CN105073649B - 基于mems的隔膜传感器系统和使用方法 - Google Patents

基于mems的隔膜传感器系统和使用方法 Download PDF

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Abstract

一种用于监测基于隔膜的水过滤设备中的隔膜元件的MEMS传感器系统具有远程遥测单元(RTU)、SCADA和多个MEMS传感器，以用于测量压力、流率和传导性。水过滤设备具有列，其中隔膜管包含串联设置的多个隔膜元件，从而创建各隔膜元件之间的接口。MEMS传感器位于隔膜元件接口。一种监测基于隔膜的水过滤设备中的隔膜元件的方法使用放置在过滤设备隔膜元件接口的用于测量压力、流率和传导性的多个MEMS传感器。

Description

基于MEMS的隔膜传感器系统和使用方法
技术领域
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
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
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。
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。
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。
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。
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CDTC由线圈、感应收发器和RF收发器来组成。
在本发明的另一方面，MEMS传感器的每个由CDTC中的电池来供电或者由RTU无线地供电。
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。
在本发明的另一方面，MEMS传感器的每个包含内务信息。
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：Anti-Telescoping Device)，其中MEMS传感器安装在ATD的压力配合槽或扣件槽中。
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。
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，并且更新内务信息。
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。
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。
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。
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。
在本发明的另一方面，MEMS传感器由CDTC中的电池来供电。
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。
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。
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
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1a-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。
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
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。
“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。
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。
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。
图1a-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(CDTC)200进行组合以形成MEMS传感器10。RSSS 100和CDTC 200各具有线圈140和240，其允许电力和通信在RSSS 100与CDTC 200之间传递。RSSS 100和CDTC 200经由串联感应通信进行通信。
结构手柄205将RSSS 100固定到CDTC 200。如果RSSS 100或者CDTC 200出故障，则这个设计允许RSSS 100或CDTC 200被分隔，以及出故障组件—RSSS 100或者CDTC 200—采用工作部件来更换。此外，该设计还允许操作员采用具有不同类型或感测范围的传感器的RSSS 100换出具有某种类型或感测范围的一个传感器的RSSS 100。图1a示出分隔的RSSS100和CDTC 200，同时图1b示出组合为通用封装的RSSS 100和CDTC 200。
来看图1c，考虑MEMS传感器10还由具有至少两个聚合片材的共同挤出的多层结构隔膜11来组成。在MEMS传感器10的一些实施例中，共同挤出的多层隔膜11具有保护层12，其粘附到一个或多个支承层13。保护层12可通过第一模具共同挤出，以及支承层13可通过第二模具共同挤出。术语“共同挤出”表示一种制造过程，其中将两个或更多聚合化合物馈入具有单个排放孔的公共挤出模具中。聚合化合物包括但不限于热塑聚烯烃、聚烯烃塑料，其包括但不限于丙烯聚合物。
来看图2A，RSSS 100由智能部件115、压力传感器105、传导性传感器110和流量传感器150来组成。考虑在MEMS传感器10的一些实施例中，压力传感器105、流量传感器150和传导性传感器110是单独可更换的。这因如下事实而帮助降低维护成本：在压力传感器105、流量传感器150或传导性传感器110的任一个的故障情况下，只有单独出故障的传感器将需要更换，与整个MEMS传感器10相反。
图3所示的压力传感器105是可调谐的，并且在一个实施例中具有大约50-60巴的压力范围，其适合于海水RO过程。在另一个实施例中，压力传感器105具有大约10-15巴的压力范围，其适合于微咸水RO过程。此外，考虑压力传感器105具有压阻或谐振类型。
传导性传感器110的一个实施例在图4中示出。在这个实施例中，传导性传感器110具有多个电极111a-d。各电极是镀金的，并且配置成测量不同分析物的浓度(盐的类型)。分析物包括但不限于CH3C2-、Cl-、NO3-和SO42。考虑在一些实施例中，将电极111放入传导性传感器110中。考虑传导性传感器110可具有多于或少于四个电极111，各用于所测量的流体流中存在的一个感兴趣分析物。术语“分析物”在本文档中定义为溶解分析物，其是总溶解固体(TDS)的一部分。
流量传感器150能够是适合于测量RO隔膜中的流体的流率的任何MEMS流量传感器，包括但不限于美国专利No.7603898中描述的MEMS流量传感器。
又来看图2A，智能部件115由转换电路120、非易失性存储器130、微处理器125、感应收发器135、电压调节器145和线圈140来组成。
转换电路120调节压力传感器105、流量传感器150和传导性传感器110的输出并且将其转换为适合供微处理器125使用的形式。取决于微处理器125的类型和编程，转换电路120可对压力传感器105、流量传感器150和传导性传感器110的输出进行放大、复用并且应用模数转换。微处理器125使用非易失性存储器130。
此外，微处理器125通过压力传感器105、流量传感器150和传导性传感器110的输出来确定MEMS传感器10所在的流体流中的位置的流率、压力和单独分析物浓度以及总分析物浓度值。微处理器125使用经由感应收发器135和线圈140的串联通信向CDTC 200发送流率、单独分析物浓度、总分析物浓度(TDS)和压力。
另外，电压调节器145通过感应收发器135和线圈140从CDTC 200接收电压。电压调节器145将电压提供给压力传感器105、流量传感器150、传导性传感器110、转换电路120、微处理器125和非易失性存储器130。此外，电压调节器145通过感应收发器135和线圈140将电力提供给CDTC 200及其组件、感应收发器230和RF收发器245。
此外，非易失性存储器130能够存储内务信息，例如MEMS传感器10的安装日期、所监测隔膜(上游和下游)的安装日期、所监测隔膜的持有者、所监测隔膜(上游和下游)的清洁日期、所监测隔膜的清洁化学品细节(包括但不限于所使用的清洁化学品的类型和量以及清洁过程的时长)，其由SCADA 460提供给MEMS传感器，供SCADA 460以后检索。
要理解，在一些实施例中，转换电路120、非易失性存储器130和微处理器125的功能能够由单个单元、例如微控制器或ASIC来执行。微处理器125中进行的操作在图6中详述。
来看图2b、图2c和图2d，考虑在RSSS 100的一些实施例中，压力传感器105、流量传感器150或传导性传感器110中只有一个存在于RSSS 100上。相应地，只有与当前传感器有关的测量才将由微处理器125来计算并且发送给CDTC 200。相应地，如果仅压力传感器105存在于RSSS 100上，则微处理器125将仅基于压力传感器105的输出来计算压力测量，并且将测量发送给CDTC 200，供RF收发器245进行传送。此外，如果仅传导性传感器110存在于RSSS 100上，则微处理器125将仅基于传导性传感器110的输出来计算单独分析物浓度和总分析物浓度的测量，并且将测量发送给CDTC 200，供RF收发器245进行传送。另外，如果仅流量传感器150存在于RSSS 100上，则微处理器125将仅基于流量传感器150的输出来计算流率测量，并且将测量发送给CDTC 200，供RF收发器245进行传送。
来看图5，CDTC 200由线圈240、感应收发器230、RF收发器245和可选电池255来组成。RF收发器245将电力提供给感应收发器230和线圈240，其然后将电力提供给RSSS 100。RF收发器从电池255(若存在的话)提供电力或RF信号。
线圈240和感应收发器230为RF收发器245提供来自RSSS 100的流率、单独分析物浓度、总分析物浓度和压力。RF收发器245向RTU 402传送唯一ID号、流率、单独分析物浓度、总分析物浓度和压力。此外，RTU 402周期地向MEMS传感器10请求测量，此时，RF收发器245促进微处理器125得到流率、单独分析物浓度、总分析物浓度和压力测量。RF收发器245通过经由CDTC感应收发器230、CDTC线圈240、RSSS线圈140和RSSS感应收发器135发送唯一信号，来促进微处理器125。RF收发器245使用公共无线协议进行操作，包括但不限于Zigbee或蓝牙，其允许RF收发器245在大约10-100英尺之间传送信号。
MEMS传感器10的一些实施例使用智能电力或智能监测的一个或两者。智能电力意味着，一旦MEMS传感器10完成测量值的传输，MEMS传感器10将进入低功率模式，直到促进MEMS传感器10关于另一个测量。
智能监测意味着，MEMS传感器10在由RF收发器245促进关于测量时仅获取一组新测量，与其他设计(其不断获取来自传感器的新输出，并且基于传感器输出来计算新测量值，但是在被促进时仅传送最近的测量值，由此对获取新传感器输出并且计算从未传送的测量值浪费大量电力)相反。
图6是在微处理器125中进行的过程的流程图。用于执行图6的过程的指令存储在非易失性存储器130中，并且由微处理器125来检索。在步骤305，微处理器125加电、初始化并且立即进入降低功率模式。接着步骤305，在步骤310，降低功率模式被保持到由RF收发器245促进微处理器125获取流率、单独分析物浓度、总分析物浓度和流体压力的测量值。接着步骤310，在步骤315，RF收发器245则进入全功率模式，并且获取压力传感器105、流量传感器150和传导性传感器110的输出。接着步骤315，在步骤320，微处理器125使用压力传感器105、流量传感器150和传导性传感器110的输出来确定流率、单独分析物浓度、总分析物浓度和流体压力的测量值。接着步骤320，在步骤325，微处理器125向RF收发器245提供非易失性存储器130中存储的测量值和内务信息以供传输。接着步骤325，在步骤330，如果更新由监控和数据获取单元(SCADA)460提供给MEMS传感器10，则微处理器125更新非易失性存储器130中存储的内务信息。接着步骤330，在步骤335，微处理器125重新进入降低功率模式，并且返回到步骤310。
图7是用于位于基于隔膜的水过滤设备5中的列401的MEMS传感器系统400的拓扑的简图。用于列401的MEMS传感器系统400由远程遥测单元(RTU)402、SCADA 460和MEMS传感器10来组成。除了列401a之外，还考虑MEMS传感器系统400可监测其他附加列401b-n(未示出)，其中“n”是与所监测列的数量一致的字母表的字母。各附加列401b-n也将具有与SCADA460进行接口的对应RTU 400b-n。
即使图7中仅示出两个隔膜管，但是考虑各列401a-n能够具有任何数量的隔膜管。为了简洁起见，将仅论述隔膜管435a，因为其他隔膜管、例如隔膜管435b将按照相似方式进行操作和配置。考虑列401能够由RO隔膜或NF隔膜来组成。
隔膜管435a由位于隔膜管入口436a的前导隔膜元件420a、位于隔膜管出口437a的终止隔膜元件425a以及位于前导隔膜元件420a与端接隔膜元件425a之间的一个或多个内部隔膜元件430a来组成。MEMS传感器10位于如图7所示的隔膜元件420、425和430的各接口415，并且使用RF通信(包括但不限于Wi-Fi、蓝牙或ZigBee)与RTU进行通信。RTU 400a使用以太网或RF通信与SCADA 460进行通信。
此外，各具有常规联机流量、压力和传导性传感器的馈送传感器阵列440a、浓缩传感器阵列445a和渗透传感器阵列450a位于隔膜管435a的入口和出口处的馈送、浓缩和渗透流中。馈送传感器阵列440a、浓缩传感器阵列445a和渗透传感器阵列450a提供馈送、浓缩和渗透流的流率、单独分析物浓度、总分析物浓度和流体压力。馈送传感器阵列440还具有常规温度传感器，其提供馈送流的温度。常规联机温度、流量、压力和传导性传感器可包括但不限于美国专利No.4682113和No.7584061中所述的那些。馈送传感器阵列440a、浓缩传感器阵列445a和渗透传感器阵列450a使用以太网或RF通信与SCADA 460进行接口。
来看图8a-b，馈送进入隔膜元件410的上游端410a处的ATD外部孔径550。浓缩离开隔膜元件410的下游端410b的外部孔径550。渗透离开隔膜元件410的下游端410b的内部孔径545。要理解，隔膜元件410可以是前导隔膜元件420、内部隔膜元件430或终止隔膜元件425。
参照图9a-c，MEMS传感器10处于图7的隔膜元件420a、425a和430a的接口415a。MEMS传感器10安装到位于接口(其在图7中示出)的隔膜的防伸缩装置(ATD)500。
ATD 500具有内部孔径545和外部孔径550。内部孔径545通过内部孔径内壁505来限定。外部孔径550通过外部孔径上壁515和外部孔径下壁540来限定。渗透管555通过外部孔径下壁540和内部孔径内壁505来限定。ATD片从外部孔径上壁515延伸到外部孔径下壁540。
MEMS传感器10安装在ATD 500中形成的槽520中。槽520能够是压力配合槽560或扣件槽565。在一个实施例中，压力配合槽560的支臂沿支臂561-562的整个长度接触MEMS传感器10。但是，考虑在其他实施例中，压力配合槽560的支臂561-562可以仅沿支臂561-562的长度的一部分来接触MEMS传感器10。
在扣件槽565的一个实施例中，支臂566-567的远端566a-567a具有凸起568-569，其接触MEMS传感器10。此外，MEMS传感器10采用扣件535、例如螺钉或螺杆安装在扣件槽565中。在一个实施例中，扣件535通过支臂566-567来插入，以及在另一个实施例中，扣件535通过ATD渗透管555来插入。
此外，图9b示出MEMS传感器10，其包含传导性传感器110、流量传感器150和压力传感器105。相应地，在渗透和浓缩流的每个中仅需要一个MEMS传感器10，以监测接口415a处的流中的水的传导性、流率和压力。图9c所示的MEMS传感器10没有包含传导性传感器110、流量传感器150和压力传感器105。相应地，在接口415a处的馈送、渗透和浓缩流的每个中需要包含传导性传感器110的第一MEMS传感器10、包含压力传感器105的第二MEMS传感器10和包含流量传感器150的第三MEMS传感器10。
来看图7-9，在各隔膜元件接口415，由于离开上游隔膜元件410的ATD外部孔径550的浓缩变成馈送并且进入下游隔膜元件410的ATD外部孔径550，所以要理解，放置在ATD外部孔径550以监测就在MEMS传感器10上游的隔膜元件410的浓缩的MEMS传感器10也监测就在MEMS传感器10下游的隔膜元件410的馈送。
来看图10，RTU 402由RFID读取器403和RTU装置404来组成。在一个实施例中，RFID读取器403经由串联端口连接到RTU装置404。RTU装置404与MEMS传感器10无线通信，并且向/从SCADA 460发送数据。SCADA 460累积并且存储来自MEMS传感器10、隔膜管馈送流传感器阵列440、隔膜管浓缩流传感器阵列445和隔膜管渗透流传感器阵列450的压力、流率和传导性测量值。另外，SCADA 460累积并且存储来自隔膜管馈送流传感器阵列440的流体温度测量值。此外，SCADA 460向用户报告以下所述的所测量数据和所计算数据值。所计算数据能够包括但不限于隔膜元件的归一化渗透流量、隔膜元件的归一化压差的增加和隔膜元件的归一化盐透过率的增加。在一个实施例中，SCADA 460是PC。相应地，SCADA 460能够与数据分析软件集成，并且能够经由IP或移动电话(例如GPRS、3G、4G等)向远程位置发送数据。
图11示出包含多个隔膜元件410的隔膜管435的渗透的所测量总传导性和预计总传导性。如通过查看渗透的所测量传导性和预计传导性能够看到，在第三与第四隔膜元件410之间的隔膜接口415好像有互联O形环故障，其引起所测量传导性的增加。
此外，本发明包括一种使用MEMS传感器系统400来监测列401的隔膜管435中的隔膜元件410的方法。
当监测隔膜元件410的性能时，收集和归一化数据。数据归一化是一种过程，其校正温度、馈送TDS、压力和其他因素(其影响基于隔膜的净水设备中的RO/NF隔膜元件410的性能，但是可与淤塞或其他隔膜降级过程不相关)的变化。通常，当基于隔膜的净水设备运行时，隔膜元件410随时间推移缓慢地淤塞。为了补偿这个方面，列401中的隔膜管435的操作压力增加。归一化流率表明在馈送压力没有增加时原本的流率，并且因此测量已经发生的隔膜元件淤塞的程度。隔膜管435的馈送压力的范围通常从150至450 psig。此外，数据归一化帮助补偿非恒定给水温度。
对各隔膜元件410来计算和监测归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率。在一些实施例中，除了监测和计算隔膜管435中的各隔膜元件410的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率之外，还对各隔膜管435总体上计算和监测归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率。下面论述用来计算各隔膜元件410和隔膜管435的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率的等式和基本数据。
对于归一化渗透流率，温度校正因子(TCF)用来预测隔膜元件410将在与制造商的渗透流量额定值所指定的温度不同的温度下产生的渗透流率。净驱动压力(NDP)和温度影响隔膜对水的渗透率。NDP是系统的所施加压力、压力下降、浸透压力和渗透压力的函数。随着NDP增加，隔膜将产生更多水，以及渗透流率增加。同样，随着温度增加，隔膜元件410变为更加可渗透，以及渗透流率增加。温度校正因子(TCF)将渗透流率的变化与温度的变化相互关连。通过将给定流率与NDP和温度校正因子(TCF)的初始和指定值的比例相乘，找到归一化渗透流率。
等式1是隔膜元件410的归一化渗透流率的公式：
QN = Qt × (NDPr/NDPt) × (TCFr/TCFt)
其中：
QN =隔膜元件在时间“t”的归一化渗透流率
Qt =隔膜元件在时间“t”的实际渗透流率(当隔膜元件410是前导隔膜元件420或内部隔膜元件430时，从位于隔膜元件410的渗透流中的MEMS传感器10的流量传感器150来得到；当隔膜元件410是终止隔膜元件425时，从隔膜管渗透流传感器阵列450的流量传感器来得到)
NDPr =在参考条件下的净驱动压力(使用等式2来得到)
NDPt =在时间“t”的净驱动压力(使用等式2来得到)
TCFr =在参考条件下的温度的TCF(TCF由隔膜元件制造商通过表格或等式形式来提供，并且与隔膜管馈送温度相关)
TCFt =在时间“t”的温度的TCF(TCF由隔膜元件制造商通过表格或等式形式来提供，并且与隔膜管馈送温度相关)
等式2的标准或备选形式给出隔膜元件410的净驱动压力(NDP)的公式：
NDP = Pf - ½*ΔPfb - Posm - Pp (标准形式)
或者NDP = (Pf - Pp - (Pf - Pb)/2) - Posm (备选形式)
其中：
Pf =在时间“t”的馈送压力(当隔膜元件410是终止隔膜元件425或内部隔膜元件430时的位于隔膜元件410的馈送流中的MEMS传感器10的压力传感器105的测量；当隔膜元件410是前导隔膜元件420时的隔膜管给水流传感器阵列440的压力传感器的测量)
ΔPfb =隔膜元件410的馈送与浓缩流之间的压差(当隔膜元件410是内部隔膜元件430时的位于隔膜元件410的馈送流中的MEMS传感器10的压力传感器105的测量与位于隔膜元件410的浓缩流中的MEMS传感器10的压力传感器105的测量之间的差；当隔膜元件410是终止隔膜元件425时的位于隔膜元件410的馈送流中的MEMS传感器10的压力传感器105的测量与隔膜管浓缩流传感器阵列445的压力传感器的测量之间的差；当隔膜元件410是前导隔膜元件420时的隔膜管给水传感器阵列440的压力传感器的测量与位于隔膜元件410的浓缩流中的MEMS传感器10的压力传感器105的测量之间的的差)
Posm =在时间“t”的浸透压力(使用等式3、作为TDS和温度的函数可得到)
Pp =在时间“t”的渗透压力(当隔膜元件410是前导隔膜元件420或内部隔膜元件430时的位于隔膜元件410的渗透流中的MEMS传感器10的压力传感器105的测量；当隔膜410是终止隔膜元件425时的位于隔膜元件410的渗透流中的隔膜管渗透流传感器阵列450的压力传感器的测量)
Pb =在时间“t”的盐水(浓缩)压力(当隔膜元件410是前导隔膜元件420或内部隔膜元件430时的位于隔膜元件410的浓缩流中的MEMS传感器10的压力传感器105的测量；当隔膜410是终止隔膜元件425时的位于隔膜元件410的渗透流中的隔膜管浓缩流传感器阵列445的压力传感器的测量)
隔膜元件410的浸透压力使用等式3、作为隔膜元件的馈送流的总传导性值和隔膜管馈送流的温度的函数可得到：
Posm = cRT
其中：
c = 0.5×馈送流的传导性(对于海水馈送流)
c = 0.65×馈送流的传导性(对于微咸水馈送流)
馈送流传导性值是隔膜元件410的馈送流的总传导性值(当隔膜元件410是内部隔膜元件430或终止隔膜元件425时，使用放置在隔膜元件410的馈送流中的MEMS传感器10的传导性传感器110来测量；当隔膜元件410是前导隔膜元件420时，使用隔膜管给水传感器440的传导性传感器来测量)
R=0.0821 L atm K-1 mol-1是气体常数
T是隔膜管馈送流的热力(绝对)温度(K)(使用隔膜管给水传感器阵列440的温度传感器来测量)
隔膜元件410的归一化盐透过率使用下式4、作为净驱动压力和实际盐透过率的函数可得到：
归一化盐透过率，SPN = %SPa * (NDPt / NDPr)
其中，
NDPr =在参考条件下的净驱动压力(使用上式2来得到)
NDPt =在时间t的净驱动压力(使用上式2来得到)
%SPa = (Kp/Kb)×100
Kp =隔膜元件410的渗透流的总传导性值(当隔膜元件410是前导隔膜元件420或内部隔膜元件430时的位于隔膜元件410的渗透流中的MEMS传感器10的传导性传感器110的测量；当隔膜410是终止隔膜元件425时的位于隔膜元件410的渗透流中的隔膜管渗透流传感器阵列450的传导性传感器的测量)
Kf =隔膜元件410的馈送流的总传导性值(当隔膜元件410是内部隔膜元件430或终止隔膜元件425时，使用放置在隔膜元件410的馈送流中的MEMS传感器10的传导性传感器110来测量；当隔膜元件410是前导隔膜元件420时，使用隔膜管给水传感器440的传导性传感器来测量)
隔膜元件410的归一化差压(DPN)使用下式5、作为实际差压、渗透流率和实际温度校正因子的函数可得到：
DPN = DPA×(Qr) / (Qt) × TCFt
其中：
TCFt =在时间“t”的温度的TCF(TCF由隔膜元件制造商通过表格或等式形式来提供，并且与隔膜管馈送温度相关)
Qr =参考条件下的隔膜元件的渗透流率(当隔膜元件410是前导隔膜元件420或内部隔膜元件430时，从位于隔膜元件410的渗透流中的MEMS传感器10的流量传感器150来得到；当隔膜元件410是终止隔膜元件425时，从隔膜管渗透流传感器阵列450的流量传感器来得到)
Qt =在时间“t”的隔膜元件的实际渗透流率(当隔膜元件410是前导隔膜元件420或内部隔膜元件430时，从位于隔膜元件410的渗透流中的MEMS传感器10的流量传感器150来得到；当隔膜元件410是终止隔膜元件425时，从隔膜管渗透流传感器阵列450的流量传感器来得到)
DPA = Pf - Pp
Pf =在时间“t”的馈送压力(当隔膜元件410是终止隔膜元件425或内部时的位于隔膜元件410的馈送流中的MEMS传感器10的压力传感器105的测量
等式6是隔膜管435的归一化渗透流率的公式：
QN = Qt × (NDPr/NDPt) × (TCFr/TCFt)
其中：
QN =隔膜管在时间“t”的归一化渗透流率
Qt =隔膜管在时间“t”的实际渗透流率(从隔膜管渗透流传感器阵列450的流量传感器来得到)
NDPr =在参考条件下的净驱动压力(使用等式7来得到)
NDPt =在时间“t”的净驱动压力(使用等式7来得到)
TCFr =在参考条件下的温度的TCF(TCF由隔膜元件制造商通过表格或等式形式来提供，并且与隔膜管馈送温度相关)
TCFt =在时间“t”的温度的TCF(TCF由隔膜元件制造商通过表格或等式形式来提供，并且与隔膜管馈送温度相关)
等式7的标准或备选形式给出隔膜管435的净驱动压力(NDP)的公式：
NDP = Pf - ½×ΔPfb - Posm - Pp (标准形式)
或者NDP = (Pf - Pp - (Pf - Pb)/2) - Posm (备选形式)
其中：
Pf =在时间“t”的馈送压力(隔膜管给水流传感器阵列440的压力传感器的测量)
ΔPfb =隔膜管435的馈送和浓缩流之间的压差(隔膜管给水传感器阵列440的压力传感器的测量与隔膜管浓缩流传感器阵列445的测量之间的差)
Posm =在时间“t”的浸透压力(使用等式8作为TDS和温度的函数可得到)
Pp =在时间“t”的渗透压力(隔膜管渗透流传感器阵列450的压力传感器的测量)
Pb = 在时间“t”的盐水(浓缩)压力(隔膜管浓缩流传感器阵列445的压力传感器的测量)
隔膜管435的浸透压力使用等式8、作为隔膜管的馈送流的总传导性值和隔膜管馈送流的温度的函数可得到：
Posm = cRT
其中：
c = 0.5×馈送流的传导性(对于海水馈送流)
c = 0.65×馈送流的传导性(对于微咸水馈送流)
馈送流值的传导性是隔膜管435的馈送流的总传导性值(使用隔膜管给水传感器阵列440的传导性传感器来测量)
R=0.0821 L atm K-1 mol-1是气体常数
T是隔膜管馈送流的热力(绝对)温度(K)(使用隔膜管给水传感器阵列440的温度传感器来测量)
隔膜管435的归一化盐透过率使用下式9、作为净驱动压力和实际盐透过率的函数可得到：
归一化盐透过率，SPN = %SPa * (NDPt / NDPr)
其中，
NDPr =在参考条件下的净驱动压力(使用上式7来得到)
NDPt =在时间t的净驱动压力(使用上式7来得到)
%SPa = (Kp/Kb)×100
Kp =隔膜管435的渗透流的总传导性值(隔膜管渗透流传感器阵列450的传导性传感器的测量)
Kf =隔膜管435的馈送流的总传导性值(使用隔膜管给水传感器阵列440的传导性传感器来测量)
隔膜管435的归一化差压(DPN)使用下式10、作为实际差压、渗透流率和实际温度校正因子的函数可得到：
DPN = DPA×Qr) / (Qt) ×TCFt
其中：
TCFt =在时间“t”的温度的TCF(TCF由隔膜元件制造商通过表格或等式形式来提供，并且与隔膜管馈送温度相关)
Qr =在参考条件下的隔膜管的渗透流率(从隔膜管渗透流传感器阵列450的流量传感器来得到)
Qt =在时间“t”的隔膜管的实际渗透流率(从隔膜管渗透流传感器阵列450的流量传感器来得到)
DPA = Pf - Pp
Pf =在时间“t”的馈送压力(隔膜管给水流传感器阵列440的压力传感器的测量)
Pp =在时间“t”的渗透压力(隔膜管渗透流传感器阵列450的压力传感器的测量)
一种监测隔膜元件410的性能的方法在图12a-c中示出。考虑在一些实施例中，图12a-c的方法也能够用来就阻塞或机械故障来监测隔膜管435的隔膜元件410的性能。此外，在另一个实施例中，考虑图12a-c所示的方法能够用来就阻塞或机械故障来监测隔膜管435的隔膜元件410的性能和隔膜管理435的性能。在步骤701，提供MEMS传感器系统400和隔膜列401。隔膜列401由一个或多个隔膜管435组成，其中各隔膜管435包含串联设置的多个隔膜元件410，从而创建各隔膜元件410之间的隔膜接口415。各隔膜元件410提供有馈送流，并且产生浓缩流和渗透流。
隔膜管435在隔膜管入口436提供有馈送流，并且在隔膜管出口437产生浓缩流和渗透流。隔膜管435在馈送、浓缩和渗透流的每个中具有采取隔膜管馈送流传感器阵列440、隔膜管浓缩流传感器阵列445和隔膜管渗透流传感器阵列450的形式的常规压力传感器、常规流量传感器和常规传导性传感器。隔膜管馈送流传感器阵列440还具有用于测量馈送流中的流体的温度的温度传感器。MEMS传感器系统400由多个MEMS传感器10、RTU 402和SCADA460来组成。MEMS传感器10位于隔膜接口415，并且监测各隔膜接口415处的馈送、渗透和浓缩流的压力、流率和传导性。
在步骤705，对参考条件下的各隔膜元件410和隔膜管435来得到归一化渗透流率、归一化减压和归一化盐透过率值。参考条件定义为当隔膜管435和隔膜元件410未淤塞并且机械上稳定(例如，o形环和隔膜是无损的)时、例如就在隔膜管435和隔膜元件410被清楚或者最初投入使用之后的时间“t”之前的时间点。步骤705的基本细节在下面论述并且在图12c的步骤705a-d来示出。
在步骤710，促进MEMS传感器10和隔膜管馈送流传感器阵列440、隔膜管浓缩流传感器阵列445和隔膜管渗透流传感器阵列450来获取隔膜接口415以及隔膜管入口436和出口437处的馈送、渗透和浓缩流的压力、流率和传导性测量值。此外，促进隔膜管馈送流传感器阵列440还获取隔膜管入口436的馈送流的流体的温度值。传导性测量值包括单独分析物浓度的测量和总分析物浓度测量(即，总传导性)。由RTU 402来促进MEMS传感器10。进行步骤710的测量的时间被认为是时间“t”。
在步骤715，在隔膜接口415处来自MEMS传感器10的馈送、渗透和浓度流的压力、流率和传导性测量值被得到并且提供给SCADA 460。内务信息也从MEMS传感器10来得到。在隔膜管入口436和出口437的馈送、渗透和浓缩流的压力、流率和传导性测量值也通过隔膜管馈送流传感器阵列440、隔膜管浓缩流传感器阵列445和隔膜管渗透流传感器阵列450中的常规流量、压力和传导性传感器来得到并且提供给SCADA 460。此外，在隔膜管入口436的馈送流中的流体的温度测量值也通过隔膜管馈送流传感器阵列440中的温度传感器来得到并且提供给SCADA 460。
在步骤720，SCADA 460使用在时间“t”所获取的压力、流率、温度和传导性测量值来计算各隔膜元件410的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率值。此外，在一些实施例中，还对各隔膜管435来计算归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率值。
在步骤725，更新MEMS传感器10中的内务信息。在步骤730，比较在参考条件下以及在时间“t”的各隔膜元件410的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率值，以识别受损隔膜元件410。逐个隔膜元件410并且还逐个隔膜管435进行比较。相应地，对参考条件下的各隔膜元件410来得到单独归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率值，以及在时间“t”对各隔膜元件410来计算单独归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率值。逐个隔膜元件410比较在参考条件下以及在时间“t”的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率的单独值。
在一些实施例中，还比较在参考条件下以及在时间“t”的各隔膜管435的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率值，以识别受损隔膜管435。逐个隔膜管435进行比较。相应地，对参考条件下的各隔膜管435来得到单独归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率值，以及在时间“t”对各隔膜管435来计算单独归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率值。逐个隔膜管435比较在参考条件下以及在时间“t”的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率的单独值。
在一个实施例中，如果在时间“t”的隔膜元件410的所计算的归一化渗透流量值比参考条件下的隔膜元件410的归一化渗透流量值要小至少大约5%，则将隔膜元件410识别为受损。此外，如果隔膜元件410的所计算的归一化差压值比参考条件下的隔膜元件410的归一化压差值要大至少大约5%，则将隔膜元件410识别为受损。另外，当隔膜元件410的所计算的归一化盐透过率值比参考条件下的隔膜元件410的归一化盐透过率值要大至少大约5%时，将隔膜元件410识别为受损。另外，如果隔膜管435的所计算的归一化渗透流量值比参考条件下的隔膜管435的归一化渗透流量值要小至少大约5%，则将隔膜管435识别为受损。此外，当隔膜管435的所计算的归一化差压值比参考条件下的隔膜管435的归一化压差值要大至少大约5%时，将隔膜管435识别为受损。此外，当隔膜管435的所计算的归一化盐透过率值比参考条件下的隔膜管435的归一化盐透过率值要大至少大约5%时，将隔膜管435识别为受损。
在另一个实施例中，如果在时间“t”的隔膜元件410的所计算的归一化渗透流量值比参考条件下的隔膜元件410的归一化渗透流量值要小至少大约10%，则将隔膜元件410识别为受损。此外，如果隔膜元件410的所计算的归一化差压值比参考条件下的隔膜元件410的归一化压差值要大至少大约10%，则将隔膜元件410识别为受损。另外，当隔膜元件410的所计算的归一化盐透过率值比参考条件下的隔膜元件410的归一化盐透过率值要大至少大约10%时，将隔膜元件410识别为受损。另外，如果隔膜管435的所计算的归一化渗透流量值比参考条件下的隔膜管435的归一化渗透流量值要小至少大约10%，则将隔膜管435识别为受损。此外，当隔膜管435的所计算的归一化差压值比参考条件下的隔膜管435的归一化压差值要大至少大约10%时，将隔膜管435识别为受损。此外，当隔膜管435的所计算的归一化盐透过率值比参考条件下的隔膜管435的归一化盐透过率值要大至少大约10%时，将隔膜管435识别为受损。
在又一实施例中，如果在时间“t”的隔膜元件410的所计算的归一化渗透流量值比参考条件下的隔膜元件410的归一化渗透流量值要小至少大约15%，则将隔膜元件410识别为受损。此外，如果隔膜元件410的所计算的归一化差压值比参考条件下的隔膜元件410的归一化压差值要大至少大约15%，则将隔膜元件410识别为受损。另外，当隔膜元件410的所计算的归一化盐透过率值比参考条件下的隔膜元件410的归一化盐透过率值要大至少大约15%时，将隔膜元件410识别为受损。另外，如果隔膜管435的所计算的归一化渗透流量值比参考条件下的隔膜管435的归一化渗透流量值要小至少大约10%，则将隔膜管435识别为受损。此外，当隔膜管435的所计算的归一化差压值比参考条件下的隔膜管435的归一化压差值要大至少大约15%时，将隔膜管435识别为受损。此外，当隔膜管435的所计算的归一化盐透过率值比参考条件下的隔膜管435的归一化盐透过率值要大至少大约15%时，将隔膜管435识别为受损。
在步骤735，向操作员报告受损隔膜元件410的位置。此外，由SCADA 460使在时间“t”以及在参考条件下的隔膜410的流率、压力、温度和传导性测量是操作员可用的。另外，由SCADA 460使在时间“t”以及在参考条件下的各隔膜元件410的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率值是操作员可用的。
此外，在监测隔膜管435的性能的实施例中，向操作员报告受损隔膜管435的位置。另外，由SCADA 460使在时间“t”以及在参考条件下的隔膜管435的流率、压力、温度和传导性测量值是操作员可用的。此外，由SCADA 460使在时间“t”以及在参考条件下的各隔膜管435的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率值是操作员可用的。隔膜元件410或隔膜管435在被污垢阻塞或部分阻塞或者遭受机械故障时受损。
在步骤740，该方法在返回到步骤710并且在新时间“t”得到一组新测量之前暂停预定时间间隔。这归因于如下事实：当基于隔膜的净水设备正在操作时，隔膜元件410和隔膜管435一般变成淤塞，并且机械故障一般以缓慢速率形成。在一个实施例中，预定时间间隔在大约15分钟与1个月之间。在另一个实施例中，预定时间间隔在大约1小时与1周之间。在另一实施例中，预定时间间隔为1天。
来看图12c中的步骤705a-d。在步骤705a，促进MEMS传感器10和隔膜管馈送流传感器阵列440、隔膜管浓缩流传感器阵列445和隔膜管渗透流传感器阵列450来获取隔膜接口415以及隔膜管入口436和出口437处的馈送、渗透和浓缩流的压力、流率和传导性测量值。此外，促进隔膜管馈送流传感器阵列440还获取隔膜管入口436的馈送流的流体的温度测量值。传导性测量值包括单独分析物浓度的测量值和总分析物浓度测量(即，总传导性)。由RTU 402来促进MEMS传感器10。测量在参考条件期间进行。
在步骤705b，在隔膜接口415处来自MEMS传感器10的馈送、渗透和浓度流的压力、流率和传导性测量值被得到并且提供给SCADA 460。内务信息也从MEMS传感器10来得到。在隔膜管入口436和出口437的馈送、渗透和浓缩流的压力、流率和传导性测量值也通过隔膜管馈送流传感器阵列440、隔膜管浓缩流传感器阵列445和隔膜管渗透流传感器阵列450中的常规流量、压力和传导性传感器来得到并且提供给SCADA 460。此外，在隔膜管入口436的馈送流中的流体的温度测量值也通过隔膜管馈送流传感器阵列440中的温度传感器来得到并且提供给SCADA 460。
在步骤705c，SCADA 460使用在时间“t”所获取的压力、流率、温度和传导性测量值来计算各隔膜元件410的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率值。此外，在一些实施例中，还对各隔膜管435来计算归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率值。在步骤705d，更新MEMS传感器10中的内务信息。
在一个实施例中，MEMS传感器10通过RTU 402与SCADA 460进行通信。RTU 402与所述MEMS传感器10无线通信。RTU 402通过以太网与SCADA 460进行通信。隔膜管馈送传感器阵列440、隔膜管浓缩流传感器阵列445和隔膜管渗透流传感器阵列450统称为常规传感器阵列，其无线地或者通过以太网与SCADA 460进行通信。
虽然结合以上所述具体实施例描述了本发明，但是很明显，本领域的技术人员清楚知道许多备选、组合、修改和变更。相应地，预计如上所述的本发明的优选实施例只是说明性而不是限制性的。能够进行各种变更，而没有背离本发明的精神和范围。因此，本发明的范围由所附权利要求书来限定，以及字面上或者等价地落入权利要求的含意之内的所有装置、过程和方法预计包含在其中。

Claims (19)

1.一种用于基于隔膜的水过滤设备的微机电系统(MEMS)传感器系统，包括：
远程遥测单元(RTU)、监控和数据获取单元(SCADA)以及多个MEMS传感器，用于测量流的压力、流率和传导性；所述水过滤设备包括列，所述列包括包含多个隔膜元件的隔膜管；所述隔膜管接收馈送流并且产生浓缩流和渗透流；
所述隔膜元件串联设置，从而创建各隔膜元件之间的接口；所述MEMS传感器测量所述隔膜接口处的所述馈送流、浓缩流和渗透流的所述流率、压力和传导性；
所述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所述隔膜管渗透、浓缩和馈送流的所述压力；常规传导性传感器测量所述隔膜管渗透、浓缩和馈送流的所述传导性；常规流量传感器测量所述隔膜管渗透、浓缩和馈送流的所述流率；常规温度传感器测量所述隔膜管馈送流的所述温度；
所述RTU与所述MEMS传感器和所述SCADA进行通信，以向所述SCADA提供所述MEMS传感器压力和传导性测量，所述RTU与所述MEMS传感器无线通信；
所述常规压力传感器，所述常规传导性传感器，所述常规流量传感器和所述常规温度传感器直接向所述SCADA提供测量；
其中所述SCADA使用所述MEMS传感器和所述常规压力传感器，所述常规传导性传感器，所述常规流量传感器和所述常规温度传感器的测量来识别受损隔膜元件；
所述MEMS传感器的每个包括可拆卸智能传感器结构(RSSS)和控制/数据收发器芯片(CDTC)；所述RSSS包括智能部件以及压力传感器或传导性传感器中的至少一个；其中所述智能部件包括线圈、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；其中所述CDTC包括线圈、感应收发器和RF收发器。
2.如权利要求1所述的MEMS传感器系统，其中，所述系统通过使用所述MEMS传感器和所述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述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。
3.如权利要求1所述的MEMS传感器系统，其中，所述系统通过使用所述常规传感器测量以计算所述隔膜管的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率，并且将所述隔膜管的所述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所述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。
4.如权利要求3所述的MEMS传感器系统，其中，当所述隔膜元件的所述计算的归一化渗透流量比参考条件下的所述隔膜元件的所述归一化渗透流量要小至少5％时，将所述隔膜元件识别为受损；当所述隔膜元件的所述计算的归一化差压比参考条件下的所述隔膜元件的所述归一化压差要大至少5％时，将所述隔膜元件识别为受损；当所述隔膜元件的所述计算的归一化盐透过率比参考条件下的所述隔膜元件的所述归一化盐透过率要大至少5％时，将所述隔膜元件识别为受损；当所述隔膜管的所述计算的归一化渗透流量比参考条件下的所述隔膜管的所述归一化渗透流量要小至少5％时，将所述隔膜管识别为受损；当所述隔膜管的所述计算的归一化差压比参考条件下的所述隔膜管的所述归一化压差要大至少5％时，将所述隔膜管识别为受损；当所述隔膜管的所述计算的归一化盐透过率比参考条件下的所述隔膜管的所述归一化盐透过率要大至少5％时，将所述隔膜管识别为受损。
5.如权利要求1所述的MEMS传感器，其中，所述MEMS传感器的每个包括流量传感器、压力传感器或者传导性传感器中的至少一个。
6.如权利要求1所述的MEMS传感器，其中，所述MEMS传感器的每个由所述CDTC中的电池来供电或者由所述RTU无线地供电。
7.如权利要求1所述的MEMS传感器，其中，所述MEMS传感器的每个采用智能电力或智能监测的一个或两者。
8.如权利要求1所述的MEMS传感器，其中，所述MEMS传感器的每个包含内务信息。
9.如权利要求1所述的MEMS传感器，其中，所述MEMS传感器的每个安装到所述隔膜元件的防伸缩装置(ATD)，其中所述MEMS传感器安装在所述ATD的压力配合槽或扣件槽中。
10.一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，所述隔膜列包括包含多个隔膜元件的隔膜管，所述隔膜元件串联设置以创建各隔膜元件之间的隔膜接口；所述MEMS传感器系统包括多个MEMS传感器和SCADA；
为所述隔膜管提供馈送流，其中所述隔膜管产生浓缩流和渗透流；所述隔膜管还包括进入所述隔膜管的所述馈送流以及离开所述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；其中所述隔膜管还包括进入所述隔膜管的所述馈送流中的常规温度传感器；
为所述隔膜管的每个提供馈送流，其中所述隔膜管的每个产生浓缩流和渗透流；所述MEMS传感器放置在所述隔膜接口处的所述馈送流、浓缩流和渗透流中；
得到在参考条件下的所述隔膜元件和隔膜管的每个的归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率；
促进所述MEMS传感器和所述常规传感器来获取流率、压力和传导性测量；促进所述常规温度传感器来获取在时间“t”的所述温度；
向所述SCADA提供在时间“t”的所述隔膜接口和所述隔膜管处的所述馈送、渗透和浓缩流的所述流率、压力和传导性测量；向所述SCADA提供在时间“t”的所述隔膜管的所述馈送流的所述温度；
使用在时间“t”所得到的所述温度、流率、压力和传导性测量来计算在时间“t”的各隔膜元件和隔膜管的所述归一化渗透流率、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述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。
11.如权利要求10所述的方法，还包括从所述MEMS传感器检索内务信息，并且更新所述内务信息。
12.如权利要求10所述的方法，还包括向用户报告在时间“t”的各隔膜元件和隔膜管的所述归一化渗透流率、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所述归一化渗透流率、归一化差压和归一化盐透过率以及所述受损隔膜元件和隔膜管的位置。
13.如权利要求11所述的方法，其中，当所述隔膜元件的所述计算的归一化渗透流量比参考条件下的所述隔膜元件的所述归一化渗透流量要小至少5％时，将所述隔膜元件识别为受损；当所述隔膜元件的所述计算的归一化差压比参考条件下的所述隔膜元件的所述归一化压差要大至少5％时，将所述隔膜元件识别为受损；当所述隔膜元件的所述计算的归一化盐透过率比参考条件下的所述隔膜元件的所述归一化盐透过率要大至少5％时，将所述隔膜元件识别为受损；当所述隔膜管的所述计算的归一化渗透流量比参考条件下的所述隔膜管的所述归一化渗透流量要小至少5％时，将所述隔膜管识别为受损；当所述隔膜管的所述计算的归一化差压比参考条件下的所述隔膜管的所述归一化压差要大至少5％时，将所述隔膜管识别为受损；当所述隔膜管的所述计算的归一化盐透过率比参考条件下的所述隔膜管的所述归一化盐透过率要大至少5％时，将所述隔膜管识别为受损。
14.如权利要求10所述的方法，其中，所述传导性测量包括单独的分析物的浓度和所有分析物的总浓度的测量。
15.如权利要求10所述的方法，其中，所述MEMS传感器的每个包括流量传感器、压力传感器或者传导性传感器中的至少一个。
16.如权利要求10所述的方法，其中，所述MEMS传感器包括可拆卸智能传感器结构(RSSS)和控制/数据收发器芯片(CDTC)；所述RSSS包括智能部件以及压力传感器或传导性传感器中的至少一个；其中所述智能部件包括线圈、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；其中所述CDTC包括线圈、感应收发器和RF收发器。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述MEMS传感器由所述CDTC中的电池来供电。
18.如权利要求10所述的方法，其中，远程遥测单元(RTU)与所述MEMS传感器和所述SCADA进行通信，以向所述SCADA提供所述MEMS传感器压力和传导性测量，其中所述MEMS传感器由所述RTU无线地供电。
19.如权利要求10所述的方法，其中，所述MEMS传感器采用智能电力或智能监测的一个或两者。
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