Пиезорезистивните сензори за нивото на водата са се превърнали в неразделна част от цялостната стратегия за управление на водите на Сингапур, подкрепяйки прехода на страната към „Интелигентна водна мрежа“. Тази статия изследва разнообразните приложения на тези надеждни и прецизни сензори в градските водни системи на Сингапур, от предотвратяване на наводнения до управление на резервоари и интелигентни водни мрежи. Като технология, която преобразува водното налягане в електрически сигнали чрез пиезорезистивни елементи, тези сензори предоставят на Сингапурския съвет за комунални услуги (PUB) надеждни данни в реално време за оптимизиране на операциите, повишаване на устойчивостта на системата и подобряване на предоставянето на услуги в сложната водна инфраструктура на страната.
Въведение в пиезорезистивното измерване във водния сектор на Сингапур
Пътят на Сингапур към превръщането му в световен лидер в управлението на водите е обусловен от необходимост. Като малка островна държава с ограничени природни водни ресурси и висока уязвимост към въздействията от изменението на климата, като интензивни валежи и покачване на морското равнище, Сингапур инвестира сериозно в иновативни водни технологии. Сред тях пиезорезистивните сензори за нивото на водата се очертават като критичен компонент от инфраструктурата за мониторинг на водите в страната, предлагайки несравнима надеждност и точност в разнообразни водни среди.
Пиезорезистивните сензори работят на принципа, че някои материали променят електрическото си съпротивление, когато са подложени на механично напрежение. В приложенията за ниво на водата, тези сензори измерват хидростатичното налягане, упражнявано от воден стълб, което е пряко пропорционално на височината на водата. Тази физическа връзка позволява прецизно определяне на нивото на водата, независимо от нейната прозрачност, мътност или наличието на суспендирани твърди частици – фактори, които често са предизвикателство за алтернативни технологии като ултразвукови или оптични сензори.
Националната агенция по водите на Сингапур, Съветът за комунални услуги (PUB), стратегически е разположила пиезорезистивни сензори в множество области на управление на водите. Тези внедрявания са насочени към справяне с няколко от уникалните предизвикателства на Сингапур: необходимостта от точно прогнозиране на наводненията в тропически климат, предразположен към интензивни валежи, изискването за прецизно управление на резервоарите в страна с ограничена земя, която е създала множество градски резервоари, и търсенето на надеждни данни за експлоатацията на все по-сложна и взаимосвързана водоснабдителна мрежа.
Водната история на Сингапур е история на трансформация – от недостиг на вода до водна сигурност. Четирите национални крана на страната (местен водосборен басейн, вносна вода, NEWater и обезсолена вода) представляват диверсифицирана стратегия за водоснабдяване, при която всеки компонент изисква внимателно наблюдение. Пиезорезистивните сензори допринасят за тази стратегия, като предоставят точни данни в реално време, необходими за оптимизиране на операциите и в четирите крана, особено в местните водосборни системи, които сега събират вода от две трети от сушата на Сингапур.
Въвеждането на пиезорезистивната технология е в съответствие с по-широката инициатива на Сингапур „Smart Nation“, която набляга на вземането на решения, основани на данни, във всички сектори. В управлението на водите това се изразява в сензори, които не само предоставят измервания, но и се интегрират безпроблемно с усъвършенствани аналитични платформи, което позволява прогнозна поддръжка, автоматизирани системи за управление и възможности за ранно предупреждение. Здравината на пиезорезистивните сензори – способността им да поддържат точност въпреки биологичното замърсяване, температурните колебания и дългосрочното разполагане – ги прави особено подходящи за тропическата среда на Сингапур и строгите стандарти на PUB за качество на данните и надеждност на системата.
Системи за мониторинг на наводнения и ранно предупреждение
Тропическият климат на Сингапур носи интензивни валежи, които могат бързо да претоварят дренажните системи, което прави надеждното наблюдение на наводненията от съществено значение за устойчивостта на градската среда. Съветът за комунални услуги (PUB) е внедрил обширна мрежа от пиезорезистивни сензори за нивото на водата като част от стратегията си за управление на риска от наводнения, създавайки една от най-модерните системи за предупреждение за наводнения в градовете в света. Тези сензори предоставят критичните данни, необходими за прогнозиране, наблюдение и реагиране на наводнения в гъсто населения градски пейзаж на острова.
Разполагане на сензори във високорискови зони
Сингапурският национален университет в Сингапур (PUB) е инсталирал стратегически пиезорезистивни сензори на приблизително 200 ключови места в дренажната мрежа на Сингапур, с особена концентрация в ниско разположени райони и исторически горещи точки на наводнения57. Тези сензори непрекъснато следят нивата на водата в канали, дренажи и реки, като подават данни в реално време към централните системи за управление на PUB. Пиезорезистивната технология е избрана за тези приложения поради изключителната си надеждност в трудните условия на околната среда в Сингапур – висока влажност, чести проливни дъждове и потенциал за наводнения, пълни с отломки, които биха могли да замърсят други видове сензори.
Сензорите са част от интегрирана система за наблюдение на наводнения, която включва радар за валежи, CCTV камери и монитори за качество на водата. Пиезорезистивните сензори за нивото на водата обаче служат като основен елемент, осигуряващ най-директното измерване на действителния риск от наводнения на определени места. Техните измервания са особено ценни, защото улавят интегрирания резултат от всички хидрологични процеси нагоре по течението – интензитет на валежите, характеристики на оттичането на водосборния басейн и производителност на дренажната система – в един-единствен, лесно интерпретируем параметър: дълбочината на водата.
Автоматизирани механизми за предупреждение
Системата за мониторинг на наводнения в Сингапур използва данни от пиезорезистивни сензори, за да генерира автоматични предупреждения по множество канали. Когато нивата на водата се повишат до предварително определени прагове (обикновено на 50%, 75%, 90% и 100% от критичните дълбочини), системата задейства известия чрез SMS, мобилното приложение MyWaters и вътрешни дисплеи в контролната зала на PUB7. Този многоетапен подход за предупреждения позволява постепенни реакции, от рутинен мониторинг до аварийни интервенции.
Високата точност на пиезорезистивните сензори (±0,1% от пълната скала в много инсталации) гарантира, че предупрежденията се основават на прецизни измервания, като се минимизират фалшивите аларми, като същевременно се осигурява достатъчно време за предупреждение. Жителите и фирмите могат да се абонират за получаване на предупреждения за до три конкретни местоположения на сензорите, което позволява персонализирани предупреждения за наводнения в райони с особен риск7. Това ниво на персонализиране е възможно само защото пиезорезистивните сензори предоставят постоянно надеждни данни, на които PUB и обществеността могат да се доверят.
Интеграция с инфраструктурата за контрол на наводненията
Освен системите за предупреждение, данните от пиезорезистивни сензори директно контролират автоматизираната инфраструктура за смекчаване на наводнения на няколко места в Сингапур. В райони като Орчард Роуд – търговски район, който преживя сериозни наводнения през 2010 и 2011 г. – данните от сензорите задействат работата на временни бариери за защита от наводнения и активират мощни помпи за отклоняване на водите от наводнения5. Бързото време за реакция на сензорите (обикновено по-малко от една секунда) е от решаващо значение за тези приложения, позволявайки на системите за управление да реагират, преди условията на наводнение да станат сериозни.
Едно забележително приложение е програмата за „устойчиви на наводнения“ мазета за сгради в райони, предразположени към наводнения. Тук пиезорезистивни сензори, инсталирани в подземни паркинги, се свързват със системи за аларма на сградата, предоставяйки директни предупреждения на управителите на сградата и обитателите ѝ, когато заплашват наводнения5. Здравата конструкция на сензорите осигурява надеждна работа дори при частично потопяване, което е често срещана причина за повреда при по-малко издръжливите технологии.
Производителност по време на екстремни метеорологични явления
Сингапурската пиезорезистивна сензорна мрежа е доказала своята стойност по време на множество екстремни валежи. Например, по време на буря през 2018 г., която падна с близо 160 мм дъжд за четири часа – едни от най-интензивните валежи в историята на Сингапур – сензорната мрежа е предоставила на PUB ежеминутни актуализации за нивата на водата на острова. Тези данни са позволили целенасочено разполагане на екипи за реагиране при наводнения и точна комуникация с обществеността за това кои райони са най-застрашени.
Анализът на данните от сензорите след наводнения също помогна на PUB да идентифицира пречките в дренажните системи и да оптимизира бъдещите инвестиции в инфраструктура. Способността на пиезорезистивните сензори да осигуряват точни измервания дори при екстремни условия ги прави особено ценни за тези криминалистични разследвания, тъй като те улавят пълния хидрограф на наводненията без пропуски в данните по време на пикови потоци.
Управление на резервоари и водохранилища
Иновативният подход на Сингапур към съхранението на вода и управлението на резервоарите разчита до голяма степен на прецизно наблюдение на нивото на водата, като пиезорезистивните сензори играят централна роля за осигуряване на ефективността и безопасността на тези критични водни активи. Като островен град-държава с ограничени природни водни ресурси, Сингапур е трансформирал градския си пейзаж, за да функционира като водосборен басейн, създавайки обширна мрежа от резервоари, които сега събират вода от две трети от земната повърхност на страната. Управлението на тези резервоари изисква точни данни за нивото на водата в реално време – изискване, което перфектно се изпълнява от технологията на пиезорезистивните сензори.
Мониторинг на системата от резервоари за марина
Язовирът Марина, най-урбанизираният водосборен басейн на Сингапур, е пример за сложното приложение на пиезорезистивни сензори в мащабни съоръжения за съхранение на вода. Множество сензори са стратегически разположени на различна дълбочина и места в целия язовир, за да наблюдават не само общите нива на водата, но и ефектите на стратификацията и локализираните вариации3. Тези измервания са от решаващо значение за няколко оперативни аспекта:
- Управление на водоснабдяването: Точните данни за нивата осигуряват оптимални нива на водоизточване, които поддържат водоснабдяването, като същевременно се избягва ненужно изчерпване.
- Улавяне на дъждовна вода: По време на валежи сензорите помагат да се определи колко допълнителен отток може безопасно да абсорбира резервоарът.
- Контрол на солеността: В Марина Баридж, данните от сензорите информират операциите на шлюзовете, за да се предотврати проникването на морска вода, като същевременно се позволи подходящо изпускане.
Пиезорезистивните сензори в резервоара Marina Reservoir са специално проектирани да издържат на условията на солени води, където сладката вода се среща с морето, като материалите са подбрани да устоят на корозия в тази трудна среда. Здравата им конструкция позволява непрекъсната работа с минимална поддръжка, въпреки постоянното потапяне и излагането на различни химически състави на водата.
Децентрализиран мониторинг на резервоари за съхранение
Отвъд големите резервоари, пиезорезистивните сензори следят нивата на водата в многобройните децентрализирани резервоари за съхранение на Сингапур – критична инфраструктура за поддържане на водно налягане и аварийни резерви в цялата водоразпределителна мрежа на острова37. Тези приложения демонстрират гъвкавостта на сензорите:
- Градски резервоари на покрива: Във високите сгради сензорите осигуряват адекватно водоснабдяване на горните етажи, като същевременно предотвратяват преливане.
- Сервизни резервоари: Тези междинни съоръжения за съхранение използват данни от сензори, за да оптимизират графиците за изпомпване и потреблението на енергия.
- Аварийно съхранение: Стратегическите резерви, поддържани за сценарии на суша или повреда на инфраструктурата, се следят внимателно за готовност.
Сингапурският университет в Сингапур (PUB) е стандартизирал пиезорезистивни сензори за тези приложения, благодарение на тяхната постоянна производителност при различни геометрии на резервоарите и способността им да взаимодействат директно със SCADA системите, които автоматизират водоразпределителната мрежа на Сингапур.
Можем да предложим и разнообразие от решения за
1. Ръчен измервателен уред за многопараметрично качество на водата
2. Система с плаващи буи за многопараметрично качество на водата
3. Четка за автоматично почистване на многопараметричен сензор за вода
4. Пълен комплект сървъри и софтуерен безжичен модул, поддържа RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN
За повече сензор за вода информация,
Моля, свържете се с Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Уебсайт на компанията:www.hondetechco.com
Тел.: +86-15210548582
Време на публикуване: 27 юни 2025 г.