Cảm biến mực nước áp điện trở đã trở thành một phần không thể thiếu trong chiến lược quản lý nước toàn diện của Singapore, hỗ trợ quá trình chuyển đổi của quốc gia này sang “Mạng lưới nước thông minh”. Bài viết này khám phá các ứng dụng đa dạng của các cảm biến mạnh mẽ và chính xác này trên khắp các hệ thống nước đô thị của Singapore, từ phòng chống lũ lụt đến quản lý hồ chứa và mạng lưới nước thông minh. Là một công nghệ chuyển đổi áp suất nước thành tín hiệu điện thông qua các thành phần áp điện trở, các cảm biến này cung cấp cho Hội đồng Tiện ích Công cộng Singapore (PUB) dữ liệu đáng tin cậy, theo thời gian thực để tối ưu hóa hoạt động, nâng cao khả năng phục hồi của hệ thống và cải thiện việc cung cấp dịch vụ trong cơ sở hạ tầng nước phức tạp của đất nước.
Giới thiệu về cảm biến áp điện trở trong ngành nước của Singapore
Hành trình trở thành quốc gia dẫn đầu toàn cầu về quản lý nước của Singapore xuất phát từ nhu cầu cấp thiết. Là một quốc đảo nhỏ với nguồn tài nguyên nước tự nhiên hạn chế và dễ bị tổn thương trước tác động của biến đổi khí hậu như mưa lớn và mực nước biển dâng, Singapore đã đầu tư mạnh mẽ vào các công nghệ nước tiên tiến. Trong số đó, cảm biến mực nước áp điện trở đã nổi lên như một thành phần quan trọng trong cơ sở hạ tầng giám sát nước của quốc gia này, mang lại độ tin cậy và độ chính xác vượt trội trong các môi trường nước đa dạng.
Cảm biến áp điện trở hoạt động dựa trên nguyên lý điện trở của một số vật liệu thay đổi khi chịu tác động cơ học. Trong các ứng dụng đo mực nước, các cảm biến này đo áp suất thủy tĩnh do cột nước tạo ra, tỷ lệ thuận với chiều cao của nước. Mối quan hệ vật lý này cho phép xác định mực nước chính xác bất kể độ trong, độ đục hay sự hiện diện của chất rắn lơ lửng - những yếu tố thường thách thức các công nghệ thay thế như cảm biến siêu âm hoặc cảm biến quang học.
Ủy ban Tiện ích Công cộng (PUB), cơ quan quản lý nước quốc gia của Singapore, đã triển khai chiến lược các cảm biến áp điện trở trên nhiều lĩnh vực quản lý nước. Việc triển khai này giải quyết một số thách thức đặc thù của Singapore: nhu cầu dự báo lũ lụt chính xác trong điều kiện khí hậu nhiệt đới dễ xảy ra mưa lớn, yêu cầu quản lý hồ chứa chính xác ở một quốc gia khan hiếm đất đai đã xây dựng nhiều hồ chứa đô thị, và nhu cầu về dữ liệu đáng tin cậy để vận hành mạng lưới cấp nước ngày càng phức tạp và liên kết chặt chẽ.
Câu chuyện về nước của Singapore là một câu chuyện chuyển đổi - từ khan hiếm nước sang an ninh nguồn nước. Bốn vòi nước quốc gia của quốc gia (nước lưu vực địa phương, nước nhập khẩu, nước NEWater và nước khử muối) đại diện cho một chiến lược cung cấp nước đa dạng, trong đó mỗi thành phần đều cần được giám sát chặt chẽ. Cảm biến áp điện trở góp phần vào chiến lược này bằng cách cung cấp dữ liệu chính xác, theo thời gian thực cần thiết để tối ưu hóa hoạt động trên cả bốn vòi nước, đặc biệt là trong các hệ thống lưu vực địa phương hiện đang thu thập nước từ hai phần ba diện tích đất liền của Singapore.
Việc áp dụng công nghệ áp điện trở phù hợp với sáng kiến Quốc gia Thông minh (Smart Nation) rộng lớn hơn của Singapore, nhấn mạnh việc ra quyết định dựa trên dữ liệu trong mọi lĩnh vực. Trong quản lý nước, điều này được thể hiện qua các cảm biến không chỉ cung cấp các phép đo mà còn tích hợp liền mạch với các nền tảng phân tích tiên tiến, cho phép bảo trì dự đoán, hệ thống điều khiển tự động và khả năng cảnh báo sớm. Độ bền của cảm biến áp điện trở - khả năng duy trì độ chính xác bất chấp sự bám bẩn sinh học, biến động nhiệt độ và triển khai dài hạn - khiến chúng đặc biệt phù hợp với môi trường nhiệt đới của Singapore và các tiêu chuẩn khắt khe của PUB về chất lượng dữ liệu và độ tin cậy của hệ thống.
Hệ thống giám sát lũ lụt và cảnh báo sớm
Khí hậu nhiệt đới của Singapore mang lại lượng mưa lớn, có thể nhanh chóng gây quá tải hệ thống thoát nước, khiến việc giám sát lũ lụt mạnh mẽ trở nên thiết yếu đối với khả năng phục hồi của đô thị. Ủy ban Tiện ích Công cộng (PUB) đã triển khai một mạng lưới rộng lớn các cảm biến mực nước áp điện trở như một phần trong chiến lược quản lý rủi ro lũ lụt, tạo ra một trong những hệ thống cảnh báo lũ lụt đô thị tiên tiến nhất thế giới. Các cảm biến này cung cấp dữ liệu quan trọng cần thiết để dự đoán, giám sát và ứng phó với lũ lụt trên toàn bộ khu vực đô thị đông đúc của đảo quốc.
Triển khai cảm biến ở các khu vực có nguy cơ cao
PUB đã lắp đặt các cảm biến áp điện trở một cách chiến lược tại khoảng 200 vị trí trọng điểm trên khắp mạng lưới thoát nước của Singapore, đặc biệt tập trung ở các vùng trũng thấp và các điểm nóng lũ lụt lịch sử57. Các cảm biến này liên tục theo dõi mực nước trong kênh rạch, cống rãnh và sông ngòi, cung cấp dữ liệu thời gian thực cho các hệ thống điều khiển trung tâm của PUB. Công nghệ áp điện trở được lựa chọn cho các ứng dụng này nhờ độ tin cậy vượt trội trong điều kiện môi trường khắc nghiệt của Singapore—độ ẩm cao, mưa lớn thường xuyên và nguy cơ nước lũ chứa nhiều mảnh vụn có thể làm bẩn các loại cảm biến khác.
Các cảm biến này là một phần của hệ thống giám sát lũ lụt tích hợp, bao gồm radar lượng mưa, camera quan sát CCTV và thiết bị giám sát chất lượng nước. Tuy nhiên, cảm biến mực nước áp điện trở đóng vai trò nền tảng, cung cấp phép đo trực tiếp nhất về nguy cơ lũ lụt thực tế tại các vị trí cụ thể. Các phép đo của chúng đặc biệt có giá trị vì chúng ghi lại kết quả tích hợp của tất cả các quá trình thủy văn thượng nguồn - cường độ mưa, đặc điểm dòng chảy lưu vực và hiệu suất hệ thống thoát nước - trong một thông số duy nhất, dễ diễn giải: độ sâu nước.
Cơ chế cảnh báo tự động
Hệ thống giám sát lũ lụt của Singapore tận dụng dữ liệu cảm biến áp điện trở để tạo cảnh báo tự động qua nhiều kênh. Khi mực nước dâng lên đến ngưỡng được xác định trước (thường là 50%, 75%, 90% và 100% độ sâu tới hạn), hệ thống sẽ kích hoạt thông báo qua tin nhắn SMS, ứng dụng di động MyWaters và màn hình hiển thị nội bộ của phòng điều khiển PUB7. Phương pháp cảnh báo theo từng cấp độ này cho phép ứng phó theo từng cấp độ, từ giám sát thường xuyên đến can thiệp khẩn cấp.
Độ chính xác cao của cảm biến áp điện trở (±0,1% so với thang đo đầy đủ trong nhiều hệ thống) đảm bảo cảnh báo dựa trên các phép đo chính xác, giảm thiểu báo động giả đồng thời cung cấp thời gian cảnh báo phù hợp. Cư dân và doanh nghiệp có thể đăng ký nhận cảnh báo cho tối đa ba vị trí cảm biến cụ thể, cho phép cá nhân hóa cảnh báo lũ lụt cho các khu vực đặc biệt quan ngại7. Mức độ tùy chỉnh này chỉ khả thi vì cảm biến áp điện trở cung cấp dữ liệu đáng tin cậy, ổn định mà PUB và công chúng có thể tin tưởng.
Tích hợp với Cơ sở hạ tầng Kiểm soát Lũ lụt
Ngoài các hệ thống cảnh báo, dữ liệu cảm biến áp điện trở còn trực tiếp điều khiển cơ sở hạ tầng giảm thiểu lũ lụt tự động tại một số địa điểm trên khắp Singapore. Tại các khu vực như Orchard Road—khu mua sắm từng bị lũ lụt nghiêm trọng vào năm 2010 và 2011—dữ liệu cảm biến kích hoạt hoạt động của các rào chắn lũ tạm thời và kích hoạt các máy bơm công suất lớn để chuyển hướng dòng nước lũ5. Thời gian phản hồi nhanh của cảm biến (thường dưới một giây) rất quan trọng đối với các ứng dụng này, cho phép các hệ thống điều khiển phản ứng trước khi tình trạng lũ lụt trở nên nghiêm trọng.
Một ứng dụng đáng chú ý là chương trình tầng hầm "chống ngập" cho các tòa nhà ở khu vực dễ bị ngập lụt. Tại đây, các cảm biến áp điện trở được lắp đặt trong bãi đậu xe ngầm kết nối với hệ thống báo động của tòa nhà, cung cấp cảnh báo trực tiếp cho ban quản lý và cư dân khi nước lũ đe dọa5. Cấu trúc chắc chắn của các cảm biến đảm bảo hoạt động đáng tin cậy ngay cả khi bị ngập một phần, một điểm thường gặp ở các công nghệ kém bền bỉ hơn.
Hiệu suất trong các sự kiện thời tiết khắc nghiệt
Mạng lưới cảm biến áp điện trở của Singapore đã chứng minh được giá trị của nó trong nhiều đợt mưa lớn. Ví dụ, trong cơn bão năm 2018 với lượng mưa gần 160 mm trong bốn giờ - một trong những trận mưa lớn nhất trong lịch sử Singapore - mạng lưới cảm biến đã cung cấp cho Cơ quan Quản lý Nước (PUB) thông tin cập nhật từng phút về mực nước trên toàn đảo. Dữ liệu này cho phép triển khai các đội ứng phó lũ lụt có mục tiêu và truyền thông chính xác đến cộng đồng về những khu vực nào có nguy cơ cao nhất.
Việc phân tích dữ liệu cảm biến sau sự kiện cũng đã giúp PUB xác định các điểm nghẽn trong hệ thống thoát nước và tối ưu hóa các khoản đầu tư cơ sở hạ tầng trong tương lai. Khả năng cung cấp các phép đo chính xác ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt của cảm biến áp điện trở khiến chúng đặc biệt có giá trị cho các cuộc điều tra pháp y này, vì chúng ghi lại toàn bộ thủy văn của các sự kiện lũ lụt mà không có khoảng trống dữ liệu trong thời gian lưu lượng đỉnh lũ.
Quản lý hồ chứa và lưu trữ nước
Phương pháp tiếp cận sáng tạo của Singapore trong việc lưu trữ nước và quản lý hồ chứa phụ thuộc rất nhiều vào việc giám sát mực nước chính xác, với các cảm biến áp điện trở đóng vai trò trung tâm trong việc đảm bảo hiệu quả và an toàn cho các tài sản nước quan trọng này. Là một thành phố-quốc đảo với nguồn tài nguyên nước thiên nhiên hạn chế, Singapore đã chuyển đổi cảnh quan đô thị để hoạt động như một khu vực thu gom nước, tạo ra một mạng lưới hồ chứa rộng lớn, hiện đang thu thập nước từ hai phần ba diện tích đất liền của đất nước. Việc quản lý các hồ chứa này đòi hỏi dữ liệu mực nước chính xác, theo thời gian thực - một yêu cầu được đáp ứng hoàn hảo bởi công nghệ cảm biến áp điện trở.
Giám sát hệ thống hồ chứa Marina
Hồ chứa Marina, lưu vực đô thị hóa nhất của Singapore, là một ví dụ điển hình về ứng dụng tinh vi của cảm biến áp điện trở trong các cơ sở lưu trữ nước quy mô lớn. Nhiều cảm biến được bố trí chiến lược ở các độ sâu và vị trí khác nhau trên khắp hồ chứa để theo dõi không chỉ mực nước tổng thể mà còn cả hiệu ứng phân tầng và biến động cục bộ3. Các phép đo này rất quan trọng đối với một số khía cạnh vận hành:
- Quản lý nguồn cung cấp nước: Dữ liệu mực nước chính xác đảm bảo tốc độ rút nước tối ưu giúp duy trì nguồn cung cấp đồng thời tránh tình trạng rút nước không cần thiết.
- Thu thập nước mưa: Trong các trận mưa, các cảm biến giúp xác định lượng nước chảy tràn bổ sung mà hồ chứa có thể hấp thụ an toàn.
- Kiểm soát độ mặn: Tại đập Marina, dữ liệu cảm biến sẽ thông báo cho hoạt động của cổng để ngăn nước biển xâm nhập đồng thời cho phép xả nước thích hợp.
Các cảm biến áp điện trở trong Hồ chứa Marina được thiết kế đặc biệt để chịu được điều kiện nước lợ, nơi nước ngọt gặp nước biển, với vật liệu được lựa chọn để chống ăn mòn trong môi trường khắc nghiệt này. Cấu trúc chắc chắn của chúng cho phép hoạt động liên tục với mức bảo trì tối thiểu, ngay cả khi ngâm liên tục và tiếp xúc với các thành phần hóa học nước khác nhau.
Giám sát bể chứa phi tập trung
Ngoài các hồ chứa lớn, các cảm biến áp điện trở còn giám sát mực nước trong nhiều bể chứa phân tán của Singapore—cơ sở hạ tầng quan trọng để duy trì áp suất nước và dự trữ khẩn cấp trên toàn bộ mạng lưới phân phối nước của hòn đảo37. Các ứng dụng này chứng minh tính linh hoạt của các cảm biến:
- Bồn nước trên mái nhà đô thị: Ở các tòa nhà cao tầng, cảm biến đảm bảo cung cấp đủ nước cho các tầng trên đồng thời ngăn ngừa tràn nước.
- Bể chứa dịch vụ: Các cơ sở lưu trữ trung gian này sử dụng dữ liệu cảm biến để tối ưu hóa lịch trình bơm và mức sử dụng năng lượng.
- Lưu trữ khẩn cấp: Các kho dự trữ chiến lược được duy trì để phòng ngừa hạn hán hoặc các tình huống hỏng hóc cơ sở hạ tầng được theo dõi cẩn thận để đảm bảo sẵn sàng.
PUB đã chuẩn hóa các cảm biến áp điện trở cho các ứng dụng này do chúng có hiệu suất nhất quán trên nhiều hình dạng bể chứa khác nhau và có khả năng giao tiếp trực tiếp với các hệ thống SCADA tự động hóa mạng lưới phân phối nước của Singapore.
Chúng tôi cũng có thể cung cấp nhiều giải pháp khác nhau cho
1. Máy đo cầm tay đo chất lượng nước đa thông số
2. Hệ thống phao nổi cho chất lượng nước đa thông số
3. Bàn chải làm sạch tự động cho cảm biến nước đa thông số
4. Bộ máy chủ và mô-đun không dây phần mềm hoàn chỉnh, hỗ trợ RS485 GPRS / 4g / WIFI / LORA / LORAWAN
Để biết thêm cảm biến nước thông tin,
Vui lòng liên hệ với Công ty TNHH Công nghệ Honde.
Email: info@hondetech.com
Trang web của công ty:www.hondetechco.com
Điện thoại: +86-15210548582
Thời gian đăng: 27-06-2025