这些统计数字令人震惊：仅在美国，家庭泄漏每年就浪费约9000亿加仑的水。从这个数字来看，每年足够供水约1100万户家庭。从欧洲到亚洲，其他国家也面临类似的挑战。预期的缺水加剧了这个问题。
但是这里有帮助。超声波技术使安装在智能建筑和智能城市中的水表能够检测并定位每几秒钟只有一滴的泄漏。从奥斯汀到安特卫普的城市都在安装高科技智能水表，这些水表可为客户提供查找泄漏和节约用水所需的信息，同时帮助公用事业公司识别老化的管道和破裂的总管中的基础设施泄漏。
“我们今天拥有的水是我们将永远拥有的唯一水，”达拉斯市政公用事业公司的水资源节约经理Holly Holt-Torres说。“我们必须保护它。技术将使我们能够在更高的水平上实现这一目标。”
但是，这种超声波技术的应用范围已超出水表。可以在测量天然气流量甚至检测通过管道的气体混合物的仪表中使用相同的技术。它甚至可以帮助医疗专业人员调节外科手术设备中的氧气输送。
顺其自然
超声波当然不是新事物。例如，蝙蝠使用超声波测距来避开障碍物，并在夜间捕捉昆虫。在更多高科技应用中，它被用于材料识别，汽车防撞以及工业和医学成像中。
现在，它已在水表和其他流量计中使用。传统上，电表依赖于具有旋转轴或齿轮的机电系统，该轴或齿轮使用磁性元件产生脉冲。但是，就像恒温器，电动机和许多其他日常设备一样，流量计中的机电系统正在迅速过渡到电子系统。
在这些系统中，一对浸入式超声换能器测量流体中声波的速度。声波传播的速度是流过管道的流体的粘度，流速和方向的函数。超声波以不同的速度传播，这取决于它们传播的介质的硬度。
测量的准确性取决于传感器的质量，精密的模拟电路和信号处理算法。声换能器或超声换能器是压电材料，可以将电信号转换为数百千赫兹的相对高频率的机械振动。通常，一对1-2 MHz范围内的超声换能器必须很好地匹配和校准，以便准确地测量流量。它们构成了流量计成本的很大一部分。传感器系统必须以非常低的功率运行，以确保15-20年的电池寿命。
我们公司的高级流量计量芯片MSP430FR6043包含独特的模拟前端和算法，可在不降低总成本和功耗的同时显着提高精度。我们的流量计量架构利用高性能的模拟设计，先进的算法和嵌入式处理功能来减轻对昂贵的超声换能器对的需求。模拟前端和信号处理算法可补偿传感器失配。
计算每一滴
典型的超声波流量计发送超声波，并在接收器处测量差分延迟，以估计流量。延迟测量通常由监视接收波形的零交叉的时间数字转换器电路处理。典型方法的挑战在于它不够灵敏，无法高精度地检测流量水平。
我们的架构部署了具有高性能模数转换器的智能模拟前端，以改善信噪比质量并克服校准误差。这种方法有几个好处：
- 通过减少干扰并提高信噪比，可以达到更高的精度。
- 该体系结构可以测量从消防水带到小泄漏的宽广动态范围。
- 通过使用较低电压的驱动器，可以大大节省功率和成本。每秒一次测量的平均电流小于3微安。这意味着电池寿命超过15年。
- 它可以检测湍流，气泡和其他流量异常，这对于流量分析和维修管道非常重要。
- 该技术对于在流动的两个方向上的振幅变化具有鲁棒性，这在水和气体中以较高的流速可能会发生。
TI其他许多技术对于高性能流量计也至关重要。具有集成超声模拟前端，高性能时钟基准，低静态电流电源管理以及发射驱动器和接收放大器路径的超精确阻抗匹配的低功耗微控制器是这些流量计中其他差分技术的示例。
这些技术在一起可以帮助节省我们最宝贵的资源之一。