Les statistiques sont alarmantes: rien qu'aux États-Unis, les fuites domestiques gaspillent environ 900 milliards de gallons d'eau chaque année. Pour mettre ce chiffre en perspective, c'est assez d'eau pour alimenter environ 11 millions de foyers par an. Et d'autres pays - de l'Europe à l'Asie - sont confrontés à des défis similaires. À ce problème s'ajoutent les pénuries d'eau prévues.
Mais l'aide est là. La technologie ultrasonique donne aux compteurs d'eau installés dans les bâtiments intelligents et les villes intelligentes la capacité de détecter et de localiser des fuites aussi petites qu'une goutte toutes les quelques secondes. Des villes d'Austin à Anvers installent des compteurs d'eau intelligents de haute technologie qui fournissent aux clients les informations dont ils ont besoin pour trouver les fuites et économiser l'eau tout en aidant les services publics à identifier les fuites d'infrastructure dans les tuyaux vieillissants et les conduites d'eau cassées.
«L'eau que nous avons aujourd'hui est la seule eau que nous aurons jamais», déclare Holly Holt-Torres, responsable de la conservation de l'eau pour les services d'eau de la ville de Dallas. «Nous devons le conserver. La technologie nous permettra de le faire à un niveau de plus en plus élevé. »
Mais cette technologie ultrasonique a des applications qui vont au-delà des compteurs d'eau. La même technologie peut être utilisée dans les compteurs qui mesurent le débit de gaz naturel et détectent même le mélange de gaz circulant dans les tuyaux. Il peut même aider les professionnels de la santé à réguler la distribution d'oxygène dans les équipements chirurgicaux.
Aller dans le sens du courant
Les ondes ultrasonores, bien sûr, ne sont pas nouvelles. Les chauves-souris, par exemple, utilisent la télémétrie ultrasonique pour éviter les obstacles et attraper les insectes la nuit. Et dans des applications plus de haute technologie, il est utilisé dans le discernement des matériaux, la prévention des collisions dans les automobiles et l'imagerie industrielle et médicale.
Maintenant, il est utilisé dans les compteurs d'eau et autres débitmètres. Les compteurs reposaient traditionnellement sur un système électromécanique avec une broche ou un engrenage de tournage qui utilise un élément magnétique pour générer des impulsions. Mais - comme c'est le cas pour les thermostats, les moteurs et de nombreux autres appareils du quotidien - les systèmes électromécaniques des débitmètres passent rapidement aux systèmes électroniques.
Dans ces systèmes, une paire de transducteurs ultrasonores immersifs mesure la vitesse des ondes acoustiques dans le fluide. La vitesse de propagation des ondes acoustiques est fonction de la viscosité, du débit et de la direction du fluide circulant dans le tuyau. Les ondes ultrasoniques se déplacent à des vitesses différentes en fonction de la rigidité du support qu'elles traversent.
La précision de la mesure dépend de la qualité du transducteur, des circuits analogiques de précision et des algorithmes de traitement du signal. Les transducteurs acoustiques ou ultrasoniques sont des matériaux piézoélectriques qui convertissent les signaux électriques en vibrations mécaniques à une fréquence relativement élevée de plusieurs centaines de kilohertz. En règle générale, une paire de transducteurs à ultrasons dans la plage de 1 à 2 MHz doit être bien adaptée et étalonnée afin de mesurer le débit avec précision. Ils représentent une part importante du coût du débitmètre. Le système de capteurs doit fonctionner à très faible puissance pour garantir une autonomie de 15 à 20 ans.
La puce de mesure de débit avancée de notre société, la MSP430FR6043, comprend un frontal et un algorithme analogiques uniques, qui améliorent considérablement la précision tout en réduisant le coût global et la consommation d'énergie. Notre architecture de mesure de débit exploite une conception analogique haute performance, des algorithmes avancés et un traitement intégré pour atténuer le besoin d'une paire coûteuse de transducteurs à ultrasons. Les algorithmes de traitement du signal et du frontal analogique compensent la non-correspondance des transducteurs.
Faire en sorte que chaque goutte compte
Un débitmètre à ultrasons typique transmet une onde ultrasonore et mesure le retard différentiel au niveau du récepteur pour estimer le débit du débit. Les mesures de retard sont généralement gérées par un circuit de conversion temps-numérique qui surveille le passage à zéro de la forme d'onde reçue. Le défi avec l'approche typique est qu'elle n'est pas assez sensible pour détecter les niveaux de débit avec une grande précision.
Notre architecture déploie un frontal analogique intelligent doté d'un convertisseur analogique-numérique hautes performances pour améliorer la qualité du signal sur bruit et surmonter les imprécisions d'étalonnage. Cette approche présente plusieurs avantages:
- Il peut atteindre une plus grande précision en réduisant les interférences et en améliorant le rapport signal / bruit.
- L'architecture peut mesurer une large plage dynamique de débit, du tuyau d'incendie à une petite fuite.
- En utilisant un pilote de tension inférieure, il économise considérablement sur la puissance et les coûts. Le courant moyen pour une mesure par seconde est inférieur à 3 microampères. Cela se traduit par une autonomie de plus de 15 ans.
- Il peut détecter les turbulences, les bulles et autres anomalies de débit, ce qui est important pour l'analyse du débit et l'entretien des pipelines.
- La technologie est robuste aux variations d'amplitude dans les deux sens de l'écoulement, qui peuvent se produire dans l'eau et le gaz à des débits plus élevés.
De nombreuses autres technologies TI sont essentielles pour un débitmètre haute performance. Un microcontrôleur de faible puissance avec une extrémité avant analogique ultrasonique intégrée, une référence d'horloge haute performance, une gestion de la puissance du courant de repos faible et une adaptation d'impédance ultra précise des chemins de pilote d'émission et d'amplificateur de réception sont des exemples de technologies de différenciation supplémentaires dans ces débitmètres.
Ensemble, ces technologies peuvent aider à conserver l'une de nos ressources les plus précieuses.