FMCW Radar vs. Датчики уровня волнового радара: принципы, различия и руководство по выбору

РЛС свободного пространства FMCW и управляемый волновой радар широко используются для непрерывного измерения промышленного уровня, но их методы распространения сигнала принципиально отличаются.РЛС FMCW передает частотно-модулированные электромагнитные волны через свободное пространство без контакта с технологической средой, в то время как управляемый волновой радар направляет микроволновые импульсы вдоль стержня, кабеля или коаксиального зонда.Поэтому выбор должен основываться на свойствах среды, диэлектрической постоянной, геометрии сосуда, пене, наращивании, диапазоне измерений и требованиях к измерению интерфейса, а не только на частоте.

1. Основное различие между радаром FMCW и управляемым волновым радаром

Свободно-космический радар FMCW

Сигнальный путь:Антенна → Свободное пространство → Поверхность продукта → Отраженное эхо

Технология бесконтактного измерения. Современные приборы FMCW с частотой 80 ГГц могут обеспечить узкую фокусировку пучка для жидкостей, порошков, гранул и сосудов со сложными внутренними структурами.

Управляемый волновой радар (GWR)

Сигнальный путь:Передатчик → Род/кабель/коаксиальный зонд → Поверхность продукта → Возвращенное эхо

Технология измерения контакта, обычно основанная на рефлектометрии временной области, подходящая для уровня жидкости, выбранных применений твердых веществ и измерения интерфейса жидкой жидкости.

2. Как работает измерение уровня радара FMCW?

FMCW означаетЧастотная модулированная непрерывная волна. Прибор непрерывно передает радиолокационный сигнал, частота которого меняется со временем. Отраженный сигнал возвращается к антенне после задержки распространения. Поскольку передаваемая частота непрерывно изменяется, существует разность частот Δf между передаваемым током и отложенным принятым сигналом. Электроника анализирует эту разницу, чтобы определить расстояние до поверхности продукта.

Важно:FMCW является принципом диапазона, а не полосой частот. Многие современные промышленные радиолокационные приборы используют технологию FMCW с частотой около 80 ГГц, но сама FMCW может работать на разных радиолокационных частотах.

3. Почему широко используется радар FMCW 80 ГГц?

Узкий луч

Высокая частота в сочетании с подходящей антенной может обеспечить узкий луч, который помогает избежать стенок сосудов, труб, опор и ажитаторов.

Компактные соединения процессов

Хорошая фокусировка может быть достигнута с помощью относительно компактных антенн, что полезно при ограниченном пространстве или размере сопла.

Измерение твердых частиц

Подходит для цемента, минерального порошка, зерна, пластиковых гранул и других твердых веществ, где фокусировка узкого луча уменьшает помехи.

Неконтактный дизайн

Ни один зонд не погружается в продукт, который полезен для коррозионной, вязкой, кристаллизующейся или покрывающей среды.

80 ГГц не означает, что каждый инструмент имеет фиксированный угол луча 3° или точность ±1 мм. Угол луча, точность, диапазон, температура процесса и рейтинги давления зависят от конкретной антенны и конструкции прибора.

4. Как работает управляемый волновой радар?

Управляемый волновой радар, также называемыйРЛС GWR или TDR, запускает высокочастотные микроволновые импульсы в металлический стержень, кабель или коаксиальный зонд. Пульс проходит вдоль зонда и частично отражается, когда достигает точки, где изменяется диэлектрическая постоянная.

Прибор измеряет время прохождения отраженного импульса и вычисляет расстояние от технологического соединения до поверхности изделия. Поскольку микроволновая энергия направляется вдоль зонда, путь измерения концентрирован и может быть менее чувствительным к геометрии сосуда, турбулентности и некоторым условиям пены.

5. FMCW Free-Space Radar vs. Управляемый волновой радар

6. Когда в первую очередь следует оценить FMCW Free-Space Radar?

Вязкие или покрывающие медиа

Неконтактный радар привлекателен, когда зонд не должен оставаться погруженным в среду, которая легко покрывает или кристаллизуется.

Твердые частицы

Цемент, минеральный порошок, зерно, летучая зола, агрегаты и гранулы являются типичными радиолокационными приложениями свободного пространства.

Комплексное судно Internals

Узкий луч 80 ГГц полезен, когда необходимо избегать опор, катушек, труб или близлежащих стенок сосудов.

Коррозионные продукты

Неконтактная конструкция уменьшает погруженные компоненты, хотя совместимость с антенной и материалами технологического присоединения все еще должна быть проверена.

7. Когда следует сначала оценить управляемый волновой радар?

Низкодиэлектрические жидкости

Для некоторых углеводородов, масел и органических растворителей со слабыми отражениями можно рассмотреть высокочувствительный GWR с правильным зондом.

Жидкий интерфейс

Масло/вода и другие стратифицированные жидкости с достаточным диэлектрическим контрастом являются типичными применениями радиолокационных волн.

Узкие камеры и обходы

Род и коаксиальные зонды могут направлять микроволновую энергию через ограниченное пространство измерения.

Турбулентность и некоторые пенопластовые приложения

Распространение под руководством может обеспечить устойчивые отголоски во многих турбулентных или пенистых приложениях, хотя свойства пены все еще должны быть рассмотрены.

8. FMCW или управляемый волновой радар для пены?

Пена не должна классифицироваться просто как существующая или отсутствующая. Его эффект зависит от толщины, плотности, содержания жидкости и диэлектрических свойств.

Направленный волновой радар часто может продолжаться вдоль зонда и идентифицировать поверхность жидкости под светом или умеренной пеной. Однако очень плотная или высокодиэлектрическая пена может генерировать собственное отражение, заставляя инструмент обнаруживать поверхность пены или другой интерфейс.

РЛС FMCW в свободном пространстве также должна оцениваться в соответствии с конкретной средой и структурой пены. Технически некорректно предполагать, что 80 ГГц автоматически обеспечивает большее проникновение через всю пену.

9. Почему управляемый волновой радар полезен для измерения интерфейса?

Когда радиолокационный импульс достигает поверхности верхней жидкости, часть сигнала отражается, а оставшаяся энергия продолжается вниз по зонду. Если вторая жидкость с достаточно различной диэлектрической постоянной присутствует ниже, на жидкостно-жидком интерфейсе может произойти другое отражение.

Идентифицируя оба эха, передатчик может определить общий уровень и положение интерфейса. Нефть/вода и низкодиэлектрические системы органической жидкости/воды являются общими примерами.

Примечание:Не каждая двухжидкая система подходит для измерения интерфейса. Диэлектрическая постоянная верхнего слоя, диэлектрический контраст, толщина эмульсии и конструкция зонда влияют на производительность.

10. Руководство по быстрому выбору

11. Информация, необходимая перед выбором

средний

Название продукта
Жидкий или твердый
Диэлектрические свойства
вязкость
Тенденция к кристаллизации или покрытию

Судно

Высота танка
диаметр
Размер сопла
Внутренние структуры
Агитатор или шунтирующая камера

Условия обработки

температура
Давление
пар
пена
пыль
турбулентность поверхности

Требования к измерениям

диапазон
точность
Измерение интерфейса
4-20mA/HART или RS485
Требования к опасным районам

  FAQ

1. РЛС FMCW всегда 80 ГГц?

Нет. FMCW описывает частотно-модулируемый принцип непрерывного диапазона волн, а не полосу частот. РЛС FMCW с частотой около 80 ГГц широко используется в современных промышленных измерениях уровня, но FMCW может работать на разных частотах.

2. В чем разница между FMCW и импульсным радаром?

Пульсовый радар обычно определяет расстояние от кругового времени прохождения радиолокационных импульсов. FMCW непрерывно сканирует частоту и определяет расстояние от разности частот между передаваемыми и принимаемыми сигналами. Обе модели обеспечивают надежное измерение промышленного уровня.

3. Требует ли каждый управляемый радар металлической пусковой пластины?

Нет. Требования к установке зависят от конструкции зонда, технологического соединения и передатчика. Металлическая пластина фиксированного размера не должна рассматриваться как универсальное требование GWR.

4. Может ли управляемый волновой радар измерять уровень жидкости под пеной?

Во многих легких и умеренных применениях пены это возможно, но производительность зависит от диэлектрических свойств и плотности пены. Плотная пена может генерировать собственное отражение.

5. Может ли радар 80 ГГц измерять низкодиэлектрические жидкости?

Его можно оценить, но низкая диэлектрическая постоянная обычно вызывает более слабое отражение поверхности. Поэтому необходимо учитывать диапазон измерения, конструкцию антенны, условия продукта и чувствительность передатчика.

6. Подходит ли управляемый волновой радар для измерения интерфейса нефте-воды?

Да. Масляная вода и другие стратифицированные жидкости с достаточным диэлектрическим контрастом являются распространенными приложениями интерфейса GWR. Толстые слои эмульсии могут затруднить обнаружение интерфейса.

7. Какой радар лучше для твердых частиц?

Крупный цемент, минеральный порошок, зерно и подобные силосы обычно поддерживают радар свободного пространства 80 ГГц. GWR может использоваться в выбранных приложениях твердых веществ, но необходимо учитывать загрузку зонда, истирание и накопление.

8. Какая технология лучше для высоковязких жидкостей?

Если продукт, скорее всего, создаст тяжелую нагрузку на погруженный зонд, обычно сначала оценивается бесконтактный радар FMCW. Радиолокатор с управляемыми волнами все еще может быть целесообразным, если вязкость умеренная и требуется измерение интерфейса.

9. Какая информация нужна METRAVON, чтобы выбрать FMCW или управляемый радар?

Пожалуйста, предоставьте среду, диапазон измерений, диэлектрические свойства, температуру, давление, пену, наращивание, структуру судна, размер сопла и требуется ли измерение интерфейса.

Заключение

Основными преимуществами РЛС свободного пространства FMCW являются бесконтактные измерения, фокусировка узкого луча, большая дальность измерений и широкая пригодность для твердых тел и сложных судов. Руководимый волновой радар обеспечивает определенный микроволновый путь вдоль зонда и предлагает особые преимущества для низкодиэлектрических сред, ограниченной геометрии и измерения жидкостного интерфейса.

Эти две технологии являются взаимодополняющими, а не прямыми заменами. РЛС FMCW с частотой 80 ГГц часто оцениваются сначала для вязких или покрывающих сред, больших диапазонов и объемных твердых веществ, в то время как управляемый волновой радар особенно полезен для измерения интерфейса, выбранных низкодиэлектрических жидкостей, обводных камер и геометрически ограниченных применений.

METRAVON рекомендует подтвердить среду процесса, дальность, диэлектрические свойства, температуру, давление, пену, наращивание, внутренности судна и доступное технологическое соединение перед выбором технологии радара.