통계는 놀랍습니다. 미국에서만 가정에서 매년 약 9 천억 갤런의 물이 누출됩니다. 이 수치를 살펴보면, 연간 약 1,100 만 가구에 공급하기에 충분한 물입니다. 그리고 유럽에서 아시아에 이르는 다른 국가들도 비슷한 문제에 직면 해 있습니다. 이 문제를 더욱 악화시키는 것은 예상되는 물 부족입니다.
하지만 여기에 도움이 있습니다. 초음파 기술은 스마트 빌딩과 스마트 시티에 설치된 수도 미터에 몇 초에 한 방울 정도의 작은 누수를 감지하고 국지화 할 수있는 기능을 제공합니다. 오스틴에서 앤트워프에 이르는 도시는 고객에게 누수를 찾고 물을 보존하는 데 필요한 정보를 제공하는 첨단 스마트 수도 미터를 설치하고 유틸리티가 노후된 파이프와 고장난 수도관에서 인프라 누수를 식별하도록 돕고 있습니다.
“오늘날 우리가 가지고있는 물은 우리가 가질 수있는 유일한 물입니다.”라고 Dallas시 수도 시설의 물 절약 관리자 인 Holly Holt-Torres는 말합니다. “우리는 그것을 보존해야합니다. 기술을 통해 점점 더 높은 수준에서이를 수행 할 수 있습니다. "
그러나이 초음파 기술은 수량계를 넘어서는 응용 분야를 가지고 있습니다. 천연 가스 유량을 측정하고 파이프를 통해 흐르는 가스 혼합물을 감지하는 계량기에서도 동일한 기술을 사용할 수 있습니다. 의료 전문가가 수술 장비에서 산소 전달을 조절하는 데 도움이 될 수도 있습니다.
흐름에 따라
물론 초음파는 새로운 것이 아닙니다. 예를 들어 박쥐는 초음파 범위를 사용하여 장애물을 피하고 밤에 곤충을 잡습니다. 그리고 더 많은 첨단 응용 분야에서 물질 식별, 자동차의 충돌 방지, 산업 및 의료 영상에 사용됩니다.
이제는 수도 미터 및 기타 유량계에서 사용되고 있습니다. 미터는 전통적으로 펄스를 생성하기 위해 자기 요소를 사용하는 회전 스핀들 또는 기어가있는 전기 기계 시스템에 의존해 왔습니다. 그러나 온도 조절기, 모터 및 기타 일상적인 장치의 경우와 마찬가지로 유량계의 전자 기계 시스템은 전자 시스템으로 빠르게 전환되고 있습니다.
이러한 시스템에서 한 쌍의 몰입 형 초음파 변환기는 유체의 음파 속도를 측정합니다. 음파 전파 속도는 파이프를 통해 흐르는 유체의 점도, 유속 및 방향의 함수입니다. 초음파는 통과하는 매체의 강성에 따라 다른 속도로 이동합니다.
측정 정확도는 변환기의 품질, 정밀 아날로그 회로 및 신호 처리 알고리즘에 따라 달라집니다. 음향 또는 초음파 변환기는 수백 킬로 헤르츠의 상대적으로 높은 주파수에서 전기 신호를 기계적 진동으로 변환하는 피에조 재료입니다. 일반적으로 1-2MHz 범위의 한 쌍의 초음파 변환기는 유량을 정확하게 측정하기 위해 잘 일치하고 보정되어야합니다. 유량계 비용의 상당 부분을 차지합니다. 센서 시스템은 15-20 년의 배터리 수명을 보장하기 위해 매우 낮은 전력으로 작동해야합니다.
당사의 고급 유량 측정 칩인 MSP430FR6043에는 고유 한 아날로그 프런트 엔드 및 알고리즘이 포함되어있어 전체 비용과 전력 소비를 줄이면서 정확도를 크게 향상시킵니다. 당사의 유량 측정 아키텍처는 고성능 아날로그 설계, 고급 알고리즘 및 임베디드 처리를 활용하여 값 비싼 초음파 변환기의 필요성을 완화합니다. 아날로그 프런트 엔드 및 신호 처리 알고리즘은 변환기 불일치를 보정합니다.
모든 드롭 수 만들기
일반적인 초음파 유량계는 초음파를 전송하고 수신기에서 차동 지연을 측정하여 유량을 추정합니다. 지연 측정은 일반적으로 수신 된 파형의 제로 크로싱을 모니터링하는 시간-디지털 컨버터 회로에 의해 처리됩니다. 일반적인 접근 방식의 문제는 높은 정확도로 유량 수준을 감지 할만큼 민감하지 않다는 것입니다.
당사의 아키텍처는 고성능 아날로그-디지털 변환기를 특징으로하는 스마트 아날로그 프런트 엔드를 배포하여 신호 대 잡음 품질을 개선하고 교정 부정확성을 극복합니다. 이 접근 방식에는 여러 가지 이점이 있습니다.
- 간섭을 줄이고 신호 대 잡음비를 개선하여 정확도를 높일 수 있습니다.
- 이 아키텍처는 소방 호스에서 작은 누출에 이르기까지 광범위한 동적 범위의 흐름을 측정 할 수 있습니다.
- 저전압 드라이버를 사용하여 전력과 비용을 크게 절감합니다. 초당 1 회 측정의 평균 전류는 3 마이크로 암페어 미만입니다. 이는 15 년 이상의 배터리 수명을 의미합니다.
- 난류, 기포 및 기타 흐름 이상을 감지 할 수 있으며, 이는 흐름 분석 및 파이프 라인 서비스에 중요합니다.
- 이 기술은 더 높은 유속에서 물과 가스에서 발생할 수있는 흐름의 두 방향에서 진폭 변화에 견고합니다.
다른 많은 TI 기술은 고성능 유량계에 중요합니다. 초음파 아날로그 프런트 엔드가 통합 된 저전력 마이크로 컨트롤러, 고성능 클록 레퍼런스, 낮은 대기 전류 전력 관리, 전송 드라이버 및 수신 증폭기 경로의 매우 정확한 임피던스 매칭이 이러한 유량계의 추가적인 차별화 기술의 예입니다.
이러한 기술을 함께 사용하면 가장 소중한 자원 중 하나를 보존 할 수 있습니다.