基于MEMS的隔膜传感器系统和使用方法

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——基于MEMS的隔膜系统和使用方法。该专利由通用电气公司申请，并于2017年6月27日获得授权公告。

内容说明

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。

发明背景

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a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

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。

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。

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。

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。

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。

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。