基于mems的隔膜传感器系统和使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于MEMS (微机电系统)的隔膜元件感测和监测，更具体来说涉及基于MEMS传感器、系统以及监测反渗透(RO)和纳米过滤(NF)隔膜元件的方法。
【背景技术】
[0002]反渗透(RO)或纳米过滤(NF)隔膜元件的阻塞或机械故障能够导致基于隔膜的净水设备的相当大的停工期。存在用来识别隔膜元件机械故障或者隔膜元件阻塞量的若干脱机光学和声学装置及方法。但是，这些装置和方法不能提供脱机监测，并且是费用高和费时的。相应地，需要一种隔膜元件机械故障和阻塞传感器系统，以识别机械故障的存在以及隔膜元件中的阻塞的存在和量。此外，需要一种使用传感器系统来帮助确保机械故障和/或阻塞的隔膜元件的及时清洁和/或更换的方法。
【发明内容】
[0003]在本发明的一个方面，一种用于基于隔膜的水过滤设备的MEMS传感器系统包括:远程遥测单元(RTU)、SCADA和多个MEMS传感器，用于测量流的压力、流率和传导性；水过滤设备包括列，所述列包括包含多个隔膜元件的隔膜管；隔膜元件接收馈送流，并且产生浓缩流和渗透流；隔膜元件串联设置，从而创建各隔膜元件之间的接口 ；MEMS传感器测量隔膜接口处的馈送流、浓缩流和渗透流的流率、压力和传导性；隔膜管接收馈送流，并且产生渗透流和浓缩流；常规压力传感器测量隔膜管渗透、浓缩和馈送流的压力；常规传导性传感器测量隔膜管渗透、浓缩和馈送流的传导性；常规流量传感器测量隔膜管渗透、浓缩和馈送流的流率；常规温度传感器测量隔膜管馈送流的温度；RTU与MEMS传感器和SCADA进行通信，以向SCADA提供MEMS传感器和传导性测量，RTU与MEMS传感器无线通信；常规传感器直接向SCADA提供测量；其中SCADA使用MEMS传感器和学会传感器测量来识别受损隔膜元件。
[0004]在本发明的另一方面，该系统通过使用MEMS传感器和常规传感器测量以计算各隔膜元件的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率，并且将各隔膜元件的所计算的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率与参考条件下的各隔膜元件的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率进行比较，来识别受损隔膜元件。
[0005]在本发明的另一方面，该系统通过使用常规传感器测量以计算隔膜管的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率，并且将隔膜管的所计算的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率与参考条件下的隔膜管的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率进行比较，来识别受损隔膜管。
[0006]在本发明的另一方面，当隔膜元件的所计算的归一化渗透流量比参考条件下的隔膜元件的归一化渗透流量要小至少大约5%时，将隔膜元件识别为受损；其中当隔膜元件的所计算的归一化差压比参考条件下的隔膜元件的归一化压差要大至少大约5%时，将隔膜元件识别为受损；其中当隔膜元件的所计算的归一化盐透过率比参考条件下的隔膜元件的归一化盐透过率要大至少大约5%时，将隔膜元件识别为受损；其中当隔膜管的所计算的归一化渗透流量比参考条件下的隔膜管的归一化渗透流量要小至少大约5%时，将隔膜管识别为受损；其中当隔膜管的所计算的归一化差压比参考条件下的隔膜管的归一化压差要大至少大约5%时，将隔膜管识别为受损；其中当隔膜管的所计算的归一化盐透过率比参考条件下的隔膜管的归一化盐透过率要大至少大约5%时，将隔膜管识别为受损。
[0007]在本发明的另一方面，MEMS传感器的每个由流量传感器、压力传感器或者传导性传感器中的至少一个来组成。
[0008]在本发明的另一方面，MEMS传感器的每个由可拆卸智能传感器结构(RSSS)和控制/数据收发器芯片(CDTC)来组成；RSSS由智能部件以及压力传感器或传导性传感器中的至少一个来组成；其中智能部件由线圈、电压调节器、感应收发器、非易失性存储器、微处理器和转换电路来组成；其中⑶TC由线圈、感应收发器和RF收发器来组成。
[0009]在本发明的另一方面，MEMS传感器的每个由⑶TC中的电池来供电或者由RTU无线地供电。
[0010]在本发明的另一方面，MEMS传感器的每个采用智能电力或智能监测的一个或两者。
[0011 ] 在本发明的另一方面，MEMS传感器的每个包含内务信息。
[0012]在本发明的另一方面，MEMS传感器的每个安装到隔膜元件的防伸缩装置(ATD:Ant1-Telescoping Device)，其中MEMS传感器安装在ATD的压力配合槽或扣件槽中。
[0013]在本发明的又一方面，一种操作用于基于隔膜的水过滤设备的MEMS传感器系统的方法包括:提供MEMS传感器系统和隔膜列，隔膜列由包含多个隔膜元件的隔膜管来组成，隔膜元件串联设置以创建各隔膜元件之间的隔膜接口 ；MEMS传感器系统由多个MEMS传感器和SCADA来组成；为隔膜管提供馈送流，其中隔膜管产生浓缩流和渗透流；隔膜管还由进入隔膜管的馈送流以及离开隔膜管的浓缩流和渗透流的每个中的常规流量传感器、常规压力传感器和常规传导性传感器来组成；其中隔膜管还由进入隔膜管的馈送流中的常规温度传感器来组成；为隔膜元件的每个提供馈送流，其中隔膜元件的每个产生浓缩流和渗透流;MEMS传感器放置在隔膜接口处的馈送流、浓缩流和渗透流中；得到参考条件下的隔膜元件和隔膜管的每个的归一化渗透流率、归一化减压和归一化盐透过率；促进MEMS传感器和常规传感器获取流率、压力和传导性测量；促进常规温度传感器在时间“t”获取馈送流的温度；向SCADA提供在时间“t”的隔膜接口和隔膜管处的馈送、渗透和浓缩流的流率、压力和传导性测量；向SCADA提供在时间“t”的隔膜管的馈送流的温度；使用在时间“t”所得到的温度、流率、压力和传导性测量在时间“t”来计算各隔膜元件和隔膜管的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率；以及比较在时间“t”的各隔膜元件和隔膜管的所计算的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率与参考条件下的各隔膜元件和隔膜管的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率，以识别受损隔膜元件和隔膜管。
[0014]在本发明的另一方面，该方法还包括从MEMS传感器检索内务信息，并且更新内务?目息O
[0015]在本发明的另一方面，该方法还包括向用户报告在时间“t”的各隔膜元件和隔膜管的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率、参考条件下的各隔膜元件和隔膜管的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率以及受损隔膜元件和隔膜管的位置。
[0016]在本发明的另一方面，当隔膜元件的所计算的归一化渗透流量比参考条件下的隔膜元件的归一化渗透流量要小至少大约5%时，将隔膜元件识别为受损；其中当隔膜元件的所计算的归一化差压比参考条件下的隔膜元件的归一化压差要大至少大约5%时，将隔膜元件识别为受损；其中当隔膜元件的所计算的归一化盐透过率比参考条件下的隔膜元件的归一化盐透过率要大至少大约5%时，将隔膜元件识别为受损；其中当隔膜管的所计算的归一化渗透流量比参考条件下的隔膜管的归一化渗透流量要小至少大约5%时，将隔膜管识别为受损；其中当隔膜管的所计算的归一化差压比参考条件下的隔膜管的归一化压差要大至少大约5%时，将隔膜管识别为受损；其中当隔膜管的所计算的归一化盐透过率比参考条件下的隔膜管的归一化盐透过率要大至少大约5%时，将隔膜管识别为受损。
[0017]在本发明的另一方面，传导性测量由感兴趣的单独溶解分析物的浓度和溶解固体或TDS (总溶解固体)的浓度的测量来组成。
[0018]在本发明的另一方面，MEMS传感器的每个由流量传感器、压力传感器或者传导性传感器中的至少一个来组成。
[0019]在本发明的另一方面，MEMS传感器由可拆卸智能传感器结构(RSSS)和控制/数据收发器芯片(CDTC)来组成；RSSS由智能部件以及压力传感器或传导性传感器中的至少一个来组成；其中智能部件由线圈、电压调节器、感应收发器、非易失性存储器、微处理器和转换电路来组成；其中CDTC由线圈、感应收发器和RF收发器来组成。
[0020]在本发明的另一方面，MEMS传感器由⑶TC中的电池来供电。
[0021]在本发明的另一个方面，远程遥测单元(RTU)与MEMS传感器和SCADA进行通信，以向SCADA提供MEMS传感器压力和传导性测量，其中MEMS传感器由RTU无线地供电。
[0022]在本发明的另一方面，MEMS传感器采用智能电力或智能监测的一个或两者。
[0023]通过以下对作为说明已经示出和描述的本发明的实施例的描述，本发明的优点将是本领域的技术人员更为清楚知道的。如将会认识到，本发明能够具有其他和不同实施例，并且其细节能够在各个方面进行修改。
【附图说明】
[0024]参照附图、作为举例在现在将要描述的本发明的实施例中具体示出本发明的这些和其他特征及其优点，附图包括:
图la-c是按照本发明的一实施例的MEMS传感器；
图2a是按照本发明的一实施例的RSSS的框图；
图2b是按照本发明的一实施例的RSSS的框图；
图2c是按照本发明的一实施例的RSSS的框图；
图2d是按照本发明的一实施例的RSSS的框图；
图3是按照本发明的一实施例的压力传感器；
图4是按照本发明的一实施例的传导性传感器；
图5是按照本发明的一实施例的CDTC的框图；
图6是示出按照本发明的一实施例、在MEMS传感器的微处理器中进行的过程的流程图；
图7是按照本发明的一实施例、用于基于隔膜的水过滤设备的MEMS传感器系统的示意图；
图8a-b是按照本发明的一实施例的隔膜元件；
图9a_c是按照本发明的实施例的隔膜元件的ATU ;
图10是按照本发明的一实施例的RTU ;
图11是示出包含互联O形环故障的的隔膜元件的隔膜管的所测量总传导性数据和包含具有无损互联O形环的隔膜元件的同一隔膜管的预计总传导性数据；以及
图12a-c是按照本发明的一实施例、操作用于基于隔膜的水过滤设备的MEMS传感器系统的方法。
[0025]应当注意，附图全部是图解而不是按比例绘制。这些附图的部分的相对尺寸和比例为了清楚和方便起见而在附图中以放大或缩小的大小示出。相同参考标号一般用来表示不同实施例中的对应或相似特征。因此，附图和描述将被看作实际上是说明性的而不是限制性的。
【具体实施方式】
[0026]本文所使用的近似语言在本说明书和权利要求书中通篇可适用于修饰可准许改变的任何定量表示，而没有引起与其相关的基本功能的变化。相应地，通过一个或多个术语、例如“大约”所修饰的值并不局限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的准确度。范围限制可以相结合和/或互换，以及这类范围被标识并且包括本文所述的所有子范围，除非上下文或语言另加说明。除了在操作示例中或者以其他方式所示的位置之外，本说明书和权利要求书中使用的表示成分的量、反应条件等所有标号或表达被理解为在所有情况下通过术语“大约”所修饰。
[0027]“可选”或“可选地”表示随后所述事件或环境可能发生或者可能不发生，或者随后所标识材料可能存在或者可能不存在，并且描述包括其中事件或环境发生或者其中材料存在的情况以及其中事件或环境没有发生或者材料不存在的情况。
[0028]如本文所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变化预计涵盖非排他包含。例如，包括元件的列表的过程、方法、产品或设备不一定仅局限于那些元件，而是可包括没有明确列示或者这种过程、方法、产品或设备固有的其他元件。
[0029]单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数对象，除非上下文另加明确说明。
[0030]图la-b公开一种供RO或NF隔膜的联机监测中使用的MEMS传感器10。可拆卸智能传感器结构(RSSS) 100和控制/数据收发器芯片(⑶TC) 200进行组合以形成MEMS传感器10。R