Основи на радиолокацията

Радарен сензор за измерване на нивото

Радарен сензор за измерване на нивото е безконтактен метод за измерване на нивото в технологични резервоари, резервоари за съхранение и отворени или затворени силози в преработвателната промишленост. Измервателното устройство изпраща микровълнови сигнали отгоре към средата, която ги отразява. Въз основа на ехосигналите, получени от измервателното устройство, се определя разстоянието до повърхността на продукта и, ако геометрията на съда е известна, от нея може да се изчисли нивото. С този метод на измерване могат да се измерват прахообразни до бучки твърди вещества, течности и разделителни слоеве в течности (например дебелината на слой пяна върху течността). Измереното време за преминаване може да се калибрира спрямо измервания материал, така че неравните повърхности на струйните материали да не влияят на измерването. При това калибриране се отчитат и различните скорости на разпространение на електромагнитните вълни в съответните среди.

Предимствата на този метод на измерване са

• изключителна точност до милиметров диапазон;
• независимост от условията на температурата и налягането;
• надеждно функциониране дори в много запрашена среда (например в силоз за цимент или брашно).
• приложение дори в агресивни или абразивни материали;
• както и напълно неусложнена работа.

Методите на радиолокация с честотна модулация на непрекъснати вълни се използват най-вече в различните честотни диапазони (6, 10, 24 и 76 GHz). Все още обаче се използват и импулсни радари, макар и само с ниска разделителна способност поради изключително кратката продължителност на импулсите, която иначе би била необходима. И тук, колкото по-висока е носещата честота, толкова по-малки и по-ефективни антени могат да бъдат конструирани. Например, един рупорен радиатор за 25 GHz има ъгъл на апертурата около 10°. Рупорен радиатор за 76 GHz е не само много по-малък, но и има ъгъл на апертурата само около 3°. Това заостряне на посоката на излъчване предотвратява отраженията от стената на контейнера.[1] Системите обикновено изискват лиценз за честота от Федералната агенция за мрежите под общото наименование «не-навигационно радио позициониращо оборудване».[2]

Многоехово проследяване

Проследяването на множество ехо е процедура, която потиска смущаващите ехо от инсталации в съда (пълнещи гърла, охлаждащи или отоплителни агрегати, бъркалки).

Ако резултатът от измерването се показва като аналогов сигнал (както е показано на изображение 1) на А-скоп, тези допълнителни ехосигнали от инсталациите в съда също могат да бъдат открити. Позицията на тези вътрешни инсталации е известна и може да бъде маскирана софтуерно. Това създава проблеми, ако нивото на запълване е точно на височината на една от тези междинни части: тогава нивото на запълване често не се показва.

Въпреки това радарът винаги получава ехо от дъното на резервоара. Когато резервоарът е пълен, дъното на резервоара изглежда по-отдалечено, отколкото когато резервоарът е празен. Това се дължи на по-бавната скорост на разпространение на електромагнитните вълни в съдържанието. Следователно привидното разстояние от дъното на съда съдържа и нивото на напълване като резултат от измерването.

От двата резултата от измерването (ехото от повърхността на продукта и от видимото разстояние на дъното на съда) сега нивото може да се определи точно, дори ако желаният ехосигнал се наслагва с ехото от инсталациите на съда. Отраженията от смущаващи инсталации, както и многократните отражения могат да бъдат заличени с този метод.

Радар с насочена вълна

Радарът с насочена вълна е метод за измерване, който е по-близък до рефлектометрията във времевата област, отколкото до класическия радар. При него високочестотната енергия не се излъчва в свободното пространство вътре в контейнера, а се насочва по метален прът (който стига до дъното на контейнера) като вълновод в този контейнер. В този случай вълноводът изпълнява приблизително функцията на вътрешен проводник на коаксиален кабел. Ако диелектричната константа ε_r на обкръжаващата среда на този вълновод се промени (например от повърхността на запълващия материал), то неговият импеданс се променя. Тази промяна в импеданса е причина за несъответствие в тази точка, а оттам и за отразяване на част от провежданата високочестотна енергия. Оценката на тези резултати от измерването се извършва по същия начин, както при радарите за измерване на ниво, поради което някои производители опростяват този метод на измерване, като го наричат «радар».

Този метод на измерване е особено подходящ за резервоари, чиято вътрешна стена има много механични нееднородности, като например нагревателни серпентини, входни отвори или дори лопатки на бъркалки. В противен случай те също биха предизвикали отражения на електромагнитната вълна и по този начин биха припокрили или затъмнили резултата от измерването.