TI首席技術(shù)官Ahmad Bahai分享- 新的計(jì)量技術(shù)讓每一滴水都發(fā)揮

但是現(xiàn)在情況變了，我們可以提供解決方案。超聲波技術(shù)使安裝在智能建筑和智能城市的水表能夠檢測和定位泄漏，即使每隔幾秒鐘就有一滴水泄漏。奧斯汀，安特衛(wèi)普和其他城市正在安裝高科技智能水表，為客戶提供查找漏水和節(jié)約用水的信息，并幫助查找因公共設(shè)備管道老化和水管損壞而導(dǎo)致的基礎(chǔ)設(shè)施漏水。

“今天可用的水資源是我們未來唯一的水資源，”達(dá)拉斯自來水公司的節(jié)水經(jīng)理霍利霍爾特-托雷斯說。“我們必須保護(hù)它。技術(shù)將使我們能夠在越來越高的水平上實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”

這種超聲波技術(shù)的應(yīng)用范圍不限于水表應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)還可以用于測量天然氣流量，甚至可以檢測流經(jīng)管道的氣體混合物的成分。它甚至可以幫助醫(yī)務(wù)人員調(diào)整手術(shù)設(shè)備中的氧氣輸送濃度。

當(dāng)然，超聲波也不是什么新鮮事。比如蝙蝠利用超聲波測距避開障礙物，在夜間捕捉昆蟲。此外，在更高科技的應(yīng)用中，超聲波被用于材料識別、汽車防撞以及工業(yè)和醫(yī)學(xué)成像。

現(xiàn)在用于水表等流量米。傳統(tǒng)上，流量手表由機(jī)電系統(tǒng)組成，帶有使用磁性元件產(chǎn)生脈沖的旋轉(zhuǎn)主軸或齒輪。然而，像恒溫器、電機(jī)和許多其他日常設(shè)備一樣，流量儀表中的電子系統(tǒng)正在迅速取代機(jī)電系統(tǒng)。

“今天可用的水資源是我們未來唯一的水資源。我們必須保護(hù)它。技術(shù)將使我們能夠在越來越高的水平上實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”-霍利霍爾特托雷斯，達(dá)拉斯自來水公司水資源保護(hù)經(jīng)理

在這些系統(tǒng)中，一對浸沒式超聲波傳感器用于測量聲波在流體中的速度。聲波傳播的速度是流經(jīng)管道的流體的粘度、流速和方向的函數(shù)。超聲波通過的介質(zhì)的硬度決定了它的傳播速度。

測量的精度取決于傳感器的質(zhì)量、精密模擬電路的設(shè)計(jì)和信號處理算法。超聲波傳感器是壓電材料，可以將電信號轉(zhuǎn)換成頻率相對較高的數(shù)百千赫的機(jī)械振動。通常，為了精確測量流量，必須匹配和校準(zhǔn)一對1-2兆赫范圍內(nèi)的超聲波傳感器。他們占了總成本的很大一部分。傳感器系統(tǒng)必須以非常低的功率運(yùn)行，以確保15-20年的電池壽命。

德州儀器高級流量計(jì)量芯片MSP430FR6043包含獨(dú)特的模擬前端和算法，可顯著提高精度，降低整體成本和功耗。我們的流量計(jì)量架構(gòu)采用高性能模擬設(shè)計(jì)、先進(jìn)算法和嵌入式處理，以減少對昂貴超聲波傳感器的需求。模擬前端和信號處理算法可以補(bǔ)償傳感器失配。

典型的超聲波流量計(jì)流量通過發(fā)射超聲波和測量接收器的時間差來估計(jì)流速。時差測量通常通過TDC電路監(jiān)控接收波形過零的時間來計(jì)算。這種典型測量方法的難點(diǎn)在于不夠靈敏，無法高精度檢測流量。