北京2019年7月12日 /美通社/ -- 近日，德州(zhou)儀器(qi)首席技術(shu)官(guan)Ahmad Bahai發表觀點(dian)文章(zhang)《新的計(ji)量技術(shu)讓每一滴水都發揮價值》，以下為全文內容：

一(yi)組驚人的(de)統計數字(zi)顯示，僅在美(mei)國(guo)，家庭泄漏每年浪費(fei)的(de)水(shui)約9000億加(jia)侖，這(zhe)些被浪費(fei)的(de)水(shui)每年可為(wei)大約1100萬個家庭提(ti)供足夠的(de)生活用水(shui)。而歐洲(zhou)和亞洲(zhou)的(de)其他(ta)國(guo)家也面臨類似問(wen)題(ti)。預(yu)計水(shui)資源短(duan)缺將(jiang)使這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)變(bian)得更加(jia)復雜。

但是現在事情出現了轉機，德州(zhou)儀器能(neng)提供(gong)解決方案。超(chao)聲波技術使安裝在智能(neng)樓宇和(he)智能(neng)城市(shi)中的(de)水(shui)表(biao)(biao)能(neng)夠(gou)檢測和(he)定位泄漏，即使是每隔幾秒漏一(yi)滴水(shui)的(de)泄漏也(ye)可(ke)以監(jian)測到。奧斯汀、安特衛(wei)普等城市(shi)正(zheng)在安裝高科技智能(neng)水(shui)表(biao)(biao)，為客戶提供(gong)信息(xi)來發現泄漏和(he)節約用水(shui)，同時也(ye)幫助發現公共設備管道老(lao)化和(he)水(shui)管破(po)損的(de)基(ji)礎設施泄漏問題。

“今日可用的水資源是我們今后唯一擁有的水資源，”達拉斯水務公用事業公司水資源保護經理Holly Holt-Torres說道，“我們必須(xu)保護它。科技將使我們能(neng)夠在越來(lai)越高的水平上實現(xian)這一目(mu)標。”

這(zhe)種超聲(sheng)波技術的(de)應用(yong)(yong)范(fan)圍不僅(jin)僅(jin)局限(xian)在水(shui)表應用(yong)(yong)上。這(zhe)種技術還可用(yong)(yong)于(yu)測量(liang)天然氣(qi)流(liu)量(liang)，乃(nai)至可以檢(jian)測流(liu)經管道的(de)氣(qi)體(ti)混合物組份。它甚至可以幫助醫療人員調(diao)節手術設備中(zhong)的(de)氧氣(qi)輸送濃度(du)。

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隨流量運動

當然，超聲(sheng)波并(bing)(bing)非新鮮事物(wu)。例(li)如，蝙蝠使用(yong)超聲(sheng)波測(ce)距來避開障礙物(wu)并(bing)(bing)在夜間捕捉(zhuo)昆蟲。此外，在更具高科技的應用(yong)中(zhong)，超聲(sheng)波被用(yong)于(yu)材料識別、汽車防撞以及(ji)工業和醫(yi)療(liao)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主軸或齒輪使用磁性元件來產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(dian)子系統正在迅(xun)速取代(dai)機電(dian)系統。

這(zhe)些系統使用(yong)一對沉浸(jin)式超聲波(bo)傳感器來(lai)測量流體中聲波(bo)的(de)速度。聲波(bo)傳播的(de)速度是流經管道的(de)流體粘(zhan)度、流速和(he)方(fang)向的(de)函數。超聲波(bo)穿(chuan)過(guo)的(de)介質的(de)剛度決(jue)定其(qi)傳播速度。

測量(liang)(liang)的(de)精(jing)確性取決于傳感器的(de)質量(liang)(liang)、精(jing)密模(mo)擬電(dian)路設計和(he)信(xin)號(hao)處(chu)理算法。超聲波(bo)傳感器是(shi)，能(neng)將電(dian)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換成(cheng)數百千赫(he)茲的(de)相對高頻率的(de)機械振動的(de)壓電(dian)材(cai)料。通常，1-2 MHz范(fan)圍內(nei)的(de)一(yi)對超聲波(bo)傳感器必須被匹配和(he)校準(zhun)，以便精(jing)確測量(liang)(liang)流量(liang)(liang)。它們占據了一(yi)大部分的(de)總成(cheng)本。傳感器系統必須以極低功率運行，以確保(bao)電(dian)池15-20年的(de)使用(yong)壽命。 

德州儀器先進的流量計量芯片，包含獨特的模擬前端和算法，可以顯著提高精度，同時降低總體成本和功耗。 此(ci)流量計量架(jia)構(gou)利用高性能(neng)模擬(ni)設(she)計、先進(jin)算法和嵌入式處理(li)來減少對昂(ang)貴的(de)超聲波傳感器的(de)需求。模擬(ni)前端和信號(hao)處理(li)算法可補償傳感器不(bu)匹配的(de)問題。

珍惜每一滴水

典(dian)型的超(chao)聲波流量(liang)計(ji)(ji)通過(guo)發射(she)超(chao)聲波并測量(liang)接收器處的時(shi)(shi)間(jian)差來估計(ji)(ji)流速。時(shi)(shi)間(jian)差測量(liang)通常(chang)由TDC電路監測接收波形(xing)過(guo)零點的時(shi)(shi)間(jian)來計(ji)(ji)算得(de)到(dao)的。這種典(dian)型測量(liang)方式的困(kun)難在于(yu)它不夠靈敏，無法(fa)高(gao)精度(du)檢測流量(liang)。

德州儀器的架構采用智(zhi)能模(mo)擬前端，具有(you)高(gao)性能模(mo)數轉換器，可(ke)提(ti)高(gao)信噪(zao)比，并使校準(zhun)更(geng)精確。這種方(fang)法(fa)具有(you)以下五個好(hao)處：             

1. 它(ta)可以通過減少(shao)干擾并提高(gao)信噪比以實現更(geng)高(gao)精(jing)度。

2. 該(gai)架構可測量(liang)很寬動態范(fan)圍的流量(liang)，大(da)到消(xiao)防水管的常用流量(liang), 小(xiao)到微小(xiao)泄(xie)漏的流量(liang)。

3. 通過使用(yong)更(geng)低的(de)電壓(ya)驅動器，可顯著(zhu)節省功耗和成本。每秒一次測量的(de)平均功耗小于(yu)3微安。這意味(wei)著(zhu)電池使用(yong)壽命(ming)可以超(chao)過15年。

4. 它可(ke)以檢測湍流(liu)、氣泡和其他(ta)流(liu)動(dong)異常(chang)。這對于流(liu)量分析和維護管(guan)道非常(chang)重要(yao)。

5. 該(gai)技(ji)術可(ke)克服(fu)在較高流速的水和氣體中有可(ke)能(neng)產生的流量雙向振幅變化(hua)帶來的影響。

許(xu)多其(qi)他的(de)TI技術對于高(gao)性(xing)能(neng)流量計(ji)同樣至關重要。具有集(ji)成超(chao)聲波模擬前(qian)端的(de)低功(gong)耗微控制器(qi)、高(gao)性(xing)能(neng)時鐘參考、低靜態電(dian)流功(gong)率管理以及發射驅動器(qi)和(he)接收放(fang)大器(qi)路徑的(de)超(chao)精確阻抗匹(pi)配，這些都是流量計(ji)中差異(yi)化技術的(de)示例。

這些技術共同有助于保護人類最寶貴的資源之一。

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