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工业应用雷达液位测量的过去,现在和未来的问题

来源:编辑::发表时间:2018-07-16 10:10:17

    在下面的问答中,全球流量和液位技术提供商上海自动化仪表五厂。的工程师回答了Flow Control关于工业应用雷达液位测量的过去,现在和未来的问题。
导波和直播雷达有什么区别?每种方法的优缺点是什么?
    两种技术的基本操作原理是相同的。高频电磁能量被传输到容器中。在蒸汽空间和液面之间存在阻抗变化的点处发生反射。这种阻抗变化是由具有不同介电常数的两种介质引起的; 电平介质的介电常数越高,反射信号的幅度越大。
    这两种技术的不同之处在于,通过无线电雷达(TAR)将能量输出到户外。以这种方式,它可以通过其行进的蒸汽空间衰减,并且来自除液位之外的物体(假目标)的反射可能导致性能问题。导波雷达(GWR)沿着探测器(波导)向下传输能量。探头下方损失的能量非常少,因此可以测量非常低的介电介质。尽管使用探针实际上消除了可能影响TAR的变量,但缺点是GWR是一种接触技术。
    首先考虑TAR,因为大多数用户更喜欢非接触式解决方案。具有少量假目标的较大容器,包含高介电介质和较小的净空,更容易配备TAR。
更难以处理的高温,低介电应用或含有泡沫或湍流的应用更适合GWR。
调频连续波(FMCW)和脉冲雷达有什么区别?每种方法的优缺点是什么?
    今天的非接触式雷达有两种基本类型 - 脉冲和FMCW。脉冲技术发送的能量突然传播到地面和背面。突发以6 GHz或24/26 GHz(取决于制造商)的设计频率为中心,长度通常为1纳秒。当电磁能量以每英尺约1纳秒的速度传播时,能量脉冲大约相隔500纳秒,以便在下一个能量发射之前使一个能量稳定下来。典型的环路供电发射器的射程为65英尺(往返130英尺或130纳秒)。
    由于使用等效时间采样(ETS),脉冲雷达比FMCW稍微复杂一些。ETS将实时雷达测量(以纳秒为单位)转换为等效时间(毫秒),可以通过简单的电路轻松分析。
    FMCW或调频连续波的工作方式与脉冲有很大不同。FMCW不以一个固定频率工作,而是以基频加扫描工作。它在两个频率之间扫描时不断传输能量。例如,一些制造商使用9 GHz作为其基频,并且带宽(扫描)为1 GHz,因此在9到10 GHz之间扫描。能量传播到表面并返回,在那里它与最初传输的信号混合。得到的IF(中频)是原始传输和返回信号之间的差。由于返回信号延迟了与行进到表面和返回所花费的时间成比例的量,因此IF与电平变化成比例。
    由于使用FFT(快速傅立叶变换),FMCW变得复杂。FFT是一种复杂的数学转换,必须用于将基于时间的雷达信息转换为基于频率的频谱。然后可以分析和拒绝虚假目标。这消耗了额外的时间和功率。
    每种方法的优缺点是什么?有证据表明FMCW雷达非常适用于没有障碍物的大型储存容器,而Pulse在较小的过程导向容器中做得更好。然而,一般来说,这两种方法都是令人钦佩的工作,任何讨论通常会恶化为一个制造商争论他们的特定方法。由于雷达的流行使用对过程工业来说是新的,只有时间和经验才能产生客观的答案。
在什么样的应用环境中,雷达通常不适合?
    雷达物位测量的有效性是基于其接收和说明物位介质表面反射的能力。任何使此复杂化的问题都会降低测量的可靠性。关键问题如下:
    极低的介电 - 丙烷(E = 1.6)和丁烷(E = 1.4)非常低,以至于立管或静止井是有效测量所必需的。如果是这样,用户可以使用带有同轴探头的导波发射器。
    中到重泡沫 - 泡沫通常吸取能量,它是“隐形的”。如果有足够的泡沫,则没有有用的反射能量用于测量。
    严重的湍流 - 与泡沫相似,湍流会减少有用的能量,在这种情况下是通过散射。与泡沫不同,通常可以通过适当的增益和平均调整来解决湍流问题。
    混合叶片 - 容器中的固定物体很容易被错误的目标拒绝程序拒绝,但混合叶片会造成特殊问题。在运行时,它们通常不是问题。然而,它们经常停在不同的位置,这使得有效的错误目标取消变得困难。这需要根据具体情况进行处理。更高频率的发射器(更窄的光束角度),合适的天线选择和安装位置将提高性能。
    底盘容器 - 这些容器有时会在空的时候引起问题。这道菜是一个出色的反射器,在船只周围投掷能量,有时会使变送器混乱。
我曾与一些分析师谈过,他们认为雷达水平和无线技术是天生的,并且引起了各种工业应用的极大兴趣。无线如何与雷达级系统一起使用以帮助用户解决实际应用问题?
    雷达已经在库存/储罐计量市场上获得认可。线路供电的雷达变送器能够进行高精度的液位测量,从而可以更精确地控制大型储存容器中的库存。通过引入无线数据传输,用户可以从单个数据收集点管理全球库存,安排分配和生产运行,并维护可用产品的准确记录。
    雷达发射器还用于监视远程集水坑和升降/泵站,其中无线发射器发送高水平或设备故障的通知警报
    在实施基于无线的雷达物位测量系统时,用户应该如何关注安全问题?是否存在任何特定类型的应用,其中安全问题使基于无线的雷达物位测量成为不可行的解决方案?
    将无线技术应用于雷达级设备并没有什么特别之处,因为雷达级设备的安全性比其他任何无线级设备都要安全。然而,包括可靠性在内,安全性是使用当今无线网络的主要问题之一。
    通过跳频,专有协议和128位或194位加密功能(即将推出256位)等方法,不太可能拦截数据的周期性无线传输。
    但是,在将无线应用于过程控制时应该仔细考虑。无线传输的干扰可能是由自然源(天气),物理障碍物(谁将卡车停在发射器和接收器之间?)以及恶作剧的黑客或心怀不满的员工引起的。
您如何看待雷达级技术在未来五年内不断发展?用户希望看到哪种技术改进?
    雷达水平测量是25年前首次引入的,用于测量船舶工业中的船舶。当时雷达发射器很大(由起重机吊起),复杂(通常需要技术人员进行校准),昂贵(15,000美金至20,000美金)和耗电(线路供电)。如今,雷达发射器体积小,使用简单,价格具有竞争力,并且采用回路供电。过程控制雷达的方向受到电信和汽车制造方向的严重影响。这些是更大的行业,可以推动创新和变革。例如,汽车行业正在探索使用雷达进行防撞传感器和智能巡航控制。目前使用24GHz,新工作在77GHz完成。正如消费者看到卫星电视菜肴萎缩一样 雷达液位变送器天线将与频率的增加成比例地缩小。大家的过程工业将受益于其他行业的进步。
    随着更快速的电子产品变得更容易获得,TAR和GWR技术将继续发展。增加这些器件的工作频率会降低波长,从而获得更好的分辨率和更窄的光束宽度。
    这些性能的改进还伴随着新的天线和探头设计,这些设计对于在更多应用中使用雷达是必要的。
 

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