הסטטיסטיקה מדאיגה: רק בארצות הברית, דליפות ביתיות מבזבזות כ- 900 מיליארד ליטרים של מים בכל שנה. כדי לשים את המספר הזה בפרספקטיבה, זה מספיק מים כדי לספק כ -11 מיליון בתים בשנה. ומדינות אחרות - מאירופה ועד אסיה - מתמודדות עם אתגרים דומים. המשלים בעיה זו הם מחסור במים צפויים.
אבל העזרה כאן. טכנולוגיית אולטרסאונד מעניקה למוני מים המותקנים בבניינים חכמים ובערים חכמות את האפשרות לזהות ולתקן נזילות קטנה כמו טיפה אחת לכמה שניות. ערים מאוסטין לאנטוורפן מתקנות מדי מים חכמים בהיי-טק הנותנים ללקוחות את המידע הדרוש להם על מנת למצוא נזילות ולחסוך במים, תוך שהם עוזרים לכלים לאיתור נזילות תשתית בצינורות הזדקנות וברשת מים שבורים.
"המים שיש לנו היום הם המים היחידים שיהיו לנו אי פעם", אומרת הולי הולט טורס, מנהלת שימור המים של עיר המים של דאלאס. "עלינו לשמר את זה. הטכנולוגיה תאפשר לנו לעשות זאת ברמה גבוהה יותר ויותר. "
אך לטכנולוגיית קולי זו יש יישומים החורגים ממדי מים. ניתן להשתמש באותה טכנולוגיה במדדים המודדים את זרימת הגז הטבעי ואף מגלים את תערובת הגז הזורם דרך הצינורות. זה יכול אפילו לעזור לאנשי מקצוע רפואיים לווסת את אספקת החמצן בציוד כירורגי.
הולכים עם הזרם
גלי אולטרה סאונד, כמובן, אינם חדשים. עטלפים, למשל, משתמשים בקול קולי כדי למנוע מכשולים ולתפוס חרקים בלילה. וביישומי היי-טק נוספים הוא משמש להבחנה חומרית, הימנעות מהתנגשות ברכבים, והדמיה תעשייתית ורפואית.
עכשיו הוא משמש במדי מים ובמדי זרימה אחרים. באופן מסורתי המונים הסתמכו על מערכת אלקטרומכנית עם ציר סיבוב או הילוך המשתמשים באלמנט מגנטי להפקת פולסים. אבל - כמו במקרה של תרמוסטטים, מנועים והרבה מכשירים יומיומיים אחרים - מערכות אלקטרומכניות במדי זרימה עוברות במהירות למערכות אלקטרוניות.
במערכות אלה, זוג מתמרים קולי שקוע מודד את מהירות הגלים האקוסטיים בנוזל. מהירות התפשטות הגלים האקוסטית היא פונקציה של צמיגות, קצב זרימה וכיוון הנוזל הזורם דרך הצינור. גלי אולטרסאונד נעים במהירויות שונות בהתאם לנוקשות המדיה שהם עוברים.
דיוק המדידה תלוי באיכות המתמר, במעגלים אנלוגיים מדויקים ובאלגוריתמי עיבוד אותות. מתמרים אקוסטיים או קולי הם חומרים פיזו הממירים אותות חשמליים לרטט מכני בתדירות גבוהה יחסית של מאות קילוהרץ. בדרך כלל, זוג מתמרים קולי בטווח של 1-2 מגה-הרץ חייב להיות מותאם היטב ומכויל על מנת למדוד את הזרימה במדויק. הם מהווים חלק משמעותי מעלות מד הזרימה. על מערכת החיישנים לפעול בהספק נמוך מאוד כדי להבטיח חיי סוללה של 15-20 שנה.
שבב מדידת הזרימה המתקדם של חברתנו, MSP430FR6043, כולל חזית אנלוגית ייחודית ואלגוריתם, המשפר משמעותית את הדיוק תוך הפחתת עלות כוללת וצריכת חשמל. ארכיטקטורת מדידת הזרימה שלנו ממנפת תכנון אנלוגי בעל ביצועים גבוהים, אלגוריתמים מתקדמים ועיבוד משובץ כדי להקל על הצורך במתמרים קולי יקרים. אלגוריתמים חזיתיים אנלוגיים ועיבוד אותות מפצים על חוסר התאמה של מתמר.
גורם לכל טיפה לספור
מד זרימה קולי אופייני מעביר גל קולי ומודד את עיכוב ההפרש בקולט כדי לאמוד את קצב הזרימה. מדידות עיכוב מטופלות בדרך כלל על ידי מעגל ממיר זמן לדיגיטלי שעוקב אחר מעבר אפס של צורת הגל שהתקבלה. האתגר בגישה האופיינית הוא שהוא אינו מספיק רגיש לזהות רמות זרימה בדיוק גבוה.
הארכיטקטורה שלנו מציגה חזית אנלוגית חכמה הכוללת ממיר אנלוגי לדיגיטלי בעל ביצועים גבוהים כדי לשפר את איכות האות לרעש ולהתגבר על אי דיוקים בכיול. לגישה זו מספר יתרונות:
- זה יכול להשיג דיוק גבוה יותר על ידי הפחתת הפרעות ושיפור יחס האות לרעש.
- הארכיטקטורה יכולה למדוד טווח דינמי רחב של זרימה, מצינור כיבוי אש ועד לדליפה קטנה.
- באמצעות מנהל התקן מתח נמוך זה חוסך משמעותית בהספק ובעלות. הזרם הממוצע למדידה אחת לשנייה הוא פחות מ -3 מיקרו-אמפר. זה מתורגם לחיי סוללה של יותר מ -15 שנה.
- זה יכול לזהות טורבולנציה, בועות וחריגות זרימה אחרות, וזה חשוב לניתוח זרימה ושירות הצינורות.
- הטכנולוגיה חזקה לריאציות משרעת בשני כיווני הזרימה, העלולות להתרחש במים ובגז בקצב זרימה גבוה יותר.
טכנולוגיות TI רבות אחרות הן קריטיות עבור מד זרימה בעל ביצועים גבוהים. מיקרו-בקר בעל צריכת חשמל נמוכה עם חזית אנלוגית אולטראסונית משולבת, הפניה של שעון בעל ביצועים גבוהים, ניהול כוח זרם שקט ונמוך והתאמת עכבה מדויקת במיוחד של נתיבי מגבר משדר ומקבלים הם דוגמאות לטכנולוגיות מובחנות נוספות במדי הזרימה הללו.
יחד, טכנולוגיות אלה יכולות לעזור בשימור אחד המשאבים היקרים ביותר שלנו.