الإحصاءات مثيرة للقلق: في الولايات المتحدة وحدها ، تهدر التسريبات المنزلية حوالي 900 مليار جالون من المياه كل عام. لوضع هذا الرقم في الاعتبار ، هذا يكفي من المياه لتزويد حوالي 11 مليون منزل سنويًا. والبلدان الأخرى - من أوروبا إلى آسيا - تواجه تحديات مماثلة. ومما يزيد من تفاقم هذه المشكلة نقص المياه المتوقع.
لكن المساعدة هنا. تمنح تقنية الموجات فوق الصوتية عدادات المياه المثبتة في المباني الذكية والمدن الذكية القدرة على اكتشاف وتحديد التسريبات الصغيرة مثل قطرة واحدة كل بضع ثوان. تقوم المدن من أوستن إلى أنتويرب بتركيب عدادات مياه ذكية عالية التقنية توفر للعملاء المعلومات التي يحتاجون إليها للعثور على التسريبات والحفاظ على المياه بينما تساعد المرافق في تحديد تسربات البنية التحتية في الأنابيب القديمة وأنابيب المياه المكسورة.
تقول هولي هولت توريس ، مديرة الحفاظ على المياه في City of Dallas Water Utilities: "المياه التي لدينا اليوم هي المياه الوحيدة التي سنحصل عليها على الإطلاق". "علينا الحفاظ عليه. ستسمح لنا التكنولوجيا بالقيام بذلك على مستوى أعلى بشكل متزايد ".
لكن هذه التكنولوجيا فوق الصوتية لها تطبيقات تتجاوز عدادات المياه. يمكن استخدام نفس التقنية في العدادات التي تقيس تدفق الغاز الطبيعي وحتى اكتشاف خليط الغاز المتدفق عبر الأنابيب. يمكن أن يساعد المهنيين الطبيين على تنظيم توصيل الأكسجين في المعدات الجراحية.
الذهاب مع التيار
الموجات فوق الصوتية ، بالطبع ، ليست جديدة. الخفافيش ، على سبيل المثال ، تستخدم الموجات فوق الصوتية لتجنب العوائق وصيد الحشرات في الليل. وفي المزيد من التطبيقات عالية التقنية ، يتم استخدامه في تمييز المواد وتجنب الاصطدام في السيارات والتصوير الصناعي والطبي.
الآن يتم استخدامه في عدادات المياه وعدادات التدفق الأخرى. تعتمد العدادات تقليديًا على نظام كهروميكانيكي مع محور دوران أو ترس يستخدم عنصرًا مغناطيسيًا لتوليد نبضات. ولكن - كما هو الحال مع منظمات الحرارة والمحركات والكثير من الأجهزة اليومية الأخرى - تنتقل الأنظمة الكهروميكانيكية في عدادات التدفق بسرعة إلى الأنظمة الإلكترونية.
في هذه الأنظمة ، يقيس زوج من محولات الطاقة فوق الصوتية الغامرة سرعة الموجات الصوتية في السائل. إن سرعة انتشار الموجة الصوتية هي دالة على اللزوجة ومعدل التدفق واتجاه المائع المتدفق عبر الأنبوب. تنتقل الموجات فوق الصوتية بسرعات مختلفة اعتمادًا على صلابة الوسائط التي تنتقل عبرها.
تعتمد دقة القياس على جودة محول الطاقة والدوائر التناظرية الدقيقة وخوارزميات معالجة الإشارات. المحولات الصوتية أو فوق الصوتية هي مواد بيزو تقوم بتحويل الإشارات الكهربائية إلى اهتزازات ميكانيكية بتردد عالٍ نسبيًا يصل إلى مئات الكيلو هرتز. عادة ، يجب أن يكون زوج من محولات الطاقة فوق الصوتية في نطاق 1-2 ميجا هرتز متطابقًا ومعايرًا جيدًا من أجل قياس التدفق بدقة. يشكلون جزءًا كبيرًا من تكلفة عداد التدفق. يجب أن يعمل نظام المستشعر بطاقة منخفضة جدًا لضمان عمر بطارية يتراوح بين 15 و 20 عامًا.
تشتمل شريحة قياس التدفق المتقدمة الخاصة بشركتنا ، MSP430FR6043 ، على واجهة أمامية وخوارزمية تناظرية فريدة من نوعها ، والتي تعمل على تحسين الدقة بشكل كبير مع تقليل التكلفة الإجمالية واستهلاك الطاقة. تستفيد بنية قياس التدفق الخاصة بنا من التصميم التناظري عالي الأداء والخوارزميات المتقدمة والمعالجة المدمجة لتخفيف الحاجة إلى زوج مكلف من محولات الطاقة فوق الصوتية. تعمل خوارزميات الواجهة الأمامية التناظرية ومعالجة الإشارة على تعويض عدم تطابق محول الطاقة.
الاستفادة من كل قطرة
ينقل مقياس التدفق فوق الصوتي النموذجي موجة فوق صوتية ويقيس التأخير التفاضلي عند المستقبل لتقدير معدل التدفق. عادة ما يتم التعامل مع قياسات التأخير بواسطة دارة محول زمني إلى رقمي تراقب التقاطع الصفري لشكل الموجة المستقبلة. التحدي في النهج النموذجي هو أنه ليس حساسًا بدرجة كافية لاكتشاف مستويات التدفق بدقة عالية.
تنشر بنيتنا واجهة أمامية تمثيلية ذكية تتميز بمحول تناظري رقمي عالي الأداء لتحسين جودة الإشارة إلى الضوضاء والتغلب على عدم دقة المعايرة. هذا النهج لديه العديد من الفوائد:
- يمكنها تحقيق دقة أعلى عن طريق تقليل التداخل وتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء.
- يمكن للهندسة المعمارية قياس نطاق ديناميكي واسع للتدفق ، من خرطوم الحريق إلى التسرب الصغير.
- باستخدام محرك الجهد المنخفض ، فإنه يوفر بشكل كبير في الطاقة والتكلفة. متوسط التيار لقياس واحد في الثانية أقل من 3 ميكرو أمبير. هذا يترجم إلى عمر بطارية يزيد عن 15 عامًا.
- يمكنه الكشف عن الاضطرابات والفقاعات وغير ذلك من شذوذ التدفق ، وهو أمر مهم لتحليل التدفق وخدمة خطوط الأنابيب.
- هذه التقنية قوية في تغيرات السعة في اتجاهي التدفق ، والتي قد تحدث في الماء والغاز بمعدلات تدفق أعلى.
تعد العديد من تقنيات TI الأخرى ضرورية لمقياس التدفق عالي الأداء. إن وحدة التحكم الدقيقة منخفضة الطاقة ذات الواجهة الأمامية التناظرية بالموجات فوق الصوتية المدمجة ، ومرجع الساعة عالي الأداء ، وإدارة الطاقة الحالية المنخفضة الهدوء ، ومطابقة المعاوقة فائقة الدقة لمحرك الإرسال ومسارات مضخم الاستقبال هي أمثلة على تقنيات التمايز الإضافية في عدادات التدفق هذه.
يمكن أن تساعد هذه التقنيات معًا في الحفاظ على أحد أثمن مواردنا.