Принцип FMCW

   Уровнемеры серии УЛМ построены по принципу действия ЛЧМ-радиолокатора, этот принцип более известен в иностранной транскрипции - FMCW (в дальнейшем будем пользоваться этой аббревиатурой).

   Непрерывный принцип (FMCW) наиболее оптимален для высокоточных измерений и измерений уровня в условиях слабых отражений, он позволяет заметно повысить качество измерения уровня, увеличить точность измерения уровня, минимизировать влияние паразитных помех и помех, связанных с неровностями (волнениями) поверхности измеряемого продукта, увеличить стабильность измерений по сравнению с другими методами (импульсными).

Как это работает?

    Датчик уровня уровнемера УЛМ устанавливается на крыше резервуара. Микроволновой генератор датчика уровня (рис.1) формирует радиосигнал, частота которого изменяется во времени по линейному закону рис.2 (линейный частотно-модулированный сигнал). Этот сигнал излучается в направлении продукта, отражается от него и часть сигнала, через определенное время, зависящее от скорости света, возвращается обратно в антенну.

Рис.1

   Разница частоты переданного и отраженного сигнала f1 (рис.2) пропорциональна времени распространения электромагнитной волны t1 до продукта и обратно. Зная, что скорость распространения волны равна скорости света и зная время распространения можно легко вычислить расстояние от антенны до продукта (отражателя).

Рис.2

   Но это идеальный случай возможный только при наличии идеального отражателя. В реальности же, в резервуаре могут быть посторонние конструкции, на поверхности продукта могут быть волнения, поверхность продукта может быть не ровная (сыпучий продукт) и т.д. В этом случае, картина отраженного сигнала может быть совсем другой (рис.3).

Рис.3

   В данном случае невозможно определить разницу частот простым вычитанием - нет единого значения. Поэтому применяется более сложная операция смешения излученного и принятого сигнала. В результате получается не число, а низкочастотный результирующий «сигнал», в котором присутствуют и полезные и паразитные частоты.

Рис.4

   Дальнейшая обработка сигнала осуществляется микропроцессорной системой датчика уровня и заключается в точном определении частоты полезного сигнала и пересчете ее значения в значение уровня наполнения резервуара.

   Для этого, результирующий сигнал, полученный в результате смешения переданного и принятого сигнала, подвергают спектральному анализу. При помощи методов цифровой обработки частотный сигнал преобразуется в спектральную картину (рис.5).

Рис.5

   После этого осуществляется точное определение частоты f полезного сигнала и пересчет ее в значение расстояния от антенны датчика уровня до поверхности продукта. А для получения значения уровня наполнения, значение дальности вычитают из высоты установки датчика уровня введенной в уровнемер.