Mikrowellen-Emission: Präzise Projektion von Energieimpulsen

Das Radarobjektometer sendet hochfrequente Mikrowellenpulse über eine Antenne (z. B. eine Horn- oder Parabolantenne) an die Oberfläche des gemessenen Mediums (in der Regel mit einer Frequenz von 24 GHz, 60 GHz oder 120 GHz). Nehmen wir zum Beispiel das Impulsradar, das eine sehr enge Mikrowellenpulsbreite (Nanosekund) emittiert, die die Energiekonzentration und die Stabilität des Verbreitungswegs gewährleistet. Frequenzmodulierte kontinuierliche Wellen (FMCW) senden kontinuierliche Wellen aus, die sich mit der Zeit linear ändern und durch Frequenzmodulation Entfernungsmessungen erreichen. Zum Beispiel braucht ein bestimmter FMCW-Radar 24 GHz als Basisfrequenz und 2 GHz als Modulationsbandbreite, um einen linearen Scan in nur 7 Millisekunden abzuschließen, um eine positive Beziehung zwischen der Zeitdifferenz und der Entfernung des Objekts zu bilden.

2. Signalverbreitung: Lichtgeschwindigkeit

Mikrowellen verbreiten sich in der Luft mit einer Geschwindigkeit nahe dem Licht (ca. 3 x 108 m / s), und ein Teil der Signalenergie wird reflektiert, wenn eine Medienberfläche mit einer dielektrischen Konstante getroffen wird, die sich von der Luft unterscheidet. Je höher die dielektrische Konstante des Mediums ist, desto stärker ist das Reflexionssignal - zum Beispiel ist die Reflexionsstärke von Wasser (ε≈80) deutlich höher als von Staub (ε≈1,5-3). Diese Eigenschaft ermöglicht es dem Radar-Objektmesser, Dampf, Schaum oder Staub zu durchdringen und das Echo der Oberfläche des Mediums direkt zu erfassen.

Echo-Empfang: Präzise Erfassung schwacher Signale

Nachdem das reflektierte Signal von derselben Antenne empfangen wurde, muss die Signalstärke durch einen geräuscharmen Verstärker verstärkt werden und das analoge Signal über einen Hochgeschwindigkeits-ADC (Analog-to-Digital-Wandler) in ein digitales Signal umgewandelt werden. Ein Impulsradar zum Beispiel muss sein Empfangssystem Echos innerhalb eines Nanosekundfensters erkennen, um Geräuschstörungen zu vermeiden; Das FMCW-Radar konvertiert das Zeitsignal in ein Spektrum durch die schnelle Fourier-Transformation (FFT) und extrahiert hochenergetische, steile Spektrumspitzen als effektives Echo.

4. Zeitreihenberechnung: Umwandlung von Zeitunterschied zu Objekthöhe

Das System berechnet den Abstand (D) von der Antenne zur Mediumberfläche in Kombination mit der Lichtgeschwindigkeit (c), indem es die Zeitdifferenz zwischen dem Senden und dem Empfangen des Signals (Δt) oder die Frequenzdifferenz (δf) messen. Die Formel lautet:

Impulsradar: D = 2c · Δt

FMCW-Radar: D = 2Kc · δf

(K steht für Frequenzneigung)

Die Endplatzhöhe (L) wird durch den vorgegebenen leeren Tankabstand (E) minus den Messabstand (D) ermittelt:

L = E-D

Beispielsweise beträgt die Flüssigkeitsspiegelhöhe 3 Meter, wenn der Abstand des leeren Tanks 5 Meter beträgt und der tatsächliche Messabstand 2 Meter beträgt.

Störungsschutz und Optimierung: Präzisionssicherheit unter komplexen Arbeitsbedingungen

Um auf falsche Echos durch Staub, Dampf oder Rühren zu reagieren, verwenden moderne Radarobjektometer intelligente Algorithmen (wie dynamische Schwelleneinstellung, Multi-Echo-Screening) und Hardwareoptimierungen (wie Antennen mit hohem Gewinn, geräuscharme Empfänger). Zum Beispiel kann ein intelligentes Radar-Objektmesser Störungsechos wie Rührer, Tankwände und andere erkennen und filtern, um eine Messgenauigkeit von ± 2 mm zu gewährleisten, wobei die Blindzone nur 50 mm ist.

Die komplette Zeitreihenkette von der Mikrowelle-Sendung bis zum Echo-Empfang ermöglicht es, dass die Radarobjektmessung in Szenarien wie chemischen Speicherbehältern, Zementlagern und Lebensmittelfermentationsbehältern die Vorteile der hohen Genauigkeit, Berührungslosigkeit und der Widerstandsfähigkeit gegen harte Umgebungen zeigt und zu einer Kernausrüstung für die Messung von industriellen Objekten wird.