Statistik itu membimbangkan: Di Amerika Syarikat sahaja, kebocoran isi rumah membuang kira-kira 900 bilion gelen air setiap tahun. Untuk meletakkan jumlah itu dalam perspektif, cukup air untuk membekalkan sekitar 11 juta rumah setiap tahun. Dan negara lain - dari Eropah hingga Asia - menghadapi cabaran yang serupa. Mengatasi masalah ini adalah jangkaan kekurangan air.
Tetapi bantuan ada di sini. Teknologi ultrasonik memberikan meter air yang dipasang di bangunan pintar dan bandar pintar keupayaan untuk mengesan dan melokalisasikan kebocoran sekecil satu penurunan setiap beberapa saat. Bandar-bandar dari Austin ke Antwerp memasang meter air pintar berteknologi tinggi yang memberikan maklumat yang mereka perlukan kepada pelanggan untuk mencari kebocoran dan menjimatkan air sambil membantu utiliti mengenal pasti kebocoran infrastruktur pada paip penuaan dan saluran air yang rosak.
"Air yang kita miliki hari ini adalah satu-satunya air yang pernah kita miliki," kata Holly Holt-Torres, pengurus pemuliharaan air untuk City of Dallas Water Utilities. "Kita mesti memulihanya. Teknologi akan membolehkan kita melakukannya pada tahap yang semakin tinggi. "
Tetapi teknologi ultrasonik ini mempunyai aplikasi yang melampaui meter air. Teknologi yang sama dapat digunakan dalam meter yang mengukur aliran gas asli dan bahkan dapat mengesan campuran gas yang mengalir melalui paip. Bahkan dapat membantu profesional perubatan mengatur penghantaran oksigen dalam peralatan pembedahan.
Pergi dengan arus
Gelombang ultrasonik, tentu saja, bukan perkara baru. Kelawar, misalnya, menggunakan jarak ultrasonik untuk mengelakkan halangan dan menangkap serangga pada waktu malam. Dan dalam aplikasi berteknologi tinggi yang lebih banyak, ia digunakan dalam penegakan material, penghindaran perlanggaran dalam kenderaan, dan pengimejan industri dan perubatan.
Sekarang ia digunakan dalam meter air dan meter aliran lain. Meter secara tradisional bergantung pada sistem elektromekanik dengan gelendong putar atau gear yang menggunakan elemen magnet untuk menghasilkan denyutan. Tetapi - seperti halnya termostat, motor dan banyak peranti seharian yang lain - sistem elektromekanik dalam meter aliran cepat beralih ke sistem elektronik.
Dalam sistem ini, sepasang transduser ultrasonik imersif mengukur halaju gelombang akustik dalam bendalir. Halaju penyebaran gelombang akustik adalah fungsi kelikatan, kadar aliran dan arah bendalir yang mengalir melalui paip. Gelombang ultrasonik bergerak pada kelajuan yang berbeza bergantung pada kekakuan media yang mereka lalui.
Ketepatan pengukuran bergantung pada kualiti transduser, litar analog ketepatan dan algoritma pemprosesan isyarat. Transduser akustik atau ultrasonik adalah bahan piezo yang menukar isyarat elektrik kepada getaran mekanikal pada frekuensi yang agak tinggi beratus-ratus kilohertz. Biasanya, sepasang transduser ultrasonik dalam julat 1-2 MHz mesti dipadankan dengan baik dan dikalibrasi untuk mengukur aliran dengan tepat. Ini merupakan sebahagian besar dari kos meter aliran. Sistem sensor mesti beroperasi pada kuasa yang sangat rendah untuk memastikan jangka hayat bateri 15-20 tahun.
Cip pengukur aliran canggih syarikat kami, MSP430FR6043, merangkumi ujung depan dan algoritma analog yang unik, yang meningkatkan ketepatan dengan ketara sekaligus mengurangkan kos dan penggunaan tenaga secara keseluruhan. Senibina pengukur aliran kami memanfaatkan reka bentuk analog berprestasi tinggi, algoritma canggih dan pemprosesan tertanam untuk mengurangkan keperluan untuk sepasang transduser ultrasonik yang mahal. Algoritma hujung depan analog dan pemprosesan isyarat mengimbangi ketidakcocokan transduser.
Mengira setiap penurunan
Meter aliran ultrasonik khas menghantar gelombang ultrasonik dan mengukur kelewatan pembezaan pada penerima untuk menganggarkan kadar aliran. Pengukuran kelewatan biasanya dikendalikan oleh litar penukar masa-ke-digital yang memantau persilangan sifar bentuk gelombang yang diterima. Cabaran dengan pendekatan khas ialah tidak cukup sensitif untuk mengesan tahap aliran dengan ketepatan yang tinggi.
Senibina kami menggunakan bahagian depan analog pintar yang menampilkan penukar analog-ke-digital berprestasi tinggi untuk meningkatkan kualiti isyarat-ke-bunyi dan mengatasi ketidaktepatan penentukuran. Pendekatan ini mempunyai beberapa kebaikan:
- Ia dapat mencapai ketepatan yang lebih tinggi dengan mengurangkan gangguan dan meningkatkan nisbah isyarat-ke-bunyi.
- Seni bina dapat mengukur aliran arus dinamik yang luas, dari selang kebakaran hingga kebocoran kecil.
- Dengan menggunakan pemacu voltan rendah, ia menjimatkan kuasa dan kos dengan ketara. Arus rata-rata untuk satu pengukuran sesaat adalah kurang dari 3 microamps. Ini bermaksud jangka hayat bateri lebih dari 15 tahun.
- Ia dapat mengesan pergolakan, gelembung dan anomali aliran lain, yang penting untuk analisis aliran dan melayani saluran paip.
- Teknologi ini kuat dan variasi amplitud dalam dua arah aliran, yang mungkin berlaku pada air dan gas pada kadar aliran yang lebih tinggi.
Banyak teknologi TI lain sangat penting untuk meter aliran berprestasi tinggi. Mikrokontroler berkuasa rendah dengan hujung depan analog ultrasonik yang terintegrasi, rujukan jam berprestasi tinggi, pengurusan kuasa semasa sepi rendah dan padanan impedans ultra tepat bagi pemacu transmisi dan jalur penguat penerimaan adalah contoh teknologi pembezaan tambahan dalam meter aliran ini.
Bersama-sama, teknologi ini dapat membantu menjimatkan salah satu sumber paling berharga kita.