Implementare un convertitore time-to-digital in un contatore dell’acqua ad ultrasuoni

Le scarse risorse idriche della terra implicano la progettazione di strumenti di misura e rilevazione in grado di tenere traccia dell’effettivo utilizzo. Come la popolazione del nostro pianeta aumenta, la distribuzione di questa preziosa risorsa diventa sempre più critica e richiede alcuni accorgimenti al fine di evitare continui sprechi. I contatori necessitano di aggiornamenti per essere più precisi, più intelligenti e più sensibili a piccole perdite. I contatori d'acqua meccanici hanno uno scarso rendimento a basse portate e non possono essere collegati in rete. In questo articolo descriveremo come il convertitore MAX35101 time-to-digital può essere utilizzato per costruire un contatore ad ultrasuoni senza i limiti di quello meccanico.

Introduzione

I misuratori di portata stanno guadagnando ampio utilizzo in applicazioni commerciali, industriali e medicali. I principali vantaggi di utilizzare questo tipo di flussimetro sono la maggiore precisione, la bassa manutenzione di parti in movimento, la misura non invasiva del flusso e la capacità di diagnosticare regolarmente la salute del contatore.
Il MAX35101 può misurare l'intervallo temporale tra due eventi fino a una risoluzione di 4ps, il tutto attraverso una coppia di driver di impulsi e ricevitori che sono collegati a trasduttori ultrasonici per inviare e rilevare gli impulsi in un mezzo conduttivo (vedi Figura 1).

Figura 1: Layout di un trasduttore per la misura del flusso d’acqua

Il dispositivo A invia un impulso e, pochi microsecondi dopo, rileva l'impulso dell'altro trasduttore. Il tempo che intercorre dal momento del lancio al tempo di rilevamento viene chiamato "tempo di volo" (TOF).
Con riferimento alla figura 2, una sequenza di misurazione comincia eccitando uno dei trasduttori di una coppia (ad esempio, "A" in figura 1), applicando una raffica di impulsi al trasduttore (in figura 2, sono utilizzati tre impulsi TX ). La frequenza del segnale di eccitazione deve essere uguale alla frequenza di risonanza del trasduttore. Per applicazioni di flusso dell'acqua si utilizzano trasduttori con una frequenza di risonanza da 1 a 3 MHz.

Figura 2: Sequenza di misura del TOF

Il trasduttore genera, tramite i riflettori acustici nel tubo, impulsi ultrasonici diretti verso il secondo trasduttore (ad esempio, "B" nella figura 1). [...]

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