FMCW против Импульсных уровнемеров

Преобразователи уровня радарного типа в основном используют в своей работе три основных принципа:

• импульс радарный метод,
• метод непрерывного частотно-модулированного излучения (FMCW),
• метод рефлексного (волноводного) излучения.

Сегодня речь пойдет о первых двух методах, так как всю историю их существования между инженерами существует спор: какая из этих двух технологий наиболее эффективна и выгодна.

Импульсные радарные уровнемеры используют в своей работе метод измерения времени от излучения импульса передатчиком уровнемера до его отражения от контролируемого материала и возвращения обратно на приемник уровнемера.

Скорость распространения очень высокая и поэтому за короткий отрезок времени можно выполнить несколько сотен измерений, именно эта высокая скорость приводится сторонниками импульс-радарных уровнемеров в качестве главного аргумента за их широкое распространение. К тому же для обработки такого сигнала не требуется сложной электроники и каких-либо вычислительных мощностей. Это делает импульс-радарные уровнемеры недорогими, и это второй основной аргумент в их пользу.

Однако всё это справедливо в том случае если разговор идёт о контроле уровня материала с идеальной поверхностью, например, жидкостью в статичном состоянии. Если же жидкость неспокойна, например, на её поверхности рябь, волнение, кипение либо пенообразование, излученные радаром радиоволны, посланные к контролируемой поверхности, уже не всегда могут достигать по кратчайшему пути приемника уровнемера. Это будет переводить к ошибкам и значительному снижению точности измерение уровня, так как радарные уровнемеры не имеют в своём составе достаточно мощной электроники, позволяющей скорректировать ложные отражения и выделить сигнал, который соответствует реальному расстоянию до поверхности.

FMCW (frequency modulated continuous wave) уровнемеры благодаря своему принципу работы, который заключается в непрерывном излучении сигнала с непрерывно изменяющейся частотой модуляции, довольно легко, применяя преобразование Фурье, выделить из всего спектра отраженных сигналов именно полезный.

Безусловно это занимает определенное время и скорость измерения уровня частотно модулированных уровнемеров несколько ниже чем у импульс-радарных уровнемеров. Именно это обстоятельство не позволяет применять их для коммерческого учета больших объемов жидкостей, например, нефтепродуктов, так как скорость реакции уровнемера и скорость изменения уровня при отгрузке нефтепродуктов не совпадают. Это еще один аргумент поклонников импульс-радарных уровнемеров.

Если перед вами стоит задача измерения уровня сыпучих материалов, поверхность которых в принципе не может быть идеальной, благодаря тому, что при насыпании возникают различные откосы, отвалы, воронки и другие неравномерности. К тому же сыпучий материал в принципе не может иметь идеальную поверхность, так как состоит из гранул того или иного размера. Поэтому сигнал импульс-радарного уровнемера рассеивается в пространстве и не доходит приёмника уровнемера, а те сигналы, которые все же доходят до него, не всегда соответствуют истинному расстоянию до поверхности сыпучих материалов.

Поэтому при решении задач измерение уровня сыпучих материалов таких как руда, шихта, кокс и других сыпучих и гранулированных материалов, все достоинства импульс-радарных уровнемеров сходят на нет. Единственным правильным решением уровнемера контроля уровня сыпучих материалов является применение радаров с частотно модулированным непрерывным излучением или fmcw уровнемеров.

Для импульсных радарных уровнемеров справедливо будет оставить возможность применения на жидкостях со спокойными, идеальными поверхностями на которых они в полной мере реализует свои достоинства по скорости обработки сигнала и относительно недорогой цены.