レーダー水位計の仕組みを1分で理解

1分間でレーダー式水位計の仕組みを解説する

レーダー式水位計は、電磁波を用いてセンサーと水面の間の距離を測定する非接触式計測装置です。 センサーは水面の上方に設置され、表面に向かってレーダー信号を送信する。その信号の一部はアンテナに反射され、装置は反射された信号から、センサーから水面までの距離を算出する。

設置時の基準高さが得られた場合、測定された距離を実際の水位に換算することができる。 レーダーは音波ではなく電磁波を用いるため、測定は空気中の音速に依存せず、温度勾配や気体空間の常時変動に対して一般的に感度が低い。

1. レーダー式水位計はどのようにして水位を測定するのか？

レーダー信号を送信する

アンテナが電磁波を水面に向けて送信する。

水面エコーを受信する。

水面はレーダーエネルギーの一部をセンサー方向に反射する。

：電子回路が、送信信号と反射信号の関係に基づいて、センサーから水面までの距離を算出します。

：距離から水位への変換

：測定された距離は、設定された設置基準点および基準水位を用いて、水位値に変換されます。

例えば、レーダー基準点から零水準基準面までの垂直距離をH、現在測定された水面までの距離をDとすると、水位はこれら二つの値の差から算出される。 実際には、零点および測定範囲を設定した後に、本計器が自動的にこの変換を実行します。

2. パルスレーダーと FMCW レーダーの違いとは？

FMCW 技術は、現代の 80GHz レーダー装置において広く用いられている。 狭光束アンテナとデジタル信号処理を組み合わせることで、多様な複雑な設置環境において安定した距離測定が可能になります。

3. 水位測定に 80GHz レーダーがますます用いられる理由とは？

狭光束

動作周波数を高めることで、比較的小さなアンテナを用いてもより集中したビームを得ることが可能となり、橋梁構造体、壁、支持部材その他の障害物を回避できる。

コンパクト型アンテナ。

チャンネル、小型監視ステーション、および設置スペースが限られた環境に適している。

高い測定分解能

一部の産業用 80GHz レーダー装置は、モデルおよび用途に応じてミリメートルレベルの精度を備えています。

優れた環境適応性

通常の温度変化やガス空間の変動は、超音波の音速に影響を及ぼすのとは異なり、レーダー性能に同様の影響を及ぼしません。

4. 水面の動きはレーダー測定に影響を及ぼすか？

はい、ただし影響の程度は、水面の動きの強さ、設置高さ、ビーム幅、および信号処理手法に依存する。

代表的な水面の乱れには以下が挙げられる：

• 風による波；

• 渦；

• 急流；

• 降雨による衝撃；

• 漂着物。

のレーダー計器では、短期的な変動の影響を低減するため、通常、エコー追跡、平均化、および減衰処理が用いられている。 ただし、「毎秒55回の測定」といった固定されたサンプリングレートは、製品によって更新レートやフィルタリングが異なるため、一般的な仕様として扱うべきではありません。

5. 放物型レーダーアンテナの利点とは何か？

放物型アンテナの主な特徴は以下の通りである。高利得かつ狭いビームを持つ。 本方式は、長距離適用、バルク固体サイロ、および強い集束が求められる設置環境において、より広く用いられている。

狭光束

タンク壁、支持部材、およびその他の内部構造からの反射を低減します。

高利得型

より長い距離や反射率が比較的低い対象物に対して、追加の信号強度を提供します。

：高所にあるサイロに適しています。

：粉末、粒状物、およびその他のバルク固体用途に一般的に使用されます。

実際のビーム角は、レーダー周波数およびアンテナのサイズに依存する。 すべての放物線アンテナが同じ固定ビーム角を持つと想定すべきではありません。

6.26GHz vs 80GHz レーダー：その違いとは？

26GHz レーダーはすでに時代遅れではなく、また 80GHz レーダーがすべてのプロジェクトに自動的に最適な選択肢となるわけではありません。 適切な周波数は、測定範囲、取付スペース、水面の状況、近傍の障害物、およびプロジェクト全体の要件に基づいて選定する必要があります。

7. レーダー式水位計の設置に関する重要な留意点

ビーム経路を確保する

主レーダービーム内における橋梁の梁、手すり、支持部材、壁面およびその他の固定構造を避ける。

強い乱流が生じやすい区域を避ける。

可能な限り、滝、強い渦、連続的な水しぶき、および高度に乱流が生じる区間を避ける。

最高水位を確認する。

最大水位は、計器が規定する最小測定距離の外側で保持される必要がある。

基準面を確認する。

測定における定常的なオフセットを回避するためには、設置高さ、ゼロ基準、および水位基準を適切に設定する必要があります。

8．レーダーを用いた水位測定において偽エコーが発生する原因は何か？

偽エコーとは、実際の水面以外の固定物体からの反射波のことです。 代表的な対象は以下の通りです：

• 構造用梁；

• 橋脚；

• チャンネルまたはタンク壁；

• 取り付けノズル；

• 配管；

• 金属構造体。

これらの反射のうちいずれかが十分に強い場合、計測装置は一時的にそれを真の水面として識別することがある。 推奨されるアプローチは、まず取付位置およびビーム方向を最適化することである。 固定構造を回避できない場合、実際のエコー曲線に基づいて偽エコー抑制を設定することが可能です。

9. 80GHz レーダー式水位計を選定する際に確認すべき項目は？

よくある質問：レーダー式液面計

Q1：レーダー式水位計の基本的な動作原理とは何ですか？

A：センサーは電磁波を水面に送信し、反射されたエコーを受信して水面までの距離を算出し、設定された基準面を用いてその距離から水位を算出します。

Q2：レーダー式水位計は流速を測定できますか？

A：標準的なレーダー式水位計は、主に水位の測定を目的として設計されています。表面速度の測定には、通常、専用のレーダー速度センサーまたはレーダーを用いた流量測定システムが必要です。

Q3： 80GHz レーダーは、常に 26GHz レーダーよりも精度が高いのでしょうか？

A： 80GHz のレーダーは、ビームの焦点制御およびアンテナの小型化という利点を持つが、実際の測定精度は使用する機器の種類、設置条件、および使用環境に依存する。

Q4：水面の動きはレーダーによる水位測定に影響を与えるか。

A：はい。波、渦、および水しぶきが短期的な変動を引き起こす可能性がある。エコー追跡、平均化処理、および減衰処理により安定性を向上させることができるが、強い乱流がある場合には、より適切な設置位置が求められる場合がある。

Q5：レーダー式水位計は、雨の中でも動作できますか？

A：屋外用レーダー計器は、適切に設置すれば、雨天条件下でも動作可能です。設置にあたっては、必要な場合、適切な侵入防止対策、接地、サージ保護および雷保護を併せて実施する必要があります。

Q6：一部の水位測定用途において、なぜレーダーが超音波測定よりも好まれるのでしょうか。

A：レーダーは電磁波を利用するため、空気中の音速に依存しません。したがって、本装置は一般的に温度勾配や水面上のガス空間における通常の変化に対して感度が低くなる。

Q7：放物線アンテナは水位測定に適しているか？

A：長距離通信、高利得、あるいは狭いビームを必要とする用途に使用可能ですが、水位監視に関する用途の多くでは、自動的に放物面アンテナが必要とは限りません。アンテナの選定は、通信距離および設置条件に基づいて行うべきです。

Q8: 情報は何をしますか METRAVON レーダー式水位計の選定が必要ですか？

A：最大測定距離、予想される水位の最高値および最低値、取付位置、近傍の障害物、水面の状態、電源供給、出力要件、環境保護要件、および設置写真をご提供ください。

結論

レーダー式水位計の動作原理は極めてシンプルである。電磁信号を送信し、水面からの反射を受信して距離を算出し、これを水位値「」に変換する。

実際には、測定性能はレーダーの周波数だけでは決まるものではなく、測定範囲、ビーム角、設置位置、水面の状態、周囲の障害物、および信号処理など、さまざまな要因が最終的な結果に影響を及ぼす。

両方 26GHz そして 80GHz レーダーは、レベルおよび水位の測定に使用できます。 80GHz レーダーは、狭いビーム、小型アンテナ、あるいは複雑な設置が求められる場面において、しばしば利点を有する。一方で、 26GHz これは依然として、成熟し、信頼性の高い産業技術である。 METRAVON 周波数のみを基準として選定するのではなく、実際の測定距離、設置の幾何学的条件、環境条件、および通信要件に応じてレーダー式水位計を選定することを推奨します。