Technologie

Technologia 80 GHz w urządzeniach radarowych. Sondy radarowe poziomu materiałów sypkich i cieczy VEGAPULS

W maju 2016 roku Vega zdecydowała się na wprowadzenie urządzeń, które zamiast 26 GHz wykorzystują częstotliwość 80 GHz przy zwiększeniu dynamiki sygnału do 120 dB. Nowa seria urządzeń została skonstruowana po to aby w przyszłości zastąpić inne typy urządzeń pomiarowych w miejscach, w których radar do tej pory nie był optymalnym rozwiązaniem. Nowa seria ma także pozwolić na standaryzację przyrządów do pomiaru poziomu.

Fałszywe echa – odwieczny problem urządzeń bezkontaktowych

Sondy do pomiarów bezkontaktowych, zarówno ultradźwiękowe, jak i radarowe, mają jedną wspólna cechę, która odróżnia je zasadniczo od innych typów pomiaru: mierzą one poziom na pewnej powierzchni, a nie w punkcie. Powstaje ważne pytanie czy pomiar w punkcie jest lepszy od pomiaru na pewnej powierzchni, czy odwrotnie? Odpowiedź na to pytanie jest następująca – to zależy od aplikacji. W przypadku materiałów sypkich można przyjąć, że pomiar z pewnej powierzchni (szeroki kąt wiązki) pozwala na częściowe uśrednienie poziomu w przypadku występowania lejów i stożków nasypowych. Z drugiej strony, szeroki kąt wiązki powoduje, że sonda otrzymuje sygnał od wszelkiego rodzaju elementów wewnętrznych zbiornika (mieszadła, nagrzewnice, elementy wzmacniające konstrukcje itp.), które są całkowicie nieinteresujące z punktu widzenia pomiaru poziomu i powodują powstanie fałszywych ech. Oczywiście powstało szereg rozwiązań w zakresie oprogramowania, które pozwalają wyeliminować niepożądane echa. Niestety nauka fałszywych ech nie zawsze bywa skuteczna. Zasadniczym problemem jest sytuacja kiedy fałszywe echo jest porównywalne lub nawet większe od echa od produktu. W takim przypadku urządzenia bezkontaktowe nie są, a raczej nie były optymalnym rozwiązaniem.
Naturalnym wydawać by się mogło rozwiązaniem jest ograniczenie kąta wiązki radarowej i pozbycie się problemu. Niestety, zwężenie wiązki można było uzyskać do tej pory głównie przez zwiększenie rozmiarów anteny, co bardzo często natrafiało na uzasadniony opór użytkowników, z uwagi na konieczność przygotowania króćców o średnicy nawet 250 mm dla urządzeń pracujących na 26 GHz. Alternatywą metodą jest właśnie podniesienie częstotliwości modułu mikrofalowego z 26 GHz do 80 GHz – w takim przypadku zamiast przykładowo anteny DN250 wystarczy nam zaledwie DN80, a zamiast przyłącza kołnierzowego DN50 – gwintowe G 3/4.

Radar 80 GHz przy niewielkich rozmiarach anteny charakteryzuje się zatem lepszym skupieniem wiązki i dlatego jest w stanie znacznie lepiej poradzić sobie także w zbiornikach z instalacjami wewnętrznymi, takimi jak mieszadła i nagrzewnice.

Dynamika sygnału 120 dB, czyli po co dodatkowe 24 dB

Dynamika sygnału jest najczęściej całkowicie pomijanym tematem do momentu, kiedy pojawiają się problemy, czyli sonda wyświetla sygnał „Brak echa”. Sygnał ten informuje, że urządzenie nie otrzymuje żadnego sygnału w skutek rozproszenia wiązki (rzadki przypadek) lub odbierany sygnał jest zbyt słaby dla tej konkretnej sondy. Oznacza to w uproszczeniu, że gdyby nadać silniejszy sygnał, to problem by się nigdy nie pojawił. W związku z powyższym, dynamika sygnału jest najważniejszym parametrem, który informuje nas jak bardzo urządzenie jest odporne na: zapylenie, zaparowanie, narost na antenie, pianę na powierzchni czy kondensację pary wodnej na antenie. Wzrost sygnału o 24 dB został przetestowany na prostej aplikacji w przemyśle spożywczym oraz farmaceutycznym, gdzie wysokość piany wynosi od 1 m do 1,5 m. Do tej pory pomiar poziomu realizowany był wyłącznie metodą hydrostatyczną. Wyniki testów dowiodły, że bezpieczną grubością piany dla starszej technologii 26 GHz jest max 20 – 30 cm, a powyżej tych wartości preferowane były inne urządzenia. W przypadku 80 GHz wartość ta wzrosła min. 3-krotnie do 100–150 cm, a zatem w wielu aplikacjach mogą one zastąpić sondy falowodowe lub hydrostatyczne. Dodatkowe decybele przydatne są również przy pomiarach materiałów sypkich, których właściwości odbijania fal radarowych są bardzo słabe np.: tworzyw sztucznych, melaminy, drewna o niskiej wilgotności itp. Ostatnia możliwość wykorzystania dodatkowych decybeli jest związana z częstym problemem w polskich warunkach pogodowych (szczególnie na wiosnę i jesienią), a mianowicie obrośnięciem anteny. Każdy narost na antenie powoduje spadek sygnału, a zatem dodatkowe 24 dB pozwalają na znacznie większą (kilkukrotnie) grubość materiału, przez którą radar jest w stanie nadal mierzyć.

Szybkość działania – pomiar w małych zbiornikach lub pomiar odległości

Nowa seria sond radarowych posiada czas reakcji 0,7 sekundy co, przy zakresie 120 m i możliwości pomiaru we mgle czy silnym zapyleniu, stanowią całkowicie nową drogę rozwoju tych urządzeń w zupełnie nowym zakresie aplikacji – pomiarów odległości ( jako alternatywa dla zawodnych podczas mgły czy zapylenia przyrządów laserowych). Szybkość działania przydatna jest również przy pomiarze w małych zbiornikach, o wysokości mniejszej niż 50 cm. Dodatkowo, niski poziom szumów umożliwia pomiar bezpośrednio od końca anteny, a zatem nie mamy do czynienia z problemem tzw. strefy martwej pomiaru.

VEGAPLUS 64 dla zbiorników o różnych wymiarach

VEGAPLUS 64 dla zbiorników o różnych wymiarach

Generacja skazana na sukces

Nowa generacja sond jest przede wszystkim odpowiedzią na głosy ze strony służb utrzymania ruchu dotyczących uproszczenia ich kalibracji (brak ech fałszywych), obsługi (czyszczenia anten) czy niezawodności (zapylenie, piana na powierzchni, zaparowanie i zabrudzenie anteny). Szczególnie przydatna jest możliwość pomiaru przy grubej warstwie piany oraz znacznie większa elastyczność przy doborze urządzenia do istniejących i niezbyt optymalnych króćców na zbiornikach.
Dodatkowo, szybkość działania, bardzo małe króćce pomiarowe G ¾ oraz brak strefy martwej otwiera całkiem nowe możliwości w zakresie pomiarów w bardzo małych zbiornikach o trudnych warunkach pomiarowych.

 

Introl

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top