Radar FMCW vs. Capteurs radar guidés : principes, différences et guide de sélection

Le radar libre et le radar à ondes guidées FMCW sont tous deux largement utilisés pour la mesure de niveau industriel continu, mais leurs méthodes de propagation des signaux sont fondamentalement différentes.Le radar FMCW transmet des ondes électromagnétiques modulées en fréquence dans l'espace libre sans contact avec le milieu de procédé, tandis que le radar à ondes guidées dirige les impulsions micro-ondes le long d'une tige, d'un câble ou d'une sonde coaxiale.Le choix devrait donc être basé sur les propriétés des milieux, la constante diélectrique, la géométrie du récipient, la mousse, l'accumulation, la plage de mesure et les exigences de mesure de l'interface plutôt que sur la fréquence seule.

1. Principale différence entre le radar FMCW et le radar à ondes guidées

Radar de l'espace libre FMCW

Chemin du signal & #160;:Antenne → Espace libre → Surface du produit → Echo réfléchi

Une technologie de mesure sans contact. Les instruments FMCW modernes 80GHz peuvent fournir une focalisation étroite pour les liquides, les poudres, les granulés et les vaisseaux avec des structures internes complexes.

Radar à ondes guidées (GWR)

Chemin du signal & #160;:Émetteur → Sonde Rod/cable/coaxiale → Surface du produit → Echo retourné

Une technologie de mesure de contact basée normalement sur la réflectométrie du domaine temporel, adaptée au niveau liquide, aux applications de solides sélectionnées et à la mesure de l'interface liquide-liquide.

2. Comment fonctionne la mesure du niveau radar FMCW?

FMCW représenteFréquence Modulée Onde continue. L'instrument transmet en permanence un signal radar dont la fréquence change avec le temps. Le signal réfléchi retourne à l'antenne après un délai de propagation. Comme la fréquence transmise est en constante évolution, il existe une différence de fréquence Δf entre le signal transmis courant et le signal reçu retardé. L'électronique analyse cette différence pour déterminer la distance par rapport à la surface du produit.

Important:FMCW est un principe d'autonomie, et non une bande de fréquences. De nombreux instruments radar industriels modernes utilisent environ 80 GHz de technologie FMCW, mais FMCW lui-même peut fonctionner à différentes fréquences radar.

3. Pourquoi le radar FMCW 80GHz est-il largement utilisé?

Perles étroites

La fréquence élevée combinée à une antenne appropriée peut fournir un faisceau étroit qui permet d'éviter les parois des navires, les tuyaux, les supports et les agitateurs.

Connexions de processus compacts

Une bonne mise au point peut être réalisée avec des antennes relativement compactes, ce qui est utile lorsque l'espace du réservoir ou la taille de la buse est limité.

Mesure des matières solides en vrac

Convient pour le ciment, la poudre minérale, le grain, les granulés de plastique, et d'autres solides en vrac où la focalisation étroite du faisceau réduit l'interférence.

Conception sans contact

Aucune sonde n'est immergée dans le produit, ce qui est utile pour les milieux corrosifs, visqueux, cristallisants ou de revêtement.

80GHz ne signifie pas que chaque instrument a un angle fixe de 3° ou une précision de ±1 mm. L'angle de faisceau, la précision, la portée, la température du processus et les cotes de pression dépendent de la conception spécifique de l'antenne et de l'instrument.

4. Comment fonctionne le radar à ondes guidées?

radar à ondes guidées, également appeléradar GWR ou TDR, lance des impulsions hyperfréquences dans une tige métallique, un câble ou une sonde coaxiale. L'impulsion circule le long de la sonde et est partiellement réfléchie lorsqu'elle atteint un point où la constante diélectrique change.

L'instrument mesure le temps de déplacement de l'impulsion réfléchie et calcule la distance entre la connexion du procédé et la surface du produit. Comme l'énergie micro-ondes est guidée le long de la sonde, la trajectoire de mesure est concentrée et peut être moins sensible à la géométrie du vaisseau, aux turbulences et à certaines conditions de mousse.

5. Radar libre-espace FMCW vs. Radar à ondes guidées

6. Quand faut-il d'abord évaluer le radar libre FMCW?

Viscosité ou support de revêtement

Le radar sans contact est attrayant lorsqu'une sonde ne doit pas rester immergée dans un milieu qui enveloppe ou cristallise facilement.

Matières solides en vrac

Le ciment, la poudre minérale, les grains, les cendres volantes, les granulats et les granulés sont des applications radar typiques de l'espace libre.

Intérieurs complexes du navire

Un faisceau étroit de 80 GHz est utile là où les supports, les bobines, les tuyaux ou les parois de bateaux à proximité doivent être évités.

Produits corrosifs

La construction sans contact réduit les composants immergés, bien que la compatibilité des matériaux d'antenne et de connexion de processus doive encore être vérifiée.

7. Quand faut-il d'abord évaluer le radar à ondes guidées?

Liquides à faible diélectrique

Pour certains hydrocarbures, huiles et solvants organiques faiblement réfléchis, il est possible d'envisager un GWR à haute sensibilité avec la sonde correcte.

Interface liquide-liquide

L'huile/eau et d'autres liquides stratifiés avec un contraste diélectrique suffisant sont des applications radar guidées typiques.

Chambres étroites et contournements

Les sondes à barres et coaxiales peuvent guider l'énergie micro-ondes à travers un espace de mesure confiné.

Turbulence et quelques applications de mousse

La propagation guidée peut fournir des échos stables dans de nombreuses applications turbulentes ou mousseuses, bien que les propriétés de la mousse doivent encore être considérées.

8. FMCW ou radar à ondes guidées pour mousse?

La mousse ne doit pas être simplement classée comme étant présente ou absente. Son effet dépend de l'épaisseur, de la densité, de la teneur en liquide et des propriétés diélectriques.

Le radar à ondes guidées peut souvent continuer le long de la sonde et identifier la surface liquide sous une mousse légère ou modérée. Cependant, une mousse très dense ou très diélectrique peut générer sa propre réflexion, ce qui fait que l'instrument détecte la surface de la mousse ou une autre interface.

Le radar FMCW doit également être évalué en fonction de la structure spécifique du milieu et de la mousse. Il n'est pas techniquement correct de supposer que 80GHz assure automatiquement une plus grande pénétration à travers toute la mousse.

9. Pourquoi le radar à ondes guidées est-il utile pour la mesure de l'interface?

Lorsqu'une impulsion radar atteint la surface du liquide supérieur, une partie du signal est réfléchie tandis que le reste de l'énergie continue à descendre la sonde. Si un second liquide avec une constante diélectrique suffisamment différente est présent ci-dessous, une autre réflexion peut se produire à l'interface liquide-liquide.

En identifiant les deux échos, l'émetteur peut déterminer le niveau total et la position de l'interface. Les systèmes de production d'huile/d'eau et de liquides organiques à faible teneur en diélectrique sont des exemples courants.

Remarque:Tous les systèmes à deux liquides ne conviennent pas à la mesure de l'interface. La constante diélectrique de la couche supérieure, le contraste diélectrique, l'épaisseur de l'émulsion et la conception de la sonde affectent toutes les performances.

10. Guide de sélection rapide

11. Informations requises avant la sélection

Moyenne

Nom du produit
Liquide ou solide
Propriétés diélectriques
Viscosité
Tendance à la cristallisation ou au revêtement

Navire

Hauteur de la citerne
Diamètre
Taille de la buse
Structures internes
Agitateur ou chambre de contournement

Conditions du processus

Température
Pression
Vaporisation
Mousse
Poussière
turbulences de surface

Exigences en matière de mesure

Portée
Précision
Mesure de l'interface
4-20mA/HART ou RS485
Exigences relatives aux zones dangereuses

  FAQ

1. Le radar FMCW est-il toujours 80GHz ?

Pas du tout. FMCW décrit un principe d'autonomie en ondes continues modulée en fréquence, et non une bande de fréquences. Environ 80GHz radar FMCW est largement utilisé dans la mesure de niveau industriel moderne, mais FMCW peut fonctionner à différentes fréquences.

2. Quelle est la différence entre le FMCW et le radar d'impulsions?

Le radar à impulsions détermine normalement la distance par rapport au temps de déplacement aller-retour des impulsions radar. FMCW balaye en permanence la fréquence et détermine la distance par rapport à la différence de fréquence entre les signaux transmis et reçus. Les deux peuvent fournir une mesure de niveau industriel fiable.

3. Chaque radar à ondes guidées nécessite-t-il une plaque de lancement métallique?

C'est pas vrai. Les exigences d'installation dépendent de la sonde, de la connexion au processus et de la conception de l'émetteur. Une plaque métallique de taille fixe ne doit pas être traitée comme une exigence universelle de GWR.

4. Le radar à ondes guidées peut-il mesurer le niveau de liquide sous la mousse?

Dans de nombreuses applications de mousse légère à modérée, il peut, mais la performance dépend des propriétés diélectriques et de la densité de la mousse. La mousse dense peut générer sa propre réflexion.

5. Le radar 80GHz peut-il mesurer les liquides à faible diélectrique?

Elle peut être évaluée, mais une faible constante diélectrique produit normalement une réflexion superficielle plus faible. La plage de mesure, la conception de l'antenne, les conditions du produit et la sensibilité de l'émetteur doivent donc être prises en considération.

6. Le radar à ondes guidées convient-il pour la mesure de l'interface huile-eau?

Oui. L'eau-huile et d'autres liquides stratifiés avec un contraste diélectrique suffisant sont des applications communes d'interface GWR. Les couches d'émulsion épaisse peuvent rendre la détection d'interface plus difficile.

7. Quel radar est le meilleur pour les solides en vrac?

Le gros ciment, la poudre minérale, le grain et les silos similaires favorisent normalement le radar de 80 GHz. Le GWR peut être utilisé dans certaines applications de matières solides, mais la charge de la sonde, l'abrasion et l'accumulation doivent être prises en compte.

8. Quelle est la meilleure technologie pour les liquides à haute viscosité?

Si le produit est susceptible de créer une accumulation importante sur une sonde immergée, le radar FMCW sans contact est normalement évalué en premier. Un radar à ondes guidées peut encore être approprié lorsque la viscosité est modérée et que la mesure de l'interface est nécessaire.

9. De quelles informations METRAVON a-t-il besoin pour sélectionner un radar FMCW ou une vague guidée?

Veuillez indiquer le milieu, la plage de mesure, les propriétés diélectriques, la température, la pression, la mousse, l'accumulation, la structure du récipient, la taille de la buse et si la mesure de l'interface est nécessaire.

Conclusion

Les principales forces du radar libre-espace FMCW sont la mesure sans contact, la focalisation étroite des faisceaux, une longue portée de mesure et une grande adéquation pour les solides et les navires complexes. Le radar à ondes guidées fournit une trajectoire micro-ondes définie le long de la sonde et offre des avantages particuliers pour les milieux à faible diélectrique, les géométries confinées et la mesure de l'interface liquide-liquide.

Les deux technologies sont complémentaires plutôt que des remplacements directs. Le radar FMCW 80GHz est souvent évalué d'abord pour les milieux visqueux ou de revêtement, les longues portées et les solides en vrac, tandis que le radar à ondes guidées est particulièrement utile pour la mesure de l'interface, certains liquides à faible diélectrique, les chambres de dérivation et les applications géométriques confinées.

METRAVON recommande de confirmer le milieu de procédé, la portée, les propriétés diélectriques, la température, la pression, la mousse, l'accumulation, l'intérieur du récipient et la connexion du procédé disponible avant de sélectionner la technologie radar.