เซนเซอร์ระดับน้ำเรดาร์: หลักการและการเลือกใช้งาน | METRAVON

METRAVON — เซนเซอร์ระดับน้ำเรดาร์: หลักการทำงาน ข้อดี และแนวทางเลือกใช้งาน

เซนเซอร์ระดับน้ำเรดาร์ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าวัดระยะจากเครื่องมือที่ติดตั้งด้านบนถึงผิวน้ำ เนื่องจากเซนเซอร์ไม่จำเป็นต้องแช่น้ำ จึงใช้เรดาร์อย่างแพร่หลายในแม่น้ำ อ่างเก็บน้ำ คลองเปิด สถานีเฝ้าระวังน้ำหลาก โครงสร้างระบบน้ำเสีย และถังน้ำอุตสาหกรรม

ไม่ควรเลือกจากระยะวัดและความแม่นยำเพียงอย่างเดียว ความสูงติดตั้ง ระดับน้ำสูงและต่ำในอดีต ความกว้างลำคลื่น โครงสร้างโดยรอบ แหล่งจ่ายไฟ และสถาปัตยกรรมการสื่อสาร ล้วนมีผลต่อผลลัพธ์สุดท้าย

เซนเซอร์ระดับน้ำเรดาร์ทำงานอย่างไร?

เรดาร์ส่งสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าไปยังผิวน้ำและรับพลังงานที่สะท้อนกลับ เครื่องมืออาจใช้เวลาเดินทางของพัลส์หรือการประมวลผลสัญญาณ FMCW เพื่อคำนวณระยะ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบ

เนื่องจากเรดาร์ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จึงไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วเสียงในอากาศ นี่เป็นเหตุผลหนึ่งที่เรดาร์อาจเสถียรกว่าการวัดแบบอัลตราโซนิกเมื่ออุณหภูมิหรือองค์ประกอบของก๊าซเปลี่ยนมาก

เซนเซอร์วัดระดับหรือระยะ?

สิ่งที่วัดโดยตรงคือระยะจากระนาบอ้างอิงเรดาร์ถึงผิวน้ำ จากนั้นระบบเฝ้าติดตามจะแปลงระยะเป็นระดับ ค่าระดับความสูง ความลึกน้ำ หรือร้อยละโดยใช้หมุดอ้างอิงหน้างาน

สำหรับแนววัดดิ่ง ค่าระดับความสูงผิวน้ำเหนือหมุดที่เลือกเท่ากับค่าระดับความสูงอ้างอิงของเรดาร์ลบระยะที่วัด เก็บข้อมูลอ้างอิงที่สำรวจไว้แยกจากการตั้งค่าเครื่องส่งสัญญาณ การติดตั้งเอียงหรือขายึดที่ขยับต้องประเมินการติดตั้ง ไม่ใช่แก้ค่าคลาดเคลื่อนโดยไม่มีคำอธิบาย

ดังนั้นค่าระดับความสูงอ้างอิงผิดอาจทำให้ค่าระดับคลาดเคลื่อนคงที่ แม้ระยะที่เรดาร์วัดจะถูกต้อง

ข้อดีหลักของการวัดระดับน้ำด้วยเรดาร์

เหตุใด 80 GHz จึงมีประโยชน์บนสะพานและทางน้ำแคบ?

เรดาร์ 80 GHz หลายรุ่นให้ลำคลื่นแคบด้วยเสาอากาศขนาดกะทัดรัดได้ จึงมีประโยชน์เมื่อมีตอม่อสะพาน ตลิ่ง คาน ราวกั้น หรือโครงสร้างอื่นใกล้จุดวัดที่ต้องการ

ข้อดีในทางปฏิบัติคือการควบคุมลำคลื่นและแยกเป้าหมาย ความถี่สูงกว่าไม่ได้หมายความว่าแม่นยำกว่าโดยอัตโนมัติในทุกการใช้งาน

เรดาร์ไม่ถูกรบกวนจากอุณหภูมิเลยหรือไม่?

ไม่ใช่ การเปลี่ยนอุณหภูมิก๊าซมักไม่ใช่แหล่งหลักของข้อผิดพลาดด้านระยะ แต่อุณหภูมิรุนแรงยังส่งผลต่ออิเล็กทรอนิกส์ วัสดุตัวเรือน ซีล การควบแน่น และน้ำแข็งเกาะได้ ตรวจพิกัดอุณหภูมิแวดล้อมของรุ่นที่เลือกเสมอ

อะไรยังรบกวนการวัดระดับน้ำด้วยเรดาร์ได้บ้าง?

ระยะวัดสูงสุดที่ไกลกว่าดีกว่าเสมอหรือไม่?

ตรวจระยะจากเซนเซอร์ถึงน้ำที่ไกลที่สุด ณ ระดับน้ำต่ำตามการออกแบบ และระยะใกล้ที่สุด ณ ระดับน้ำหลากตามการออกแบบ บันทึกในอดีตช่วยกำหนดขีดจำกัดแต่ไม่ทดแทนระดับออกแบบของโครงการ ระยะที่เผื่อมากขึ้นในแค็ตตาล็อกมีประโยชน์ก็ต่อเมื่อเสาอากาศที่เลือกและเป้าหมายให้สัญญาณสะท้อนที่ถูกต้องตามต้องการ ณ หน้างาน

ระยะวัดต่ำสุดคืออะไร?

ใช้ระยะวัดต่ำสุด ระนาบอ้างอิง และข้อจำกัดการติดตั้งที่ระบุสำหรับรุ่นที่เลือก รักษาสภาวะน้ำสูงออกแบบรวมระยะเผื่อระดับน้ำกระชากที่ต้องการให้อยู่ในช่วงวัดที่ใช้ได้ การระบุช่วงวัดเริ่มจากศูนย์ไม่ใช่การอนุญาตให้น้ำแตะหรือท่วมเสาอากาศระหว่างวัด

เหตุใดระดับน้ำต่ำในอดีตจึงสำคัญ?

เมื่อผิวน้ำอยู่ไกลขึ้น พื้นที่ครอบคลุมของลำคลื่นจะกว้างขึ้น ในฤดูน้ำต่ำ ท้องน้ำที่โผล่ ตลิ่ง หรือชานตื้นอาจเข้าในลำคลื่น แม้การติดตั้งจะทำงานได้ดีมากที่ระดับน้ำปกติ

ควรให้ข้อมูลหน้างานอะไรบ้าง?

สถานีพลังงานแสงอาทิตย์ต้องประเมินพลังงานทั้งระบบ

คำนวณปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ทั้งสถานี ได้แก่ เรดาร์ RTU หรือเครื่องบันทึกข้อมูล วิทยุ และโหลดเสริมทั้งหมด ใช้รอบการทำงาน เวลาเริ่มทำงาน กำลังสูงสุดขณะส่ง และระยะเวลาที่ต้องทำงานได้ด้วยพลังงานสำรองตามที่กำหนด เครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่และ LoRaWAN เป็นตัวเลือกการส่งข้อมูลระยะไกล ไม่ใช่หน้าที่ที่ยืนยันได้จากชื่อเอาต์พุตเรดาร์

การเลือกเอาต์พุตและการสื่อสาร

สำหรับ MV-RD12T และ MV-RD908F ให้ยืนยันชุดอิเล็กทรอนิกส์แอนะล็อกหรือ RS485 ที่สั่งซื้อและข้อกำหนดแหล่งจ่าย หากให้ Modbus RTU ให้ขอผังรีจิสเตอร์ หน่วย และรหัสสถานะ หากเครื่องบันทึกเดิมต้องการ SDI-12 หรือโพรโทคอลอื่น ให้ขอยืนยันความเข้ากันได้อย่างชัดเจนหรือส่วนต่อประสานที่เหมาะสม ชื่อรุ่นเหล่านี้ไม่ได้ยืนยันความเข้ากันได้ดังกล่าว

การป้องกันกลางแจ้งและแรงดันกระชาก

สถานีอุทกวิทยาบนสะพานและในพื้นที่ห่างไกลเผชิญฝน ความชื้น รังสี UV และฟ้าผ่า ตรวจพิกัดตัวเรือน เคเบิลแกลนด์ การป้องกันการกัดกร่อน การควบคุมการควบแน่น และความจำเป็นของ SPD ด้านแหล่งจ่ายและสัญญาณ การต่อลงดิน และการประสานศักย์ทั้งสถานี

พิกัด IP อธิบายการป้องกันตัวเรือน ไม่ได้ประกันการทำงานเมื่อถูกน้ำหลากท่วมนานด้วยตัวมันเอง เว้นแต่ผลิตภัณฑ์นั้นมีพิกัดสำหรับสภาวะดังกล่าวโดยเฉพาะ

เรดาร์เทียบกับเซนเซอร์ระดับแบบแรงดันไฮโดรสแตติกจุ่มน้ำ

การวัดระดับน้ำด้วยเรดาร์เทียบกับอัลตราโซนิก

เซนเซอร์อัลตราโซนิกอาจประหยัดสำหรับงานเปิดระยะใกล้ที่สภาพอากาศเสถียร เรดาร์น่าสนใจเป็นพิเศษเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนมาก ระยะวัดไกลขึ้น หน้างานมีการรบกวนจากโครงสร้าง หรือสภาวะไอและก๊าซคาดการณ์ได้ยากกว่า

สิ่งที่ควรตรวจเมื่อเปรียบเทียบผู้ขาย

• ข้อมูลระยะวัด ระยะต่ำสุด และมุมลำคลื่นที่ชัดเจน;
• พิกัดกลางแจ้งและสิ่งแวดล้อมเหมาะสม;
• แนวทางติดตั้งตามรูปทรงหน้างานจริง;
• เอกสารโพรโทคอลและข้อมูลการเดินสาย;
• ความสามารถในการตรวจกราฟสัญญาณสะท้อนและวิเคราะห์ปัญหาหน้างาน

อย่าเปรียบเทียบเฉพาะความแม่นยำ

คุณภาพข้อมูลหน้างานในระยะยาวขึ้นอยู่กับมากกว่าความแม่นยำด้านระยะในห้องปฏิบัติการ ลำคลื่นต้องหลบตลิ่งและโครงสร้างสะพาน เครื่องมือต้องอยู่ในช่วงที่วัดได้ทั้งน้ำหลากและน้ำต่ำ และระบบแหล่งจ่าย การสื่อสาร และการป้องกันแรงดันกระชากต้องรองรับการทำงานโดยไม่มีเจ้าหน้าที่เฝ้า

รายการตรวจสอบการเลือกใช้งาน

• ระยะสูงสุดครอบคลุมระดับน้ำต่ำในอดีต;
• ระยะต่ำสุดรองรับระดับน้ำหลากในอดีต;
• พื้นที่ลำคลื่นอยู่บนผิวน้ำที่เป็นตัวแทนหากทำได้;
• แหล่งจ่ายตรงกับสถานีเฝ้าติดตาม;
• การสื่อสารเข้ากันได้กับ RTU หรือเครื่องบันทึก;
• พิจารณาการป้องกันกลางแจ้งและแรงดันกระชากแล้ว;
• มีบริการสนับสนุนการติดตั้งและทดสอบเดินระบบ

เมื่อเลือกเครื่องมือแล้ว ให้วางแผนตรวจยืนยันหน้างานและตรวจจุดอ้างอิงในครั้งต่อ ๆ ไป การติดตั้งและบำรุงรักษาเรดาร์อุทกวิทยา

คำถามด้านการออกแบบสถานี

Q1. สถานีรายงานความลึกน้ำโดยตรงจากระยะเรดาร์ได้หรือไม่?

ระยะจะกลายเป็นความลึกได้เมื่อทราบจุดอ้างอิงเซนเซอร์และท้องน้ำเท่านั้น ระดับน้ำเหนือหมุดคงที่กับความลึกเหนือท้องน้ำที่เปลี่ยนเป็นคนละปริมาณ เก็บจุดอ้างอิงติดตั้งที่สำรวจไว้ และประเมินข้อมูลท้องน้ำใหม่หากการกัดเซาะหรือการตกตะกอนเปลี่ยนรูปตัด แทนการเปลี่ยนหมุดอ้างอิงระดับน้ำโดยไม่แจ้ง

Q2. ขายึดอัลตราโซนิกเดิมจะใช้กับเรดาร์ได้เสมอหรือไม่?

ตรวจการยึดทางกล แนวเสาอากาศ ระนาบอ้างอิง และขอบเขตลำคลื่นทั้งหมด รูสลักเกลียวตรงกันไม่ได้รักษาหมุดเดิมหรือพิสูจน์ว่าปลอดสิ่งกีดขวางเมื่อน้ำต่ำ ตรวจแหล่งจ่าย สายไฟ โพรโทคอล และความมั่นคงของขายึดซ้ำ แล้วเปรียบเทียบค่าที่อ่านพร้อมกันกับค่าอ้างอิงสถานีก่อนเลิกใช้บันทึกเดิม

Q3. ใบเสนอราคาสถานีใช้แบตเตอรี่ต้องมีอะไรบ้าง?

ระบุช่วงเวลาวัดและรายงาน ระยะเวลาที่ต้องทำงานได้ด้วยพลังงานสำรอง และสภาวะอุณหภูมิท้องถิ่น ขอรูปแบบกระแสที่เซนเซอร์รุ่นที่เลือกใช้และเวลาเริ่มทำงาน พร้อมโหลด RTU และวิทยุ ยืนยันว่าได้ค่าอ่านที่ถูกต้องก่อนตัดไฟ โหมดประหยัดพลังงานที่โฆษณาเพียงอย่างเดียวไม่ได้กำหนดขนาดแบตเตอรี่หรือชุดแผงโซลาร์

สรุปการเลือกใช้งาน

การวัดระดับน้ำด้วยเรดาร์ให้ผลดีที่สุดเมื่อเลือกเครื่องมือตามรูปทรงหน้างานทั้งหมดและช่วงระดับน้ำตามฤดูกาล ความสูงติดตั้ง พื้นที่ลำคลื่น ระยะต่ำสุด และข้อกำหนดการเชื่อมต่อ มักสำคัญกว่าการเลือกระยะไกลที่สุดหรือตัวเลขความแม่นยำที่เล็กที่สุดในเอกสารข้อมูล

แนบจุดอ้างอิงที่สำรวจ ช่วงระดับน้ำออกแบบ แบบสิ่งกีดขวาง การเข้าถึง และสภาพที่ต้องเผชิญน้ำหลาก เพิ่มแหล่งจ่ายสถานี อินพุตเครื่องบันทึก ช่วงเวลาเก็บตัวอย่างและรายงาน และวิธีตรวจยืนยันที่ต้องการ รายละเอียดเหล่านี้กำหนดการตั้งค่าเรดาร์และงานนอกขอบเขตการจัดหาเซนเซอร์ ส่งข้อกำหนดสถานีระดับน้ำ