Микроволновая эмиссия: точная проекция энергетических импульсов

Радиолокационный позициометр излучает высокочастотные микроволновые импульсы (частоты обычно 24 ГГц, 60 ГГц или 120 ГГц) на поверхность измеренной среды через антенну (например, рупорную или параболическую). В качестве примера можно привести импульсный радар, который излучает очень узкую ширину микроволнового импульса (наносекундный уровень), обеспечивая концентрацию энергии и стабильный путь распространения. С другой стороны, РЛС с частотно - модулированной непрерывной волной (FMCW) излучает непрерывные волны, частота которых линейно меняется со временем, измеряя расстояние с помощью частотной модуляции. Например, определенный тип РЛС FMCW использует 24 ГГц в качестве базовой частоты и 2 ГГц в качестве ширины частоты модуляции, а для завершения линейного сканирования требуется всего 7 миллисекунд, что создает прямую зависимость между разницей во времени и расстоянием объекта.

II. Распространение сигналов: пространственно - временный переход скоростей уровня скорости света

Микроволны распространяются по воздуху со скоростью, близкой к скорости света (около 3 × 10 ⁸ м / с), и часть энергии сигнала отражается при столкновении с поверхностью среды с диэлектрической константой, отличной от воздуха. Чем выше диэлектрическая константа среды, тем сильнее отраженный сигнал - например, сила отражения воды (Эпсилон Е80) намного выше, чем пыль (Эпсилон Е1,5 - 3). Эта особенность позволяет радиолокационному позициометру проникать сквозь пар, пену или пыль и непосредственно захватывать эхо - сигналы от поверхности среды.

III. Прием эха: точный захват слабых сигналов

После того, как отраженный сигнал принимается той же антенной, интенсивность сигнала должна быть увеличена с помощью малошумного усилителя, а аналоговый сигнал преобразован в цифровой с помощью высокоскоростного ADC (модульного преобразователя). В качестве примера можно привести импульсный радар, приемная система которого должна распознавать эхо - сигналы в окне времени наносекундного уровня, чтобы избежать шумовых помех; РЛС FMCW преобразует сигналы времени в спектр с помощью быстрого преобразования Фурье (FFT), извлекая высокоэнергетические крутые спектральные пики в качестве эффективных эхо - сигналов.

Расчет временных рядов: переход от разности во времени к высоте объекта

Система вычисляет расстояние от антенны до поверхности среды (D), измеряя разницу во времени между передачей и приемом сигнала (дельта т) или разницу частот (дельта f) в сочетании со скоростью света (c). Формула:

Импульсная РЛС: D = 2c · дельта t

РЛС FMCW: D = 2Kc дельта f

(К - уклон частотной модуляции)

Окончательная высота положения (L) определяется путем вычитания измеренного расстояния (D) из заданного расстояния пустого резервуара (E):

L=E−D

. Например, при измерении уровня жидкости в резервуаре, если расстояние пустого резервуара составляет 5 м, измеренное расстояние - 2 м, высота уровня составляет 3 м.

V. Антиинтерференционная и оптимизация: обеспечение точности в сложных условиях

Для борьбы с ложными эхо - сигналами, возникающими в результате пыли, пара или перемешивания, современные радиолокационные битометры используют интеллектуальные алгоритмы (такие как динамическая настройка порога, многоэхо - скрининг) и оптимизацию оборудования (например, антенны с высоким усилением, малошумные приемники). Например, определенный тип интеллектуального радиолокационного локатора может распознавать и отфильтровывать помеховые эхо - сигналы, такие как мешалка, стенка резервуара и т. Д., Чтобы обеспечить точность измерения ±2 мм, слепое пятно всего 50 мм.

Полная цепь временных рядов от микроволнового излучения до приема эхо - сигналов позволяет радиолокационному позициометру демонстрировать преимущества высокой точности, бесконтактности и устойчивости к суровым условиям в химических резервуарах, цементных бункерах, пищевых ферментаторах и других сценах и становится основным оборудованием для измерения промышленного положения.