultrasunete în intervalul 1-2 MHz trebuie să fie bine potrivite și calibrate pentru a măsura debitul cu precizie. Ele reprezintă o parte semnificativă din costul debitmetrului. Sistemul de senzori trebuie să funcționeze la o putere foarte mică pentru a asigura o durată de viață a bateriei de 15-20 de ani.
Cipul avansat de măsurare a fluxului companiei noastre, MSP430FR6043, include un front-end analogic unic și un algoritm, care îmbunătățește semnificativ precizia, reducând în același timp costurile generale și consumul de energie. Arhitectura noastră de măsurare a fluxului utilizează un design analogic de înaltă performanță, algoritmi avansați și procesare încorporată pentru a atenua necesitatea unei perechi scumpe de traductoare cu ultrasunete. Frontul analogic și algoritmii de procesare a semnalului compensează nepotrivirea traductorului.
Făcând fiecare picătură să conteze
Un debitmetru tipic cu ultrasunete transmite o undă cu ultrasunete și măsoară întârzierea diferențială la receptor pentru a estima rata debitului. Măsurătorile de întârziere sunt de obicei gestionate de un circuit convertor de timp până la digital care monitorizează trecerea zero a formei de undă recepționate. Provocarea abordării tipice este că nu este suficient de sensibilă pentru a detecta nivelurile de curgere cu o precizie ridicată.
Arhitectura noastră implementează un front frontal analogic inteligent cu un convertor analog-digital de înaltă performanță pentru a îmbunătăți calitatea semnal-zgomot și a depăși inexactitățile de calibrare. Această abordare are mai multe avantaje:
- Poate obține o precizie mai mare prin reducerea interferențelor și îmbunătățirea raportului semnal-zgomot.
- Arhitectura poate măsura o gamă largă de flux dinamic, de la un furtun de incendiu la o scurgere mică.
- Prin utilizarea unui driver de tensiune mai mică, economisește semnificativ consumul de energie și costuri. Curentul mediu pentru o măsurare pe secundă este mai mic de 3 microampere. Acest lucru se traduce printr-o durată de viață a bateriei de peste 15 ani.
- Poate detecta turbulențe, bule și alte anomalii ale fluxului, ceea ce este important pentru analiza fluxului și pentru întreținerea conductelor.
- Tehnologia este robustă la variații de amplitudine în cele două direcții ale debitului, care pot apărea în apă și gaz la debite mai mari.
Multe alte tehnologii TI sunt esențiale pentru un debitmetru de înaltă performanță. Un microcontroler de putere redusă cu frontală analogică ultrasonică integrată, o referință de ceas de înaltă performanță, o gestionare a curentului de repaus redus și potrivirea ultra-precisă a impedanței driverului de transmisie și a căilor amplificatorului de recepție sunt exemple de tehnologii de diferențiere suplimentare în aceste debitmetre.
Împreună, aceste tehnologii pot ajuta la conservarea uneia dintre cele mai prețioase resurse ale noastre.