作者: 德州儀器首席技術(shù)官 Ahmad Bahai 
一組驚人的統計數字顯示，僅在美國，家庭泄漏每年浪費的水約9000億加侖，這些被浪費的水每年可為大約1100萬(wàn)個(gè)家庭提供足夠的生活用水。而歐洲和亞洲的其他國家也面臨類(lèi)似問(wèn)題。預計水資源短缺將使這一問(wèn)題變得更加復雜。 但是現在事情出現了轉機，我們能提供解決方案。超聲波技術(shù)使安裝在智能樓宇和智能城市中的水表能夠檢測和定位泄漏，即使是每隔幾秒漏一滴水的泄漏也可以監測到。奧斯汀、安特衛普等城市正在安裝高科技智能水表，為客戶(hù)提供信息來(lái)發(fā)現泄漏和節約用水，同時(shí)也幫助發(fā)現公共設備管道老化和水管破損的基礎設施泄漏問(wèn)題。
“今日可用的水資源是我們今后唯一擁有的水資源，” 達拉斯水務(wù)公用事業(yè)公司水資源保護經(jīng)理Holly Holt-Torres說(shuō)道。 “我們必須保護它�？萍紝⑹刮覀兡軌蛟谠絹�(lái)越高的水平上實(shí)現這一目標�！� 這種超聲波技術(shù)的應用范圍不僅僅局限在水表應用上。這種技術(shù)還可用于測量天然氣流量，乃至可以檢測流經(jīng)管道的氣體混合物組份。它甚至可以幫助醫療人員調節手術(shù)設備中的氧氣輸送濃度。
隨流量運動(dòng) 當然，超聲波并非新鮮事物。例如，蝙蝠使用超聲波測距來(lái)避開(kāi)障礙物并在夜間捕捉昆蟲(chóng)。此外，在更具高科技的應用中，超聲波被用于材料識別、汽車(chē)防撞以及工業(yè)和醫療成像。 現在它被用于水表和其他流量計之中。傳統上講，流量表是由具有轉動(dòng)主軸或齒輪使用磁性元件來(lái)產(chǎn)生脈沖的機電系統組成的。但是，如同恒溫器、電機和許多其他日常設備一樣，流量計中的電子系統正在迅速取代機電系統。 “今日可用的水資源是我們今后唯一擁有的水資源。 我們必須保護它�？萍紝⑹刮覀兡軌蛟谠絹�(lái)越高的水平上 實(shí)現這一目標�！� --達拉斯市水公用事業(yè) 水資源保護經(jīng)理Holly Holt-Torres 在這些系統中，使用一對沉浸式超聲波傳感器來(lái)測量流體中聲波的速度。聲波傳播的速度是流經(jīng)管道的流體粘度、流速和方向的函數。超聲波穿過(guò)的介質(zhì)的剛度決定其傳播速度。 測量的精確性取決于傳感器的質(zhì)量、精密模擬電路設計和信號處理算法。超聲波傳感器是，能將電信號轉換成數百千赫茲的相對高頻率的機械振動(dòng)的壓電材料。通常，1-2 MHz范圍內的一對超聲波傳感器必須被匹配和校準，以便精確測量流量。它們占據了一大部分的總成本。傳感器系統必須以極低功率運行，以確保電池15-20年的使用壽命。 德州儀器先進(jìn)的流量計量芯片MSP430FR6043，包含獨特的模擬前端和算法，可以顯著(zhù)提高精度，同時(shí)降低總體成本和功耗。 我們的流量計量架構利用高性能模擬設計、先進(jìn)算法和嵌入式處理來(lái)減少對昂貴的超聲波傳感器的需求。模擬前端和信號處理算法可補償傳感器不匹配的問(wèn)題。 珍惜每一滴水 典型的超聲波流量計通過(guò)發(fā)射超聲波并測量接收器處的時(shí)間差來(lái)估計流速。時(shí)間差測量通常由TDC電路監測接收波形過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間來(lái)計算得到的。這種典型測量方式的困難在于它不夠靈敏，無(wú)法高精度檢測流量。
我們的架構采用智能模擬前端，具有高性能模數轉換器，可提高信噪比，并使校準更精確。這種方法具有以下五個(gè)好處： 1. 它可以通過(guò)減少干擾并提高信噪比以實(shí)現更高精度。 2. 該架構可測量很寬動(dòng)態(tài)范圍的流量，大到消防水管的常用流量, 小到微小泄漏的流量。 3. 通過(guò)使用更低的電壓驅動(dòng)器，可顯著(zhù)節省功耗和成本。每秒一次測量的平均功耗小于3微安。這意味著(zhù)電池使用壽命可以超過(guò)15年。 4. 它可以檢測湍流、氣泡和其他流動(dòng)異常。這對于流量分析和維護管道非常重要。 5. 該技術(shù)可克服在較高流速的水和氣體中有可能產(chǎn)生的流量雙向振幅變化帶來(lái)的影響。 許多其他的TI技術(shù)對于高性能流量計同樣至關(guān)重要。具有集成超聲波模擬前端的低功耗微控制器、高性能時(shí)鐘參考、低靜態(tài)電流功率管理以及發(fā)射驅動(dòng)器和接收放大器路徑的超精確阻抗匹配，這些都是流量計中差異化技術(shù)的示例。 這些技術(shù)共同有助于保護我們最寶貴的資源之一。 了解有關(guān)超低功耗流量計量設備超聲波傳感解決方案庫的更多信息。 閱讀我們的企業(yè)公民報告，了解德州儀器如何致力于節約水資源和其他資源。 1 環(huán)境保護署 2地球的未來(lái)：應對人口增長(cháng)和氣候變化引起的美國未來(lái)水資源短缺問(wèn)題。 原文鏈接：http://e2e.ti.com/blogs_/b/thinkinnovate/archive/2019/06/25/new-metering-technology-makes-every-drop-count |
